灰铸铁的偏析的特点.docx

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灰铸铁的偏析特点：

①   偏析倾向严重：

铸铁内含有较多的溶质元素，元素的相互作用加大了铸铁的偏析程度。

Mn、Cr、V、W、Mo等正偏析元素被凝固的固相推向LTF区，与LTF区中的碳相结合，进一步加重微观偏析。

而钢中常存的溶质元素明显低于铸铁，因而钢的偏析倾向也较小。

 ②   元素的分布复杂。

铸铁中溶质元素含量大，凝固组织种类多使元素分布变得复杂。

如亚共晶铸铁的初生奥氏体和共晶奥氏体虽都是奥氏体组织，但两者的偏析系数不同。

在一个共晶团内溶质元素的浓度也是极不均匀的。

另外枝晶不仅在横截面上存在偏析，长度方向也存在明显的成分差异。

③   存在正反偏析特性。

大多数的工程合金的元素偏析表现出来都是正偏析。

铸铁则不同，除正偏析外，还有部分元素凝固时显示出反偏析特性。

正偏析元素——Mn、Cr、Mo、W、P、S等

反偏析元素——Si、Al、Cu、Ni、Co等

各元素的偏析特性与它们的石墨化能力，形成碳化物的倾向有密切关系（P、S除外）。

正偏析元素主要是碳化物形成元素，反偏析元素则是强石墨化元素。

铸铁中的硅及其它石墨化元素的反偏析行为是由于铸铁中含有高的碳硅含量引起的。

在碳硅含量较高的铸铁中，Fe-C-Si系中硅的分布与铸钢中不同。

由于碳硅浓度的提高，Si-C相斥力增强，Si从富C的微小体积中被置换出来，被C排斥出液体而优先进入Fe相。

随着枝晶或共晶团的生长，Si不断固溶于奥氏体，液相中的Si不断减少，由原先的正偏析转成反偏析，而C的微观偏析符号仍保持不变。

在液相中Si被C排斥的原因在于：

Si的3S3P轨道上的价电子离核心更远，并且被它的（K、L）内层所屏蔽，而C只有一个（K）屏蔽层。

因此，在形成化学键时，Si比C更有优势。

铜、镍、铝、钴等元素的反偏析行为是由于这些元素与铁形成的原子键远比有碳存在的Fe-Fe键强，形成的固溶体的热力学稳定性更好。

凝固开始，硅的反偏析使初生奥氏体枝晶富硅，冷却后易直接转化成枝晶状铁素体。

共晶结晶时，硅富集在共晶团中心。

含硅量偏高的铸铁，在共晶团中心常出现铁素体，降低了铸铁的力学性能。

锰在奥氏体枝晶或共晶团间发生正偏析，降低此区域奥氏体的转化温度，提高其稳定性，使奥氏体更容易生成珠光体。

硫容易偏析于晶粒周界晚凝固的位置形成FeS，当含锰量较低时，可以观察到FeS单独存在。

磷在铸铁中是一个很容易偏析的元素，形成磷共晶。

磷共晶硬度800-950HV，性质硬脆。

并且磷会引起铸铁的缩松，当同时存在Ni、Cr、Mo等元素时，综合的正偏析作用加重了宏观缩松孔隙的数量和形成倾向。

应严格控制磷含量。

一些低熔点的元素（如铅、铋、锡等）常常偏析到枝晶间或共晶团间，凝固时易形成特殊组织。

如微量的铅可以使奥氏体枝晶周围生成网状石墨。