?。ㄒ唬┣蚰T鐵中五元素對(duì)其金相組織與力學(xué)性能的影響作用
1.碳（C）
?。?）當(dāng)碳當(dāng)量小于4.5%～4.7%時(shí)，增加碳含量可提高鎂的吸收率，利于球化。
?。?）碳高鐵液流動(dòng)性好，凝固期間析出石墨量多，石墨化體積膨脹增加，補(bǔ)償收縮增加鑄件致密性，改善力學(xué)性能。
（3）在共晶成分以上，增加碳含量易產(chǎn)生石墨漂浮，降低力學(xué)性能。
?。?）降低含碳量易產(chǎn)生游離滲碳體，使機(jī)械強(qiáng)度降低、脆性增加，同時(shí)增加縮孔、縮松等鑄造缺陷。
2.硅（Si）
（1）硅是強(qiáng)烈的石墨化元素，既促使石墨結(jié)晶，又促使?jié)B碳體分解。因此，提高硅含量，石墨球徑減小，數(shù)量增加，形態(tài)圓整。
?。?）硅量增加，鐵素體增加，珠光體減少，強(qiáng)度和硬度降低，塑性和韌性提高。
（3）硅具有強(qiáng)化鐵素體的作用，當(dāng)含量大于3.3%時(shí)，脆性增加，塑性降低。
?。?）硅使共晶點(diǎn)向左上方移動(dòng)，使凝固區(qū)間縮小，增加流動(dòng)性，減少縮松。
（5）硅顯著提高球鐵的脆性轉(zhuǎn)變溫度，增加低溫脆性。
3.錳（Mn）
?。?）錳降低共析轉(zhuǎn)變溫度，從而穩(wěn)定并細(xì)化珠光體組織，在石墨化退火時(shí)，阻止珠光體的分解。
?。?）錳促使?jié)B碳體形成，增加錳量可提高強(qiáng)度、硬度，降低塑性、韌性，當(dāng)組織中出現(xiàn)較多自由滲碳時(shí)，除硬度而外其他性能均下降。
?。?）錳增加過冷奧氏體穩(wěn)定性，使S曲線右移。
4.磷（P）
(1)磷在鐵中具有一定的溶解度，超過此值在組織中出現(xiàn)二元或三元磷共晶，沿晶界分布，破壞了晶料間的結(jié)合能力，因此使球鐵的強(qiáng)度下降，塑性和韌性明顯降低。
（2）磷增加晶間縮松傾向，降低力學(xué)性能。
?。?）在熱處理過程中，磷不阻礙共晶滲碳體的分解，而阻礙共析滲碳體的分解。
?。?）磷提高脆性轉(zhuǎn)變溫度范圍，增大冷裂性。
?。?）隨著磷含量增加，縮孔、縮松傾向增加。
5.硫（S）
（1）硫與稀土、鎂具有很強(qiáng)的結(jié)合能力，原鐵液含硫量高會(huì)消耗過多球化劑，而出現(xiàn)球化不良和球化衰退。
?。?）原鐵液含硫量高，球化劑加入量大，處理后鐵液溫度低，鐵液中夾雜物多，鐵液表面氧化結(jié)膜溫度高，鐵液流動(dòng)性差，容易使球鐵產(chǎn)生夾渣、皮下氣孔等缺陷。
?。ǘ┣蚰T鐵中加入合金元素對(duì)其金相組織與力學(xué)性能的影響作用
1.鉬（Mo）
加入合金目的：
（1）提高強(qiáng)度和耐磨性；
?。?）改善厚斷面鑄件組織的均勻性；
?。?）改善中溫（400～600℃）的耐熱強(qiáng)度。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）在鑄鐵中鉬是一微調(diào)的碳化物形成元素，易獲得細(xì)珠光體及索氏體組織：
鉬含量 鑄態(tài)組織
0.2%～1% 細(xì)珠光體+索氏體
1%～1.2% 貝氏體+索氏體
1.2%～1.5% 貝氏體
（2）鉬能顯著提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度和韌性：
材質(zhì)名稱 σb/MPa ax/N.m.cm-2 硬度（HRC） 熱處理方式
普通球墨鑄鐵 1100～1200 20～25 43～45 等溫淬火
含鉬（0.15%～0.25%）球墨鑄件 1200～1500 30～60 47～51 等溫淬火
?。?）鉬能提高球墨鑄鐵的淬透性。
2.銅（Cu）
加入合金目的：
?。?）提高強(qiáng)度；
?。?）提高耐磨性及耐蝕性；
?。?）改善厚斷面鑄件組織均勻性；
（4）提高接觸疲勞強(qiáng)度。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）銅是一微弱促進(jìn)石墨化的元素，在石墨化結(jié)晶過程中對(duì)第一階段石墨化起促進(jìn)作用。而對(duì)第二階段石墨化則起阻礙作用。
?。?）由于銅阻礙奧氏體的分解，從而穩(wěn)定并細(xì)化了珠光體組織，隨著銅含量增加，強(qiáng)度和硬度增加，塑性降低，當(dāng)鋼含量增加并超過一定值時(shí)，強(qiáng)度反而下降。
?。?）銅鉬聯(lián)合使用，對(duì)提高球墨鑄鐵的力學(xué)性能、耐磨性能以及改善厚斷面鑄件組織均勻性，效果都更為顯著。
3.錫（Sn）
加入合金目的：
?。?）得到鑄態(tài)珠光體組織；
（2）改善斷面均一性；
（3）增加熱穩(wěn)定性。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
（1）在鎂球墨鑄鐵中，當(dāng)錫含量達(dá)到0.13%時(shí)，球狀石墨就會(huì)變成片狀石墨；而在稀土鎂球墨鑄鐵的生產(chǎn)中，由于稀土的存在，可以中和錫對(duì)球狀石墨的破壞作用。（2）微量錫加入球墨鑄鐵中能顯著增加珠光體的含量。如加入0.05% Sn可使原來(lái)50%珠光體提高到85%；加入Sn0.1%鐵素體消失。
?。?）錫能提高珠光體在高溫上的穩(wěn)定性，故可提高球墨鑄鐵在600～650℃下的使用壽命。
4.鎢（W）
加入合金目的：
?。?）提高強(qiáng)度、韌性和耐磨性；
?。?）提高中溫（350～650℃）力學(xué)性能。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鎢和鉬相似，具有微弱促進(jìn)滲碳體形成的作用，在鐵中有較大的溶解度，石墨化退火后可提高韌性。
（2）鎢溶解于鐵素體，使之得到強(qiáng)化，有助于提高常溫和中溫力學(xué)性能。
5.釩（V）
加入合金目的：
?。?）提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性；
?。?）提高熱強(qiáng)度及耐熱性能。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
（1）釩是強(qiáng)烈阻礙石墨化穩(wěn)定滲碳體的元素，其作用超過鉻。
?。?）釩含量在0.3%以下時(shí)，穩(wěn)定并細(xì)化珠光體，提高了球墨鑄鐵的強(qiáng)度和硬度，當(dāng)超過一定量時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)自由滲碳體，使其性能降低。
?。?）釩與碳、氮形成碳化釩、氮化釩等化合物，其顯微硬度為1000～1300HV，化合物的質(zhì)點(diǎn)高度彌散，對(duì)球墨鑄鐵的耐磨性極為有利。
6.鈦（Ti）
加入合金目的：
（1）提高耐磨性；
?。?）脫氣凈化鐵水；
?。?）細(xì)化晶粒。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鈦與氧、氫具有很強(qiáng)的結(jié)合能力，起到凈化鐵液細(xì)化晶粒的作用。
?。?）鈦與釩聯(lián)合使用對(duì)提高耐磨性能更為顯著。（3）在鎂球墨鑄鐵中，含ωTi0.02%就會(huì)出現(xiàn)片狀石墨，當(dāng)ωTi超過0.04%時(shí)則會(huì)出現(xiàn)大量片狀石墨，在稀土鎂球墨鑄鐵中，由于鈰的存在顯著的抵制或克服了鈦的破壞作用。
7.鎳（Ni）
加入合金目的：
（1）提高強(qiáng)度和硬度；
?。?）改善塑性和韌性；
?。?）獲得非磁性，提高耐蝕性和耐磨性；
?。?）改善厚斷面鑄件組織的均勻性。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鎳促進(jìn)石墨化，其能力相當(dāng)于硅的1/3.鎳穩(wěn)定奧氏體，降低共析轉(zhuǎn)變溫度，使S曲線和CCT曲線右移。
?。?）鎳穩(wěn)定和細(xì)化珠光體，達(dá)到一定含量可在鑄上獲得貝氏體組織，不僅提高強(qiáng)度和硬度，而且改善塑性和韌性。鎳與鋁或釩同時(shí)添加效果更好。
?。?）鎳改善大斷面鑄件的組織、強(qiáng)度和硬度的均勻性，降低斷面敏感性。
?。?）少量鎳（Ni0.5%）可強(qiáng)化鐵素體基體，提高屈服點(diǎn)，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。
?。?）進(jìn)一步添加Ni（ωNi2%）可獲得高強(qiáng)度和較好韌性的珠光體球墨鑄鐵。
（6）加ωNi18%～36%可獲得奧氏體球墨鑄鐵，具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性、耐磨性、耐疲勞性以及良好的低溫性能和非磁性。
8.鉻（Cr）
加入合金目的：提高強(qiáng)度和硬度。
對(duì)金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鉻強(qiáng)烈促進(jìn)形成碳化物，穩(wěn)定珠光體。
?。?）鉻低時(shí)不影響球化，但會(huì)降低韌性和塑性。
?。?）鉻提高強(qiáng)度和硬度，但加入量以不出現(xiàn)游離碳化物為限，對(duì)于高韌性鐵素體球墨鑄鐵要嚴(yán)格限制含鉻量。
?。?）一般珠光體球墨鑄鐵不宜使用過多的鉻。
?。ㄈ┣蚰T鐵中加入球化元素的影響作用及其在球墨鑄鐵中的適宜殘留量
1.鎂（Ng）
在采用鎂作球化劑時(shí)，其適宜殘留量與鑄鐵硫含量、鑄件壁厚及鑄型材料（冷卻強(qiáng)度）有關(guān)，鑄鐵硫含量高以及鑄件凝固時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，鎂的適宜殘留量也應(yīng)適當(dāng)高些，一般情況下將鎂的殘留量控制在0.03%～0.065%，應(yīng)指出，鐵液中殘留鎂量也不宜過高，殘留鎂量過高會(huì)使石墨形狀發(fā)生惡化，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)畸變。其原因在于鎂原子在石墨表面上的吸附。由于鎂也屬于表面活性元素，過量的鎂原子也有封閉石墨的螺旋位錯(cuò)生臺(tái)階、促使石墨沿[1010]晶向生長(zhǎng)的作用。過高的殘留鎂量還會(huì)使鑄鐵形成白口的傾向增大，并會(huì)使鎂的氧化物及硫氧化物等夾雜數(shù)量增多，從而增大形成鑄造缺陷的可能性。
2.鈰（Ce）
鈰作為球化劑時(shí)，為了獲得高的球化率和圓整度，要求有過共晶的碳當(dāng)量，鐵液中的適宜殘留鈰量與硫含量有關(guān)，當(dāng)硫含量低于ωS0.02%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)，適宜鈰含量約為ωCe0.017%～0.034%。鈰的球化作用還與鐵液中的氧量有關(guān)。只有當(dāng)鐵液中氧的活度較低，因而使鈰能主要與硫化合，而使硫的活度足夠低時(shí)，石墨才能有良好的球化。但過量的鈰也會(huì)使石墨形狀惡化，增大鑄鐵的白口傾向和使夾雜物增多。
3.釔（Y）
與鎂、鈰相比，釔的球化作用較弱。為使石墨穩(wěn)定地球化，所需的殘留鈰量比鎂、鈰高得多。適宜的殘留釔量約為0.25%左右，與鎂、鈰不同的是殘留釔量的允許范圍較大，研究表明，即使鑄鐵中含有超過適宜殘留量一倍（即0.5%）的釔時(shí)，也不會(huì)使石墨形狀惡化，而且鈰不會(huì)增大鑄鐵的白口傾向。
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