灰铸铁件常用合金元素及其作用

1、主讲人：马进 合金元素是影响铸铁件性能、质量的主要因素。 其中C、Si、Mn、P、S是铸铁件中最常见的五大元 素。灰铸铁中常见的其他合金元素有Cr、Mo、V、 Cu、Ni等。 常见合金元素对铸件的影响主要体现在： 1.对共晶凝固时石墨化的影响； 2.对临界转变温度的影响； 3.稳定奥氏体； 4.能否细化珠光体； 5.能否形成其他组织等方面。 条件基本变化情况 C、Si、Al铁素体增加 Mn、Cr、Cu、Ni、Sn、Sb珠光体增加并细化 Mo珠光体细化 Cu、Ni、Mo形成贝氏体 Mn、Ni形成奥氏体 C 碳是铸铁件中最重要的合金元素。碳是促进石墨化 的元素。碳在铸件中主要以自由碳（石墨）和渗碳

2、 体两种形式存在。 石墨自身强度很低，对基体起割裂作用。根据铸铁 中石墨形态的不同，铸铁可分为以下几种：灰口铸 铁（层片状）、球墨铸铁（球状）、可锻铸铁（团 絮状）、蠕墨铸铁（蠕虫状）。 渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈 白亮色。渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁 中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。 渗 碳体硬度很高而塑性和冲击韧性几乎为零，脆性极 大，是铸铁件的强化相。 灰铸铁中碳含量越高，强度越低。增加含碳量，可 使铸铁的石墨化程度增加，石墨变得粗大，基体中 珠光体含量减少，铁素体增加。 熔炼时，含碳量的控制主要通过加增碳剂和废钢来 控制。中频感应电炉通常增碳的方法是

3、待炉料完全 熔化后，除去液面熔渣，然后利用铁液的卷动将它 卷入铁液内，8-12分钟完成增碳处理。也可在投 料时，将增碳剂置于废钢上加入。需注意的是，增 碳剂会附着在炉衬表面而烧损，所以应避免增碳剂 直接接触炉衬。 Si 硅是促进石墨化的元素。它降低碳在铁液中和奥氏 体的溶解度，从而促使其析出。硅对铸铁有固溶强 化的作用，但它同时使石墨粗大并且促进铁素体的 产生，因此总体上降低了铸铁的强度。 随着硅含量的增加，铸铁的石墨化程度逐渐提高， 珠光体数量减少，而铁素体增多。反之，若硅含量 过低，则可能出现白口或麻口组织。 试验表明，若铸铁中没有硅或硅含量很低，即使含 碳量很高，石墨化也很难进行。只有当

4、铸铁中有硅 存在时，碳量的提高才会促进石墨化。 熔炼时硅含量的控制可通过加入硅铁进行。 Mn 锰能够与铁水中的硫结合成硫化锰，从而净化铁水。 锰具有阻碍石墨化的作用。 锰一方面能促进珠光体的形成，细化珠光体晶粒； 另一方面过高的锰会阻碍铁水形核，使石墨片粗大。 总之，锰在灰铸铁中的作用主要是中和硫的影响， 含量不宜过高。 P 磷能完全溶于铁液中。当铁液中磷含量超过0.2%就 可能出现磷共晶。磷共晶硬而脆，可提高铸铁耐磨 性，某些耐磨高磷铸铁磷含量可达0.6 %。合金元 素会在磷共晶附近偏析，而削弱合金的作用。同时， 磷共晶附近为糊状凝固，会增大铸件缩松倾向。 S 硫在铸铁中是有害元素。硫能完全

5、溶于铁液，并增 强Fe-C原子间的结合力，因此是阻碍石墨化的元素。 此外硫还恶化铸铁的铸造性能，降低流动性，增大 裂纹倾向等。但是少量的硫可以促进石墨生核并细 化晶粒。因此灰铁件中硫的含量最好控制在 0.06%-0.08%。 以上五种元素广泛应用于所有灰铸铁件，除某些特 种用途的铸铁件外，硫、磷均被视为有害元素，需 要严格控制含量。 除此之外，还有一些元素虽应用不如上述广泛广泛， 但也能对灰铁的性能产生影响。 Cr 铬能增加碳在奥氏体中的溶解度，是阻碍石墨化的 元素。铬促进珠光体生成的作用很强，从而产生白 口倾向，而通过细化珠光体晶粒提高强度的作用也 不明显。铸铁件中加铬主要是为了提升耐磨度以

6、及 耐热度。 Mo 在灰铁中，钼是有效的促硬元素，但作用温和。铸 铁中，钼含量一般不超过0.8%。 使用钼时，要严控含磷量。因为二者会形成四元共 晶若只在铸件中加入钼，则缓冷部位铁素体可能较 多，因此最好与其他元素配合使用。 V 钒是强烈促进碳化物形成的元素，加入量在0.3%以 下时，能有效的使石墨细小并促进珠光体形成。 加入过多会导致白口倾向严重且钒价格较高，因此 限制了它在铸铁中的应用。 Cu 铜可以促进石墨化（作用相当于硅的1/5）；减小 白口倾向；促进珠光体形成并细化晶粒；有微弱的 细化石墨的作用并能稳定铁素体。对于高碳、低硅 铸铁，加铜后提高强度和硬度的作用可靠且明显。 通常加入量小于1%。 Ni 镍的作用与铜相似，既能促进石墨化，减轻白口倾 向，又可以促进珠光体形成，细化晶粒。加镍可以 提高铸铁的强度以及耐磨性，高镍铸铁通常用作耐 磨材料。 锡、锑、锌等元素在含量很低的情况下，就能显著 形象铁液的特性（如黏度、表面张力等）以及凝固 后的组织特点（如基体和石墨）。它们对铸铁组织 的影响有二重性，有有害的一面，也有可利用的一 面。 Sn 在灰铸铁中，锡是很好的稳定珠光体的元素。锡能 阻碍奥氏体中的碳向石墨扩散，从而使珠光体增多。 当锡的加入量过多时就会使铸件脆化，冲击韧度下 降。锡的加入量一般控制在0.04%-0.1%。 Sb 锑是强烈促进珠光体形成的元素，同时微