如何稳定灰铸铁中的珠光体组织？

 铸造工业网 昨天

在铸件生产中，加入到灰铸铁中的合金元素根据其功能可分为四大类:

石墨化元素、碳化物形成元素、稳定珠光体元素及细化珠光体元素。元素碳(C）.硅( 5i） ,铝(as),钦(Tip铜( Cu ）、和镍( Ni)在铸铁凝固时能促使石墨的形成，被认为是石墨化元素。但这些元素的作用大小并不相同，Cu的石墨化能力只有Si的0.05% , Ni和Cu具有石墨化及细化珠光体的双重功能，而细化珠光体的功能是主要的，因此被认为是稳定珠光体的元素。由于锡( Sn） .锑(5b),锰(Mn）,钼(Mo）.铬（Cr） ,钒(V）、和铌( Nb ）能延缓石墨的析出和增加形成渗碳体倾向，而被划分为碳化物形成元素。其中一些元素如钼( Mo），也具有双重作用，因为它还能细化珠光体:当相含量＜0.8%时，是细化珠光体元素、当其含量＞0.80%时，是碳化物形成元素。

人们在熔融灰铸铁中，有意识地加人一些合金元素，来促进珠光体的形成、细化珠光体组织和提高它的稳定性:由铁素体和碳化物薄片交替排列的细珠光体层状组织能增加铸铁的硬度和强度。

珠光体片层的粗细取决于奥氏体的冷却速度。缓慢的冷却速度有利于

形成粗片状的珠光体组织;快速冷却则容易形成细珠光体。例如，铸件从较

高的落砂温度，如1700℉下( 927℃)开始冷却，会比较低落砂温度如1400%下(760℃ )冷却产生硬度更高、组织更细的珠光体组织。

在奥氏体区域缓慢冷却的条件下某些合金元素能使铸件形成细珠光体

组织。Cr(0.1%一0.6%)及V（0.1%一0.4%)是有效的常用珠光体形成元素。Ma(0.1%一0.8%)及N（0.1%一1.5%)则是常用的珠光体稳定元素。由于某些元素能有效地促进珠光体的形成，而另一些元素对促进珠光体的细化和稳定更有效，因此要使铸件获得最佳性能，应同时包含上述两类元素，并采用合适的落砂温度。

关于合金元素Cr,V,Mn和Ni的作用，很多文献都有报道。为了使铸造工作者更好地理解Sb、Cu、Mn,Nb和Sn在灰铸铁生产中的作用，本文将对通过文献检索得到的各种结果及合金元素稳定灰铸铁中珠光体组织的机理进行讨论。

灰铸铁中的锰

在灰铸铁中加人hen的作用及必要性在于它能与硫（S)形成对性能无害的蓝灰色硫化锰（MnS)夹杂物，从而稳定了硫（S)元素。硫化锰夹杂物随机分布在金属基体上，能有助于提高铸铁的切削性能(提高切削刀具的寿命)。

图1   560X粗片状珠光体，片间距0.00508 mm。它是由于稳定珠光体元素的含量低.而硅含量在允许值的上限所造成。

锰的存在防止了硫化铁(FeS)的形成，硫化铁的熔点只有2180℉(1193℃〕，而硫化锰为2948℉下(1620℃)。阻碍硫化铁的形成就能防止由它产生的脆性，它以晶粒或共晶的晶界相形式存在.使铸件产生脆性、热脆和残余应力。

除了能与硫结合外，通常认为锰在灰铸铁内还起稳定珠光体的作用或者象在锅中的锰那样，具有促进珠光体形成的作用。大多数灰铸铁牌号中都有意加入了锰。事实上所有其它类型的铸铁中也都有残存的锰元素。在大多数铸铁配料中都有锰元素，它作为合金元素在钢中的使用量也不断增加。锰在奥氏体中的固溶强化作用微乎其微，在铁素体中也只有中等的作用。锰大大延缓了奥氏体转变为铁素体的过程，使得可热处理钢和铸铁具有更好的淬透性。锰还能降低相变温度和共析点碳浓度。锰是提高淬透性性能价格比最高的合金元素。

通过一系列的研究表明:硫对石墨片形核和长大所起的关键作用得到了证实和记载。这项研究工作是重新认识铸铁中的石墨片尺寸的开端，能通过对铸造过程的控制来获得一致和可重现的灰铸铁。要得到片状石墨组织的灰铸铁，硫的最低含量根据当前的标准为0.06%。低于该值，会出现白口组织和石墨片分布不均的问题。

从化学当量计算。锰的原子量为55，而硫为32.因此如要形成硫化锰( MnS ) ,锰的重量应该是硫质量的1.7倍。但是很多年前人们就认识到，需要更多的锰（0.3%-0.35)才能阻止硫化铁（FeS)的形成及硫化铁在灰铸铁中的产生。

当锰含量超过形成硫化锰所需要的化学当量时，就会形成复合的铁锰硫化物。事实上，硫化锰和硫化铁能够相互溶解，因此，在复合硫化物中，铁和锰的含量是可变的。更为复杂的是，硫和氧也能相互溶解，所形成的化合物为FexMnSYOx，其中X,Y,V和W将随铁含量的局部变化而变化。在铸铁中很难发现有游离的S原子，但是如上所述，也许所遇到的Mn:S比例很低。最佳的Mn:S比例可为1.7%S+(0.3-0.5)%Mn,但该值随铸件的截面尺寸、铸造工艺等的不同而变化。