合金元素對(duì)灰鑄鐵鑄件質(zhì)量的影響

 根據(jù)灰鑄鐵的正常性能已將5種基本元素的主要影響綜合涵蓋在內(nèi)，但仍有必要將它們和合金元素的作用扼要的加以陳述。依據(jù)元素在兩相中分布的比值Kp大于1或小于1可將其分為碳化物形成穩(wěn)定元素和石墨化元素。Kp＝該元素在碳化物中的百分比／該元素在基體中的百分比。前一類元素由于形成共析滲碳體而組成珠光體，因而提高了鑄鐵件的強(qiáng)度和硬度（如錳、鉻、鉬、釩）。由于元素溶入鐵素體中，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用。石墨化元素主要依靠固溶作用提高鑄鐵件強(qiáng)度和硬度，雖然它們也形成碳化物，但畢竟其量甚微，這類元素有硅、磷、銅、鎳。

    碳在灰鑄鐵中通常以自由碳（片狀石墨）和共析滲碳體（構(gòu)成珠光體）兩種形式存在。化合碳的大值為0.8%（全珠光體基體灰鑄鐵）。因?yàn)槌藰O個(gè)別特種灰鑄鐵外，不允許有自由滲碳體存在。由于石墨的強(qiáng)度和硬度極低，相對(duì)于鐵來(lái)說(shuō)可以視為零，加之片狀石墨對(duì)鑄鐵的割裂作用，故灰鑄鐵中碳量越高，一般來(lái)說(shuō)（還涉及到片狀石墨的形態(tài)）其強(qiáng)度和硬度越低。由于過冷和鐵液流動(dòng)性與收縮性諸多原因，通常既嚴(yán)格限制其Sc在1以內(nèi)或CE=4.26%但又經(jīng)常力求靠近這一極限值。提高灰鑄鐵強(qiáng)度永遠(yuǎn)是鑄鐵研究和生產(chǎn)者追求的主要目標(biāo)。因此優(yōu)化冶金因素和恰當(dāng)?shù)丶尤牒辖鹨殉蔀殍T造工作者不得不采取的措施。絕大多數(shù)灰鑄鐵中的C含量在3.1%-3.5%范圍內(nèi)。

    硅在灰鑄鐵中的重要性位居第二。雖然硅對(duì)鑄鐵的固溶強(qiáng)化作用很強(qiáng)，但可粗化石墨且在共析轉(zhuǎn)變時(shí)，具有強(qiáng)化鐵素體作用。又因?yàn)橥瑫r(shí)還提升轉(zhuǎn)變溫度，所以減少并粗化珠光體，因而總的來(lái)說(shuō)，結(jié)果是降低灰鑄鐵的強(qiáng)度和硬度。Si含量低，鑄鐵易產(chǎn)生白口或過冷石墨，還容易造成澆不足、氣孔和收縮缺陷。Si或C（碳當(dāng)量）愈高，由于其驅(qū)動(dòng)作用，產(chǎn)生自發(fā)晶核的能力增強(qiáng)，有助于晶核的較早產(chǎn)生并加速生長(zhǎng)，獲得正常的灰鑄鐵組織。在鑄鐵共析轉(zhuǎn)變時(shí)Si也是強(qiáng)石墨化作用元素。由于提高了奧氏體轉(zhuǎn)變溫度上限并擴(kuò)大了奧氏體區(qū)，因此使共析滲碳體粗化，亦即使珠光體彌散度減小（片間距增大）。且由于Si促進(jìn)次析石墨的析出，因而也就有利于游離鐵素體的產(chǎn)生。通常灰鑄鐵中的Si量在2%左右。

    Cr和Mn是強(qiáng)碳化物形成和穩(wěn)定元素。碳化物一方面與碳化鐵組成復(fù)合碳化物構(gòu)成更強(qiáng)更硬的珠光體，其余部分固溶于鐵素體中強(qiáng)化鑄鐵基體，加上鉻是價(jià)格較低的合金。因此成為灰鑄鐵較常用的合金元素。Cr對(duì)共晶凝固-結(jié)晶的影響與Si相反，因而促進(jìn)白口的產(chǎn)生或增大過冷度，在低合金結(jié)構(gòu)灰鑄鐵中通常不推薦Cr含量超過0.4%。

    Mn的作用與Cr相近，但作用程度相對(duì)較弱。通常Mn含量在0.5%-0.8%范圍內(nèi)。不過Mn還有它的作用。Mn能中和S的有害作用，所形成的MnS還是灰鑄鐵中既不能太多也不宜太少的異質(zhì)相。由于MnS強(qiáng)度極低，因而可使鑄鐵件切削斷屑性好。適宜的錳含量應(yīng)為：Mn%＝17%S+（0.4%-0.5%）。當(dāng)S和Mn含量均高、同時(shí)澆注溫度又低時(shí)，鑄件將產(chǎn)生硫化錳氣渣孔。

    Mo對(duì)共晶結(jié)晶和共析轉(zhuǎn)變的影響類似于Cr，但影響較溫和且構(gòu)成的復(fù)合碳化物極為強(qiáng)韌和穩(wěn)定，尤其是在高溫狀態(tài)下。加之其固溶強(qiáng)化作用亦佳，因而是十分優(yōu)異的合金元素。因其價(jià)格十分昂貴，只在必需的場(chǎng)合下使用，通常的加入量為0.4%-0.6%。而V則與之相反，在常用的碳化物形成和穩(wěn)定元素中居于一位，所以即使加V一般不超過0.1%。

    Cu和Ni對(duì)灰鑄鐵的效應(yīng)相同，雖然都屬于Kp值小于1的石墨化元素，但卻具有特殊的功能。在共晶凝固時(shí)，其影響雖較弱，但模式與Si相同。亦即有減小過冷與抑制滲碳體的作用，但在共析轉(zhuǎn)變時(shí)，具有促進(jìn)并細(xì)化珠光體的作用。由于幾乎所有灰鑄鐵都要求是珠光體型的?這就使它們成為優(yōu)異的合金元素；因等量的Cu的效果高于Ni而價(jià)格又遠(yuǎn)低于Ni且熔點(diǎn)很低，適于加入澆包中。所以近二三十年Cu成為灰鑄鐵中應(yīng)用普遍的選擇合金元素，而Ni的使用則極少，除非對(duì)鑄鐵有特殊的性能要求。Cu的加入量大多在0.4%-0.7%的范圍。應(yīng)予強(qiáng)調(diào)指出的是：加銅必須采用純銅而不能使用銅合金材料，否則必將造成嚴(yán)重不良后果。

NJ-ZN208型電腦多元素分析儀可檢測(cè)的材料有:普碳鋼、低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼、生鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、耐磨鑄鐵、鋁合金等。儀器可檢測(cè)所有常規(guī)元素C、S、Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Al、W、V、Nb、Fe、ΣRe、Mg、Co、Sb、As、Sn、Pb等。

測(cè)量范圍：因該儀器可檢測(cè)的元素較多，現(xiàn)以鋼中C、S、Mn、P、Si、Cr、Ni等常見元素為例，如改變測(cè)試條件，該范圍可相應(yīng)擴(kuò)大。C：0.010～6.000% S：0.0030～2.0000% Mn：0.010～20.500%   P：0.0005～1.0000%  Si：0.010～18.000%  Cr：0.010～38.000% ……

                         南京諾金高速分析儀器廠

                           2026年3月11日