各种少量-微量元素在铸铁中作用
镍在铸铁中的作用
镍在铸铁中具有石墨化剂的作用，且同硅相似有助于碳化物的分解。
它对于降低白口层深度及消除碳化物的硬点，白口边缘和麻口区颇为有效。
它可以减少白口形成倾向，但不会产生常因加入过量的硅而导致石墨组织的粗化和强度降低的情况。
加入0.1-1.0%的少量镍对于细化晶粒和石墨尺寸经常有效，但在加入量超过1%时常需调整硅的含量。
镍在制造灰铸铁件时可以代替硅或补充硅量的不足。
在减少白口层深度方面，一般2份镍约等于1份硅，但当硅含量小于1%时，其比例关系几近于3或4比1.在许多实例中，加镍优于加硅，因为增加硅的含量常会导致物理性能的降低，更为粗大的晶粒以及较大的缩松和内部收缩的倾向。
镍除了减少或消除游离碳化物外，且略能降低珠光体中化合碳的含量，这种情况在镍达1.5%左右时特别显著。
随着镍量的继续增加，这时珠光体中的化合碳量缓慢增加0.8%左右的共析量。
机械性能强度在灰铸铁中加入的镍经常在0.25%-2.00%范围内，假如对镍的石墨化能力不加调节的话，即使加镍达1.5%左右，其强度也不会发生显著地变化，超过此值后，强度将随着硬度的逐渐提高而微有增加。
通过调整铸铁的成分，特别是调整硅的含量，加入0.50%-5.00%的镍可提高灰铸铁的强度10%-15% 降低含硅量而不加镍也能提高强度，但是，这种作法就加剧了厚薄断面的硬度差，且带来了薄的断面和边缘难于加工的不良后果。
在降低硅的同时加入镍的情况下，则可获得高强度的优点而又不致造成硬而不易加工的边缘。
硬度镍熔于铸铁的铁素体或珠光体基体的固溶体中，并使之逐渐变为索氏体，当加入量超过5%时，甚至变成马氏体。
因此，镍逐渐硬化铸铁的基体。
冲击韧性通过弯曲挠度或其它方法的测定可知，镍也能明显地改进铸铁的冲击韧性。
在较薄的断面中加入1.0%-5.0%的镍，其效果很显著。
热膨胀随加入量的不同，镍对灰铸铁的膨胀特性有一定的影响。
加工性加镍的铸件同普通灰铸件相比较，具有更高的硬度，更大的强度以及在相等加工性的情况下具有更好的组织；若与普通铸铁的硬度，强度和组织相同时则更易于加工。
化学成分中各元素在铸件中的作用
2
Mn
在钢中形成MnS以代替FeS。因MnS熔点高（1620℃），且呈断续分布，不像FeS熔点988℃，呈网状分布在晶界，所以可减少热脆。
锰对钢的过热性（粗晶）很敏感，钢锭加热温度过高，易生粗晶，使锻造困难。锰对珠光体钢的可锻性影响较小，奥氏体锰钢临界点将降低。
3
Ni
炼钢时有Ni极易吸收氢形成大量气泡，锻造时引起开裂。Ni与Mn的作用相反，它促使硫化物成网状分布于晶界，使锻造时开裂，所以不宜在含硫的炉气中加热。
珠光体Ni钢在锻造时易形成片状破裂和带状组织。为了消除这种组织可采用镦粗和拔长交错进行，或在1000～1100℃下长时期扩散退火。
4
Cr
铬在钢中形成较稳定的碳化物，提高碳化物在钢中的溶解温度，减慢溶解速度。
铬能促进使铸锭生成大晶粒，冷却时沿晶界形成内裂。
高铬钢在空气中冷却即能淬火，常在表面生裂，所以不易锻造。
5
V
与碳形成稳定碳化物
V能使钢生成细晶组织，阻止过热，适当加入对锻性有利。
6
Mo
钼的熔点高，能降低钢的过热倾向它和Ni一样，使硫化物以网状分布在晶界。
含有0.7%C，2～5%Mo的钼钢，锻造时无特殊困难。这些钢在空冷时间淬火，要防止冷裂。Mo提高钢的热强性，提高变形抗力。
序号
元素
在钢中的形成物
对可锻性的影响
1
C
与Fe形成渗碳体Fe3C，与其它合金元素形成合金渗碳体(FeM)3C或合金碳化物。
所有碳化物都有硬度高、塑性低、熔点高的特点，但渗碳体型碳化物在加热到锻造温度时经适当保温可大部分或全部溶入固溶体中，而合金碳化物较难溶入固溶体中，对钢的可锻性影响最大。一般高合金工具钢含碳高，故具有变形抗力大，塑性差，碳化物不易被粉碎等特点。
铸件中化学元素的作用
铸件中化学元素的作用化学元素对钢的性能的影响1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。
碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。
如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。
硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。
在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。
硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。
含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。
硅量增加，会降低钢的焊接性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。
在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。
含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。
锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。
因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。
使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。
硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。
所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。
在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。
镍、铜、铬、钼、锡、锑在铸铁中的作用与加入量
镍、铜、铬、钼、锡、锑在铸铁中的作用与加入量Ni（镍）1.溶与液体铁及铁素体2.共晶期间促进石墨化，其作用相当于1/3Si3.降低奥氏体转变温度，扩大奥氏体区，能细化并增加珠光体4.Ni＜3.0%，珠光体型，可提高强度，主要用作结构材料；Ni3%—8%，马氏体型，主要用作耐磨材料；Ni>12 %，奥氏体型，主要用作耐腐蚀材料等。
5.对石墨粗细影响较小Cu（铜）1.在奥氏体中极限溶解量为3.5%（当碳为3.5%）2.促进共晶阶段石墨化，能力约为硅的1/53.降低奥氏体转变临界温度，细化并增加珠光体4.有弱的细化石墨的作用5.常用量＜1.0%Cr（铬）1.反石墨化作用属中强，共析转变时稳定珠光体2.铬是缩小γ区的元素，Cr20%时，γ区消失3.用量0.15%-30%4.其用量小于1.0%仍属灰铸铁（可能有少量自由Fe3C出现），但力学性能有所提高。
Mo （钼）1.Mo＜0.6%时，稳定碳化物的作用比较温和，主要作用在于细化珠光体，亦能细化石墨。
2.Mo＜0.8%时对铸铁的强化作用较大3.用Mo作合金化时P量一定要低，否则会出现P- Mo四元共晶，增加脆性4.Mo>1%时，达到1.8%—2.0%时，可抑制珠光体的转变，而形成针状基体5.Mo能使“C”曲线右移，并有使形成两个“鼻子”的作用，故易得贝氏体Sn（锡）1.为增加珠光体量而加入，一般用量＜0.1%，可提高铸铁强度，>0.1%时有可能使铸铁出现脆性2.Sn >0.1%可出现反球化作用3.共晶团边界易形成FeSn2的偏析化合物，因此有韧性要求时，注意Sn量的控制Sb (锑)1.强烈促进形成珠光体2.0.002%—0.01%时，对QT有使石墨球细化的作用，尤其对大断面QT件有效3.其干扰球化的作用可用稀土元素中和4.HT中的加入量为＜0.02%，QT中的加入量0.002%—0.010%。
化学成分中各元素在铸铁中的作用
0.2772 293.2
中等稳定碳化 物，阻碍石墨化
钨
W
74
体心立方Wα、 183.9 19.3 复杂立方Wβ
3380
5900
0.143
184.8
中等稳定碳化 物，阻碍石墨化
第 2 页，共 10 页
化学成分中各元素在铸铁中的作用
名 符 原子 称 号 序数 晶型
相对原 子质量
密度 熔点 g/㎝³ ℃
22
密集六角
47.9
4.51
1677
3530
0.521
436.8
促进石墨化，但 在含量较高时又 起阻碍石墨化的 作用 形成几种稳 定碳化物 强烈稳定碳化 （VC、V2C、 物，阻碍石墨化 V4C3）
钒
V
23
体心立方
50.9
6.1
1910
3400
0.533
第 3 页，共 10 页
硼
B
5
正交
10.8
2.34
相对原 子质量
密度 熔点 g/㎝³ ℃ 7.13 420
沸点 比热容 溶解热 ℃ J/(g·℃) J/g 907 0.391 101.2
在铸铁中形 态
对石墨化作用
密集六角
65.4
第 5 页，共 10 页
在铸铁中的主要作用
高碳灰铁的金相为铁素体和粗大的片状石墨，机械 强度和硬度较低但挠度较好；低碳灰铁金相为珠光 体和细小的片状石墨，机械强度和硬度较高但挠度 较差 一般碳硅含量较低，可获得较高的机械强度和硬 度，但流动性稍差。当薄壁件出现白口时，可提高 碳硅含量使之变灰；当厚壁件出现粗大石墨时，应 适当降低碳硅含量，达到提高机械强度和硬度的目 的 中和硫的有害作用；稳定和细化珠光体，增加Mn量 会增加珠光体数量。在0.5~1.4%范围内增加Mn量会 增加铸铁的强度和硬度，但塑性和韧性降低 磷共晶硬度高、脆性大，分布在晶粒的边界上，割 裂了晶粒间的连续性，使铸铁的强度、塑性下降， 硬度提高；磷能增加铸铁的流动性和可铸性，但磷 的增高会使铸铁的缩孔、缩松以及开裂的倾向增 加，灰铁中磷的质量分数应低于0.3% 硫化铁熔点低、且质软而脆，能降低铸铁强度，促 进铸铁收缩，并引起铸铁过硬和裂纹形成；硫化锰 熔点高、且以颗粒状分布，对铸铁强度无多大影 响，但使铁液变稠，流动性较差；硫低于0.05% 时，石墨形态差，孕育效果差；灰铁中硫提高除了 改善切削加工性能外，还能改善石墨形态，使石墨 长度变短，末端变钝，形态变得弯曲，同时还能改 善并细化共晶团
微量元素对金属冶炼的影响
微量元素通常具有非常高的化学活性和反应性，能够与多种元素发生反应，生 成化合物或合金。
微量元素对金属冶炼的重要性
ห้องสมุดไป่ตู้
改善金属性能
降低能耗和减少环境污染
微量元素可以改变金属的物理、化学 和机械性能，如提高强度、硬度、耐 腐蚀性和导电性等。
通过添加适当的微量元素，可以降低 金属冶炼的能耗和减少环境污染，如 减少废气和废水的排放。
对市场销售的影响
微量元素的存在会影响金属产品的市 场需求和销售情况。例如，某些微量 元素对人体有害，如铅、汞等，会限 制金属产品的使用范围和市场需求。
微量元素的存在还会影响金属产品的 出口和市场竞争力。例如，某些微量 元素可能不符合进口国的标准或规定 ，导致金属产品被拒绝或限制进口。
05
微量元素对金属冶炼的挑 战与解决方案
对金属性能的影响
改变机械性能
微量元素可以改变金属的强度、塑性、韧性、耐磨性和耐 腐蚀性等机械性能，影响其在各种环境下的使用寿命。
影响物理性能
微量元素对金属的导电性、导热性、磁性和光学性能等物 理性能也有一定的影响，从而影响其在特定应用中的表现 。
增加特殊功能
某些微量元素可以在金属中形成特殊的结构或功能，如超 导性、磁性、发光性和催化活性等，拓展了金属材料的应 用领域。
对水体的影响
01
金属冶炼过程中产生的废水含有 大量的重金属离子和有害物质， 这些物质进入水体后会对水生生 物造成毒害，破坏水生态平衡。
02
废水中的有害物质还会通过食物 链累积，最终影响到人类的健康 。此外，废水中的酸碱度、悬浮 物等也会对水体产生负面影响。
对土壤的影响
金属冶炼过程中产生的废渣、粉尘等物质会直接或间接地污染土壤，导致土壤质 量下降。
十一种化学元素对铸铁组织性能的影响
十一种化学元素对铸铁组织性能的影响1.C2.碳是铸铁的基本组元，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式可把铸铁分成许多类型可把铸铁分成许多类型,在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2.7%-3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。
由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能。
对于亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高流动性。
在QT中含C量高，析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。
提高含C量可以减小缩松体积，减小缩松面积，使铸件致密。
但是含C 量过高则降低缩松作用不明显，反而出现严重的石墨漂浮，且为保证球化所需要的残余Mg量要增多。
3.Si4.硅是铸铁的常存五元素之一，能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用为碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。
在灰铸铁中，硅的质量分数控制在1.1%-2.7%的范围内，一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。
当薄壁铸件出现白口时，可提高碳硅含量使之变灰；当厚壁铸件出现粗大的石墨时，应适当降低碳硅含量，并达到提高机械强度和硬度的目的。
Si是Fe-C合金中能够封闭ｒ区的元素，Si使共析点的含C量降低。
Si 提高共析转变温度，且在QT中使铁素体增加的作用比HT要大。
5.HT中 C、Si 都是强烈促进石墨化的元素。
提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。
降低碳当量可以减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。
微量元素对球铁影响
组织
力学性能
使用性能
工艺性能
耐磨性
耐热性
耐蚀性
可切削性
铸造性能
C
3.5-3.8%
4.0-4.3%缩松、缩孔倾向最小；
含碳量过高，降低缩松的作用不明显，反而会出现石墨漂浮。
Ni
0.5～2.0常与Cr、Cu、Mo合用
促进石墨化，消除白口和游离渗碳体；细化石墨；稳定且细化珠光体，促成索氏体
提高强度、硬度、冲击韧度
显著提高强度、硬度、冲击韧度、疲劳强度、高温（＜550℃）性能，大断面性能
显著提高
提高
稍改善
改善
减少收缩，改善热处理性能
V
0.1～0.4常与Ti合加
阻碍石墨化；细化、均化石墨；细化珠光体；强烈促成碳化物；消除大断面的铁素体合枝晶组织
少量V，可显著提高强度、硬度，提高冲击韧性
显著提高。与Cu、Ti
合用更好
提高
提高
提高
优于同硬度和强度的非合金铸铁
减少缩松，提高铸件致密性。断面壁厚差大时尤有效
Cu
0.5～2.0常与Ni、Cr、Mo、V合用
弱石墨化；细化且珠光体和石墨；减少薄断面白口，改善大断面组织敏感性
提高强度、硬度、韧度。低碳铸铁尤显著
提高
提高
提高
尤耐弱酸和大气腐蚀
改善
改善流动性提高铸件致密度
Cr
0.2～1.0常与Cu、Mo、Ni合用
强阻碍石墨化，促成碳化物；细化石墨；细化且稳定珠光体；促成白口
提高强度、硬度；Cr约＞0.5％，降低塑性、韧性显著
提高，与Cu、Mo、Ni合用更好
提高。铬越多越显著
提高。铬越多越显著
降低。少量影响不大
微量元素在钢铁中的作用
钢铁中微量金属元素的作用：--------------------------------------1、磷（P）：使钢产生冷脆和降低钢的冲击韧性；但可改善钢的切削性能。
2、硅（Si）：能增加钢的强度、弹性、耐热、耐酸性及电阻系数等。
冶炼中的脱氧剂能增加钢的过热和脱碳敏感性。
3、锰（Mm）：能提高钢的强度和硬度及耐磨性。
冶炼时的脱氧剂和脱硫剂。
4、铬（Cr）：能增加钢的机械性能和耐磨性，可增大钢的淬火度和淬火后的变形能力。
同时又可增加钢的硬度、弹性、抗磁力和抗强力，增加钢的耐蚀性和耐热性等。
5、镍（Ni）：可以提高钢的强度、韧性、耐热性、防腐性、抗酸性、导磁性等。
增加钢的淬透性及硬度。
6、钒（V）：可赋于钢的一些特殊机械性能：如提高抗张强度和屈服点，明显提高钢的高温强度。
7、钛（Ti）：可防止和减少钢中气泡的产生，提高钢的硬度、细化晶粒、降低钢的时效敏感性、冷脆性和腐蚀性。
8、铜（Cu）：一般如P、S一样是残留有害元素。
Cu的存在会降低钢的机械性能，破坏钢的焊接性能，会使钢在锻轧等加工时产生热脆性。
钢中加入一定量的Cu，可提高钢的退火硬度，降低成本。
若含Cu 0.15～0.25%时，可使钢的耐大气腐蚀的性能。
9、铝（Al）：（1）低碳结构钢中 0.5～1%的Al有助于增加钢的硬度和强度；（2）铬钼钢和铬钢中含Al可增加其耐磨性；（3）高碳工具钢中Al的存在可使产生淬火脆性。
10、钨（W）：可提高钢的蠕变强度，又是钢中碳化物的强促进剂，每1%的W可提高钢的抗张强度和屈服点4＆#215;9.8N/cm²,并使其具有回火稳定性和高温强度。
11、钼（Mo）：可增加钢的强度又不致降低钢的可塑性和韧性，同时又能使钢在高温下具有足够的强度，能改善钢的冷脆性和耐磨性等。
12、钴（Co）：可以提高和改善钢的高温性能，增加其红硬性，提高钢的抗氧化性和耐蚀性能等。
13、铌（Nb）：可使钢的晶粒细化，降低钢的过热敏感性及回火脆性；改善钢的焊接性能，提高耐热钢的强度和抗蚀性等。
各种元素对铸铁组织性能的影响
各种元素对铸铁组织性能的影响铸铁是一种重要的铁碳合金，通常含有2%至4%的碳。
不同元素的添加会对铸铁的组织性能产生影响，以下是各种元素对铸铁组织性能的影响:1.碳(C)：碳是铸铁最主要的合金元素，会显著影响铸铁的组织和性能。
增加碳含量可以提高铸铁的脆性和硬度，但会降低其延展性和韧性。
2.硅(Si)：硅是一种强化元素，可以提高铸铁的强度和硬度。
适量的硅含量也可以提高铸铁的耐磨性和耐蚀性。
然而，过量的硅会导致晶体生长，使铸铁易于开裂。
3.锰(Mn)：锰可以提高铸铁的强度和硬度，同时还有助于抑制碳的析出，提高铸铁的韧性。
合适的锰含量有助于改善铸铁的高温性能。
4.磷(P)：磷可以增加铸铁的流动性和液相温度，有助于减小铸铁的热收缩。
然而，过量的磷会降低铸铁的韧性和强度。
5.硫(S)：硫可以改善铸铁的切削性能和润滑性。
适量的硫可以提高铸铁的耐磨性和切削性能，但过量的硫会导致铸铁变脆。
6.镍(Ni)：镍可以提高铸铁的韧性和强度，并增加其抗冲击性能。
含镍的铸铁具有良好的耐腐蚀性和高温稳定性。
7.钼(Mo)：钼可以提高铸铁的硬度、强度和耐磨性。
钼的添加还可以改善铸铁的高温强度和韧性。
8.铬(Cr)：铬可以提高铸铁的耐磨性、耐蚀性和高温强度。
含铬的铸铁具有良好的耐磨性和耐热性。
9.钒(V)：钒可以提高铸铁的高温强度和硬度，同时还具有抗疲劳和抗磨损的特性。
10.钛(Ti)：钛可以提高铸铁的强度、硬度和耐磨性。
含钛的铸铁还具有很好的耐腐蚀性。
总的来说，不同元素的添加会对铸铁的组织和性能产生不同程度的影响。
合理调控元素含量可以改善铸铁的性能，并使其适应不同的应用场合。
然而，过量的元素含量会导致铸铁的性能恶化，因此在合金设计过程中需要进行合理的组成设计。
各种微量金属元素对灰铸铁质量的影响
各种微量金属元素对灰铸铁质量的影响在灰铸铁中，微量元素对铸铁组织和性能的影响不可忽视。
2000年以前，受化验仪器与铸造人对微量元素认识不够等原因，灰铸铁的中微量元素一直在生产中被忽视。
随着中国铸造技术的发展与精密化验仪器在铸造生产中的应用，中国铸造技术人员开始认识到微量元素对铸铁组织和性能的影响，在生产中开始注意微量元素对铸铁基体、铸铁石墨的作用。
本文就微量元素对灰铸铁组织和性能的影响作了大量详实的论述，是非常好的灰铸铁基础论理教材。
铸铁中各元素是以固溶于铁素体、奥氏体、渗碳体或其他相中形成固溶体，形成碳化物，与氧、硫、氮等化合形成夹杂物以及纯金属相等几种形式存在的。
也就是说铸铁的组织是由纯金属相与上述基体和碳化物、氧、硫、氮等化合夹杂物构成的。
下面，我们就相关微量元素在铸铁固溶体、碳化物、氧、硫、氮等化合夹杂物中正面作用与负面作用进行分析。
一、铸铁中固溶体的形成与微量元素的关系有些元素能够溶于基体中而形成固溶体，且不同的元素在基体中的溶解度不同，即使是同一种元素，在不同的相中的溶解度也不相同，并且随温度的变化和其他元素的存在而变化。
在实际生产中，铸造技术人员要注意就是这种动态的变化，只有掌握了这种动态的变化规律和原理，才能保证生产出质量稳定的铸造件。
这就需要我们加强对热力学、铸造化学等方面知识的学习。
在这里我们就不展开论述了。
常见的元素固溶体的形成：如硅，硅在常规含量范围同时，可以全部溶于铁素或奥氏体。
镍、钴、锰等可全部溶于奥氏体中。
磷、硫在奥氏体中的溶解度极低，所以很少磷、硫就会形成磷共晶和硫共晶。
而当铁液中铝含量达到8%---9%和等于20%---24%时，铝可溶入固溶体，表现出促进石墨化的作用。
二、铸铁中碳化物的形成与微量元素的关系根据各元素在铸铁中形成碳化物倾向的不同，可将其分为以下几类：强碳化物形成元素，如钡、锆、铌、钛等，在铸铁中可形成各自的碳化物中强碳化物成形元素：如铬、钼、钨等，可大部分溶入参碳体形成：(Fe,Cr)3C,(Fe,w)6C等复合碳化物。
灰铸铁中各元素作用
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。
钢铁中微量元素影响
为了改善和提高钢的某些性能和使之获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有铬，镍，钼，钨，钒，钛，铌，锆，钴，硅，锰，铝，铜，硼，稀土等。
磷，硫，氮等在某些情况下也起到合金的作用。
(1)铬(Cr)铬能增加钢的淬透性并有二次硬化的作用，可提高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆。
含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性腐蚀的作用，还增加钢的热强性。
铬为不锈钢耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。
铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度，降低伸长率和断面收缩率。
当铬含量超过15%时，强度和硬度将下降，伸长率和断面收缩率则相应地有所提高。
含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。
铬在调质结构中的主要作用是提高淬透性，使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性。
含铬的弹簧钢在热处理时不易脱碳。
铬能提高工具钢的耐磨性、硬度和红硬性，有良好的回火稳定性。
在电热合金中，铬能提高合金的抗氧化性、电阻和强度。
（2）镍（Ni）镍在钢中强化铁素体并细化珠光体，总的效果是提高强度，对塑性的影响不显著。
一般地讲，对不需调质处理而在轧钢、正火或退火状态使用的低碳钢，一定的含镍量能提高钢的强度而不显著降低其韧性。
据统计，每增加1%的镍约可提高强度29.4Pa。
随着镍含量的增加，钢的屈服程度比抗拉强度提高的快，因此含镍钢的比可较普通碳素钢高。
镍在提高钢强度的同时，对钢的韧性、塑性以及其他工艺的性能的损害较其他合金元素的影响小。
对于中碳钢，由于镍降低珠光体转变温度，使珠光体变细；又由于镍降低共析点的含碳量，因而和相同的碳含量的碳素钢比，其珠光体数量较多，使含镍的珠光体铁素体钢的强度较相同碳含量的碳素钢高。
反之，若使钢的强度相同，含镍钢的碳含量可以适当降低，因而能使钢的韧性和塑性有所提。
镍可以提高钢对疲劳的抗力和减小钢对缺口的敏感性。
镍降低钢的低温脆性转变温度，这对低温用钢有极重要的意义。
各元素在钢铁中的作用
各元素在钢铁中的作用钢铁是一种重要的建筑和工程材料，由铁和少量碳以及其他元素组成。
这些元素的添加可以改善钢铁的性能，使其适应不同的应用领域。
以下是各元素在钢铁中的作用：1. 碳（Carbon）：碳是钢铁中最常见的合金元素，其添加可以增加钢铁的硬度和强度。
具体来说，碳在钢铁中形成了碳化铁颗粒，这些颗粒使钢铁更加坚硬。
同时，适量的碳还可以提高钢铁的可加工性和耐磨性。
2. 硅（Silicon）：硅的添加可以改善钢铁的耐磨性、耐蚀性和热稳定性。
硅还可以降低钢铁的磁性，使其成为非磁性材料。
硅还可以促进钢铁中的纯净化过程，去除杂质并提高钢铁的质量。
3. 锰（Manganese）：锰的添加可以提高钢铁的硬度、强度、韧性和耐磨性。
锰还可以有效地抑制钢铁中的气体和杂质形成，并提高钢的挠曲强度和抗疲劳能力。
4. 磷（Phosphorus）：磷是钢铁中最常见的杂质之一，但适量的磷可以提高钢铁的硬度和强度。
然而，过量的磷会导致脆性，并降低钢铁的延展性。
因此，通常需要控制磷含量。
5. 硫（Sulfur）：硫是钢铁中另一个常见的杂质元素。
适量的硫可以提高钢铁的易切削性和加工性。
然而，过量的硫会降低钢铁的韧性和延展性，并导致热处理过程中的裂纹和剪切断裂。
6. 钼（Molybdenum）：钼的添加可以提高钢铁的硬度、强度和耐腐蚀性。
钼还可以增加钢铁的耐高温性能，使其在高温下仍保持良好的强度和韧性。
7. 铬（Chromium）：铬的添加可以提高钢铁的硬度、强度和耐腐蚀性。
铬还可以形成一种稳定的氧化层，保护钢铁不被氧化，从而提高其抗氧化能力。
8. 镍（Nickel）：镍的添加可以提高钢铁的韧性和抗腐蚀性能。
镍还可以改善钢铁的可塑性和加工性，并提高钢铁在高温下的性能。
9. 钒（Vanadium）：钒的添加可以提高钢铁的硬度、强度和耐磨性。
钒还可以改善钢铁的耐热性和热处理特性。
10. 钛（Titanium）：钛的添加可以提高钢铁的硬度、强度和耐腐蚀性。
微量铋、锑元素对大断面球墨铸铁的影响
收稿日期：2013-08-28稿件编号：1308-326作者简介：曹伟康（1962-），男，高级技师，从事铸造生产工作1概况随着球墨铸铁件的广泛应用，对球铁的理化性能要求也越来越高，除常规的强度、硬度、球化等级等指标外，也提出了如单位面积的石墨球个数、单一基体的纯净度、低温冲击等特殊性能要求。
而其中的大断面球墨铸铁件，由于生产成本低廉，可以替代以往的钢件或铜件，使得其在各个领域的应用越来越广泛。
但这类球铁铸件，由于冷却缓慢，凝固时间长，若存在过量干扰元素或缺乏石墨核心时，在其心部极易出现球化和孕育的衰退现象，使球铁组织中出现团片状、蠕虫状、碎块状等变异石墨，导致球铁力学性能下降。
通过研究，在实际生产中以适当的比例加入某些微量元素（如Bi 、Sb 、Pb 、Sn ），在采用稀土镁硅合金作为球化剂时，控制稀土元素和微量铋、锑元素的比例，就可消除变异石墨，改善基体组织，满足一些特殊性能要求。
关于球铁石墨变异的原因，有很多说法，其中比较一致的看法是：主要在共晶凝固初期，缺乏石墨的异质形核核心所致。
而含有稀土和Bi 、Sb 的高熔点复杂化合物能作为石墨的结晶核心，数量众多，且比只含有稀土元素的核心更加稳定，如此就能促使石墨球数增加，形状更加圆整，变异石墨基本消失。
通过实践，球铁中加入Bi 、Sb 元素，含量控制在某一范围内时，表现出上述的有益作用，而过量时，则体现出对石墨形态的危害。
同时研究也表明，铁液中适量的稀土元素不仅能大大扩大Bi 、Sb 元素的加入范围，而且还和Bi 、Sb 元素共同产生作用，使得效果比单一加入Bi 、Sb 元素更好，但稀土元素和Bi 、Sb 元素之间应有一个合适的比例，否则也无法取得预期的效果。
对于镁球铁，有研究报道，在25mm 厚基尔试块的检验结果中，当Bi 元素的加入量超过0.003%时，就可能产生片状石墨，当Bi 元素加入量达0.006%时，球状石墨完全消失。
在一定范围内，随着球铁凝固时间的缩短，Bi 元素的加入量可适当增加。
铸铁中微量元素分布规律的异化及应用
铸铁中微量元素分布规律的异化及应用铸铁作为一种重要的金属材料，广泛应用于机械、汽车、建筑等各个领域。
铸铁中微量元素的分布规律对其性能和应用起到决定性的影响。
本文将从铸铁中微量元素的异化以及其应用两个方面进行阐述。
铸铁中常见的微量元素包括碳、硅、锰、磷、硫等。
不同的铸铁中微量元素的含量和分布规律不同，会导致铸铁的组织和性能发生变化。
以下是几种常见铸铁中微量元素的异化规律及其影响：1.碳(C)：碳是铸铁中的主要合金元素，对铸铁的强度和硬度有重要影响。
增加碳含量可以提高铸铁的强度和硬度，但会降低其韧性和可焊性。
2.硅(Si)：硅可以改善铸铁的润滑性和热稳定性，同时可以提高铸铁的耐磨性和抗高温性能。
适量的硅含量可以提高铸铁的流动性，但过高的硅含量会导致铸铁的冷脆性增加。
3.锰(Mn)：锰主要用于调节铸铁的组织和提高其强度和韧性。
适量的锰含量可以增加铸铁的韧性，但锰含量过高会降低铸铁的硬度和冲击韧性。
4.磷(P)：磷在铸铁中起到脱气剂的作用，能够减少气孔和夹杂物的形成。
适量的磷含量可以提高铸铁的流动性和抗疲劳性能，但过高的磷含量会使铸铁变脆。
5.硫(S)：硫可以提高铸铁的切削性能和加工性能，但会降低铸铁的韧性和延展性。
适量的硫含量可以提高铸铁的抗疲劳性能和耐腐蚀性，但硫含量过高会导致铸铁的冷脆性增加。
铸铁中微量元素分布规律的异化对于提高铸铁的性能和应用具有重要意义。
通过合理控制铸铁中微量元素的含量和分布规律，可以改善铸铁的力学性能、耐磨性能、耐热性能、耐腐蚀性能等方面的指标，从而满足不同应用领域的需求。
1.机械工业中的应用：铸铁可用于制造机床床身、齿轮箱、曲轴、零件等。
通过控制铸铁中微量元素的含量，可以改善铸铁的强度、硬度和耐磨性能，满足高强度和高耐磨性的机械零件的需求。
2.汽车工业中的应用：铸铁可用于汽车发动机缸体、曲轴箱、制动盘等。
通过合理控制铸铁中微量元素的含量，可以提高铸铁的耐热性能、抗疲劳性能和冲击韧性，满足高温和高负荷工况下的汽车零件的需求。
各种元素在铸造中的作用
各种元素在铸造中的作用Al缩小γ相区形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度为36%和0.6%，不形成碳化物，但与氮及氧亲和力极强。
主要用来脱氧和细化晶粒，在渗氮钢中促使形成坚硬耐腐蚀的渗层。
含量高时，赋予钢高温抗氧化性及耐氧化性介质，硫化氢气体的腐蚀。
固溶强化作用大，在耐热合金中，与镍形成镍三铝从而提高热强性，有促使石墨话倾向，对淬透性影响不显著。
As缩小γ相区形成γ相圈，作用与磷相似，在钢中偏析严重。
含量不超过0.25时，对钢的一般力学性能影响不大，但增加回火脆性敏感性。
B缩小γ相区，但形成铁2硼，不形成γ相圈，在α铁以及γ铁中的最大溶解度为不大于0.008%和0.02%。
微量硼在晶界上阻抑铁素体晶核的形成，从而延长奥氏体的孕育期，提高钢的淬透性。
但随钢中碳含量的增加，此种作用逐渐减弱以至完全消失。
C扩大以γ相区，但因渗碳体的形成，不能无限互溶。
在以及γ铁中的最大溶解度为0.02%和2.11%。
随含量的增加，提高钢的硬度和强度，但降低塑性和韧性。
Co无限互溶于γ铁，在α铁中溶解度为76%，非碳化物形成元素。
有固溶强化作用，赋予钢红硬性，改善钢的高温性能和抗氧化以及耐腐蚀性能，为超硬高速钢及高温合金的重要合金元素，提高钢的Ms点，降低钢的淬透性。
Cr缩小γ相区，形成γ相圈，在α铁中无限互溶，在γ铁中的最大溶解度为12.5%，中等碳化物形成元素，随着Cr含量的增加，可行成(Fe、Cr)3C，和7-3型23-6型。
增加钢的淬透性并有二次硬化作用，提高碳钢耐磨性，含量超过12%时，使钢有良好的高温抗氧化性能和耐氧化性介质腐蚀的作用，并增加钢的热强性。
为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金化元素，含量高时，易发生δ相和475度脆性。
Cu扩大γ相区但不能无限互溶，在α铁以及γ铁中的最大溶解度分别为2%和8.5%，在724度以及700度时。
在α铁中的溶解度巨降至0.68%和0.52%。
当含量超过0.75%时，经固溶强化和时效后可产生时效强化作用，含量低时，其作用与镍相似。
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通常很多元素在铸铁中的含量是很少的，但是会对组织和性能有很大的影响。
一些是工艺添加的，但还有一些是原材料中带入的。
这些元素中的一些元素对铸件是有益的，特别是在灰铁当中；但也有一些元素是非常有害的应该尽可能避免的。
以下表格列出了这些元素的通常来源、通常的含量范围及主要作用。
这些元素中的一些元素作为主要工艺添加元素不被包含在下列表格中。
Al铝铝脱氧废钢、孕育剂、铁合金、轻合金零部件、工艺添加最大 0.03 在薄壁铸件中超过0.005%的Al含量就会促进氢气孔的产生。
中和氮；促进渣的形成。
超过0.08%的含量就会对球型石墨不利。
可以被铈中和，同时有强烈的稳定石
墨作用。
Sb锑废钢、搪瓷釉废料、轴承壳体、工艺添加最大0.02 强烈的珠光体和渗碳体促进作用。
在没有稀土元素中和的情况下，抑制球型石墨产生。
As砷生铁、废钢最大0.05 强烈的促进珠光体和碳化物，改善球型石墨形状。
Ba钡含钡孕育剂最大0.003 促进石墨形核和减少衰退，降低白口倾向和促进石墨形成。
Bi铋工艺添加，铸型涂料中含铋很少超过0.01 促进白口化和非预期石墨形态。
在含稀土元素（铈）的球体俄中能够增加石墨球数，
过量的石墨球可能产生缩松问题。
B硼搪瓷釉废料、工艺添加硼铁最大0.01 超过5PPM促进铁素体形成，超过10PPM促进碳化物形成（特别在球铁中），超过
20PPM促进可锻铸铁的回火效果。
Ca钙铁合金、球化剂、孕育剂最大0.01 提高球型石墨圆整度，改善石墨形核，减少白口倾向和促进石墨化。
Ce铈大部分镁合金或者以铈镧稀土合金或者其它稀土形式添加最大0.02 通常不在灰铁中使用，在球铁中主要是消除有害元素，改善石墨球圆整度。
在偏析的时候会对碳化物其稳定作用。
Cr铬合金钢、涂铬层、一些生铁、铬铁最大0.3 促进白口化和珠光体形成，增加强度。
球体中高于0.05%的含量形成碳化物偏析。
Co钴工具钢最大0.02 在铸铁中午显著影响
Cu铜铜线、铜合金、废钢、工艺添加最大0.5 促进珠光体、改善强度、在球体中减少铁素体形成。
H氢潮湿的炉衬、造型材料和其它添加物产生皮下气孔；有轻微的白口促进作用。
当没有足够的锰元素中和硫元素时，H会促
进反白口。
同时其也促进粗大片状石墨的形成。
Pb铅旧油漆中、一些搪瓷中、易切削钢、镀铅锡板、焊锡、汽车发动机中沉积
物最大0.005 在灰铁中引起棒状石墨和非预期的石墨形态组织，同时当含量大于0.004%时显著降低强度。
促进珠光体和碳化物形成，引起球星石墨形态恶化。
在球体中，其对石墨的
负作用可通过稀土元素（铈）中和。
Mg镁工艺增加镁合金（球化剂）0.03 - 0.08 球体中促进球型石墨形成。
但在球体中也有稳定碳化物的作用。
镁不在灰铁中使用。
Mn锰大部分生铁、废钢，工艺添加的锰铁块或球0.2 - 1.0 中和硫元素形成MnS。
促进珠光体的形成。
在球体中形成碳化物偏析。
如果含量过
高，同时硫含量过高，则会促进气孔产生。
Mo钼精炼生铁、合金钢、工艺添加钼铁最大0.1 促进珠光体形成作用一般，增加强度；会促进所送和碳化物的形成。
Ni镍镍板、废钢、精炼生铁、镍镁合金最大0.5 一点含量几乎没有影响，在较大含量时由促石墨化作用。
N氮焦炭、增碳剂、砂芯粘接剂、废钢、工艺添加渗氮锰铁合金最大0.015 蠕化片状石墨，促珠光体形成成，增加强度，如果含量高在厚大截面铸件中会产生氮气孔。
同时能够中和铝、钛和锆。
在球体中没什么影响。
P磷含磷生铁和废料，工艺添加磷化铁最大0.1 增加CEV，增加流动性，形成磷共晶，在球体中超过0.05%就会起负面作用。
在含
量高于0.04%的情况下会引起铸件粘砂。
Si硅硅铁合金、废钢、生铁0.8-4.0 促进石墨化，降低白口化，稳定铁素体，改善铸造性能
S硫焦炭、增碳剂、生铁、废铁、工艺添加的硫化铁最大0.15 (灰铁) 非和锰结合反应，否则对金相组织和性能影响非常大。
在灰铁中和大部分孕育剂一起改善性能；在球铁中增加了镁的需求量，应该把含量控制在0.03%。
Sr锶含锶孕育剂最大0.003 在灰铁盒球体中改善石墨形核，在灰铁中强烈降低白口倾向。
Te碲易切削铜、铸型涂料、做冷却曲线用的试样最大0.003 即使在含量低至0.0003%的情况下，强烈促进碳化物形成；同时引起很多非预期石墨形态产生。
在球体中，其负面作用可以通过和镁和铈的结果抵消。
Sn锡焊锡、镀锡废钢、青铜部件、工艺加
锡
最大0.15 强烈促进珠光体形成，提高强度，球体中档含量超过0.08%时使铸件脆性增加。
Ti钛一些生铁中、一些油漆和搪瓷中、蠕墨铸铁回炉料、工艺添加钛或钛铁最大0.10 灰铁中中和氮元素；和铝一起会促进氢气针状气孔；促进过冷石墨形成；蠕墨铸铁中抑制球形石墨形成。
W钨高速工具钢最大0.05 很少大量发现，一般的促进珠光体形成作用
V钒废钢、工具钢、一些生铁、工艺添加钒铁最大0.10 促进白口，细化片状石墨，显著增加强度
各种微量元素在铸铁中的作用。