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）和渗碳体两种形式存在。石墨自身强度很低，对基

2、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

3、-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

4、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

5、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

6、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