硫在铸铁中的作用
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材
MATERIAL
料应用
APPLICATION
硫在铸铁中的作用
金通 袁福安 涂欣达 冯世荣 王作勇 潘志敏
（东风商用车有限公司技术中心工艺研究所，武汉 442000）
摘要：研究分析了硫元素以及硫与锰、稀土复合作用对灰铸铁组织性能的影响，试验结果 表明，在一定范围内提高硫元素含量，灰铸铁的白口减小，强度有所降低；在硫元素含量不变情 况下，超量锰元素含量的提高对灰铸铁的强度无影响；在一定硫元素含量基础上添加微量的稀 土元素，能显著降低铸件白口；稀土元素相对于硫元素过量易形成碳化物，并使石墨蠕化。
石 墨 形 核 。 因 此 ，灰 铸 铁 中 含 少 量 的 硫 对 石 墨 的 形 核 有 非 常 重 要 的 作 用 。 随 着 硫 含 量 的 增 加 ，材 料的白口倾向减小。适度硫含量才能发挥它的有 利作用，硫含量较高会影响铁液的纯净度，在铁液 中容易产生熔渣，对材料的强度有一定的影响。 2.1 超量锰对灰铸铁性能的影响
一 般 来 说 ，硫 是 有 害 元 素 。 在 铸 铁 中 含 锰 量 很 低 时 ，硫 与 铁 形 成 的 化 合 物 将 使 铸 铁 脆 化 。 但 对 灰 铸 铁 来 讲 ，含 少 量 的 硫 对 石 墨 的 形 核 有 非 常 重要的作用。S 与 Mn、Re、Zr 等形成的复合物的晶 格 常 数 恰 好 与 石 墨 的 晶 格 常 数 的 偏 差 较 小 ，因 此 碳在这些微粒上聚集生成石墨组织。表 1 所示为 在 1 450 ℃下硫化物形成产生的标准自由能[3]，从 热 力 学 角 度 分 析 ，所 列 的 元 素 中 稀 土 与 硫 最 容 易 生 成 硫 化 物 ，也 最 稳 定 ；锰 的 硫 化 物 虽 然 自 由 能 低，但铁液中锰含量远远超过其他元素含量，因此
作者简介：金通（1990—），男，硕士学位，工程师，研究方向为黑色 金属材料开发与应用。
口的产生，具有重要的研究价值。
2 试验
试验采用 100 kg 中频炉进行熔炼，按照方案设 计进行配料，将铁水化学成分调整到目标值后，添加 75SiFe 孕育剂或铈镧混合稀土进行孕育。硅铁孕育 方式为 0.2%的包底孕育；稀土孕育为包底孕育，根据 试验要求调整稀土含量。当温度达到 1 400 ℃时浇 注直径 30 mm 单铸试棒和白口试样，3 h 后开箱并对 组织性能进行检测。
2019 年 第 6 期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 63
材
MATERIAL
料应用
APPLICATION
铁 液 中 的 硫 大 部 分 形 成 锰 的 硫 化 物 。 因 此 ，本 试 验 主 要 系 统 研 究 了 硫 元 素 及 硫 与 稀 土 、锰 复 合 作 用对灰铸铁组织性能的影响，依次进行了 3 轮试 验，如表 2 所示。试验一，研究不同硫含量对灰铸 铁组织性能的影响；试验二，保证硫含量不变基础 上 ，调 整 锰 的 加 入 量 ，研 究 硫 和 锰 反 应 后 ，超 量 锰 对灰铸铁的性能的影响；试验三，研究不同含量的 硫和稀土对灰铸铁组织性能的影响。
S mm
MPa
1# 3.21 1.86 0.71 0.14 0.23 0.084 0.05 11 295 298 299 298
2# 3.22 1.80 0.74 0.14 0.24 0.080 0.07 8 287 288 292 290
3# 3.25 1.73 0.70 0.15 0.23 0.078 0.11 7 267 279 280 276
2 试验结果及分析
2.1 不同硫含量对灰铸铁组织性能的影响 首先进行了不同硫含量对灰铸铁组织性能试
验，三组试验除硫铁加入量不同外，其他炉料、铁合 金配比和试验条件保持一致，试验结果如表 3 所示。
表 3 不同硫含量对灰铸铁组织性能的影响
编
化学成分/%
号 C Si Mn Mo Nb Sn
白口
平均
深度/ 强度/MPa 值/
从试验结果可知，随着硫元素含量的增加，灰 铸 铁 的 强 度 稍 微 降 低 ，材 料 白 口 倾 向 变 小 。 硫 是 化学活性强的元素，在铸铁中含锰量很低时，硫与 铁 形 成 的 化 合 物 将 使 铸 铁 脆 化 。 在 灰 铸 铁 中 ，硫 与 锰 的 亲 和 力 比 铁 的 亲 和 力 大 的 多 ，抑 制 其 与 铁 结 合 ，形 成 锰 的 硫 化 物 。 这 些 硫 化 物 弥 散 地 分 布 在灰铸铁基体中，其与石墨晶格错配度较小，促进
表 1 硫化物标准自由能
元素 La Ce Zr Ca Sr Ba Mg Ti Mn -△G01723 925 402 392 368 353 331 224 181 149
编号 试验一 试验二 试验三
表 2 试验提纲
试验内容 不同硫含量对灰铸铁组织性能的影响
超量锰对灰铸铁组织性能的影响 硫与稀土复合作用对灰铸铁性能的影响
来自百度文库关键词：灰铸铁 硫 锰 稀土 组织 性能 中图分类号：TG113 文献标识码：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20180347
1 前言
灰 铸 铁 因 具 有 良 好 的 铸 造 工 艺 性 能 、减 震 性 能、切削加工性能和较低的经济成本等优点，在汽 车零部件中具有广泛的应用。随着汽车向着轻量 化 的 方 向 发 展 ，高 强 度 薄 壁 化 的 汽 车 铸 铁 件 的 需 求 也 越 来 越 多 。 目 前 ，往 往 通 过 添 加 合 金 元 素 来 提升灰铸铁的强度，但这使组织中易形成碳化物， 特别是薄壁铸件这种问题更是突出。为了抑制碳 化 物 的 产 生 ，必 须 通 过 一 定 的 措 施 来 增 加 石 墨 核 心，促进石墨生成。形核理论认为，在基层底上形 成新相所需的活化能随二者的晶格参数偏差的平 方成比例。硫的一些复合物的晶格常数与石墨的 晶 格 常 数 偏 差 较 小 ，灰 铸 铁 中 的 碳 便 在 硫 的 复 合 物微粒上聚集生成石墨组织 。 [1,2] 因此，系统研究 了 硫 对 灰 铸 铁 组 织 性 能 的 影 响 ，在 保 证 灰 铸 铁 强 度 的 基 础 上 ，抑 制 铸 件 特 别 是 高 合 金 薄 壁 铸 件 白
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料应用
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硫在铸铁中的作用
金通 袁福安 涂欣达 冯世荣 王作勇 潘志敏
（东风商用车有限公司技术中心工艺研究所，武汉 442000）
摘要：研究分析了硫元素以及硫与锰、稀土复合作用对灰铸铁组织性能的影响，试验结果 表明，在一定范围内提高硫元素含量，灰铸铁的白口减小，强度有所降低；在硫元素含量不变情 况下，超量锰元素含量的提高对灰铸铁的强度无影响；在一定硫元素含量基础上添加微量的稀 土元素，能显著降低铸件白口；稀土元素相对于硫元素过量易形成碳化物，并使石墨蠕化。
石 墨 形 核 。 因 此 ，灰 铸 铁 中 含 少 量 的 硫 对 石 墨 的 形 核 有 非 常 重 要 的 作 用 。 随 着 硫 含 量 的 增 加 ，材 料的白口倾向减小。适度硫含量才能发挥它的有 利作用，硫含量较高会影响铁液的纯净度，在铁液 中容易产生熔渣，对材料的强度有一定的影响。 2.1 超量锰对灰铸铁性能的影响
一 般 来 说 ，硫 是 有 害 元 素 。 在 铸 铁 中 含 锰 量 很 低 时 ，硫 与 铁 形 成 的 化 合 物 将 使 铸 铁 脆 化 。 但 对 灰 铸 铁 来 讲 ，含 少 量 的 硫 对 石 墨 的 形 核 有 非 常 重要的作用。S 与 Mn、Re、Zr 等形成的复合物的晶 格 常 数 恰 好 与 石 墨 的 晶 格 常 数 的 偏 差 较 小 ，因 此 碳在这些微粒上聚集生成石墨组织。表 1 所示为 在 1 450 ℃下硫化物形成产生的标准自由能[3]，从 热 力 学 角 度 分 析 ，所 列 的 元 素 中 稀 土 与 硫 最 容 易 生 成 硫 化 物 ，也 最 稳 定 ；锰 的 硫 化 物 虽 然 自 由 能 低，但铁液中锰含量远远超过其他元素含量，因此
作者简介：金通（1990—），男，硕士学位，工程师，研究方向为黑色 金属材料开发与应用。
口的产生，具有重要的研究价值。
2 试验
试验采用 100 kg 中频炉进行熔炼，按照方案设 计进行配料，将铁水化学成分调整到目标值后，添加 75SiFe 孕育剂或铈镧混合稀土进行孕育。硅铁孕育 方式为 0.2%的包底孕育；稀土孕育为包底孕育，根据 试验要求调整稀土含量。当温度达到 1 400 ℃时浇 注直径 30 mm 单铸试棒和白口试样，3 h 后开箱并对 组织性能进行检测。
2019 年 第 6 期
汽 车 工 艺 与 材 料 AT&M 63
材
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料应用
APPLICATION
铁 液 中 的 硫 大 部 分 形 成 锰 的 硫 化 物 。 因 此 ，本 试 验 主 要 系 统 研 究 了 硫 元 素 及 硫 与 稀 土 、锰 复 合 作 用对灰铸铁组织性能的影响，依次进行了 3 轮试 验，如表 2 所示。试验一，研究不同硫含量对灰铸 铁组织性能的影响；试验二，保证硫含量不变基础 上 ，调 整 锰 的 加 入 量 ，研 究 硫 和 锰 反 应 后 ，超 量 锰 对灰铸铁的性能的影响；试验三，研究不同含量的 硫和稀土对灰铸铁组织性能的影响。
S mm
MPa
1# 3.21 1.86 0.71 0.14 0.23 0.084 0.05 11 295 298 299 298
2# 3.22 1.80 0.74 0.14 0.24 0.080 0.07 8 287 288 292 290
3# 3.25 1.73 0.70 0.15 0.23 0.078 0.11 7 267 279 280 276
2 试验结果及分析
2.1 不同硫含量对灰铸铁组织性能的影响 首先进行了不同硫含量对灰铸铁组织性能试
验，三组试验除硫铁加入量不同外，其他炉料、铁合 金配比和试验条件保持一致，试验结果如表 3 所示。
表 3 不同硫含量对灰铸铁组织性能的影响
编
化学成分/%
号 C Si Mn Mo Nb Sn
白口
平均
深度/ 强度/MPa 值/
从试验结果可知，随着硫元素含量的增加，灰 铸 铁 的 强 度 稍 微 降 低 ，材 料 白 口 倾 向 变 小 。 硫 是 化学活性强的元素，在铸铁中含锰量很低时，硫与 铁 形 成 的 化 合 物 将 使 铸 铁 脆 化 。 在 灰 铸 铁 中 ，硫 与 锰 的 亲 和 力 比 铁 的 亲 和 力 大 的 多 ，抑 制 其 与 铁 结 合 ，形 成 锰 的 硫 化 物 。 这 些 硫 化 物 弥 散 地 分 布 在灰铸铁基体中，其与石墨晶格错配度较小，促进
表 1 硫化物标准自由能
元素 La Ce Zr Ca Sr Ba Mg Ti Mn -△G01723 925 402 392 368 353 331 224 181 149
编号 试验一 试验二 试验三
表 2 试验提纲
试验内容 不同硫含量对灰铸铁组织性能的影响
超量锰对灰铸铁组织性能的影响 硫与稀土复合作用对灰铸铁性能的影响
来自百度文库关键词：灰铸铁 硫 锰 稀土 组织 性能 中图分类号：TG113 文献标识码：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20180347
1 前言
灰 铸 铁 因 具 有 良 好 的 铸 造 工 艺 性 能 、减 震 性 能、切削加工性能和较低的经济成本等优点，在汽 车零部件中具有广泛的应用。随着汽车向着轻量 化 的 方 向 发 展 ，高 强 度 薄 壁 化 的 汽 车 铸 铁 件 的 需 求 也 越 来 越 多 。 目 前 ，往 往 通 过 添 加 合 金 元 素 来 提升灰铸铁的强度，但这使组织中易形成碳化物， 特别是薄壁铸件这种问题更是突出。为了抑制碳 化 物 的 产 生 ，必 须 通 过 一 定 的 措 施 来 增 加 石 墨 核 心，促进石墨生成。形核理论认为，在基层底上形 成新相所需的活化能随二者的晶格参数偏差的平 方成比例。硫的一些复合物的晶格常数与石墨的 晶 格 常 数 偏 差 较 小 ，灰 铸 铁 中 的 碳 便 在 硫 的 复 合 物微粒上聚集生成石墨组织 。 [1,2] 因此，系统研究 了 硫 对 灰 铸 铁 组 织 性 能 的 影 响 ，在 保 证 灰 铸 铁 强 度 的 基 础 上 ，抑 制 铸 件 特 别 是 高 合 金 薄 壁 铸 件 白