五大元素對鑄件的影響

      鑄鐵的出現，方便了人類，從此我們就離不開了鑄鐵件，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、農業(yè)機具等生活用品，大到汽車、飛機、輪船、大炮、坦克等建筑軍事器械。鑄鐵的推動了人類社會文明的進步，隨著科學技術和我國國民經濟的發(fā)展，各行各業(yè)對鑄鐵件的質量提出了更高的要求，而鑄鐵件的鑄造技術涉及了物理、化學、冶金、機械等多種學科，影響鑄鐵件質量的因素很多，因此正確地使用合理的鑄造技術是提高鑄鐵件質量的保證，而影響鑄鐵件質量鑄造過程的主要因素有：冷卻速度、化學成分、溫度、氣體、爐料等，這就要求人們認真考慮這些因素對鑄鐵件的影響。本人結合幾年來的工作經驗，現以化學成分為例，淺談五大元素對鑄件的影響。 

      影響鑄件品質的常規(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，含碳量大于1.7%是鐵，低于1.7%的稱為鋼，而且，在鑄造過程中，碳影響著鑄件的力學性能。在鑄造中適當的碳促進石墨化，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；碳促進鎂吸收率的提高；改善球化，以達到預期效果；碳能改善流動性，增加凝固時的體積膨脹；碳提高吸振性，減摩性，導熱性。但碳含量過高引起石墨漂浮，惡化力學性能，過低又易產生縮孔松縮等缺陷。所以，對不同質量要求的鑄件，合理選配碳含量一般是提高鑄件質量的一種途徑，例如：灰鐵含碳量大多在2.6%-3.6%，球墨鑄鐵在3.5%-3.9%。碳對中錳球墨鑄鐵的力學性能影響不明顯，一般碳量高于3.9%時易出現石墨漂浮，影響鑄鐵質量，碳低于3.0%時，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，能促進石墨化，以孕育劑的方式添加的硅作用更明顯。對于鑄態(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，因而降低強度和硬度，改善鑄件塑性；另一方面硅固溶強化鐵素體，使屈服點和硬度提高；硅改善鑄造流動性，增大凝固時體積膨脹；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量，因此，硅是抑制中錳球墨鑄鐵白口傾向的強力元素。硅在一定范圍內，有利于強度和韌性的提高，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，有助于生成紋理結構，增加堅固性和強度及耐磨性。錳和硫一樣都是穩(wěn)定的化合物，是阻礙石墨化的元素，當與硫共存時，錳與硫的親和力較大，會結合成MnS等化合物，在適當溫度時，不僅無阻礙石墨化作用，還能中和硫，起著除硫作用。錳達到一定量時，能使鑄件強度高、硬度高、密度高、耐磨等優(yōu)點，此時硅量也相應提高。錳易在共晶團邊界產生偏析，鑄態(tài)下易生成碳化物，增加錳量，會惡化力學性能。因此錳的含量一般應低。但是錳能穩(wěn)定奧氏體，促使形成奧氏體基體時，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，由于錳比鐵對碳具有更強的親和力，它組織碳從固溶體中擴散和析出，起到了穩(wěn)定和擴大奧氏體區(qū)的作用。 

      四、磷是有害元素，被作為雜質對待。磷往往是影響鑄件力學性能，尤其使韌性和致密性降低，是造成鑄件開裂的主要原因。因為磷在鑄件中溶解度很低。如P<0.05%時，固溶于鐵，對球墨鑄件力學性能沒有明顯的不良影響。在鑄鐵中磷是一個容易偏析的元素，當鑄件中磷含量達到0.05%時，已有可能形成磷共晶，對大多數鑄件來說，磷共晶會增加鑄件脆性，嚴重惡化了力學性能。例如：在球墨鑄鐵中，磷量由0.04%-0.05%提高到0.2%，抗拉強度由800Mpa -850Mpa，降低到650Mpa-700Mpa，伸長率由3.5%-4%下降到1.5%-2.0%。因此磷應限制含量**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，屬有害元素。在鑄造中，硫元素與Mn、Mg等其他元素親和力強，產生穩(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等殘渣，由于硫的消耗作用使有效的殘留球化元素含量過低則降低球化，還促進形成夾渣，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性能下降或不穩(wěn)定。硫元素應除去，應該含量低。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%，有時可視情況而定。 由此可見，鑄鐵實際上是一種以碳、硅、錳、硫、磷等元素為基礎十分復雜的化學過程。其中碳、硅是*基本的成分，錳含量一般較低時影響不大，硫、磷常被看做是雜質，因此常加以限制。其中每一個元素對鑄鐵的品質、凝固結晶、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程中應對五大元素進行合理配比，它是提高鑄件質量的一條途徑。

      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，含量適當可提高生鐵的強度和硬度，含量過多，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性，降低鑄件的收縮量，但含硅過多，也會使生鐵變硬變脆。 

      錳（Mn）：能溶于鐵素體和滲碳體。在高爐煉制生鐵時，含錳量適當，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硫形成硫化錳，進入爐渣。 

      磷（P）：屬于有害元素，但磷可使鐵水的流動性增加，這是因為硫減低了生鐵熔點，所以在有的制品內往往含磷量較高。然而磷的存在又使鐵增加硬脆性，優(yōu)良的生鐵含磷量應少，有時為了要增加流動性，含磷量可達1.2%。 

      硫（S）：在生鐵中是有害元素，它促使鐵與碳的結合，使鐵硬脆，并與鐵化合成低熔點的硫化鐵，使生鐵產生熱脆性和減低鐵液的流動性，顧含硫高的生鐵不適于鑄造細件。鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定*多不得超過0.06%（車輪生鐵除外）。