鑄鐵的出現(xiàn)，方便了人類，從此我們就離不開(kāi)了鑄鐵件，人們就把鑄鐵件用于制作各種制品，例如：小到螺絲釘、炊具、容器、農(nóng)業(yè)機(jī)具等生活用品，大到汽車、飛機(jī)、輪船、大炮、坦克等建筑軍事器械。鑄鐵的生產(chǎn)推動(dòng)了人類社會(huì)文明的進(jìn)步，隨著科學(xué)技術(shù)和我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)鑄鐵件的質(zhì)量提出了更高的要求，而鑄鐵件的鑄造技術(shù)涉及了物理、化學(xué)、冶金、機(jī)械等多種學(xué)科，影響鑄鐵件質(zhì)量的因素很多，因此正確地使用合理的鑄造技術(shù)是提高鑄鐵件質(zhì)量的保證，而影響鑄鐵件質(zhì)量鑄造過(guò)程的主要因素有：冷卻速度、化學(xué)成分、溫度、氣體、爐料等，這就要求人們認(rèn)真考慮這些因素對(duì)鑄鐵件的影響。本人結(jié)合幾年來(lái)的工作經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)以化學(xué)成分為例，淺談五大元素對(duì)鑄件的影響。
影響鑄件品質(zhì)的常規(guī)元素主要有五種，分別是碳、硅、錳、硫、磷，以上元素我們叫做基本元素或俗稱五大元素。它們是直接影響鑄件物理性能的一個(gè)重要因素。其主要作用如下：
一、碳元素是鑄鐵中基本的成分。它不但是區(qū)分鋼或鐵的主要依據(jù)，含碳量大于1.7%是鐵，低于1.7%的稱為鋼，而且，在鑄造過(guò)程中，碳影響著鑄件的力學(xué)性能。在鑄造中適當(dāng)?shù)奶即龠M(jìn)石墨化，減小白口傾向，即減少滲碳體、珠光體、三元磷共晶，增加鐵素體，因而降低硬度改善加工性能；碳促進(jìn)鎂吸收率的提高；改善球化，以達(dá)到預(yù)期效果；碳能改善流動(dòng)性，增加凝固時(shí)的體積膨脹；碳提高吸振性，減摩性，導(dǎo)熱性。但碳含量過(guò)高引起石墨漂浮，惡化力學(xué)性能，過(guò)低又易產(chǎn)生縮孔松縮等缺陷。所以，對(duì)不同質(zhì)量要求的鑄件，合理選配碳含量一般是提高鑄件質(zhì)量的一種途徑，例如：灰鐵含碳量大多在2.6%-3.6%，球墨鑄鐵在3.5%-3.9%。碳對(duì)中錳球墨鑄鐵的力學(xué)性能影響不明顯，一般碳量高于3.9%時(shí)易出現(xiàn)石墨漂浮，影響鑄鐵質(zhì)量，碳低于3.0%時(shí)，不利于石墨化故一般控制碳量在3.0%-3.8%為宜。 二、硅元素是鑄件中的有益元素，它和碳元素一樣，能促進(jìn)石墨化，以孕育劑的方式添加的硅作用更明顯。對(duì)于鑄態(tài)球磨鑄件，增加含硅量有雙重作用，一方面它使?jié)B碳體、珠光體、三元磷共晶減少，鐵素體增加，因而降低強(qiáng)度和硬度，改善鑄件塑性；另一方面硅固溶強(qiáng)化鐵素體，使屈服點(diǎn)和硬度提高；硅改善鑄造流動(dòng)性，增大凝固時(shí)體積膨脹；硅能改善耐熱、耐蝕性。增加硅量，特別是孕育硅量，能夠顯著的控制碳化物的數(shù)量，因此，硅是抑制中錳球墨鑄鐵白口傾向的強(qiáng)力元素。硅在一定范圍內(nèi)，有利于強(qiáng)度和韌性的提高，但使抗磨性能有所降低。故要取合適的量。一般情況下，灰鑄件硅含量在1.2%-3.0%，球墨鑄件中硅在2.0%-3.0%。
三、錳是鑄件重要元素之一，適量的錳，有助于生成紋理結(jié)構(gòu)，增加堅(jiān)固性和強(qiáng)度及耐磨性。錳和硫一樣都是穩(wěn)定的化合物，是阻礙石墨化的元素，當(dāng)與硫共存時(shí)，錳與硫的親和力較大，會(huì)結(jié)合成MnS等化合物，在適當(dāng)溫度時(shí)，不僅無(wú)阻礙石墨化作用，還能中和硫，起著除硫作用。錳達(dá)到一定量時(shí)，能使鑄件強(qiáng)度高、硬度高、密度高、耐磨等優(yōu)點(diǎn)，此時(shí)硅量也相應(yīng)提高。錳易在共晶團(tuán)邊界產(chǎn)生偏析，鑄態(tài)下易生成碳化物，增加錳量，會(huì)惡化力學(xué)性能。因此錳的含量一般應(yīng)低。但是錳能穩(wěn)定奧氏體，促使形成奧氏體基體時(shí)，可成為弱磁性球墨鑄鐵，具有良好抗磨性。錳固溶于奧氏體中，與鐵形成置換式固溶體，并且，由于錳比鐵對(duì)碳具有更強(qiáng)的親和力，它組織碳從固溶體中擴(kuò)散和析出，起到了穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的作用。
四、磷是有害元素，被作為雜質(zhì)對(duì)待。磷往往是影響鑄件力學(xué)性能，尤其使韌性和致密性降低，是造成鑄件開(kāi)裂的主要原因。因?yàn)榱自阼T件中溶解度很低。如P<0.05%時(shí)，固溶于鐵，對(duì)球墨鑄件力學(xué)性能沒(méi)有明顯的不良影響。在鑄鐵中磷是一個(gè)容易偏析的元素，當(dāng)鑄件中磷含量達(dá)到0.05%時(shí)，已有可能形成磷共晶，對(duì)大多數(shù)鑄件來(lái)說(shuō)，磷共晶會(huì)增加鑄件脆性，嚴(yán)重惡化了力學(xué)性能。例如：在球墨鑄鐵中，磷量由0.04%-0.05%提高到0.2%，抗拉強(qiáng)度由800Mpa -850Mpa，降低到650Mpa-700Mpa，伸長(zhǎng)率由3.5%-4%下降到1.5%-2.0%。因此磷應(yīng)限制含量好在0.04%以下。但是磷能提高硬度，改善耐磨性，在某些耐磨鑄鐵中，要加入磷，其目的是利用磷共晶的耐磨性。 五、硫也是一種雜質(zhì)，屬有害元素。在鑄造中，硫元素與Mn、Mg等其他元素親和力強(qiáng)，產(chǎn)生穩(wěn)定的碳化物，阻礙石墨化，消耗鐵液中的球化元素，形成MgS、MnS等殘?jiān)?，由于硫的消耗作用使有效的殘留球化元素含量過(guò)低則降低球化，還促進(jìn)形成夾渣，皮下氣孔等缺陷。由于硫降低球化率，加快球化衰退以及形成夾渣等使力學(xué)性能下降或不穩(wěn)定。硫元素應(yīng)除去，應(yīng)該含量低。在普通灰鐵中，硫含量一般在0.02%-0.15%，在球墨鑄鐵中S≤0.02%，有時(shí)可視情況而定。 由此可見(jiàn)，鑄鐵實(shí)際上是一種以碳、硅、錳、硫、磷等元素為基礎(chǔ)十分復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程。其中碳、硅是基本的成分，錳含量一般較低時(shí)影響不大，硫、磷常被看做是雜質(zhì)，因此常加以限制。其中每一個(gè)元素對(duì)鑄鐵的品質(zhì)、凝固結(jié)晶、組織和性能均有一定的影響和作用。這就要求鑄造者在鑄造過(guò)程中應(yīng)對(duì)五大元素進(jìn)行合理配比，它是提高鑄件質(zhì)量的一條途徑。
生鐵中除鐵外，還含有碳、硅、錳、磷和硫等元素。這些元素對(duì)生鐵的性能均有一定的影響。
碳（C）：在生鐵中以兩種形態(tài)存在，一種是游離碳（石墨），主要存在于鑄造生鐵中，另一種是化合碳（碳化鐵），主要存在于煉鋼生鐵中，碳化鐵硬而脆，塑性低，含量適當(dāng)可提高生鐵的強(qiáng)度和硬度，含量過(guò)多，則使生鐵難于削切加工，這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因。石墨很軟，強(qiáng)度低，它的存在能增加生鐵的鑄造性能。 硅（Si）：能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀，能去氧，還能減少鑄件的氣眼，能提高熔化生鐵的流動(dòng)性，降低鑄件的收縮量，但含硅過(guò)多，也會(huì)使生鐵變硬變脆。
錳（Mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時(shí)，含錳量適當(dāng)，可提高生鐵的鑄造性能和削切性能，在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳，進(jìn)入爐渣。
磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動(dòng)性增加，這是因?yàn)榱驕p低了生鐵熔點(diǎn)，所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少，有時(shí)為了要增加流動(dòng)性，含磷量可達(dá)1.2%。
硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結(jié)合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化鐵，使生鐵產(chǎn)生熱脆性和減低鐵液的流動(dòng)性，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定多不得過(guò)0.06%（車輪生鐵除外）。
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