?。ㄒ唬┣蚰T鐵中五元素對其金相組織與力學(xué)性能的影響作用
1.碳（C）
?。?）當碳當量小于4.5%～4.7%時，增加碳含量可提高鎂的吸收率，利于球化。
?。?）碳高鐵液流動性好，凝固期間析出石墨量多，石墨化體積膨脹增加，補償收縮增加鑄件致密性，改善力學(xué)性能。
?。?）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，使機械強度降低、脆性增加，同時增加縮孔、縮松等鑄造缺陷。
2.硅（Si）
?。?）硅是強烈的石墨化元素，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。
（2）硅量增加，鐵素體增加，珠光體減少，強度和硬度降低，塑性和韌性提高。
?。?）硅具有強化鐵素體的作用，當含量大于3.3%時，脆性增加，塑性降低。
?。?）硅使共晶點向左上方移動，使凝固區(qū)間縮小，增加流動性，減少縮松。
?。?）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)定并細化珠光體組織，在石墨化退火時，阻止珠光體的分解。
?。?）錳促使?jié)B碳體形成，增加錳量可提高強度、硬度，降低塑性、韌性，當組織中出現(xiàn)較多自由滲碳時，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，因此使球鐵的強度下降，塑性和韌性明顯降低。
?。?）磷增加晶間縮松傾向，降低力學(xué)性能。
（3）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）
?。?）硫與稀土、鎂具有很強的結(jié)合能力，原鐵液含硫量高會消耗過多球化劑，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，鐵液流動性差，容易使球鐵產(chǎn)生夾渣、皮下氣孔等缺陷。
（二）球墨鑄鐵中加入合金元素對其金相組織與力學(xué)性能的影響作用
1.鉬（Mo）
加入合金目的：
?。?）提高強度和耐磨性；
?。?）改善厚斷面鑄件組織的均勻性；
?。?）改善中溫（400～600℃）的耐熱強度。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）在鑄鐵中鉬是一微調(diào)的碳化物形成元素，易獲得細珠光體及索氏體組織：
鉬含量 鑄態(tài)組織
0.2%～1% 細珠光體+索氏體
1%～1.2% 貝氏體+索氏體
1.2%～1.5% 貝氏體
?。?）鉬能顯著提高球墨鑄鐵的強度和韌性：
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：
（1）提高強度；
?。?）提高耐磨性及耐蝕性；
?。?）改善厚斷面鑄件組織均勻性；
?。?）提高接觸疲勞強度。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
（1）銅是一微弱促進石墨化的元素，在石墨化結(jié)晶過程中對第一階段石墨化起促進作用。而對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)定并細化了珠光體組織，隨著銅含量增加，強度和硬度增加，塑性降低，當鋼含量增加并超過一定值時，強度反而下降。
（3）銅鉬聯(lián)合使用，對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；
?。?）改善斷面均一性；
?。?）增加熱穩(wěn)定性。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
（1）在鎂球墨鑄鐵中，當錫含量達到0.13%時，球狀石墨就會變成片狀石墨；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：
（1）提高強度、韌性和耐磨性；
?。?）提高中溫（350～650℃）力學(xué)性能。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鎢和鉬相似，具有微弱促進滲碳體形成的作用，在鐵中有較大的溶解度，石墨化退火后可提高韌性。
?。?）鎢溶解于鐵素體，使之得到強化，有助于提高常溫和中溫力學(xué)性能。
5.釩（V）
加入合金目的：
?。?）提高強度、硬度和耐磨性；
（2）提高熱強度及耐熱性能。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）釩是強烈阻礙石墨化穩(wěn)定滲碳體的元素，其作用超過鉻。
?。?）釩含量在0.3%以下時，穩(wěn)定并細化珠光體，提高了球墨鑄鐵的強度和硬度，當超過一定量時，將會出現(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)點高度彌散，對球墨鑄鐵的耐磨性極為有利。
6.鈦（Ti）
加入合金目的：
?。?）提高耐磨性；
?。?）脫氣凈化鐵水；
?。?）細化晶粒。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鈦與氧、氫具有很強的結(jié)合能力，起到凈化鐵液細化晶粒的作用。
?。?）鈦與釩聯(lián)合使用對提高耐磨性能更為顯著。（3）在鎂球墨鑄鐵中，含ωTi0.02%就會出現(xiàn)片狀石墨，當ωTi超過0.04%時則會出現(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：
?。?）提高強度和硬度；
?。?）改善塑性和韌性；
?。?）獲得非磁性，提高耐蝕性和耐磨性；
（4）改善厚斷面鑄件組織的均勻性。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鎳促進石墨化，其能力相當于硅的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)定和細化珠光體，達到一定含量可在鑄上獲得貝氏體組織，不僅提高強度和硬度，而且改善塑性和韌性。鎳與鋁或釩同時添加效果更好。
?。?）鎳改善大斷面鑄件的組織、強度和硬度的均勻性，降低斷面敏感性。
?。?）少量鎳（Ni0.5%）可強化鐵素體基體，提高屈服點，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度。
（5）進一步添加Ni（ωNi2%）可獲得高強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：提高強度和硬度。
對金相組織與力學(xué)性能的影響：
?。?）鉻強烈促進形成碳化物，穩(wěn)定珠光體。
（2）鉻低時不影響球化，但會降低韌性和塑性。
?。?）鉻提高強度和硬度，但加入量以不出現(xiàn)游離碳化物為限，對于高韌性鐵素體球墨鑄鐵要嚴格限制含鉻量。
?。?）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，其適宜殘留量與鑄鐵硫含量、鑄件壁厚及鑄型材料（冷卻強度）有關(guān)，鑄鐵硫含量高以及鑄件凝固時間長時，鎂的適宜殘留量也應(yīng)適當高些，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，殘留鎂量過高會使石墨形狀發(fā)生惡化，嚴重時甚至出現(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生臺階、促使石墨沿[1010]晶向生長的作用。過高的殘留鎂量還會使鑄鐵形成白口的傾向增大，并會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，為了獲得高的球化率和圓整度，要求有過共晶的碳當量，鐵液中的適宜殘留鈰量與硫含量有關(guān)，當硫含量低于ωS0.02%(質(zhì)量分數(shù))時，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，石墨才能有良好的球化。但過量的鈰也會使石墨形狀惡化，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，也不會使石墨形狀惡化，而且鈰不會增大鑄鐵的白口傾向。
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