灰铸铁件常用合金元素及其作用.pptx

灰铸铁件常用合金元素及其灰铸铁件常用合金元素及其作用作用主讲人：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。合金元素对铸件的影响合金元素对铸件的影响常见元素对铸铁基体的影响常见元素对铸铁基体的影响条件基本变化情况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MnNi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，8-12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。常见微量元素常见微量元素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，同时微弱促进石墨化并细化石墨。生产中可用来增强灰铁强度，但含量应控制在0.03%以下，过多会导致灰铁脆性增加。Zn锌具有细化石墨的作用，并能增加白口倾向。在灰铸铁中加入0.3%可显著去除铁液中的氧。The End