灰铁中化学成分的影响之元素作用总结Word格式文档下载.docx

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Sn元素：

1、如图1所示，当Sn<

0.26%时,随着锡含量的增加,铸铁的抗拉强度和抗弯强度都有明显的提高。

当锡含量超过0.26%时,抗拉强度和抗弯强度都呈下降趋势。

随着锡含量的增加,硬度明显上升。

硬度与含锡量之间近似呈线性关系。

锡对灰口铸铁冶金质量指标的影响,如图2所示。

从中看出,当Sn<

0.26%时,随着锡含量的增加,成熟度（RG）下降;

当Sn>

0.26%时,成熟度又呈上升趋势。

随着锡含量的增加,硬化度（HG）显著提高。

当Sn≤0.1%时,HG在0.8～1.0之间。

灰口铸铁的品质系数随锡含量的增加,呈下降趋势。

当Sn≤0.1%时,灰铸铁的品质系数在1.0～1.1之间。

（品质系数Q=RG/HG。

RG、HG分别称为成熟度和硬化度。

RG表示实测强度与理论强度的比值，即RG=σb/（1000-800Sc）,如果RG＞1，表示材料在较高的共晶度下仍具有很高的强度。

HG表示实测硬度与理论硬度的比值，即HG=HBS/（530-344Sc）,如果HG＜1，表示在保持高强度的同时，材料硬度也不高。

因此，若成熟度RG＞1，硬化度＜1，则品质系数Q=RG/HG＞1,表示灰铸铁在保持高强度的同时仍具有良好的铸造性能和加工性能。

）

2、断面敏感性。

从中可以看出,当锡含量增加到0.1%时,主要

使试样的薄断面硬度提高,从而造成不同断面间最大硬度差从HB27提高到HB36。

继续增加锡含量,不同断面的硬度都随着提高,但不同断面间硬度差变化不大。

3、激冷白口倾向。

激冷白口倾向是用140×

80×

20（mm）3的试样测定的,用450×

550×

60（mm）3的铁板激冷,湿砂型铸造。

测试结果,如图5所示。

从中看出,只要加入微量的锡可以明显提高铸铁的激冷白口倾向。

当锡含量为0.1%时,出现最大值,白口深度达到34.6

mm,比原铁水的白口深度（18.8mm）增加15.8mm,继续增加锡的含量,激冷白口倾向下降。

4、自由收缩率。

当Sn<

0.47%时,锡有减小铸铁凝固前膨胀的倾向。

锡含量继续增大,铸铁的凝固前膨胀率回升。

0.26%时,铸铁共析前收缩率随锡含量的增加而明显增大。

继续增加锡含量,共析前收缩率变化不大。

铸铁共析后收缩在Sn=0.08%时出现最低值。

低于或者高于这个锡含量,都增大铸铁的共析后收缩率。

综合铸铁凝固冷却各阶段自由收缩率的结果得到铸铁的总收缩率（图6）。

从中看出锡有显著增大灰口铸铁总收缩率的趋势,并且在锡含量为0.47%～0.76%时出现最大值。

这就使得铸铁裂纹倾向增大,铸件的形状和尺寸稳定性降低。

5、金相显微组织。

锡是促进和稳定珠光体的元素。

向铁水中加入锡,可以提高铸铁组织中的珠光体含量。

不含锡试样的基体组织由50%珠光体和50%铁素体组成。

只要加入微量的锡（0.01%）,就能使铸铁中的铁素体含量减少到15%。

当锡含量增加到0.1%时,基体组织基本由珠光体组成。

锡还有促进铸铁中碳化物生成的倾向。

试验发现,锡含量增加到0.26%以上时,铸铁中的碳化物含量有明显的增加（见图7）。

基体组织的这些变化和机械性能的变化趋势有较好的吻合。

随着锡含量的增加,铁素体量减少,珠光体量增多,使得强度和硬度都呈上升的趋势。

锡含量超过0.26%时,由于碳化物量增多,造成脆性增大,强度下降,硬度继续提高。

6、石墨形态。

铁水中只要含有微量（0.002%）的锡,就会增加片状石墨的弯曲程度,形成蛛网状石墨。

锡含量较高时,这种倾向就更加明显（图8a）,同时还有过冷石墨出现（图8b）。

锡对铸铁的共晶团数的影响不明显。

结论

（1）当Sn≤0.26%时,随着锡含量的增加,强度提高;

0.26%时,则相反。

（2）随着锡含量的增加,铸铁硬度明显上升。

（3）锡降低铸铁的品质系数,但当Sn<

0.1%时,品质系数可以保持在1.00～1.09。

（4）锡有增大铸铁断面敏感性的作用。

（5）加入微量的锡就可增加铸铁的激冷白口倾向。

（6）锡增大片状石墨弯曲度,促进蛛网状石墨和过冷石墨的生成。

（7）锡对铸铁中的珠光体起促进和稳定作用。

0.26%时,促进块状碳化物析出。

（8）当Sn<

0.08%时,随着锡含量的增加,凝固前膨胀率下降,共析前收缩率提高,共析后收缩率下降,总收缩率提高。

（9）鉴于上述几点,建议将铸铁中的锡含量控制在<

0.1%。

Cu元素

铜的熔点为1083℃，易于溶解。

因铜能增加灰铸铁中珠光体的数量（级别），细化珠光体，并能强化珠光体中的铁素体，因而铸铁强度、硬度均有所提高。

铜还是石墨化元素，其石墨化能力为硅的1/5—1/4，因此，含铜灰铸铁能够减少薄壁和边角处的白口倾向，其三角试块白口宽度比非铜灰铸铁小1-2mm。

铜的加入量参考公式（经验公式）：

Ti元素：

1、对加工性能的影响。

由于生铁的原因，国内铸件中的微量元素Ti通常略高于进口铸件，Ti在铸铁中又以化合物形式存在，因而被认为是恶化加工性能的主要原因。

通过对不Ti含量试样的车削加工试验认为，Ti含量在0．05％以下时对机加工性能没有明显的影响，而铸件硬度及硬度的均匀性对刀具磨损的影响较为显著。

制动盘铸件的切削性能对比试验结果：

选用国产件与进口件共线加工的制动盘A为主要试件，该盘在线粗加工差异不大，而精加工差异很大。

实际精加工余量为0.3mm，故试验每切0.3mm深相当于加工了1件，直到加工面的粗糙度小于R1.6m为止，计算每刃可加工的“件数”。

其中，制动盘A为空心通风盘，制动盘B为实心盘，两种盘在同一造型线铸造，切削线速度也和加工线基本一致。

制动盘铸件的化学成分与硬度见表6和表7。

切削参数：

线速度400～625m／min，切削深度0.30mm，表面粗糙度≤Ra1.6μm。

陶瓷刀片：

国产盘A150件／刃，进口盘A420件／刃，国产盘B，210件／刃（B盘的直径略大，相当于330件盘A的加工量，且线速度略高）。

合金刀片：

国产盘A54件／刃，国产退火盘A100件／刃，国产盘B110件／刃（相当于176件盘A的加工量）。

制动盘铸件加工性能试验结果说明：

①进口盘A硬度均匀性好，加工性能优良；

②退火盘A的加工性能优于未退火盘A，两者共线铸造，同批生产，故加工性能差异与Ti含量无关，而与铸件硬度和硬度均匀性有关；

③国产盘A的硬度差异较大，退火后硬度没有降低，而加工性能明显改善；

④国产盘B为实心盘，且直径略大、冷却较慢，硬度要求略低、均匀性好，因而刀具寿命明显提高。

结论1：

（1）切削线速度对刀具磨损量的影响明显大于Ti含量的影响，线速度高磨损大。

（2）灰铸铁中的Ti含量在0．03％～0．05％，对加工性能没有明显影响。

（3）铸件本体硬度及硬度的均匀性对加工性能影响较大。

结论2：

（1）当晶间没有化合物相析出时，国产铸件与进口铸件的共晶团中心和晶间区域成分差异不大，即晶间偏差异不大。

当晶间有化合物相出现时，两者差异比较明显，进口铸件中晶问化合物一般为磷共晶，其中固溶了一定量的Mn、Cr、V；

国产铸件中晶间化合物比较复杂，一般是既有磷共晶，还有复合碳化物，化合物中固溶了Mn、Cr、V等元素，许多晶间碳化物上有另一种多角形化合物存在。

（2）通过实验结果发现，随着铸件中钛含量的增高，刀具的磨损越严重。

（3）对相同钛含量的铸件，随着切削速度的增大，刀具的磨损越严重，刀具失效的速度增大。

（4）对于钛含量相同的铸件而言，随着切削速度的增大，刀具的磨损方式由粘滞磨损变为磨粒磨损，刀具磨损速度增大。

上表为结论2涉及试验的部分数据。

Mn元素对加工性能的影响：

（研究对象是壁厚为16mm的低牌号灰铸铁）

在实际机减加工观察时发现，凡加工困难的铸件在切削时铁屑卷曲且均高温氧化成蓝黑色，并有粘刀现象。

结合化学分析和金相分析，我们认为：

产生这种现象的原因是基体中低熔点的三元共晶体在刀具切削的高温作用下（无冷却液）产生微观局部软化并粘附于刀刃上，使得刀具的切削能力急剧下降，此时铸件难以加工的表征不是“过硬”而是发粘。

若继续进行加工，则会产生越粘温度越高，温度越高就越粘的恶性循环，导致短时间内机械加工无法继续进行。

结论：

加工困难并非硬度过高所致，锰低硫高形成低熔点三元共晶体是主因，根据Mn=1.7S+0.35修正后解决了加工困难的问题。

Mn元素的不同含量对石墨和组织的影响：

结论（为排除孕育干扰，本研究涉及铁液未做孕育处理）：

（1）锰含量在0.5%～2.3%范围内增加时,共晶过冷度显著线性增大。

回归分析表明,在本试验条件下,每增加1%Mn,共晶过冷度增大12～15℃。

（2）当锰含量为1.5%～1.8%时,产生较大共晶回升温度,伴有较多共晶团数。

锰有细化灰铸铁共晶组织的显著作用。

（3）在本试验范围内,对于灰铸铁一次结晶的共晶过冷度及白口倾向的影响,锰比碳有更强的作用。

（4）低碳组（3.01%）初生奥氏体形成温度比高碳组（3.25%）平均高出约60℃。

低碳更有利于发达的奥氏体骨架形成。

（5）锰含量大于1.3%后,铁液表面张力（气泡内最大压力法）显著降低。

澄清了生产中锰铸铁常见皮下气孔形成的热力学根源。

（6）在试验中发现,正偏析的反石墨化元素锰,可促进形成1种与常见石墨形态分布不相同的逆B型石墨。

P元素的影响：

当Wp＞0.02%时会形成一种低熔点二元或三元磷共晶组织存在于晶界，非常细小且分散，在共晶团周围及铸件热节处会导致细小孔洞的产生，即铸件缩松或不致密。

生产统计数据表明，铸件不致密的概率随铸件含磷量的增加而增加，为了获得高的稳定的铸件致密性，一般控制P%=0.04-0.06%,当P%增加到约0.1%时会使铸件缩松、不致密性明显增加。

另外，过低的P含量＜0.02%-0.04%可能会导致飞翅的产生，给打磨清理带来额外的成本。

Sb元素的影响：

灰铸铁HT200中,当加入过量的Sb时（>

0.1%）,组织中将出现E型和D型石墨,导致机械性能下降。

如前所述,由于Sb容易富集在石墨周围,形成碳原子的扩散障碍,当含Sb量增加时,凝固界面前沿Sb的富集程度也增大,对碳原子扩散的阻碍作用也更强烈,所以,奥氏体枝晶的生长时间延长,使其一次轴、二次轴都较发达,最后导致枝晶间残留熔体中结晶出E,D型石墨。

加入Sb后,石墨的数量会减少。

灰铸铁HT200中加入Sb,会使共晶转变温度偏离正常温度,而在更低的温度条件下进行,共晶转变所形成的奥氏体成分将向高碳方向移动,其结果使共晶转变所形成的石墨数量降低。

另外,加Sb的灰铸铁由于Sb在凝固界面前沿的富集,共晶奥氏体含碳量的增加,使奥氏体稳定性