灰鑄鐵件常用合金元素及其作用

1、主講人：馬進(jìn)合金元素是影響鑄鐵件性能、質(zhì)量的主要因素。其中C、Si、Mn、P、S是鑄鐵件中最常見的五大元素。灰鑄鐵中常見的其他合金元素有Cr、Mo、V、Cu、Ni等。常見合金元素對鑄件的影響主要體現(xiàn)在：1.對共晶凝固時(shí)石墨化的影響；2.對臨界轉(zhuǎn)變溫度的影響；3.穩(wěn)定奧氏體；4.能否細(xì)化珠光體；5.能否形成其他組織等方面。條件基本變化情況C、Si、Al鐵素體增加Mn、Cr、Cu、Ni、Sn、Sb珠光體增加并細(xì)化Mo珠光體細(xì)化Cu、Ni、Mo形成貝氏體Mn、Ni形成奧氏體C碳是鑄鐵件中最重要的合金元素。碳是促進(jìn)石墨化的元素。碳在鑄件中主要以自由碳（石墨）和滲碳體兩種形式存在。石墨自身強(qiáng)度很低，對基

2、體起割裂作用。根據(jù)鑄鐵中石墨形態(tài)的不同，鑄鐵可分為以下幾種：灰口鑄鐵（層片狀）、球墨鑄鐵（球狀）、可鍛鑄鐵（團(tuán)絮狀）、蠕墨鑄鐵（蠕蟲狀）。滲碳體不易受硝酸酒精溶液的腐蝕，在顯微鏡下呈白亮色。滲碳體的顯微組織形態(tài)很多，在鋼和鑄鐵中與其他相共存時(shí)呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀或板狀。 滲碳體硬度很高而塑性和沖擊韌性幾乎為零，脆性極大，是鑄鐵件的強(qiáng)化相?；诣T鐵中碳含量越高，強(qiáng)度越低。增加含碳量，可使鑄鐵的石墨化程度增加，石墨變得粗大，基體中珠光體含量減少，鐵素體增加。熔煉時(shí)，含碳量的控制主要通過加增碳劑和廢鋼來控制。中頻感應(yīng)電爐通常增碳的方法是待爐料完全熔化后，除去液面熔渣，然后利用鐵液的卷動將它卷入鐵液內(nèi)，8

3、-12分鐘完成增碳處理。也可在投料時(shí)，將增碳劑置于廢鋼上加入。需注意的是，增碳劑會附著在爐襯表面而燒損，所以應(yīng)避免增碳劑直接接觸爐襯。Si硅是促進(jìn)石墨化的元素。它降低碳在鐵液中和奧氏體的溶解度，從而促使其析出。硅對鑄鐵有固溶強(qiáng)化的作用，但它同時(shí)使石墨粗大并且促進(jìn)鐵素體的產(chǎn)生，因此總體上降低了鑄鐵的強(qiáng)度。隨著硅含量的增加，鑄鐵的石墨化程度逐漸提高，珠光體數(shù)量減少，而鐵素體增多。反之，若硅含量過低，則可能出現(xiàn)白口或麻口組織。試驗(yàn)表明，若鑄鐵中沒有硅或硅含量很低，即使含碳量很高，石墨化也很難進(jìn)行。只有當(dāng)鑄鐵中有硅存在時(shí)，碳量的提高才會促進(jìn)石墨化。熔煉時(shí)硅含量的控制可通過加入硅鐵進(jìn)行。Mn錳能夠與鐵水

4、中的硫結(jié)合成硫化錳，從而凈化鐵水。錳具有阻礙石墨化的作用。錳一方面能促進(jìn)珠光體的形成，細(xì)化珠光體晶粒；另一方面過高的錳會阻礙鐵水形核，使石墨片粗大?？傊?，錳在灰鑄鐵中的作用主要是中和硫的影響，含量不宜過高。P磷能完全溶于鐵液中。當(dāng)鐵液中磷含量超過0.2%就可能出現(xiàn)磷共晶。磷共晶硬而脆，可提高鑄鐵耐磨性，某些耐磨高磷鑄鐵磷含量可達(dá)0.6 %。合金元素會在磷共晶附近偏析，而削弱合金的作用。同時(shí)，磷共晶附近為糊狀凝固，會增大鑄件縮松傾向。S硫在鑄鐵中是有害元素。硫能完全溶于鐵液，并增強(qiáng)Fe-C原子間的結(jié)合力，因此是阻礙石墨化的元素。此外硫還惡化鑄鐵的鑄造性能，降低流動性，增大裂紋傾向等。但是少量的硫

5、可以促進(jìn)石墨生核并細(xì)化晶粒。因此灰鐵件中硫的含量最好控制在0.06%-0.08%。以上五種元素廣泛應(yīng)用于所有灰鑄鐵件，除某些特種用途的鑄鐵件外，硫、磷均被視為有害元素，需要嚴(yán)格控制含量。除此之外，還有一些元素雖應(yīng)用不如上述廣泛廣泛，但也能對灰鐵的性能產(chǎn)生影響。Cr鉻能增加碳在奧氏體中的溶解度，是阻礙石墨化的元素。鉻促進(jìn)珠光體生成的作用很強(qiáng)，從而產(chǎn)生白口傾向，而通過細(xì)化珠光體晶粒提高強(qiáng)度的作用也不明顯。鑄鐵件中加鉻主要是為了提升耐磨度以及耐熱度。Mo在灰鐵中，鉬是有效的促硬元素，但作用溫和。鑄鐵中，鉬含量一般不超過0.8%。使用鉬時(shí)，要嚴(yán)控含磷量。因?yàn)槎邥纬伤脑簿糁辉阼T件中加入鉬，則緩冷

6、部位鐵素體可能較多，因此最好與其他元素配合使用。V釩是強(qiáng)烈促進(jìn)碳化物形成的元素，加入量在0.3%以下時(shí)，能有效的使石墨細(xì)小并促進(jìn)珠光體形成。加入過多會導(dǎo)致白口傾向嚴(yán)重且釩價(jià)格較高，因此限制了它在鑄鐵中的應(yīng)用。Cu銅可以促進(jìn)石墨化（作用相當(dāng)于硅的1/5）；減小白口傾向；促進(jìn)珠光體形成并細(xì)化晶粒；有微弱的細(xì)化石墨的作用并能穩(wěn)定鐵素體。對于高碳、低硅鑄鐵，加銅后提高強(qiáng)度和硬度的作用可靠且明顯。通常加入量小于1%。Ni鎳的作用與銅相似，既能促進(jìn)石墨化，減輕白口傾向，又可以促進(jìn)珠光體形成，細(xì)化晶粒。加鎳可以提高鑄鐵的強(qiáng)度以及耐磨性，高鎳鑄鐵通常用作耐磨材料。錫、銻、鋅等元素在含量很低的情況下，就能顯著形象鐵液的特性（如黏度、表面張力等）以及凝固后的組織特點(diǎn)（如基體和石墨）。它們對鑄鐵組織的影響有二重性，有有害的一面，也有可利用的一面。Sn在灰鑄鐵中，錫是很好的穩(wěn)定珠光體的元素。錫能阻礙奧氏體中的碳向石墨擴(kuò)散，從而使珠光體增多。當(dāng)錫的加入量過多時(shí)就會使鑄件脆化，沖擊韌度下降。錫的加入量一般控制在0.04%-0.1%。Sb銻是強(qiáng)烈促進(jìn)珠光體形成的元素，同時(shí)