合金元素在铁素体球墨铸铁中作用共18页
金属材料学
1、合金元素在钢中的存在形式1．形成铁基固溶体（1）形成铁基置换固溶体（2）形成铁基间隙固溶体2．形成合金渗碳体或碳化物3．形成金属间化合物4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相2、奥氏体形成元素和铁素体形成元素有哪些？对A、S点的影响如何？奥氏体形成元素：开启γ相区(无限扩大γ相区) ：这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。
如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相从相图上消失，γ相保持到室温，故而由γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。
扩展γ相区(有限扩大γ相区)：虽然γ相区也随合金元素的加入而扩大，但由于合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体，并且也使A3（GS线）降低，A4（JN线）升高，但最终不能使γ相区完全开启。
这类合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。
γ相区借助C及N而扩展，当C含量在0~2.11%（重量）范围内，均可以获得均匀化的固溶体（奥氏体），这构成了钢的整个热处理的基础。
α相稳定化元素（铁素体形成元素）：合金元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)；缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。
①封闭γ相区(无限扩大α相区) 当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。
这类合金元素有：Si、Al 和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 、P及Be 等。
但应该指出，含Cr 量小于7%时，A3 下降；含Cr 量大于7%时，A3 才上升。
②缩小γ相区(不能使γ相区封闭)合金元素使A3 升高，A4 下降，使相区缩小，但不能使其完全封闭。
这类合金元素有：B、Nb、Zr、Ta 等。
3 、形成碳化物碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。
铁碳合金及铸铁显微组织观察
第四页，共三十二页。
（2）金相显微镜的维护
1）细心操作，不许自行拆卸光学系统。
2）显微镜镜头及试样观察面严禁手接触，若镜
头中有灰尘可用镜头纸或软毛刷(máo shuā)轻擦拭。 3）更换物镜或调焦时，不许有任何剧烈动作，
第十四页，共三十二页。
T12钢的显微(xiǎn 组织 wēi)
第十五页，共三十二页。
亚共晶白口铁的显微(xiǎn wēi) 组织
第十六页，共三十二页。
共晶白口铁的显微(xiǎn wēi)组织
第十七页，共三十二页。
过共晶白口铁的显微(xiǎn wēi) 组织
第十八页，共三十二页。
铁碳合金(héjīn)平衡组织分析实验报告
关系。 二、实验内容与方法
在金相显微镜下观察各种铸铁的显微组织，分 辨各种灰铸铁的基体类型及石墨的形态、大小、数
量与分布。并绘出各种铸铁的显微组织示意图。
第二十二页，共三十二页。
铁素体灰铸铁的显微(xiǎn 组 wēi) 织
第二十三页，共三十二页。
珠光体灰铸铁的显微(xiǎn 组 wēi) 织
第二十四页，共三十二页。
铁素体球墨铸铁的显微(xiǎn wēi) 组织
第二十五页，共三十二页。
铁素体+珠光体球墨铸铁的显微(xiǎn 组织 wēi)
第二十六页，共三十二页。
珠光体球墨铸铁的显微(xiǎn wēi)组织
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下贝氏体球墨铸铁的显微(xiǎn 组织 wēi)
第二十八页，共三十二页。
珠光体可锻铸铁(kěduàn-zhùtiě)的显微组织
灰铸铁件常用合金元素及其作用
渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微 镜下呈白亮色。渗碳体的显微组织形态很多， 在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、 网状或板状。 渗碳体硬度很高而塑性和冲击 韧性几乎为零，脆性极大，是铸铁件的强化 相。
灰铸铁中碳含量越高，强度越低。增加含碳 量，可使铸铁的石墨化程度增加，石墨变得 粗大，基体中珠光体含量减少，铁素体增加。
S
硫在铸铁中是有害元素。硫能完全溶于铁液， 并增强Fe-C原子间的结合力，因此是阻碍石 墨化的元素。此外硫还恶化铸铁的铸造性能， 降低流动性，增大裂纹倾向等。但是少量的 硫可以促进石墨生核并细化晶粒。因此灰铁 件中硫的含量最好控制在0.06%-0.08%。
以上五种元素广泛应用于所有灰铸铁件，除 某些特种用途的铸铁件外，硫、磷均被视为 有害元素，需要严格控制含量。
总之，锰在灰铸铁中的作用主要是中和硫的 影响，含量不宜过高。
P
磷能完全溶于铁液中。当铁液中磷含量超过 0.2%就可能出现磷共晶。磷共晶硬而脆，可 提高铸铁耐磨性，某些耐磨高磷铸铁磷含量 可达0.6 %。合金元素会在磷共晶附近偏析， 而削弱合金的作用。同时，磷共晶附近为糊 状凝固，会增大铸件缩松倾向。
Cu
铜可以促进石墨化（作用相当于硅的1/5）； 减小白口倾向；促进珠光体形成并细化晶粒； 有微弱的细化石墨的作用并能稳定铁素体。 对于高碳、低硅铸铁，加铜后提高强度和硬 度的作用可靠且明显。通常加入量小于1%。
Ni
镍的作用与铜相似，既能促进石墨化，减轻 白口倾向，又可以促进珠光体形成，细化晶 粒。加镍可以提高铸铁的强度以及耐磨性， 高镍铸铁通常用作耐磨材料。
合金元素对铸件的影响
常见合金元素对铸件的影响主要体现在： 1.对共晶凝固时石墨化的影响； 2.对临界转变温度的影响； 3.稳定奥氏体； 4.能否细化珠光体； 5.能否形成其他组织等方面。
合金元素的作用
0.4-0.6
0.40
0.15
HT150
<20
20-30
>30
3.5-3.7
3.4-3.6
3.3-3.5
2.2-2.4
2.0-2.3
1.8-2.2
0.4-0.6
0.40
0.15
HT200
<20
20-40
>40
3.3-3.5
3.2-3.4
3.1-3.3
1.9-2.3
1.8-2.2
1.6-1.9
Sb（锑）
1．强烈促进形成珠光体
2．0.002%~0.01%时，对球墨铸铁有使石墨球细化的作用，尤其对大断面球墨铸铁有效
3．其干扰球化的作用，可用稀土元素中和
4．灰铸铁中的加入量为<0.02%，球墨铸铁中的适宜量为0.002%~0.010%
Bi（铋）
1．球墨铸铁中加铋能很有效地细化石墨球
2．大断面球墨铸铁中加铋能防止石墨畸变
0.15
0.10
HT400
>25
2.8-3.0
1.0-1.5
0.8-1.2
0.15
0.10
反球化元素的界限量
元素
Al
Ti
Pb
As
Sb
Bi
Zr
Sn
Te
Se界限量（%）0.Fra bibliotek50.07
0.002
0.05
0.01
0.002
0.03
0.05
0.003
0.0SSS3
2．能细化石墨，增加化合碳量，白口倾向有所增加，强度、硬度有提高趋势，加入量可在0.1%~0.3%
球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响
球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五种元素。
对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件，还包括少量的合金元素。
为保证石墨球化，球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。
以下就球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响做详细的阐述：1、碳的作用和影响：碳是球墨铸铁的基本元素，碳高有助于石墨化。
由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度，球墨铸铁的含碳量一般较高，在3.5～3.9%之间，碳当量在4.1～4.7%之间。
铸件壁薄、球化元素残留量大或孕育不充分时取上限；反之，取下限。
将碳当量选择在共晶点附近不仅可以改善铁液的流动性，对于球墨铸铁而言，碳当量的提高还会由于提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力。
但是，碳含量过高，会引起石墨漂浮。
2、硅的作用和影响在球墨铸铁中，硅是第二个有重要影响的元素，它不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。
但是，硅提高铸铁的韧脆性转变温度，降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高，尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时，更需要严格控制硅的含量。
3、硫的作用和影响硫是一种反球化元素，它与镁、稀土等球化元素有很强的亲合力，硫的存在会大量消耗铁液中的球化元素，形成镁和稀土的硫化物，引起夹渣、气孔等铸造缺陷。
球墨铸铁中硫的含量一般要求小于0.06%。
4、磷的作用和影响磷是一种有害元素。
它在铸铁中溶解度极低，当其含量小于0.05%时，固溶于基体中，对力学性能几乎没有影响。
当含量大于0.05%时，磷极易偏析于共晶团边界，形成二元、三元或复合磷共晶，降低铸铁的韧性。
磷提高铸铁的韧脆性转变温度，当含磷量增加时，韧脆性转变温度就会提高。
5、锰的作用和影响球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，帮助形成炭化锰、炭化铁。
这些碳化物偏析于晶界，对球墨铸铁的韧性影响很大。
锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加0.1%，脆性转变温度提高10～12℃。
铸铁ppt课件
11.2.4 影响铸铁结晶的因素
冷却速度的影响 冷速慢有利于按Fe－C相图进行结晶，石墨化 越容易进行。 冷速快有利于 形成白口铁
不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织
11.3 灰铸铁
概述 灰铸铁中石墨呈片状，断口呈灰色，是使
用最多的铸铁，占铸铁总量的80％以上。 灰铸铁分为：普通灰铁和孕育灰铁－通过孕育 处理，使石墨的片层变细，强度高于普通灰铁 牌号表示：HT100，HT150，HT200 属普通灰铁
11.2.4 影响铸铁结晶的因素
为综合考虑C，Si，P对铸铁组织及石墨化的影 响，引入了两个参量：碳当量和共晶度。
碳当量：把Si，P折合成相当的碳含量 CE＝WC ＋1/3W(Si+P)
共晶度：表示铸铁中碳含量接近共晶碳含量的程度 Sc=WC/[4.3%-1/3W(Si+P)]
Sc=1为共晶 >1为过共晶
球墨铸铁
一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态
2.石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形
片状
蟹状
球形
蠕虫状
团絮状
二、铸铁的分类
按石墨存在的形式及石墨形态分类
灰口铸铁 C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色
球墨铸铁 C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在
蠕墨铸铁 C全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在
球化剂：Mg，稀土－硅铁合金，稀土－ 硅铁－镁合金（应用最广泛）
孕育处理：由于球化处理只能在铁液中 有石墨核心时，才能促进石墨生成球 形，而常用的球化剂都强烈阻碍石墨 化，因此，在球化处理同时，必须进 行孕育处理（石墨化处理），获得球 径小，数量多，圆度好，分布均匀的 球状石墨
Cr合金铸态球墨铸铁的组织和性能——Cr在铸态球墨铸铁中的应用1
C r合金铸态球墨铸铁的组织和性能——C r在铸态球墨铸铁中的应用(1)饶群章，张元好，何汉军，史秋月(湖北汽车工业学院，湖北十堰442002)摘要：研究了cr铸态球铁抗拉强度、伸长率、硬度与珠光体体积分数的关系曲线，比较后认为cr铸态球铁比cu铸态球铁具有更好的疲劳性能。
车削试验表明：cr铸态球铁车削力大于cu铸态球铁而小于钢；钻削试验结果显示：cr铸态球铁的钻削力大于C u铸态球铁而小于钢。
关键词：c r合金化；铸态球铁；组织；性能中图分类号：TG257文献标识码：A文章编号：1003—8345(2009)05—0038—05M i cr os t ruct l l re an d P r oper t i e s of C r—A I l oyed A s—Cast N odul ar I r on——A ppl i cat i on of C r i n A s—C ast N odul ar Ir on(I)R A0Q un—zhang，zH A N G Y ua n—ha o，H E H an-j un，SH I Q i u—yue(H ubei A ut om ot i ve Technol ogy C ol l ege，S h i yan442002，C hi na)A bSt r觚t：T he r el at i onshi p cu r v e bet w e en t ens i l e s tr ength，el o ngat i on，h ar dne ss a nd pearl i t e vo l um e f r acti on of t he C r—al l oye d a s—c as t no du l ar i r o n w as i nvest i gat ed．T h e com par i son s h ow ed t hat t he C r—al l oye d a s—c a st no du l ar i m n has eV e nm or e hi g her f at i gue pr oper t i es t h an C u—al l oyed as—cas t no du l ar i r o n．T u r ni ng t e s t s how e d t h at t he t um i ng{br ce of C r—al l oye d a s—c as t no du l ar i rD n w as bi g ger t ha n C u—al l oyed a s—c a st no du l ar i r on，how eV er l es s t ha n s t eel；and t he dri l l iⅡg t e s t al so s h ow ed t he s a m e res ul t．K e y w or d s：C卜a l l oyi ng；as—c ast no du l ar i r o n；st m ct ur e；pm per t y传统的铸态高强度珠光体球铁，都加人cu、N i、M o、Sn等合金元素(其中一种或数种合用)，但这些金属价格昂贵。
合金元素在钢中的作用一览表
合金元素在钢中的作用一、发展合金钢的原因为什么要发展合金钢？当碳钢不能满足力学性能或某种特殊性能的要求时，就要采用合金钢。
合金钢就是在碳钢中适量地加入一种或几种其他元素而制成的具有特殊性能的钢。
合金钢一般具有较好的力学性能，而且因加入合金元素不同，还具有一些特殊性能，如高的耐磨性、耐蚀性、高磁性等。
碳素钢的缺陷1、综合机械性能差虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同一成分中得到配合完善的综合机械性能。
2、热稳定性差碳钢在使用温度超过200℃后，软化变形，机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于高温场合。
3、耐腐蚀性差碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤其对酸几乎没有任何抵御能力。
4、淬透性差碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零件。
淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又淬不上火或淬透层很浅。
5、不能满足某些特殊性能要求如：耐低温、高磁性、无磁性等等。
二、合金元素在钢中的作用加入合金元素的作用如下：⑴、提高力学性能。
①、合金元素能溶入а-Fe，会使а-Fe晶格产生畸变，降低位错的易动性，产生固溶强化的效果，使铁素体的强度、硬度提高。
硅、锰可显著提高铁素体的硬度和强度，但含量过小时，对韧性影响不大。
铬、镍这两个元素含量适当时，可提高铁素体的硬度和强度，也可提高韧性。
②、合金元素可形成碳化物，使钢得到强化。
③、合金元素可使晶粒细化，提高钢的力学性能。
⑵、改善钢的热处理工艺性能。
加入合金元素后可提高钢的淬透性和回火稳定性。
⑶、可使钢获得特殊的物理、化学性能。
加入合金元素后，可使钢得到各种特殊性能，如耐酸、耐碱、高磁、耐高温等。
常见合金元素在钢中的作用为了合金化而加入的合金元素，最常用的有碳、硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝、硫、磷、氧等。
现分别说明它们在钢中的作用。
1、碳在钢中的作用：⑴、提高钢的硬度、强度2、硅在钢中的作用:⑴、提高钢的淬火、正火和退火温度，提高钢的回火稳定性和抗氧化性。
铸铁及应用精.pptx
牌号
QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7 QT600-3 QT700-2 QT800-2
QT900-2
基体组织
F F F F+P P+F P P或回 火组织 B或回
力学性能
σ
σ
δ
（MPab） （MPas） （%）
不小于
400
250
18
400
250
15
450
310
10
500
σb MPa
σs δ MPa %
不小于
硬度 HBS
300
—6
330
—
8
≤150
350
200 10
370
— 12
450
270 6 150~200
550
340 4 180~230
650
430 2 210~260
700
530 2 240~290
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典型用途 用于制造形状复杂且承受振动 载荷的薄壁小型件，如汽车、拖 拉机的前后轮壳、管接头、低压 阀生门产等周。期长，工艺复杂，成本较高，
抗拉强度值，MPa
牌号
HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350
显微组织
基体
G
F
粗片
Fபைடு நூலகம்P
较粗片
P
中等片
P
较细片
细P S 或T
细片
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性能
耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。 抗压强度高——抗拉强度、塑韧性比钢低。 消震性好（是钢的十倍）—— G 组织松软 铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收
球墨铸铁技术介绍
弹性模量：159,000~172,000MPa
➢ 球墨铸铁的弹性模量随球化率的降低而降低。
球墨铸铁的验收
➢ 以抗拉强度和延伸率两个指标作为验收依据。 ➢ 生产工艺稳定的条件下，可根据硬度值进行验收。
硬度与强度的对应关系必须建立在球化合格，化学成 分、孕育稳定的基础上。
的基体类型。
焊补性
➢ 球墨铸铁不能焊接，只能焊补。
➢ 球墨铸铁中稀土镁合金含量较高时，在焊缝和近焊 缝区易产生白口或马氏体组织，形成内应力和裂 纹。
➢ 国家标准GB/T10044－1988规定了适用于球墨铸 铁焊补用的焊条，按照要求，可获得高强度珠光体 基体球墨铸铁的焊缝。
9
铁素体球墨铸铁（F体高韧性）
➢ 铸造工艺合理稳定，为保证性能，规定按硬度验收 时，必须检验金相组织，其球化率不得低于4级。
➢ 即使硬度和球化合格，由于基体其中存在渗碳体、 磷共晶、高硅固溶强化等，强度和韧性也可能达不 到要求。
➢ 生产工艺不稳定时，不能根据硬度值验收。
13
冲击韧度
➢ 铁素体球墨铸铁由于含硅量变化，贝氏体球墨铸铁 由于上、下贝氏体及奥氏体数量变化，冲击韧度的 变化范围较大。
强度和塑性
➢ 球墨铸铁的强度和塑性主要取决于基体组织
• 下贝氏体B下或回火马氏体M回强度最高； • 其次是上贝氏体B上、索氏体S体、珠光体P体、F体； • 铁素体增多，强度下降，延伸率增加； • 奥氏体或铁素体强度较低，塑性较好。
➢ 球墨铸铁的屈服点σ0.2高，超过正火45钢 ➢ 比强度σ0.2/σb也高于钢
布氏硬度HBS
四种退火球墨铸铁的高温硬度
180
铸 铁
第二节 铸铁的石墨化
• ３.硫的影响 • 硫是强烈阻碍石墨化的元素. 硫不仅增强铁、碳原子的结合力. 而且形
成硫化物后常以共晶体形式分布在晶界上. 阻碍碳原子的扩散. 硫不但 能促进铸铁白口化. 而且还能降低铸铁的铸造性能和力学性能. 所以硫 是有害元素. 铸铁中的含硫量越低越好. 一般应控制在０.１５％以下. • (二) 冷却速度的影响 • 冷却速度是指铁水从浇注到铸件在６００℃左右时的冷却速度. 在这 一温度范围的冷却速度是影响铸铁组织和石墨化的重要因素. 冷却速 度越小. 越有利于石墨化.
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第二节 铸铁的石墨化
• 二、石墨化过程 • 铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化过程. • 根据铁碳双重状态图中的Ｆｅ － Ｇ 相图. Ｐ′Ｓ′Ｋ′温度以上析出石墨
的过程称为第一阶段石墨化. Ｐ′Ｓ′Ｋ′及其以下温度析出石墨的过程 称为第二阶段石墨化. • 铸铁第一、第二阶段石墨化充分进行时. 铸铁的最终组织是铁素体基 体上分布着石墨.如图７ －３ (ａ) 所示. 即Ｆ ＋ Ｇ. • 铸铁第一阶段石墨化充分进行、第二阶段石墨化尚未充分进行时. 铸 铁的最终组织是铁素体与珠光体基体上分布着石墨. 如图７ －３ (ｂ) 所示. 即Ｆ ＋Ｐ ＋Ｇ.
• 铸铁第一、第二阶段石墨化均未进行时. 这种铸铁称为白口铸铁.石墨 化过程是一个原子扩散过程. 石墨化的温度越低. 原子扩散越困难. 越 不易石墨化
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第二节 铸铁的石墨化
• 三、影响石墨化的因素 • 铸铁石墨化程度受到许多因素影响. 但主要的影响因素是铸铁的化学
成分和冷却速度. • (一) 化学成分的影响 • 常见合金元素对铸铁石墨化影响如下:
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铸铁石墨化学习.pptx
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(2) 球墨铸铁的牌号、组织和性能 QT420-10、QT600-2、QT800-2 球墨铸铁牌号用“QT”标明，其后两组 数值表示最低抗拉强度极限和延伸率 不同基体的球墨铸铁，性能差别很大。珠光体球墨铸铁的抗拉强度比铁 素体基体高50%以上，而铁素体球墨铸铁的延伸率为珠光体基的3-5倍
第7页/共35页
优点
因石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能 优异
铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨 胀，减少了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力
石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有 很好的耐磨性能。
石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振 性能
大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感
F+G片
F+P+G片 第10页/共35页
P+G片
（2）影响灰铸铁组织和性能的因素
1）成分对铸铁的影响 锰：阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，增强铁、碳原子间的结 合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。 锰还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰质量分数一般为0.5%～1.4%。 磷：是促进石墨化的元素。铸铁中磷含量增加时，液相线降低，从而提高了 铁水的流动性。在铸铁中，磷质量分数大于0.3%时，常常形成二元或三元磷 共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸 铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有 一定的磷含量（可达0.3%以上）。
球墨铸铁中主要元素的作用
一、碳1.当碳当量小于4.5%~4.7%时，增加含碳量可提高镁的吸收率，有利于球化。
2.碳高铁水流动性好，凝固期间析出石墨最多，石墨化体积膨胀增加，补偿收缩增加铸件致密性，改善机械性能。
3.在共晶成分以上，增加含碳量易产生石墨漂浮，降低机械性能。
4.降低含碳量易产生游离渗碳体，使机械性能降低，脆性增加，同时增加缩孔，缩松等铸造缺陷。
二、硅1.硅是强烈的石墨元素，即使石墨结晶，又使渗碳体分解。
因此，提高含硅量，石墨球径减小，数量增加，形态圆整。
2.硅量增加，铁素体增加，珠光体减少，强度和硬度降低，塑性和韧性提高。
3.硅具有强化铁素体的作用，当含量大于3.3%时，脆性增加，塑性降低。
4.硅使共晶点向左上方移动，使凝固区间缩小，增加流动性，减少缩松。
三、锰1.锰降低共析转变温度，从而稳定并细化珠光体组织，在石墨化退回时，阻止珠光体的分解。
2.锰促使渗碳体形成，增加锰量可提高强度，降低塑性、韧性。
当组织中出现较多自由渗碳体时，除硬度外，其他性能均下降。
3.锰增加过冷奥氏体稳定性，使S曲线右移。
加入量为0.5%为宜。
四、磷1.磷在铁中具有一定的溶解度，超过此值在组织中出现二元或三元磷共晶，沿晶界分布，破坏了晶粒间的结合能力，因此使球铁的强度下降。
2.磷增加晶间缩松倾向，降低机械性能。
3.在热处理中，磷不阻碍共晶渗碳体的分解，而阻碍共析渗碳体的分解。
4.磷提高脆性转变温度范围，增大冷裂性。
5.随着磷含量增加，缩孔，缩松倾向增加。
五、硫1.硫与稀土、镁具有很强的结合能力，原铁液含硫高会消耗过多球化剂，而出现球化不良和球化衰退。
2.原铁水含硫量高，球化剂加入量大，处理后铁水温度低，铁水中夹杂物多，铁水表面氧化结膜温度高，铁水流动性差，容易使球铁产生夹渣、皮下气孔等缺陷。
3.。
球墨铸铁特性及其应用
原因：铁液表明形成的氧化膜阻碍气体析出，
碳化反应中形成的气体，镁残留量多形成的镁蒸 汽，炉料潮湿锈蚀等。
措施：球化保证条件下降低镁残留量，铁液平
稳浇铸，控制炉料干燥少锈，采用少氮或无氮树 脂。
球墨铸铁铸件形式
石墨球的螺旋生长
石墨球螺旋生长模型 a）生长成的球体 b）角锥体单晶 c）锥顶角Φ与θ的关系
石墨球生长的工艺措施
从生产实践中得知，使石墨按球 状生长的工艺措施为改变化学成 分和控制冷却速度。
化学成分中，对石墨生长有重要 影响的是一些能显著改变铁液过 冷倾向的元素；而引起铸铁冷却 速度产生变化的因素则是铸件壁 厚、铸型以及浇铸。
• 形核物质 1、石墨：未溶石墨、添加晶体石墨、非平 衡石墨
2、岩状结构碳化物基底 3、氧化物 4、硫化物/氧化物 5、铋及铋的化合物
球墨铸铁的孕育
• 球墨铸铁孕育的重要性 • 灰铸铁、球墨铸铁孕育的异同点 • 孕育衰退现象 • 提高孕育效果的措施
a.选择强效孕育剂 b.必要的S的含量 c.改善处理方法 d.提高铸件冷却速度
5、夹渣 特征：浇铸位置上表面或死角处，断面呈暗黑
无光泽、深浅不一的夹杂物，金相为可见、块状 夹杂物。
原因：形成一次夹渣的重要原因是原铁液含硫
量高、氧化严重；二次夹渣主要原因是镁残留量 过高，提高了氧化膜形成温度。
措施：降低原铁液硫、氧含量，保证球化时降
低镁残留量，加入适量稀土降低形膜温度。浇铸 系统应使充型平稳，夹渣部位设集渣冒口。
石墨呈分散分布的蠕虫状、球状、团 状、团絮状
石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球 状、团状、团絮状
球墨铸铁冶金(化学成分的影响之合金元素)
球墨铸铁冶金（化学成分的影响之合金元素）如果这些元素不是故意添加，而且含量非常少的话，那么他们被称为杂质元素。
下面介绍最常用的元素。
10、镍元素的影响。
极限范围：0.00-2.00%。
首选范围：0.25-1.00%。
该元素可用于需要100％珠光体结构（百分比取决于壁厚），以及有低温应用需求的球墨铸铁件（需要铁素体化）。
效果：促进晶粒细小的珠光体，但不能使其稳定。
降低共析温度。
减小稳态和亚稳态共晶温度之间的距离。
可以消除“铸态”下的铁素体。
形成的珠光体易于通过热处理转变增加淬透性（也用于表面硬化），作用小于Cu 和Mo。
降低铁素体的转变温度。
能够强化铁素体。
属于负偏析元素。
不增加收缩趋势。
降低冷淬趋势。
在Ce存在的情况下能够促进块状石墨的形成。
它可以部分地通过镍—镁球化剂来进行添加。
11、钼元素的影响。
极限范围：0.00-0.75%。
首选范围：0.25-0.50%。
效果：降低两个共晶温度。
提高共析温度。
促进珠光体，但效果弱于Cu 和Sn 。
提高高温强度。
增加抗蠕变性。
增加淬透性（厚截面）。
在断面中心形成（弱至中型）胞间碳化物网络，降低抗冲击性和抗疲劳性。
偏析相当强。
Mo 和高P 的组合可导致断面中心低熔点的磷化物组合。
增加在热节和中心区域的收缩趋势。
12、铜元素的影响。
极限范围：0.00-1.90%首选范围：0.30-1.00%。
如果需要100％的珠光体结构（百分比取决于壁厚），则可使用该元素。
它的作用与镍相似。
对于铁素体结构：Cu <0.05％。
效果：强烈促进形成极细的珠光体，减少铸件的铁素体形成。
降低共析温度。
减少稳态和亚稳态共晶温度之间的距离。
对加工性没有影响。
与Mo 组合使用时可提高淬透性（如果单独使用，作用小于Mo）。
不会增加收缩趋势。
负偏析元素。
与Ti 或/和Pb 结合可促进片状石墨生成。
13、铬元素的影响。
极限范围：0.00 至0. 5%。
首选范围：0.25 至0.35% 。
很少作为单一合金元素使用，主要与Mo 一起使用。
合金元素在铁素体球墨铸铁中的作用
15
3.微观分析
Fig. 12. Matrix/nodules decohesion and crackes in ductile iron(images represent two analysis zones).
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4.结论
1.在一定程度上提高硅的含量可以使材料的抗拉强度和屈服强度 明显升高，但同时材料断后伸长率和冲击韧性有所下降。 2.按照力学性能的要求，硅的添加量需要控制在0.125-0.25%，超过 或者低于此含量得到的产物无法达到规定标准。 3.改变硅含量不影响铁素体晶粒大小。 4.硅在基体中分布不均匀，出现明显的微观偏析。距离石墨球越近 则含量越高，在共晶区含量最少，容易导致裂纹和断裂产生。
8
2.试验过程
a b
Fig. 5. Influence of copper content on properties of ductile cast iron:(a)tensile strength and yielding stress, (b)failure strain and resilience
1.研究背景
可切削加工性能好
耐磨性强
优点
耐蚀性强
抗氧化性高
3
2.试验过程
拉伸试验：测定拉伸强度，屈服 强度，断后伸长率。
冲击试验：测定常温冲击韧性
EBSD：测定铁素体晶粒尺寸
金相分析与扫描电镜：微观 组织与断面
4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.试验过程
Table1 Chemical composition of ferritic ductile iron(wt%)
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3.微观分析
Fig. 7. Inverse pole figure of ductile cast iron.
铸 铁
正火
退火
1.6 合金铸铁
耐磨合金铸铁
耐磨铸铁主要用于制造摩擦条件下工作的机械零件。一类是在有润滑条件下 工作的耐磨铸铁（又称减磨铸铁），例如机床导轨、汽缸套及轴承等；另一类则 是在干摩擦条件下工作的耐磨铸铁（又称抗磨铸铁），例如轧辊、犁铧、球磨机 衬板和磨球等。
减磨铸铁
减磨铸铁应有较低的摩擦系数和能够很好的保持连续油膜的能力。最适宜的 组织形式应是在软的基体上分布有坚硬的强化相。细层状珠光体中的铁素体为软 基体，渗碳体为强化相，同时石墨也起着贮油和润滑的作用。 常用减磨铸铁有高 磷铸铁。
石墨具有割裂基体连续性的作用，从而使铸铁的切屑易脆断，具有良好的切 削加工性；
石墨本身的润滑作用，故铸铁又有优良的减摩性； 石墨的组织松软，能够吸收Biblioteka 动，因而又使铸铁具有良好的消震 性；
片状石墨本身就相当于许多微缺口，故铸铁具有低的缺口敏感性。
铸铁的石墨化
铸铁的石墨化过程是铸铁中碳原子析出和形成石墨的过程，而铸铁组 织形成的基本过程主要也就是石墨形成的过程。石墨可以从液相中直接 结晶出来，或从奥氏体及铁素体中脱溶沉淀出来，又可以由渗碳体分解 而成。因此，渗碳体实际上是一个亚稳定相，石墨才是稳定相。
提高铸铁耐蚀性的主要途径 合金化
在铸铁中加入硅、铝、铬等合金元素，能在铸铁表面形成一层连续致密的 保护膜，可有效地提高铸铁的抗蚀性。在铸铁中加入铬、硅、钼、铜、镍、磷 等合金元素，可提高铁素体的电极电位，以提高抗蚀性。另外，通过合金化， 还可以获得单相金属基体组织，减少铸铁中的微电池，从而提高其抗蚀性。
耐蚀铸铁的用途
耐蚀铸铁广泛应用于石油化工、造船等工业中，用来制作经常在大气、 海水及酸、碱、盐等介质中工作的管道、阀门、泵类、容器等零件。但各 类耐蚀铸铁都有一定的适用范围，必须根据腐蚀介质、工作条件合理选用。