铸铁件中五大元素的作用

2018-12-07 17:03:29 vela 5

铸件的常规元素分别是碳、硅、锰、硫、磷,这是我们常规的五大元素。直接影响铸件机械性能的重要因素。主要作用如下: 
    

1、元素碳是铸铁件中最基本的成分。它是主要区分钢或铁的主要依据,含碳量大于1.7%是铁,低于1.7%的称为钢,而且,在生产过程中,碳影响着铸件的机械力学性能。在铸造中碳会促进石墨化,减小白口倾向,即减少渗碳体、珠光体、三元磷共晶,增加铁素体,因而降低硬度改善加工性能;碳促进镁吸收率的提高;改善球化,以达到预期效果;碳能改善流动性,增加凝固时的体积膨胀;碳提高吸振性,减摩性,导热性。但碳含量过高引起石墨漂浮,恶化力学性能,过低又易产生缩孔松缩等缺陷。所以,对不同质量要求的铸件,合理选配碳含量一般是提高铸件质量的一种途径,例如:灰铁含碳量大多在2.6%~3.6%,球墨铸铁在3.5%~3.9%。碳对中锰球墨铸铁的力学性能影响不明显,一般碳量高于3.9%时易出现石墨漂浮,影响铸铁质量,碳低于3.0%时,不利于石墨化故一般控制碳量在3.0%~3.8%为宜。

 

2、元素硅是铸件中的有益元素,它和碳元素一样,能促进石墨化,以孕育剂的方式添加的硅作用更明显。对于铸态球磨铸件,增加含硅量有双重作用,一方面它使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少,铁素体增加,因而降低强度和硬度,改善铸件塑性;另一方面硅固溶强化铁素体,使屈服点和硬度提高;硅改善铸造流动性,增大凝固时体积膨胀;硅能改善耐热、耐蚀性。增加硅量,特别是孕育硅量,能够显著的控制碳化物的数量,因此,硅是抑制中锰球墨铸铁白口倾向的强力元素。硅在一定范围内,有利于强度和韧性的提高,但使抗磨性能有所降低。故要取合适的量。一般情况下,灰铸件硅含量在1.2%~3.0%,球墨铸件中硅在2.0%~3.0%。


3、元素锰是铸件重要元素之一,适量的锰,有助于生成纹理结构,增加坚固性和强度及耐磨性。锰和硫一样都是稳定的化合物,是阻碍石墨化的元素,当与硫共存时,锰与硫的亲和力较大,会结合成MnS等化合物,在适当温度时,不仅无阻碍石墨化作用,还能中和硫,起着除硫作用。锰达到一定量时,能使铸件强度高、硬度高、密度高、耐磨等优点,此时硅量也相应提高。锰易在共晶团边界产生偏析,铸态下易生成碳化物,增加锰量,会恶化力学性能。因此锰的含量一般应低。但是锰能稳定奥氏体,促使形成奥氏体基体时,可成为弱磁性球墨铸铁,具有良好抗磨性。锰固溶于奥氏体中,与铁形成置换式固溶体,并且,由于锰比铁对碳具有更强的亲和力,它组织碳从固溶体中扩散和析出,起到了稳定和扩大奥氏体区的作用。 
    

4、元素硫也是一种杂质,属有害元素。在铸造中,硫元素与Mn、Mg等其他元素亲和力强,产生稳定的碳化物,阻碍石墨化,消耗铁液中的球化元素,形成MgS、MnS等残渣,由于硫的消耗作用使有效的残留球化元素含量过低则降低球化,还促进形成夹渣,皮下气孔等缺陷。由于硫降低球化率,加快球化衰退以及形成夹渣等使力学性能下降或不稳定。硫元素应除去,应该含量低。在普通灰铁中,硫含量一般在0.02%~0.15%,在球墨铸铁中S≤0.02%,有时可视情况而定。

5.元素磷是有害元素,被作为杂质对待。磷往往是影响铸件力学性能,尤其使韧性和致密性降低,是造成铸件开裂的主要原因。因为磷在铸件中溶解度很低。如P<0.05%时,固溶于铁,对球墨铸件力学性能没有明显的不良影响。在铸铁中磷是一个容易偏析的元素,当铸件中磷含量达到0.05%时,已有可能形成磷共晶,对大多数铸件来说,磷共晶会增加铸件脆性,严重恶化了力学性能。例如:在球墨铸铁中,磷量由0.04%~0.05%提高到0.2%,抗拉强度由800Mpa~850Mpa,降低到650Mpa~700Mpa,伸长率由3.5%~4%下降到1.5%~2.0%。因此磷应限制含量最好在0.04%以下。但是磷能提高硬度,改善耐磨性,在某些耐磨铸铁中,要加入磷,其目的是利用磷共晶的耐磨性。  


由此可见,铸铁实际上是一种以碳、硅、锰、硫、磷等元素为基础十分复杂的化学过程。其中碳、硅是最基本的成分,锰含量一般较低时影响不大,硫、磷常被看做是杂质,因此常加以限制。其中每一个元素对铸铁的品质、凝固结晶、组织和性能均有一定的影响和作用。这就要求铸造者在铸造过程中应对五大元素进行合理配比,它是提高铸件质量的一条途径。