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灰铸铁的组织和几种合金元素的影响(二)


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行 业 动 态 ………………………………………………………………………-  ·

( 接上 期 )  

含硫 量太 高 ( O 1% ,则各 种有 害作用

都会 显  > .8 ) 现 ,损害铸件 的质 量 。   硫 是化学活性 强的元素 , 在铸 铁中含锰 量很  低 时 ,硫与铁生成化 合物 F S( 点 19 ℃) e 熔  3 , l  
也与铁和碳形成低熔 点 的共 晶体 ( 含碳 0 1%  .7 , 硫 3 .% 1 7 ,其 余为铁 ,熔 点 9 5 ) 7℃ 。  

二.灰铸铁中常用的合金元素 
灰 铸铁 中所加 的合 金 元 素大 体 上可 分 为 4   类 ,即石墨化元素 ,渗 碳体稳 定元 素 ,珠光体 稳 
定元 素和细 化珠光体 的元 素 。  

铸 铁凝固过程 中,碳 、硅 、铝 、硫 、铜 和镍  等元素都有促进石墨形成 的作用 ,可认为是石墨  化元素 。 但是, 各元 素的效能却很 不相 同 , 如, 例   铜 的作用大约 是硅 的 2% 镍和铜还有双 重作用: 0。   共晶转变 时促进石 墨化 :共析转变 时却抑制 石墨  化,有助于形成较多较细 的珠光体 ,所 以也可 以 
将其视为珠光体稳定元 素 。  

FS可以完 全溶解于铁液 中 。铁液凝固时 , e   硫或 FS 奥氏体 和渗碳体 的固溶 度很小 , e在 逐渐  富集于 剩余 的液相 中 ,最后 以硫 化 物 的形式 析  出,铸 铁 中含硫量 为 0O% ,即可出现独立 的  .2时
硫 化物 。  

在灰铸铁 中, 与锰 的亲和力 比其与铁的亲  硫 和力大得多 ,下式表述 的反应 中,MS的形成 是  n 占优势 的。  
M + e ;= M S + F   nFS; n   e

钛的影响也很复杂 。一般说来 ,钛 是很 强的  碳 化 物 形成 元 素 ,但 当其 含 量 很 少 时 ( 如 
<.8 ) O O % ,它的微细 的化合物 可作 为石墨 的核心 ,   有促进石墨化 的作用 。   锡 、锑 、锰 、钼 、铬 、钒和铌 等都 能阻碍石 

M S的熔 点为 12 ℃,在 灰铸 铁中 ,M S n 60 n 是  细小而无害 的蓝灰色 夹杂物 ,散乱地分布在金属  基体 中,而且有助 于改善铸铁 的加工性能 、提高  工具 的寿命 。   灰铸铁 中 , n MS和 FS 以互溶,所 以, 复  e可
合硫化物 ( n e M F )S中 ,锰和硫 的量 是可变 的。  

墨的析 出和成长 ,增强形成渗 碳体的倾 向,都属  于渗碳体稳定元素 。其 中,钼的作用 与其加入量  有关 。铸铁 中含钼量 ,< .% ,钼的作用温和 , O8时   表现 为使珠光体细化 ,含量提高就 是渗 碳体稳定  元 素。一般认 为:锰的作用 是增加 铸铁 的珠光体 

量,提高铸铁的强度。实际上,锰的作也是多方  面,含量高时,会使石墨粗大,从而降低铸铁的 
强度 。  

硫和氧 也可 以互溶 ,所 以,灰铸 铁 中,硫化物 的 

情况很复杂,生成的化合物可以用 F,n .. e ,0 来  MS 表示,其中 x 、v w的值会因铸铁的具体条  、Y 和
件而改变 。 ·   .  

本文的开始, 我们就谈到了提高灰铸铁件的  强度及其综合质量的目标,现在就从这个角度来 
谈谈灰铸铁 中常用的合金元 素 。  
I .锰和硫 


近年来, 用定量金相分析方法所作的研究表  明:Im灰铸铁 中 ,M S和 (n e c。 n M F )S夹杂物约 
有 40 30万个 ,夹杂物 的尺寸 为 2 3微来 。夹  ~2 杂物 的总量不 到铸 铁重量 的 0 0%  . 1。 硫 以 FS e 或三元 共 晶存 在时,在铸铁凝固过  程 中,偏析 于共 晶团界面 的液相 中 ,阻碍共 晶团 

般 说来 , 硫是有 害元素。 但对 灰铸 铁来讲 ,  

含 少量 的硫 对 于石 墨 的生核 和 共 晶 团的细 化都 

有非常重要的作用。所以,灰铸铁中的含硫量不 
宜低于 00 % .6 ,最好保 持在 0 0%二 0 0 % 间。 .6 .8之  

的成长,使共晶凝固时的过冷度增加,因而使铸 
铁的 白口倾 向增人 。凝 同以后,偏析 于共 晶团边 
.1   5.

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界上 的 FS或三元共 晶,又会 使铸 铁的力学性能  e 低下,脆性大 。这就是硫 的有害 作用 。   如果铸铁 中加有足够量 的锰 以抑制 FS e 的产  生 ,并形成细小而分散 的硫化 物夹杂 ,硫就会在 
石 墨的生核 和成 长 中起 积极 而 有益 的 作用 。结  果 ,铸铁组织 中共 晶团细 小 ,石 墨为 A型 ,也不 

适 宜。 超量锰 在 0 3 以上继续提 高含锰 量 , .% 可使 

灰铸铁基 体中的珠光体增 多 , 并不一定能提 高  但

强度。  
美国铸造学会 的研 究表 明, 灰铸铁的含锰  将 簧 从 0 3 % 步提 高到 0 9 %  2 . 、 3 和  .9逐 .7 , 2 5  0
5 0的试棒 的抗拉强度 , 随含锰 量的增加而降  都
低。  

会 出现 白口。为使石 墨片的形态令人满意 ,灰铸 
铁 中硫的最低含量应是 0 0% 含硫 量低 于此值 , .6 。  

由于各 个铸 造 厂 的铸 铁 中 的残 留合 金元 素  含量不 同,含硫量也不相 同 ,所 以,各厂超量锰 

铸 铁 中石墨 片的分 布 状 况就 不好 ,且易 产生 白  
口。  

的最 佳值 不 尽相 同,无 法推 荐 广 泛适 用 的含锰  量 。铸造 厂 宜根 据 其熔 化 设 备和 炉料 的具 体情 
况 ,通 过试验 ,确 定最合适 的含锰 量 。可 以超量  锰 0 2 为起 点, .% 在一较 长的时间 内进行逐 步改变  含锰量 的试 验 。 一阶段 ( 一个 月) 加 0 1  每 约 增 .%

锰 在 灰铸 铁 中的 主要 作用 是 约束 硫 ,抑 制 
FS e 的形成 。 由于锰 与硫 的原子量 的比值 为 1 7 。 .1   铸铁中的锰 与硫化 合形成 M S的 当量 比为 17  n .1

时 ,认为其处于锰硫平衡状态 。含量高于平衡状  态 的锰 ,称 为 “ 超量 锰 ” ,含锰量 低 于平 衡状态 
时 ,则属于 “ 硫超量 ”  。

的锰 ,看含锰量为何值 时能得到适合其 作业 条件  和 产品要求的最佳综合性 能 ( 包括抗 拉强度和硬  度的 比) 。一般 说来 ,最佳 的含锰 量会在超昔锰  为 0 2 ¥ . % .%10 5 之间 。 1  
如果铸铁 中含硫 量较 高 ( . 5 以上 ) 0 1% ,含锰 

前面说到 的反应 是可逆 的 , 如欲使 FS充分  e
地与锰作用生成 M S n ,必须有适 当的超量锰 。在 

正常 的作业 条件 下 ,如 灰铸铁 中含硫 量 不高 于  0 1% 同时又含有足 够量 的锰 ,硫 的有 害作用  . 8  就不会太大 。如 果没有足够 的含锰量 ,含硫高就  有明显的稳定渗碳体的作用。石墨的形态也不好 
( 尖锐石墨片 ) 。   锰延缓奥 氏体转变 的作用很 明显 , 在铸钢 中  

量又超过 了 07 , .% 则铸件 的上表面容易 出现渣反  应生成的皮下气孔 ,这是 由于 M S上浮 到金属/ n   铸型 界面上发 生反应而造成 的 。在这种情况下 。  
应 降低含硫 量并适 当提 高浇注温度 。  

实 际 生 产 条 件 下 。 灰 铸 铁 中 含 硫 
0 0 — . 5 。含锰 骨 不超过 0 6 . 5 0 1% = . 5是正常的 。  
2.铜 

是最便宜 的、也是最常用的提 高淬透性 的合 金元  素。 在灰铸铁 中, 锰也有提 高基 体淬透性的作用 。   由于灰铸铁不适宜淬火 处理 , 一优 点是无 从利  这
用 的。  

灰铸铁 中的铜 ,有 多方 面 的作用 :   ◆ 促进 石墨化 ( 效能约为硅 的 2 % : 0)   ◆ 减轻铸 铁 的 白口倾 向。但 义不促 成游 离 
铁素体 :  

锰对灰铸铁强度性能的影响有其两重性: 一  方面,锰能促进珠光体形成,且有一定的细化珠  光体的作用,因而有助于提高强度:另一方面。   含锰量太高会影响铁水的生核,使共品团数量 
少 ,石 墨粗大 ,甚至可能促成过冷 石墨,从而使 

◆ 促进形成珠 光体 的作用较 强 :   ◆ 可因溶 于铁 素体 。使铁 素体强化 :   ◆ 使珠 光体细化 。  

铸铁的强度降低。  
关于锰在灰铸铁 中的作用 , 国铸铁研 究协  英 会 (C R )曾进 行过系 统的研 究 ,美 国铸造学  B IA
会 ( F )也 组织过有 关 的调 查和研 究 。以下一  AS

对 于铁 素体 ,珠光 体铸铁 ,加铜后提 高抗拉 

强度和硬度的作用比较明显而且可靠。如果用于 
高碳、低硅铸铁 ,则改 善作用最大 。铜的加入量  般为 1 。最好与其 他合金元素 ( % 如钼 、锡 、镍 


些看法是 目前 为大家所认 同的 。   灰铸铁 中的超量锰为 0203 时, .-.% 白口倾 向  

和铬等 )配合使川 。已有研 究表明 ,铜可 以抵消  碳化物稳 定元 素 ( 如铬之 类 )的负面作用 ,减轻  铸铁 的 白口倾 向。   灰 铸 铁 中加 铜 ,可 使 厚截 面 处 的铁 素体 减 

最小。硬度也最低,当然强度也不高。将超量锰  降低到 0 1左右, .% 灰铸铁的抗拉强度会有较大幅  度的提高,同时,布 氏硬度也可能提高 4—0单  05
位 ,在这种情 况下 ,应注意铸铁 的加工性 能是否 

少,同时又能减轻薄壁处的白口,使铸件各截面 
处的显微组织 比较一致 。由于铜可 以改善铸件显 

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微组织的均匀性,因而可以改善铸件 的加工性 
能。  

而 且花销不 少。  


镍 

对于原本就是全部珠光体基体的铸铁,加入 
03% .5 以下的铜 , 能提 高抗 拉强度 , 加铜 量超 0 4  .% 以后作用 就不明显 。   3.锡  在灰铸铁中 ,锡是 很好的珠光 体稳 定元素 ,  

镍在 灰铸 铁 中的作 用与铜相似 ,既是石墨化 
元素 ,可用 以减轻 白 口倾 向,又可 以促进珠 光体  形成 ,还可 以使珠光 体细化 。如果与其他 合金元  素 ( 如钼 )配合使用 ,改 善铸铁性能的作川就会 
良好 。  

在共晶凝固过程中,逐渐 向液相偏析,最后富集  在与石墨片相邻的奥氏体中,共析转变时,阻碍  奥氏体中的碳 向石墨片扩散 ,从而使珠光体增  多。锡在 金属基体 中的溶解度很 有限 ,加入量 不 
可过 多,否则就会使铸 铁脆化 ,冲 击韧度下 降,   而且还有其他 副作用 。   锡减 少铁 素体和增加珠光 体的作用很 强,在  灰铸铁 中的主要作 用是消 除铁 素体 , 入量 也 以  加 得 到 全 部 珠 光 体 基 体 为 限 , 用 量 一 般 为  00- .0 。 .40 1% 加锡 的铸铁 , 一般 可得到 A型石 墨,   99 0 以上 的珠 光体 。 6   £.锑  1 锑和锡类 同,在灰铸铁 中也是稳定珠光体 的  合金元素 ,而且价格便 宜。但是 ,锑在灰铸铁 中 

6.铬 

铬在铸铁 中使碳在 奥氏体中 的溶解度增加 ,   因而阻碍铁素 体生核成长 ,是很强 的珠光体促成  元素 。但是,在铸铁 凝 固过程 中,铬促成渗碳体  的作用很 强,使铸 铁 的 白口倾 向增强 。虽然在铸  铁 中加硅 、 进行孕 育处理 ,对减轻铬造成 的 白     口倾 向有 效,但对 于消除铬 所致 的晶间渗碳体 则  效果 欠佳 。   此外, 铬细化 珠光体从而提 高铸铁 强度 的作  用也 不太 明显 。   灰铸铁 中, 入 05左 右的铬 , 加 .% 能使石墨细 
化 ,减少铁素体 ,增 加珠光体 。加入 1左右 ,就  %

可能 出现少 量渗 碳体 ,形成麻 口组织 。   灰 铸铁 件 生产 中 ,对 于单 用铬 一 种合 金元  素 ,宜采取 审慎 的态度 。  
7.钼 

的作用 目前也还是有不同看法的。   锑促成珠光体的能力很强,视原铁水的条件  不同,其作用一般是锡 的 2 4倍 ,所 以加入量也  —
比锡少少得多 。 于容易产生 B型和 D型石墨的  对

在 灰铸 铁 中,钼 是有效 的促硬元 素,但 作用  温和 。 铸铁 中的含钼量一般 不多 丁 0 8 , .% 这样 的  量就 能细化珠光体 、增强基体 ,从而有效地提高  铸铁 的强度 。同时,铸铁 的 白口倾 向并不 明显增 
强。  

薄壁铸件,加锑的效果特别好。  
有人 曾用抗拉 强度 为 2O ) 5^a左右 、基体基  Ⅱ

本上完全是珠光体的铸铁,进行了加锑的研究。  
结果是 :除硬度 因加锑而增 高外 ,抗 拉强度 、抗  弯强度 和桡度 都随之下 降。因而认 为铸 铁中加锑  是有 问题的 。   在基体组织 中有铁 素体 的铸铁 中加锑 , 对提  高抗拉强度和硬度都是 有益 的。锑和锡 的作用相  似 ,随着铸 铁强度的提 高,其冲击 韧度下降 ,因  此, 其加入量应不超过得 到完全珠光 体组织 所需 
的量 ,以在 0 0 - . 5 之间为 宜。 .2 0 O%  

钼 并不是促进珠光 体形成 的元素 ,实际上 ,   钼 阻碍 形成 珠 光体 的作 用 可 能 比阻碍 形成 铁 素  体 的作用 更强。如果铸 铁中只加入钼 ,则厚截面 

( 缓冷)处铁素体量可能较多。因此,钼最好与  其他 促成珠光体 的合 金元素 ( 、铜 和镍 等 )配  铬
合使用 。  
8.钒  .  

钒 是强烈形成碳化 物 的元 素。灰铸铁中加入  钒 , 白口倾 向大为增 强, 则 这就 限制 了它 的应用 。  

灰铸铁 中加 入锑 ,对于 防止 析 出铁素体和过 

冷石墨,得到较多的 A型石墨,肯定是有效的。   当铸件某些部位总保留有少量铁素体, 而且加入  铜、铬和锡等合金仍不能消除铁素体时,就特别 
要考虑加入锑 。   目前, 加锑的一个问题是缺乏 良好的光谱标 

加入量在 03 以下时,钒的作用较易控制, .%   可 以有效地使 石墨细小 并使 珠光体增 多, 从而提 
高铸铁 的强度 。   .   厚大截面 的铸件 ,加入钒可 使整个截面上 的 

组织较为均匀,这是非常重要的特点。(   完)
. 7. 1  

样,准确的分析得靠湿法化学分析,这很费时间 
F UNDl O   P NOR A AMA  2 o .   o5 1


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