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灰铸铁中各元素作用.docx内容摘要: 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。所以，应对铬量加以控制。一方面希望铁水中含有一定量的铬，以提高铸件的强度和硬度；另一方面又将铬严格控制在下限，以防止铸件收缩而造成废品率增加。传统的经验认为，原铁水铬量超过 0．35％时，将对铸件产生致命的影响。7、钼：钼是典型的化合物形成元素，是很强的珠光体稳定元素，它能细化石墨，在ωMo<0．8％时，钼能细化珠光体，同时能强化珠光体中的铁素体，从而能有效地提高铸铁的强度和硬度。a、加大过热或延长保温州间．能使熔液内已有的异质核心消失或功效下降，使奥氏体晶粒数目减少。b、钛对灰铸铁有细化初生奥氏体的作用。因为钛的碳化物、氮化物、碳氮化物可作为奥氏休形核的基础。钛可增加奥氏体的核心，细化奥氏体晶粒。另方面当铁液中存在多于的 Ti时，铁中的 S 会和 Ti 而不是和 Mn 反应生成 TiS 颗粒，TiS 的石墨核心作用比不上 MnS 有效，因此，延缓了共晶石墨核心的形成，从而增加了初生奥氏体的析出时间。钒、铬、铝、锆与钛相似易形成碳化物、氮化物和碳氮化物，可成为奥氏体核心。c、各种孕育剂对共晶团数的效果存在较大差异，依次排列为： CaSi＞ZrFeSi＞75FeSi＞BaSi＞SrFeSi 含 Sr 或 Ti 的 FeSi 对共晶团数的影响较弱，含稀土的孕育剂作用最好，当与 Al、N复合加入时作用更加显著。含 A1、Bi 的硅铁可强烈增加共晶团数，d、以石墨晶核为中心所形成的石墨—奥氏体两相共生生长的晶粒称共晶团。存在于铁液中可做共晶石墨核心的亚微观石墨聚积体、残存未熔的石墨微粒、初生石墨片分枝，高熔点化合物及气体夹杂，同样也是共晶团的核心。由于共晶晶核是共晶团生长的起点，故共晶团数即反映共晶铁液中能长成石墨的核心数。影响共晶团数的因素有化学成分、铁液的核心状态及冷却速度。化学成分中的碳、硅量有重要影响．碳当量越接近共晶成分，共晶团数则越多。S 是影响灰铸铁共晶团的另一重要元素，低的含硫量对提高共晶团不利，因为铁液中的硫化物是石墨核心的重要物质，此外硫可降低异质核心与熔体之间的界面能，使更多的核心得到活化当 W(S)＜0．03％时，共晶团数显著减少，孕育的效果降低。 Mn 的质量分数在 2％以内时，Mn 量增多，共晶团数随之提高。Nb 在铁液中易生成碳、氮化合物，作为石墨核心而增加共晶团。Ti、V 降低共晶团数，因为钒降低碳的话度；钛易夺取 MnS、MgS 中的 S 形成钛的硫化物，其生核能力不如 MnS、MgS 有效。铁液中 N 使共晶团增加， 当含 N 小于 350 x10-6时不明显，超过一定值后，增大过冷从而增加共晶团数量。氧在铁液中易形成各种氧化夹杂作为核心．故随氧增多、共晶团数增多。除化学成分外，共晶熔液的核心状态是重要影响因素，保持长时间高温过热会引起原有核心消失或减少，使共晶团数减少、直径变大。孕育处理可大大改善核心状态从而增加共晶团数量。冷却速度对共晶团数的影响十分明显，冷却越快，共晶团数量越多。5、共晶团数的多少直接反应共晶晶粒的粗细。按一般原则。细的晶粒可提高金属的性能。在化学成分、石墨类型相同的前提下，随共晶团数增加，抗拉强度提高，因为共晶团内的石墨片随共晶团数的增多而变细小，使强度增加。然而，随硅量增加，共晶团数明显增多，但强度反而下降；铸铁强度随过热温度提高(至 1500℃)而提高，可是，此时共晶团数却显著减久孕育处理导致共晶团数变化规律与强度增加的关系也并不总存在相同的走向、用含 Si、Ba的 FeSi 孕育处理获得 的强度比用 CaSi 高，但是铸铁的共晶团数却比 CaSi 少很多。随共晶团数增多，铸铁的缩松倾向增大，为防止小件形成缩松应将共晶团数控制在 300—400 个／cm2以下。6、在石墨化孕育剂中添加过冷的台金元素 Cr、Mn、Mo、Mg、Ti、Ce、Sb)可提高铸铁过冷程度、细化晶粒、增加奥氏体数量及促进珠光体形成。添加的表面活性元素(Te、Bi、5b) 能吸附在石墨晶核表面限制石墨生长从而减小石墨尺寸，以达到提高综合力学性能、改善均匀性、加大组织调节的目的。此原理已在高碳铸铁(如刹车制动零件)的生产实践中得到应用。
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发表于 2023-4-6 18:29:59
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