灰铁铸造专业知识——总结版

HT250珠光体含量应大于95%。经销商的要求是多少？你们的珠光体含量是多少？

珠光体含量达不到要求的原因有很多情况，考虑你们的原因主要是碳、硅含量较高。

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工业上常用铸铁的成分范围：2.5~4.0%C，1.0~3.0%Si，0.5~1.4%Mn，0.01~0.20%S。除此之外，还含有Cr，Mo，V，Cu，Al等元素。

灰口铁铸造的组织特点是具有片状的石墨，其基体组织分为三种类型：铁素体、珠光体、铁素体+珠光体。

通常，C和Si能有效地促进石墨化的元素。为了保证铸铁在浇铸能够得到灰口，且不至于得到过多和粗大的石墨片，通常将铸铁的成分控制在2.5~4.0%C及1~2.5%Si。

铸铁中Al、Cu、Ni、Co等元素也会促进石墨化。S、Mn、Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素则阻止石墨化。S不仅强烈的阻止石墨化，还可以降低铸铁的机械性能和流动性。一般控制在0.1~0.15%以下。Mn虽然可以阻止石墨化，但是他可以与S生成MnS，其含量0.5~1.4%。

最常用的孕育剂为硅铁和硅钙合金，加入量一般为铁水总重的0.4%左右。经孕育处理后的铸铁，不仅其强度有很大提高，而且塑形和韧性也有所提高。

口铁可以看作是钢的基体与片状石墨的夹杂。因此石墨片越少，越细，越均匀，铸铁的机械性能越高。铸铁中石墨片的含量与含C和Si量有关，尤其是C。但含C和Si量低会增加铸铁的白口倾向，形成白口或麻口组织。

为了提高铸铁机械性能，可采取“孕育处理”即浇铸前在铁水里加少量“孕育剂”。这样在铸铁的凝固过程中产生大量人工晶核，以促进石墨的形核和结晶。不仅可以防止白口，而且还可以使石墨片的结晶显著细化。

在铁液中，锰与硫化合形成MnS，随着锰量增加，与锰结合的硫量就大，使铁液中的自由硫含量降低，抑制了硫的有利作用，石墨长度增加，端部钝化效果变差，导致铸铁性能下降。另外，形成的大量MnS夹杂物，一部分形成石墨核心，另一部分则会发生聚集，形成局部密集的MnS排列，消弱了基体的强度。因此，含锰量增加，灰铸铁的强度降低。

另外，有资料表明【6】，锰对灰铸铁强度的影响与碳当量有关。当碳当量为3.65-3.9 5%时，其抗拉强度随着锰量的增加显着降低。当碳当量为3.96-4.15%时，其抗拉强度随着锰量的增加有所提高。

（3）Mn/S比

由于硫在灰铸铁则会具有双重作用，同时，锰与硫化合形成的MnS又具有核心功能，但过多的MnS对灰铸铁的强度没有益处。所以，硫和锰的含量在铸铁中存在着相互制约的关系，即存在着一个合理的Mn/S。通常认为，当S<0.2%时，以Mn=1.7S+0.3来考虑锰含量。

生产实践证明【6】，Mn/S对灰铸铁的性能有较大的影响。当CE为3.70%~3.85%时，σb随Mn/S的增大而降低；当CE为3.90%~4.05时，σb随Mn/S的增大先降低然后提高。当CE为3.70%~3.95%时，Mn/S=3~5，抗强度较佳，取Mn/S=4；当S=0.07%~0.15%时，Mn 0.3%~0.6%。当CE为3.96%~4.05%时，Mn/S=5~7，抗拉强度较佳，取Mn/S=6，当S=0.07%-0.15%时，Mn 0.4%~0.9%。

2钛的控制

钛是强烈形成碳化物，与碳、氮、氧具有很强的化学亲和力，形成TiN、TiC、或Ti（N C），其硬度极高（TiC 3200Hv，VC 2800Hv），常以颗粒状存在于铸铁基体中。少量的Ｔｉ可以细化石墨，但随着钛含量的增加，Ｄ型石墨增多，并且，Ti分布在Ｄ型石墨区域。当Ti含量超过0.15％，Ｄ型石墨达到95％。Ti对灰铸铁抗拉强度有较大的影响【7】。当含Ti量在0.13%以下时，灰铸铁的抗拉强度随含Ti量的增加而下降，含Ti量为0.13%时，出现了最低值222.20MPa；当含Ti量大于0.13%时，其抗拉强度随含Ti量的增加而升高，当含Ti量增加到0.36% 时，抗拉强度升高到271.79MPa。Ti对灰铸铁硬度也有较大的影响。当含Ti量在0.04%以下时，随Ti量的增加硬度下降；当含Ti量大于0.04%时，其硬度随含Ti量的增加而增加；当含Ti量为0.36%时，硬度高达226HB。

Ti含量小于0.03%时，铁液的白口倾向减小，具有提高灰铸铁冶金质量指标的趋势。值得注意的是，含钛量的大小对灰铸铁的加工性能影响较大【8】。随着钛含量的增加，刀具磨损严重，同时，影响加工铸件的表面光洁度。

3氮的控制

一般情况下，氮在灰铸铁中含量较低，生产单位大都不具备化验氮的手段和仪器，所以，它对灰铸铁的作用没有引起人们的足够重视。研究表明【9】，氮对灰铸铁的组织有较大的影响，主要作用表现两个方面：一是对基体组织的影响，二是对石墨形态的影响。

氮降低灰铸铁的共析转变温度，并使得共析转变温度区间加大【10】。氮对灰铸铁基体的影响表现在三个方面：一是氮可以使初生奥氏体枝晶臂间距减小，二是氮作为碳化物稳定元素，促进铸态珠光体的含量增加和稳定性，三是有效地促进共晶形核，细化基体组织，增加珠光体和铁素体的显微硬度。氮对铸铁石墨的形态、数量、分布有很大影响。日本张博等人的研究表明，铸铁中吹入氮气，不加入任何球化元素，可以使石墨球化。对于普通灰铸铁，加入适量的氮可使得片状石墨长度缩短、弯曲程度增加、端部钝化、长宽比减小。因此，灰铸铁中含有一定的氮，可显着提高强度和硬度。

生产实践证明，在相同化学成分条件下，冲天炉熔炼铁液浇注的铸件力学性能低于电炉

熔炼。通常认为，其原因是冲天炉铁液温度低，存在着炉料遗传问题。实际上，这与铁液的含氮量有关。冲天炉熔炼时，由于使用生铁量较多，而高碳生铁的含氮量较低，一般冲天炉灰铸铁中的含氮量为40-70ppm 【11】。通常废钢的含氮量比铸造生铁高的多，用感应电炉熔炼铸铁时，炉料中所用生铁较少，废钢比例较大，另外，电炉熔炼多使用增碳剂，而大多数增碳剂中氮含量较高，所以，感应电炉熔制的灰铸铁含氮量比较高。一般，炉料中废钢比例越大，铸铁中含氮量越高，如表1所示【11】。

另外，需要指出，不同炼钢工艺获得的废钢的含氮量也是不同的，如表2所示。

氮是廉价的资源，对改善灰铸铁的组织和力学性能具有积极的作用，在当今铁合金价格飞涨的形势下，有效利用氮对灰铸铁进行微合金化是值得重视的技术。但是，也应该充分注意过量的氮将造成气孔甚至微观裂纹缺陷。因此，在氮的应用中，应注重其科学性，充分合理地利用氮的积极作用，尽量避免其消极作用。