灰铸铁中各元素作用

灰铸铁中各元素作用

1、碳、硅

碳、硅都是强烈地促进石墨化的元素，可用碳当量来说明他们对灰铸铁金相组织和力学性能的影响。提高碳当量促使石墨片变粗、数量增加，强度硬度下降。相反降低碳当量可减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而提高灰铸铁的力学性能。

但是降低碳当量会导致铸造性能下降。

2、锰：锰本身是稳定碳化物、阻碍石墨化的元素，在灰铸铁中具有

稳定和细化珠光体作用，在 Mn=0．5％～1％范围内，增加锰量，有利于强度、硬度的提高。

3、磷：铸铁中含磷量超过0.02%，就有可能出现晶间磷共晶。磷在奥

氏体中的溶解度很小，铸铁凝固时，磷基本上都留在液体中。共晶凝固接近完成时，共晶团之间剩余的液相成分接近三元共晶成（Fe-2%、C-7%、P）。此液相约在955℃凝固。

铸铁凝固时，钼、铬、钨和钒都偏析于富磷的液相中，使磷共晶的量增多。铸铁中含磷量高时，除磷共晶本身的有害作用外，还会使金属基体中所含的合金元素减少，从而减弱合金元素的作用。

磷共晶液体在凝固长大的共晶团周围呈糊状，凝固收缩很难得到补给，铸件出现缩松的倾向较大。

4、硫：降低铁液流动性，增加铸件热裂倾向，是铸件中的有害元素。

很多人认为硫含量越低越好，实则不然，当硫含量≤0．05％时，此种铸铁对我们使用的普通孕育剂来说不起作用，原因是孕育衰

退的很快，常常在铸件中产生白口。

5、铜：铜是生产灰铸铁最常加入的合金元素，主要原因是由于铜熔

点低（1083℃），易熔解，合金化效果好，铜的石墨化能力约为硅的1／5，因此能降低铸铁的白口倾向，同时铜也能降低奥氏体转变的临界温度，因此铜能促进珠光体的形成，增加珠光体的含量，同时能细化珠光体和强化珠光体及其中的铁素体，因而增加铸铁的硬度及强度。但是并非铜量越高越好，铜的适宜加入量为0．2％～0．4％当大量地加铜时，同时又加入锡和铬的做法对切削性能是有害的，它会促使基体组织中产生大量的索氏体组织。

6、铬：铬的合金化效果是非常强烈的，主要是因为加铬使铁水白口

倾向增大，铸件易收缩，产生废品。所以，应对铬量加以控制。

一方面希望铁水中含有一定量的铬，以提高铸件的强度和硬度；

另一方面又将铬严格控制在下限，以防止铸件收缩而造成废品率增加。传统的经验认为，原铁水铬量超过0．35％时，将对铸件产生致命的影响。

7、钼：钼是典型的化合物形成元素，是很强的珠光体稳定元素，它

能细化石墨，在ωMo<0．8％时，钼能细化珠光体，同时能强化珠光体中的铁素体，从而能有效地提高铸铁的强度和硬度。

1、加大过热或延长保温州间．能使熔液内已有的异质核心消失

或功效下降，使奥氏体晶粒数目减少。

2、钛对灰铸铁有细化初生奥氏体的作用。因为钛的碳化物、氮

化物、碳氮化物可作为奥氏休形核的基础。钛可增加奥氏体的核心，细化奥氏体晶粒。另方面当铁液中存在多于的Ti时，铁中的S会和Ti而不是和Mn反应生成TiS颗粒，TiS的石墨核心作用比不上MnS有效，因此，延缓了共晶石墨核心的形成，从而增加了初生奥氏体的析出时间。钒、铬、铝、锆与钛相似易形成碳化物、氮化物和碳氮化物，可成为奥氏体核心。

3、各种孕育剂对共晶团数的效果存在较大差异，依次排列为：

CaSi＞ZrFeSi＞75FeSi＞BaSi＞SrFeSi

含Sr或Ti的FeSi对共晶团数的影响较弱，含稀土的孕育剂作用最好，当与Al、N复合加入时作用更加显著。含A1、Bi的硅铁可强烈增加共晶团数，

4、以石墨晶核为中心所形成的石墨—奥氏体两相共生生长的晶粒称共晶团。存在于铁液中可做共晶石墨核心的亚微观石墨聚积体、残存未熔的石墨微粒、初生石墨片分枝，高熔点化合物及气体夹杂，同样也是共晶团的核心。

由于共晶晶核是共晶团生长的起点，故共晶团数即反映共晶铁液中能长成石墨的核心数。影响共晶团数的因素有化学成分、铁液的核心状态及冷却速度。

化学成分中的碳、硅量有重要影响．碳当量越接近共晶成分，

共晶团数则越多。S是影响灰铸铁共晶团的另一重要元素，低的含硫量对提高共晶团不利，因为铁液中的硫化物是石墨核心的重要物质，此外硫可降低异质核心与熔体之间的界面能，使更多的核心得到活化当W(S)＜0．03％时，共晶团数显著减少，孕育的效果降低。Mn的质量分数在2％以内时，Mn量增多，共晶团数随之提高。Nb在铁液中易生成碳、氮化合物，作为石墨核心而增加共晶团。Ti、V降低共晶团数，因为钒降低碳的话度；钛易夺取MnS、MgS中的S形成钛的硫化物，其生核能力不如MnS、MgS有效。铁液中N使共晶团增加，当含N小于350 x10-6时不明显，超过一定值后，增大过冷从而增加共晶团数量。氧在铁液中易形成各种氧化夹杂作为核心．故随氧增多、共晶团数增多。

除化学成分外，共晶熔液的核心状态是重要影响因素，保持长时间高温过热会引起原有核心消失或减少，使共晶团数减少、直径变大。孕育处理可大大改善核心状态从而增加共晶团数量。冷却速度对共晶团数的影响十分明显，冷却越快，共晶团数量越多。

5、共晶团数的多少直接反应共晶晶粒的粗细。按一般原则。细的晶粒可提高金属的性能。在化学成分、石墨类型相同的前提下，随共晶团数增加，抗拉强度提高，因为共晶团内的石墨片随共晶团数的增多而变细小，使强度增加。然而，随硅量增加，共晶团数明显增多，但强度反而下降；铸铁强度随过热温度提高(至1500℃)而提高，可是，此时共晶团数却显著减久孕育处理导致共晶团数变化规律与强度增

加的关系也并不总存在相同的走向、用含Si、Ba的FeSi孕育处理获得

的强度比用CaSi高，但是铸铁的共晶团数却比CaSi少很多。

随共晶团数增多，铸铁的缩松倾向增大，为防止小件形成缩松应将共晶团数控制在300—400个／cm2以下。

6、在石墨化孕育剂中添加过冷的台金元素Cr、Mn、Mo、Mg、Ti、Ce、Sb)可提高铸铁过冷程度、细化晶粒、增加奥氏体数量及促进珠光体形成。添加的表面活性元素(Te、Bi、5b)能吸附在石墨晶核表面限制石墨生长从而减小石墨尺寸，以达到提高综合力学性能、改善均匀性、加大组织调节的目的。此原理已在高碳铸铁(如刹车制动零件)的生产实践中得到应用。

‘