灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響

1、灰鑄鐵組織中幾種合金元素的應(yīng)用與作用解析生產(chǎn)高牌號孕育灰鑄鐵件，進(jìn)行有效的孕育處理，是至關(guān)重要的，但是，正確地確定化學(xué)成分，必要時(shí)配加少量合金元素，也是不可忽視的條件。如處理得當(dāng)，合理選定化學(xué)成分和孕育處 理方法可以有效的提高灰鑄鐵各個(gè)方面機(jī)械性能及其鑄造成熟度。這里，我們要討論有關(guān)控制灰鑄鐵化學(xué)成分，及孕育處理的一些問題。一灰鑄鐵的組織和合金元素的影響灰鑄鐵的強(qiáng)度和綜合質(zhì)量， 取決于其最終的顯微組織， 生產(chǎn)高牌號灰鑄鐵件， 控制其顯微組織 的目標(biāo)，大致有以下幾方面： 極少量游離滲碳體和晶間滲碳體； 石墨形態(tài)為 A 型；石長 3 4 級。 基體組織 95%以上為珠光體，游離鐵素體不多于 5%

2、； 晶粒細(xì)小均勻。上述 5項(xiàng)目標(biāo)中，前 3項(xiàng)要在鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變過程中建立基礎(chǔ)， 后 2項(xiàng)則要通過控制鑄鐵共析轉(zhuǎn)變來達(dá)到。只有合理控制化學(xué)成分，有效地強(qiáng)化孕育才能滿足上述五項(xiàng)條件。1鑄鐵的共晶過程要分析鑄鐵的共晶過程，不能不回顧一下鐵-碳合金的相圖。鐵 -碳合金的相圖是雙重的，有穩(wěn)定的鐵 -石墨系和介穩(wěn)定的鐵 -滲碳體系。制成高性能的灰鐵件，當(dāng)然不希望出現(xiàn)游離的滲碳體， 所以要使鑄鐵按穩(wěn)定的鐵 -石墨系凝固。圖 1（借用李傳栻的圖）中簡略地表示了鐵- 碳合金相圖的共晶部分，并表示了一些合金元素對鐵-石墨系和鐵 -滲碳體系共晶溫度的影響。圖 1 合金元素對鐵 - 石墨系和鐵 -滲碳體系平衡共晶溫度的

3、影響鐵 -石墨系的共晶溫度高于鐵 -滲碳體系的共晶溫度，如果共晶成分的鐵水冷卻到鐵-石墨共晶溫度以下，同時(shí)又在鐵 -滲碳體的共晶溫度以上，此時(shí)，對鐵-石墨系而言鐵水已經(jīng)有了過冷度，可以進(jìn)行石墨加奧氏體（Y的共晶結(jié)晶，對鐵-滲碳體系而言，則系統(tǒng)的自由能仍較高，沒有進(jìn) 行滲碳體加奧氏體共晶結(jié)晶的可能。這樣，得到的是沒有游離滲碳體的灰鑄鐵。但是，對于只含碳而不含其他合金元素的鑄鐵，鐵-石墨共晶結(jié)晶溫度與鐵 -滲碳體共晶溫度之間的間隔只有 6C,要實(shí)現(xiàn)上述凝固條件，實(shí)際上幾乎是不可能的。在鐵-碳合金中加入硅，可以使鐵 -石墨共晶溫度與鐵 -滲碳體共晶溫度之間的間隔顯著擴(kuò)大，見圖 2。含硅量為 2%時(shí)，

4、此間隔大于30C，要制得不含游離滲碳體的鑄鐵，就非常方便了。所以，所有的灰鑄鐵中都含有大 量的硅，硅是灰鑄鐵中必不可少的，極為重要的合金元素。如果沒有硅的存在即使碳很高也很圖2 硅對鐵碳合金平衡共晶溫度的影響難獲得游離體的鑄鐵組織。在灰鑄鐵中Si是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素，鐵中只有C沒有Si石墨化是很難完成的。 Si 元素含量低時(shí)，鑄鐵易出現(xiàn)白口組織，力學(xué)性能和鑄造性能都較低：含量過 高時(shí)，石墨片過多且粗大，甚至?xí)霈F(xiàn)過飽和碳，嚴(yán)重降低鑄鐵的機(jī)械性能和質(zhì)量。因此工業(yè)生 產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)鑄件對材質(zhì)的要求和鑄件的壁厚合理控制C、Si含量。各種常用的合金元素，共晶溫度范圍的影響，概略地在圖1 中表示了。一些有

5、數(shù)據(jù)可供參考的合金元素的作用見表 1 。 對于鐵 -石墨系共晶成分，將表列數(shù)據(jù)乘以元素含量的百分?jǐn)?shù)。 在穩(wěn)定條件下凝固時(shí)，固、液界面處合金元素在固相中的含量與其在液相中的含量的比。* 尚缺可用的數(shù)據(jù)。（1） 初生奧氏體析出 ；共晶凝固過程從自液相中析出初生奧氏體枝晶開始。 即使是共晶成分的鑄鐵 （只有亞共晶狀態(tài) 才會(huì)析出初生奧氏體） ，也會(huì)產(chǎn)生一些初生奧氏體，因?yàn)檎T發(fā)共晶反應(yīng)有賴于石墨的生核，石墨 生核又需要一定的過冷度，這就有利于析出初生奧氏體。共晶反應(yīng)前析出的初生奧氏體枝晶的量愈多， 鑄鐵的強(qiáng)度愈高， 初生奧氏體枝晶的多少， 取決 于鑄鐵的化學(xué)成分。 碳含量是決定奧氏體枝晶析出量的主要因素

6、， 碳含量比共晶碳含量 4.26% 低 得愈多，奧氏體枝晶析出量就愈多。大多數(shù)合金元素， 都改變鑄鐵的共晶碳含量， 從而改變初生奧氏體枝晶的析出量。 使鑄鐵化合 碳含量降低的元素， 通常稱為促進(jìn)石墨化元素； 使化合碳含量提高的元素， 稱為阻礙石墨化元素。硅和磷是作用強(qiáng)的、 降低鑄鐵化合碳含量的元素， 灰鑄鐵中含有硅和磷時(shí)， 其共晶碳含量見下式： 共晶碳含量（ %）=4.26%-1/3 （ %Si+%P ）一些常用合金元素的影響見表 1。硫其在灰鑄鐵中作用的機(jī)制比較復(fù)雜，它在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)起微 弱的促進(jìn)石墨化的作用， 而在共析轉(zhuǎn)變過程中它有強(qiáng)烈阻礙石墨化的作用。 鋁降低化合碳含量的 作用也很強(qiáng)，但鋁

7、主要用于高鋁耐熱鑄鐵，一般灰鑄鐵中都不含鋁。如果灰鑄鐵的含碳量不變， 加入降低化合碳含量的合金元素， 就會(huì)使鑄鐵的碳當(dāng)量增高， 從而 會(huì)使初生奧氏體枝晶的析出量較少，共晶凝固的液相較多。液相高，鐵水的流動(dòng)性就好，金屬液 的流動(dòng)性好其自補(bǔ)縮性能就好，鑄造性能相對也就好（現(xiàn)在稱為鑄造成熟度） 。（2）共晶凝固 隨著初生奧氏體枝晶的析出，剩余液相中的碳當(dāng)量不斷提高，其值達(dá)到4.26%時(shí)，即發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。共晶凝固從石墨生核開始。液相中微細(xì)的未熔石墨顆粒和高熔點(diǎn)的非金屬夾雜物都可以是石墨 結(jié)晶的核心。石墨晶核形成后，很快就生長成片狀分枝，鄰近石墨的液相中碳含量減少，促使奧 氏體在石墨之間析出。奧氏體（奧

8、氏體為面心立方體，其原子密排面為 111 面，晶體外形為八面 體）析出，又使鄰近的液相富碳，促進(jìn)石墨繼續(xù)生長。這樣相互促進(jìn)，并向周圍液相不斷生長的 奧氏體 -石墨共生晶粒，我們稱之為共晶團(tuán)。液相中很多這樣的共晶團(tuán)，各自徑向長大，結(jié)晶前 沿大致接近于球形。每一個(gè)共晶團(tuán)中的石墨片又都是相互連接的。共晶凝固終了時(shí)，各共晶團(tuán)相互間、共晶團(tuán)與初生奧氏體枝晶。間互相接觸。共晶團(tuán)晶界上常 聚集有較多的夾雜物，一些元素， （如磷、硫）與鐵、碳組成的低熔點(diǎn)共晶體也可能析出于共晶 團(tuán)之間。有時(shí)，由于合金元素的偏析，還可能導(dǎo)致在共晶團(tuán)之間析出滲碳體，這種滲碳體稱之晶 間滲碳體（碳化物） 。石墨片的形態(tài)和尺寸， 主要

9、決定于凝固溫度， 冷卻速率和液相中生核的情況。 比較理想的石墨 組織是散亂分布的、長度相近的石墨片（即 A 型石墨）。如鐵水中生核狀況良好，在略低于平衡 共晶溫度的適當(dāng)過冷度下發(fā)生共晶反應(yīng)，就可得到 A 型石墨。如果鐵水中的生核條件不好，在 比平衡溫度低得多的溫度下（過冷度大）凝固，則石墨片的長大速率和分枝速率都很高，則得到 分布于枝晶間的小塊狀石墨，通常稱之為過冷石墨（ D 型石墨）。除在特殊條件下使用的鑄鐵件 外，一般不希望產(chǎn)生這種石墨組織。增加共晶團(tuán)數(shù)量， 可使鑄鐵的強(qiáng)度較高， 所以也是制造高牌號鑄鐵的目標(biāo)。 孕育處理是增加共 晶團(tuán)數(shù)的有效方法， 但是， 一些偏析于液相并使固相線溫度降低

10、的合金元素， 會(huì)阻礙共晶團(tuán)的長 大，從而使鑄鐵的共晶團(tuán)數(shù)增加?，F(xiàn)已知道，鑄鐵中加入鉬、釩、鉻、磷和鉍，都可使共晶團(tuán)數(shù) 增加。2對灰鑄鐵凝固過程的分析 對于研究鑄鐵的凝固過程，冷卻曲線是很有價(jià)值的。分析冷卻曲線的特點(diǎn)，就可以預(yù)測鑄鐵的 組織和性能。 亞共晶灰鑄鐵的典型凝固冷卻曲線如圖 3 所示。 鐵水冷卻到液相線以下， 即有初生 奧氏體枝狀晶析出，冷卻曲線上出現(xiàn)一個(gè)小平臺。此后，冷卻到鐵-石墨共晶溫度以下，到達(dá)一定的過冷度，就發(fā)生共晶反應(yīng)，即先有石墨生核，然后以此為基礎(chǔ)長成共晶團(tuán)。共晶反應(yīng)釋放的 熔化熱，又使過冷的液相溫度回升，通常稱之為 “再輝 ”。最后，由于不斷經(jīng)鑄型散熱，系統(tǒng)的溫 度下降，

11、在鐵 -滲碳體共晶溫度以上凝固終了。在此種條件下，鑄鐵中石墨為A 型，無游離滲碳體。一些我們不希望其出現(xiàn)的組織及其產(chǎn)生的條件如下：圖3 亞共晶灰鑄鐵的典型凝固冷卻曲線（1）過冷石墨如果鐵水冷到鐵 -石墨共晶溫度以下，而石墨生核的條件不好，推遲了共晶團(tuán)的形成和長大， 產(chǎn)生較大的過冷度，石墨呈菊花形、塊狀形，成為 B 型及至 D 型。如果共晶反應(yīng)的起始和終了 都在鐵 -滲碳體共晶溫度以上，則鑄鐵中仍不存在游離滲碳體，只是石墨的形態(tài)為過冷石墨，參 見圖 4。2）麻口組織 鑄鐵中的碳， 一部分以滲碳體的形態(tài)存在， 一部分為石墨， 斷口上可見白色部分和灰色部分?jǐn)v雜 相間，通常稱為麻石組織。有時(shí)也出現(xiàn)在外

12、圍白口和中心灰口之間的過渡部位。如鑄件的冷卻速率很高，鐵水很快就冷到鐵-滲碳體共晶溫度以下，在薄壁處和角上就會(huì)有滲碳體和奧氏體析出。同時(shí)，石墨也能生核并長大。發(fā)生兩種共晶反應(yīng)所釋放的熱，又使液相的溫度 回升到鐵 -滲碳體共晶溫度以上，鐵 -滲碳體共晶反應(yīng)停止，限制了游離滲碳體的析出。在這樣的 條件下，鑄鐵可在兩共晶溫度之間完全凝固， （見圖 5）得到麻口組織。圖4 生核不足、過冷度大的鑄鐵的凝固冷卻曲線圖6 白口鑄鐵的凝固冷卻曲線產(chǎn)生白口組織的條件，主要有以下三項(xiàng)：a.冷卻速率很高。發(fā)生共晶反應(yīng)以前，鐵水就冷卻到鐵-滲碳體共晶溫度以下。造成冷卻速率過高的工藝因素有： 孕育不良：孕劑量不足、孕育

13、效果不好（孕育處理時(shí)，鐵水處理溫度不合理） 。由于孕育效果 不好常常造成合金組織有偏析的現(xiàn)象。鑄件壁薄； 由于鑄件薄壁處、尖角處冷卻速度快，鐵水在滲碳體析出階段凝固，造成的白口組織。澆注溫度太低；在凝固以前加熱型腔的作用差，鑄件與鑄型間的溫差大造成激冷。 鑄型的導(dǎo)熱能力強(qiáng)；由于鑄型導(dǎo)熱能力強(qiáng)，使鐵水表面快速冷卻而造成的激冷。b 鑄鐵的碳當(dāng)量太低。凝固過程中析出的初生奧氏體枝晶多，剩下的共晶成分的液相不多， 發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)，釋放的熱量不足以使溫度升高到鐵-滲碳體溫度以上。c 合金元素的影響，大多數(shù)合金元素都會(huì)影響共晶碳含量，使碳當(dāng)量改變，從而促成白口。 此外，合金元素還會(huì)改變共晶溫度，影響鐵 -

14、石墨系和鐵 -滲碳體系共晶溫度之間的間隔。一些滲 碳體穩(wěn)定元素（如 Cv, V和Ti）,在降低鐵-石墨共晶溫度的同時(shí)又提高鐵 -滲碳體共晶溫度，鐵 水當(dāng)然就容易過冷到鐵 -滲碳體共晶溫度以下。還有一些合金元素（如Mn 和 Mo 等），既降低鐵-石墨共晶溫度,也降低鐵 -滲碳體共晶溫度,對白口傾向相對就沒有明顯的影響。（ 4）晶間滲碳體前面已經(jīng)談到, 共晶凝固初期形成的滲碳體會(huì)造成白口組織或麻口組織,在共晶凝固后期析出的游離滲碳體,則分散于共晶團(tuán)之間,通常稱為晶間滲碳體。在進(jìn)行共晶凝固時(shí), 釋放的熔化熱一般都會(huì)使剩余液相的溫度升高。 如果在凝固后期, 釋放的 熱量消減,一些殘留在共晶團(tuán)之間的剩余

15、的液相又冷卻到鐵-滲碳體共晶溫度以下,就會(huì)產(chǎn)生晶間滲碳體,參見圖 7。圖7 形成晶間滲碳體時(shí)的凝固冷卻曲線鑄鐵凝固過程中,合金元素在液相和固相之間的偏析,也可能導(dǎo)致晶間滲碳體出現(xiàn)。一般說 來,石墨化元素多偏析于固相中,碳化物穩(wěn)定元素則多偏析于液相中。在鑄鐵中加有合金元素時(shí), 凝固過程中, 剩余液相中鉻和釩之類的元素逐漸富集, 而硅和鎳之類 的元素逐漸減少。結(jié)果,剩余液相的鐵-滲碳體共晶溫度逐漸提高,鐵 -石墨共晶溫度逐漸降低,兩者之間的間隔（共晶溫度范圍）不斷縮小。最后凝固的液相中的碳,就可能以滲碳體的形式析 出。圖 8 示意地說明了這種情況。圖 8 共晶凝固時(shí)合金元素偏析對凝固冷卻曲線的影響

16、(形成晶間滲碳體)合金鑄鐵中析出晶間滲碳體，可能與鑄件的截面尺寸無關(guān)。實(shí)際上，有證據(jù)表明，緩慢凝固 反而可能促成晶間滲碳體的析出， 因?yàn)榫徖淇赡茉斐捎欣诤辖鹪仄龅臈l件 (在鑄型內(nèi)鐵水 凝固的時(shí)間長，孕育的效果隨之減弱) 。避免出現(xiàn)此種晶間滲碳體， 關(guān)鍵往往不在于提高石墨化元素的含量， 因?yàn)槭仄鲇诠?相中，未必能明顯影響最后凝固的液相。解決的有效措施可以是：有效地控制孕育劑量、石墨化 孕育劑與穩(wěn)固孕育劑量的合理性。合理控制錳、鉬、鉻、釩、銅等元素的含量，并加速共晶凝固 過程。那么要滿足 G3000 鑄鐵的化學(xué)成分及機(jī)械能、鑄造性能、良好的彈性模量。在合金熔煉 上應(yīng)采取有效的控制措

17、施。一、 選擇最佳化學(xué)成份；G3000 化學(xué)成分要求 C; 3.43.6Si; 1.9 2.3 Mn ; 0.50.65Cr; 0.3 0.4Cu; 0.40.6Mo; 0.30.5首先讓我們算一下共晶度：3.5=0.9814.26 (0.3 X 2.1)根據(jù)共晶度來計(jì)算一下其機(jī)械性能；其抗拉性能為：d) = 1000N/伽 2 809 X 0.981 = 203.4 N/伽 2其硬度性能為：HB = 538 355 X 0.981 = HB 189.8再算一下合金提升的機(jī)械能 ;203.4 N/伽 2+( 0.55X 24.5) + ( 0.35X 23) + ( 0.5 X.015)+ (

18、0.4 X03) = 232.437 N/伽 2 HB 189.8 + 11.6(合金提升的硬度)= HB 201.4加之孕育處理得好，能夠獲得95%的珠光體的集體組織，其機(jī)械能達(dá)到250 N /mm 2以上是沒有問題的。 由于加入的合金大多數(shù)是阻礙石墨化的元素， 所以 Mn 的加入量不需太高以滿足 抵消硫的作用為滿足，不小于 0.5即可。如果不加入合金；滿足 HT200 的機(jī)械性能要求：以國家標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)成分為基準(zhǔn)；C; 3.13.3 Si; 1.72.0 Mn ; 0.71.0S< 0.12PW 0.1其強(qiáng)度有化學(xué)模擬方程供參考； 、cb= 1000N/伽 2 （ CX212.1 ）

19、（ SiX32.2 ） + （ MnX24.5 ） （S+ P） X9.7】（ 5）磷共晶鑄鐵中含磷量超過 0.02%，就可能出現(xiàn)晶間磷共晶。磷在奧氏體中的溶解度很小，鑄鐵凝固時(shí)， 磷基本上都留在液相中。 共晶凝固接近完成時(shí)， 共晶團(tuán)之間剩余的液相的成分接近三元共晶成分（Fe-2%、C-7%、P）。此液相約在 955C凝固。鑄鐵凝固時(shí)， 鉬、鉻、鎢和釩都偏析于富磷的液相中， 使磷共晶的量增多。 鑄鐵中含磷量高時(shí)， 除磷共晶本身的有害作用外， 還會(huì)使金屬基體中所含的合金元素減少， 從而減弱合金元素的作用。 磷共晶液體在凝固長大的共晶團(tuán)周圍呈糊狀， 凝固收縮很難得到補(bǔ)給， 鑄件出現(xiàn)縮松的傾向較大。

20、磷共晶體其性能硬而脆，降低鑄鐵強(qiáng)度，但提高其耐磨性。為了防止其上訴缺陷的產(chǎn)生，低合金鑄鐵熔煉必須嚴(yán)格控制P含量，鐵水熔過程化要高溫出爐、強(qiáng)化孕育。3共析轉(zhuǎn)變（奧氏體轉(zhuǎn)變）為了得到高強(qiáng)度的灰鑄鐵， 我們希望奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)不產(chǎn)生鐵素體， 金屬基體全部為珠光體， 而 且要力求得到細(xì)小的珠光體?；诣T鐵中， 合金元素的主要作用是控制奧氏體的轉(zhuǎn)變。 有些合金促成珠光體， 有些合金促成鐵素 體，有些合金可以使珠光體細(xì)化。為了更好地了解合金元素對灰鑄鐵奧氏體轉(zhuǎn)變的影響，有必要先分析一下灰鑄鐵的平衡相圖。含硅 2%的鐵碳合金比較接近一般的灰鑄鐵，其平衡相圖的相關(guān)部分見圖9。圖9中，最值得注意的是鐵素體（a）、奧氏

21、體（Y和石墨同時(shí)存在的三相區(qū)。三相區(qū)上面的 界限是鐵素體轉(zhuǎn)變溫度 a，下面的界限是共析溫度 A1。鐵-碳合金二元相圖中，沒有這樣的三 相區(qū)，這是由于含有硅而特有的。（ 1 ）平衡條件下的轉(zhuǎn)變 在平衡條件下緩慢冷卻時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和石墨。在固相線溫度，奧氏體中大約含碳1.5% （A點(diǎn)），冷卻過程中，碳在奧氏體中的溶解度不斷下降。自A點(diǎn)冷卻到B點(diǎn)，約有1%的碳自奧氏體析出。在 aT溫度以下的冷卻過程中，還會(huì)發(fā)生石墨化，冷卻到 A1溫度（C點(diǎn)），所 有的奧氏體都已轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和石墨。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和石墨時(shí)， 共析石墨都沉積在共晶團(tuán)的石墨片上， 使之增厚。 固相中形成 新的石墨核心是非常困難

22、的。石墨片增厚需要的兩條件： 一是奧氏體中的碳原子擴(kuò)散到石墨片上； 二是石墨長大前沿的鐵原 子離開奧氏體 / 石墨界面。奧氏體中鐵原子的排列最緊密，每一原子周圍有12 個(gè)相鄰的原子，原子的移動(dòng)主要靠晶格中的空隙。 要使鐵原子不斷自石墨化前沿移開， 就需要奧氏體中遠(yuǎn)處的空隙 不斷石墨化前沿?cái)U(kuò)散。如果冷卻快，不能給原子擴(kuò)散以足夠的時(shí)間，就不能實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。所以，上述平衡條件下的轉(zhuǎn)變只能發(fā)生于冷卻非常緩慢的情況下。全部鐵素體基體的灰鑄鐵， 實(shí)際上是非常少見的。（2）珠光體的形成 平衡條件的改變是穩(wěn)固珠光體的有效的方法； 如果鑄件冷卻較快，奧氏體過冷到共析溫度 A1 以下，就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。 發(fā)生珠光

23、體轉(zhuǎn)變 時(shí)，首先是滲碳體在奧氏體與石墨或其他夾雜物的界面上生核并成長。 由于滲碳體的長大， 其附 近的奧氏體含碳量降低， 于是在滲碳體的兩側(cè)析出鐵素體。 鐵素體的析出， 又使其附近的奧氏體 富碳， 又為滲碳體的析出創(chuàng)造了條件。 這樣的不斷發(fā)展， 就會(huì)形成由大體上互相平行的鐵素體和 滲碳體片層組成的珠光體團(tuán)。 每個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)， 都會(huì)有若干珠光體團(tuán)生長， 直到其相互接觸而 終止。進(jìn)行這種轉(zhuǎn)變， 碳原子和鐵原子擴(kuò)散移動(dòng)的距離比較短， 不需要很長的擴(kuò)散時(shí)間 （緩慢冷卻） 。 當(dāng)珠光體析出時(shí)受到外界干擾（合金元素、過冷度）停止其繼續(xù)共析反應(yīng)就會(huì)得到大量的珠 光體組織結(jié)構(gòu)的鑄鐵。（3）合金元素對共析轉(zhuǎn)變

24、的影響硅是灰鐵中最重要的合金元素，正因?yàn)楹?2%左右的硅，灰鑄鐵的組織中才可以不含游離 滲碳體。硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素 ，作為孕育劑使用能夠有效地促進(jìn)石墨生核，防止白口的 產(chǎn)生，生成初生石墨。但是，硅對灰鑄鐵的力學(xué)性能也有其負(fù)面作用。首先，硅使鑄鐵的相圖中產(chǎn)生鐵素體、奧氏 體和石墨共同存在的三相區(qū)，從而有利于鐵素體形成。此外，硅還降低碳在奧氏體中的溶解度， 增加鐵素體長大的速率。可以通過加入其他元素來抵消硅的負(fù)面作用，使鑄鐵具有完全的珠光體基體。合金元素可以 通過不同的方式影響奧氏體的穩(wěn)定性。有些元素，如錫、銻、砷和銅，易于聚集在石墨-奧氏體界面上，阻止碳向石墨擴(kuò)散，使碳固溶于奧氏體，從而

25、促進(jìn)形成珠光體。有些元素，如錳和鎳， 使aT和A1溫度下降，擴(kuò)大奧氏體區(qū)。由于碳的擴(kuò)散速率隨溫度的下降而降低，在低溫下形成 鐵素體的速率下降。因此，奧氏體中的含碳量較高，產(chǎn)生珠光體的傾向增大。一些碳化物形成元素，如錳和鉻，使碳在奧氏體中的溶解度增大。這類元素與碳的親和力強(qiáng)， 在冷卻到aT溫度期間，使碳保持固溶狀態(tài)；在aT溫度以下，則阻礙石墨化，阻礙形成游離鐵素體，從而增加鑄鐵基體中的珠光體量。還有些碳化物形成元素（如鉬）對奧氏體穩(wěn)定性的影響 不大， 但能使層狀珠光體細(xì)化， 從而顯著地增強(qiáng)珠光體。 鉻在共晶轉(zhuǎn)變時(shí)其并沒有阻礙石墨化的 作用，而在共析轉(zhuǎn)變時(shí)其阻礙石墨化的作用極其強(qiáng)烈，具有穩(wěn)固珠光體

26、的作用。因而鉬、鉻即有 效的提高了鑄鐵的硬度又有效減小了白口的產(chǎn)生傾向。Mo 元素有擴(kuò)大合金共晶溫度范圍、增加鑄鐵合金組織的均勻性、 提高合金淬透性的特性。 從減小鑄件內(nèi)應(yīng)力方面有一定的效果， 但是如 果鑄件容易產(chǎn)生相變內(nèi)應(yīng)力， 高的碳當(dāng)量、 較高的合金共晶溫度范圍不僅不能減小內(nèi)應(yīng)力， 反而 還會(huì)加劇內(nèi)應(yīng)力。（4）合金元素細(xì)化珠光體的作用 合金元素最重要的影響， 是其對奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w、 貝氏體和馬氏體的動(dòng)力過程的影響， 從熱 處理的角度來看， 就是合金元素對可淬硬性的影響。 連續(xù)冷卻時(shí)， 可淬硬性增強(qiáng)表現(xiàn)為將奧氏體 轉(zhuǎn)變的起始點(diǎn)推遲到較低的溫度。在較低的溫度下形成的珠光體較細(xì)，強(qiáng)度和硬度也

27、都較高。 在影響奧氏體轉(zhuǎn)變方面， 合金元素的作用并不相同。 有些合金元素阻礙形成游離鐵素體的作用較 強(qiáng)，有些合金元素推遲珠光體形成的作用較強(qiáng)。鑄鐵中加入錫、銻、砷之類的合金元素，有促成 珠光體的作用，而在細(xì)化珠光體方面實(shí)際上沒有作用。鉻、銅和鎳的作用不強(qiáng)，需加入較大的量 才能明顯地細(xì)化珠光體。錳促成珠光體的作用中等，但其用量往往因?yàn)橐３趾线m的 Mn/S 比而 受到制約。釩和鉬的促硬能力最強(qiáng)，加入較小的量就有可觀的增強(qiáng)作用。在灰鑄鐵中，可認(rèn)為硅在促進(jìn)珠光體形成這方面有負(fù)面的作用，硅使 A1 溫度提高，促進(jìn)形成 游離鐵素體。硅還使珠光體在較高的溫度下形成，即使得到珠光體，其強(qiáng)度和硬度也都較低。

28、鉬的作用很特別，其推遲珠光體轉(zhuǎn)變的作用強(qiáng)，但阻止鐵素體形成的作用則很小。所以，加入鉬 可推遲珠光體轉(zhuǎn)變， 但碳擴(kuò)散的時(shí)間較長， 形成的鐵素體也較多， 在未加其他合金元素的灰鑄鐵 中加入鉬，可能使鑄件厚截面處的鐵素體量增多。所以，如要得到完全珠光體組織，在加入鉬的 同時(shí)，常要配加其他珠光體促成元素，如銅、錫和鉻等。銅有微弱的促進(jìn)石墨化的作用，但其穩(wěn) 固合金化，阻礙鐵素體析出的作用明顯。 銅并且還有穩(wěn)定和細(xì)化珠光體，減少斷面敏感性，提 高強(qiáng)度和硬度的作用。 但是在消除鐵素體方面， 銅的效果要比鉻的效果小， 所以常常鉻也作為穩(wěn) 固孕育劑使用。 鉻在鑄鐵中， 其在共晶階段阻礙石墨化的作用不明顯， 但在

29、共析階段其阻礙石墨 化的作用強(qiáng)烈。因而它對消除鐵素體的作用大于銅?；诣T鐵中單加一種合金元素可以有明顯的細(xì)化珠光體的作用， 但是，將兩種或多種合金元素配 合使用往往有疊加的增強(qiáng)效果 (即1 + 1>2的效果)。有些合金的配合作用是特別有效的，如Mo+Ni ,Mo+Cu 和 Cr+Mo 。合金的配合使用可以使加入的合金總量減少，從而能降低成本。但是，在消 除鐵素體方面，目前還不知道合金配合使用有疊加效果的情況。 為什么鑄鐵要求珠光體基體組織鑄鐵？先看看灰口鑄鐵基體組織的特性；(F)鐵素體；鐵素體性質(zhì)軟，硬度為HB90左右，強(qiáng)度較低，但縮性高。以鐵素體為基體的灰鑄鐵，它的硬度、強(qiáng)度都較低，它的

30、延伸率較難測出。1. (P)珠光體；珠光體的強(qiáng)度、硬度都很高?？估瓘?qiáng)度大約700N/mm 2,硬度大約HB200左右，隨著珠光體的增加鑄鐵機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度、硬度)而增加。對材質(zhì)的強(qiáng)度、硬度、耐磨性 要求較高的鑄鐵都希望獲得珠光體基體組織。2. ( Fe3C)滲碳體；滲碳體硬度極高，硬度可達(dá)HB260300。但抗拉強(qiáng)度極低 100N /mm 2左右，但基體密實(shí)度好， 它的質(zhì)量比重大于其它基體組織。 并且珠光體鑄鐵具有良好的鑄造性能， 自補(bǔ)縮性能、流動(dòng)性、縮性都好于其它基體組織。從基體組織對鑄造性能好壞的影響角度來講， 最希望的當(dāng)然是珠光體基體組織了。(P+ F)珠光體加鐵素體；這種基體組織碳化物含量小于0.8%，除珠光體外，剩余以鐵素體為主。雖然流動(dòng)性較好，但凝固時(shí)收縮量較大，且鐵素體與石墨之間的共晶溫度范圍窄，