球墨铸铁件中化学元素的不同性能及控制

球墨铸铁以其优良的性能，在使用中有时代替昂贵的铸钢和锻钢，在机械制造工业中得到应用球墨铸件的应用比较广泛，那是因为铸铁中的石墨球化或蠕化后，钢锭模的使用寿命大幅度提高、模耗大大降低。这是由于蠕虫状或球状石墨能减少O2的渗入，降低内氧化，提高铸铁的性和高温强度。球墨可以减少O2渗透，减少内部的氧化，提高耐氧化性和高温强度铸铁。蠕墨铸铁的强度接近球墨铸铁和灰铸铁，热传导系数接近热疲劳，具有良好的性能。

 1．化学成份的控制  

1）C、Si、CE的选择   由于球状石墨对基体的削弱作用很小，故球墨铸铁中石墨数量的多少，对力学性能的影响不显著，当含碳量在3.2%~3.8%范围内变化时，对力学性能无明显 的影响。所以过程中确定碳硅含量时，主要考虑保证铸造性能，将碳当量选择在共晶成分左右。具有共晶成分的铁液的流动性能好，形成集中缩孔的倾向大，铸件 组织的致密度高。但碳当量过高时，容易产生石墨漂浮的同时，程度上对球化有影响，主要表现在要求的残余Mg量高。使铸铁中夹杂物的数量增多，降低铸铁 性能。  

2） 硅球墨铸铁中使铁素体增加的作用比灰铸铁大，所以硅含量的高低，直接影响球墨铸铁基体中的铁素体量。硅在球墨铸铁中对性能的影响很大，主要表现在硅对基体 的固溶强化作用的同时，硅能细化石墨，提高石墨球的圆整度。所以球铁中的硅含量的提高，很大程度上提高强度指标，降低韧性。球墨铸铁经过球化处理过的铁液 有较大的结晶过冷和形成白口倾向，硅能够减少这种倾向。但是硅量控制过高，大断面球铁中促使碎块状石墨的生成，降低铸件的力学性能。

资料显示，球墨铸铁中 硅以孕育的方式加入，程度上提高性能。   根据上述分析，从铸造性能的角度出发，铁水的碳当量选在共晶点附近好，此时铁水的流动性好，集中缩孔倾向较大，易于补缩等。但碳当量过高会引起石 墨漂浮，石墨漂浮层的厚度会随着碳当量的增加而加厚。应当指出，碳当量太高是产生石墨漂浮的主要原因，但不是的原因，铸件大小、壁厚、浇注温度也是一 些重要因素。明碳当量、铸件壁厚和石墨漂浮三者的关系，显然铸件壁薄碳当量可以选择得高一些，不会出现石墨漂浮，相反厚大铸件的碳 当量应当选得低些。总之碳当量上限以不出现石墨漂浮为原则，下限以不出现渗碳体，保证完全球化为准，在这样的前提下，应尽可能提高碳当量以便获得致密的铸件。   

3）锰（Mn）   锰在球墨铸铁中起的作用与灰铸铁不同。灰铸铁中，锰除了强化铁素体和稳定珠光体外，还能减少硫的危害作用。球墨铸铁中，球化元素具有很强的脱硫能力，锰不再具有这种作用。由于锰具有严重的正偏析倾向，往往富集于共晶团晶界处，促使形成晶间

碳化物，显著降低球墨铸铁的韧性。对厚大断面球铁来说，锰的偏析倾向 更严重。同时锰含量的提高，基体中的珠光体含量提高，所以提高了强度指标的同时，降低韧性。对高韧性球墨铸铁中锰含量控制应更严格。   因此，在原材料可能的情况下Mn越低越好。对与大型铸件锰的控制上限为Mn<0.3%。  

4）磷：   磷在球墨铸铁中有严重的偏析倾向，易在晶界处形成磷共晶，严重降低球墨铸铁的韧性。磷还增大球墨铸铁的缩松倾向。当要求球墨铸铁有高的韧性时，应将磷控制在0.06%以下。  

5）硫：   球墨铸铁中的硫与球化元素有很强的化合能力，生成硫化物和硫氧化物，不仅消耗球化剂，造成球化不稳定，而且还使夹杂物数量增多，球化衰退速度加快。熔炼中硫涉入从增碳剂中，过程控制尽可能降低原材料中硫含量的同时，采取炉前脱硫措施。  用Re—Mg合金处理后，一般硫的残留量S<0.02% ，这对球化衰退和硫化物夹渣都没有影响，当原铁水中的S>0.02%时，采用脱硫处理。   

6）钼： Mo提高了材料的高温强度和常温强度，由于的使用，容易形成量的珠光体和碳化物，降低韧性，对于有Mo合金化的球墨铸铁，材料规范要求Mo含量0.3~0.7%控制。  7）镁和稀土的含量  

镁是主要的球化元素，稀土具有脱硫，中和反球化元素，对Mg具有保护作用，提高铁水的抗衰退能力。但是稀土元素是碳化物形成元素，因此在保证球化良好的情况下尽可能控制稀土的残留量。Re=0.01~0.04%，Mg=0.03~0.06%时可以保证球化。 

 根据上述分析计算，终确定化学成份如下：   C：3.3-3.8%；Si：2.2-2.7%；Mn：<0.30%；S<0.02%；Re=0.01~0.04%；Mg=0.03~0.06%，Mo：0.3~0.7%