影响灰铸铁性能的因素

提高灰铁铸件机械性能的方法

一、灰铸铁定义

灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80%以上。

二、影响灰铸铁机械性能的因素

对灰铸铁铸件机械性能和金相组织的影响主要有化学成分、铁水的孕育、炉料配比、铁水过热处理、高温铁水在炉内保温时间、铁液的冷却速度、铸件的开箱时间等因素都会对灰铁铸件机械性能产生影响。

三、影响机械性能的机理

1、化学成分：

（1）五大常规元素C、Si、Mn、P、S的影响：

a、C、Si都是促进石墨化元素，CE=C+1/3（Si+P），石墨的强度极低，相对与铁来说可以看作没有，加上灰铸铁中石墨以片状形态存在，对基体的割裂作用很明显，所以提高CE促进石墨变粗，石墨数量增加，铸件的强度和硬度会下降；CE降低，石墨数量减少，会增加铸件白口倾向，石墨片细化，由于增加初析奥氏体枝晶，从而提高铸件的力学性能，但铸件的铸造性能会下降，铸件的断面敏感性增加，

硬度增加。

b、Mn、S都是稳定碳化物、阻碍石墨化元素，Mn是扩大奥氏体区元素，提高铁液中的Mn含量可以有效的降低奥氏体转变温度，有利于珠光体的形成和稳定珠光体的作用，并且奥氏体在较低温度下转化为珠光体，所以减小了珠光体之间的间距，有细化珠光体的作用，故Mn可以提高灰铁铸件的抗拉强度。两者同事存在时会生成MnS及S的化合物，呈粒状分布在基体中，成为石墨非自发性晶核，促进石墨的形成，如果Mn、S过量不但对改善铸件性能没有帮助，还会增加铸件夹渣的机率，从而降低铸件的机械性能。

c、P可以使共晶点左移，少量的P可以增加铸件的硬度，但由于P熔点低，铁液凝固是偏析到晶界，形成磷共晶，增加铸件的脆性，降低铸件的致命性。

（2）其他合金元素和微量元素的影响：

a、Mn、Cu、Mo等元素都可以促进珠光体生成，细化珠光体，稳定珠光体的作用，故Mn、Cu、Mo也能提高灰铁铸件的强度。

b、Pb：在灰铸铁中，Pb含量过高会形成魏氏石墨，严重影响铸件的性能。

2、铁水孕育处理：孕育处理降低白口倾向，增加铁水的形核物质，改善铸件的机械性能，良好孕育可以提高灰铁铸件一个牌号。灰铸铁在凝固时，孕育剂为其凝固提供更多的形核物质，使铸件组织更加细密（适当的孕育会使组织细密，过孕育则会使共晶团过多会增加缩松缩孔倾向，降低性能）。铁水在凝固时过冷度会增大，增加了铸

件的白口倾向，孕育剂可以减小铁水过冷度，降低白口倾向，从而改善铸件机械性能和加工性能，孕育处理还可以细化共晶团组织，降低灰铁铸件的断面敏感性。孕育到浇注时间也要控制，孕育后1-2分钟孕育效果达到最高，然后就开始衰退，孕育衰退到一定时间后就和没有孕育是一样的效果。

孕育处理可以有效的改善铸件的性能。

3、炉料配比：

由于炉料具有遗传性，生铁（含碳量较高）中本身含有较为粗大的石墨，由于石墨熔化温度比铁高很多，所以即使加热到铁融化的温度石墨都还没有完全熔化，这些未完全融化的石墨在结晶形核时为石墨提供晶核，从而导致石墨粗大，粗大的片状石墨使基体强度减弱，所以随着生铁加入量的增多，灰铸铁的强度下降。

如果采用合成铸铁的方式，用回炉料和废钢加增碳剂来调整五大元素的含量会大大的提高灰铁的强度，经过统计得合成铸铁的强度比普通灰铁的强度高30MPa左右。合成铸铁提高强度主要有两个方面的原因，一是应为合成铸铁中加入了较多的废钢，铁水中存在较大的低碳微区，低碳微区首先形成出生奥氏体，使奥氏体容易长大，从而使初生奥氏体所在的共晶团边界的珠光体得到细化；二是加入的废钢含量增加，废钢中含N高，N有稳定珠光体的作用，从而提高铸件的强度。

3、铁水的过热处理和铁水的保温时间：铁液的过热主要是降低炉

料的遗传性，增加铁液的纯净度，铁液温度越高，铁水中含N量会增加啊，从而提高灰铁强度，但温度并不是越高越好，过高的温度会形成E型石墨。温度过高或是铁水保温时间过长，铁水中有利于石墨异质形核的有效微观固相质点充分溶解，造成铸件凝固过程中石墨形核困难，以至于需要更大的过冷度石墨才能形核，所以出现了过冷石墨D型石墨和E型石墨，且铸件的白口倾向也会增加。

4、铁液的冷却速度对灰铁铸件机械性能的影响

冷却速度大，增加灰铁铸件的白口倾向，主要是因为珠光体是过冷奥氏体在接近平衡是转变而来，即过冷度不大的情况下形成的，冷却速度大则增加了铁液的过冷度，使奥氏体转变为珠光体变得困难，以介稳定性形式转变，碳以渗碳体的形式析出，形成白口组织。

5、铸件开箱时间对灰铁机械性能的影响

开箱时间过早，变相的提高了铸件凝固后的冷却速度，提高了铸件共析转转变速度，增加了渗碳体的形成，增加白口倾向。

江来

2015-5-18