基本元素(碳、硅、锰、磷、硫)
1.碳
碳应从保证球墨铸铁具有良好的力学性能和铸造性能两方面考虑选择碳含量,提高球墨铸铁碳含量对力学性能的影响弱于灰铸铁,主要通过影响基体消除渗碳体,增加铁素体而导致硬度和强度下降,冲击韧度提高;碳含量提升,则石墨数量增多,石墨球细化增多,减少缩松面积,铸件致密性提高。然而碳含量过高会导致严重的石墨漂浮(特别对于厚大断面)。因此对于球墨铸铁生产,碳的质量分数通常控制在 3.5%~3.8%,考虑实际生产中硅的加入,CE 通常控制在 4.2%~4.8% 之间。
2.硅
硅是促进石墨化元素和渗碳体分解,硅促使其共晶温度升高、共晶含碳量降低,硅是不形成碳化物的元素。由于硅合金在球墨铸铁中的孕育作用,硅对球墨铸铁中基体组织的影响作用比灰铸铁更大。硅对球墨铸铁的力学性能有如下影响:提高球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和硬度,同时也降低塑性。
3.锰
锰在球墨铸铁中,硫和氧已经在球化处理中大多被去除,因此,少量的锰就可以使合金形成碳化物或珠光体。球墨铸铁凝固时,锰促使白口倾向增大,由于球墨铸铁本身就具有很大的白口倾向,为此,要尽量把球墨铸铁的锰含量控制在较低水平,特别是铸造薄壁铸件时,必须要求锰含量 <0.3%,以确保获得没有游离渗碳体的基体组织;对于厚大断面铸件,锰偏析是需题。锰在铸铁凝固过程中在残余铁液中富集而趋聚在共晶团边界上,形成富锰的组织成分,最终形成网状的碳化物分布在共晶团边界上,对铸铁的力学性能极为有害。
4.磷
磷是有害元素,它可以溶解在铁液中,降低铸铁合金的共晶碳含量,其降低的碳的质量分数相当于磷的质量分数的 1/3。磷容易偏析,当磷的质量分数接近 0.1% 时,会产生约 2% 的磷共晶物。随着铸件壁厚的增加,偏析加剧。磷共晶熔点低,在球墨铸铁凝固过程中不断被凝固成型的共晶团挤向边界直至在边界聚集凝固。因此磷共晶呈多角状分布于共晶团边界,这会急剧恶化球墨铸铁的力学性能。
5.硫
硫是反石墨化元素,曾经属于有害元素。生产实践表明,球化处理后,只有当铁液中的硫的质量分数降到 0.02%(镁处理球墨铸铁)或 0.03%(稀土处理球墨铸铁)以下,又有一定的残留镁量和稀土元素存在,才能保证球化良好。随着冶炼工艺的进步,将硫的质量分数稳定控制在低于 0.01% 已不是问题。相反,为获得所需要的金相组织,需要控制最小的硫的质量分数。当采用较低硫的质量分数的炉料来生产这些类型铸铁时,可采用硫化铁加入炉料中。
载自现代铸铁技术