灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響

1、灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響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(hào)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(hào)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(zhǎng)3 4 級(jí)。 基體組織95% 以上為珠光體，游離鐵

2、素體不多于5% ； 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(jiǎn)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(duì)鐵-石墨系和鐵-滲碳體系共晶溫度的影響。圖 1 合金元素對(duì)鐵- 石墨系和鐵-滲碳體系平衡共晶溫度

3、的影響鐵 -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(duì)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(duì)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?；诣T鐵的組織和幾種合金元素的影響但是，對(duì)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

4、，見圖 2。含硅量為2%時(shí)，此間C量的硅，硅隔大于 30 ，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(duì)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(duì)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

5、的影響，概略地在圖1 中表示了。一些有數(shù)據(jù)可供參考的合金元素的作用見表1 。對(duì)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 ；灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響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)

6、成分。碳含量是決定奧氏體枝晶析出量的主要因素，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)

7、，但鋁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(duì)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(zhǎng)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（奧氏體為面心

8、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(zhǎng)。這樣相互促進(jìn)，并向周圍液相不斷生長(zhǎng)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(zhǎng)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，主要決定于凝固溫度，冷卻速率和液相中

9、生核的情況。比較理想的石墨組織灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響是散亂分布的、長(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)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的合金元素，會(huì)阻礙共晶

10、團(tuán)的長(zhǎng) 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(duì)灰鑄鐵凝固過程的分析對(duì)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(cè)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(tái)。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(zhǎng)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，在鐵-滲碳體共晶溫度以上凝固終了。在此種

11、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(zhǎng)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產(chǎn)生較大-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

12、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(zhǎng)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?；诣T鐵的組織和幾種合金元素的影響圖 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、孕育效果不好（孕育處理時(shí)，鐵水處理溫度不合理

13、） 。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，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。發(fā)生共晶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-石墨系和鐵-滲碳體系共晶溫度之間的間隔。一些

14、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(duì)白口傾向相對(duì)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)之間的剩余的液相又冷卻到鐵-滲碳體共晶溫度以下,

15、就會(huì)產(chǎn)生晶間滲碳體 , 參見圖7?；诣T鐵的組織和幾種合金元素的影響圖 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?；诣T鐵的組織和幾種合金元素的影響圖 8 共晶凝固

16、時(shí)合金元素偏析對(duì)凝固冷卻曲線的影響(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(zhǎng)，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鲇诠滔嘀校幢啬苊黠@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)

17、采取有效的控制措施。一、 選擇最佳化學(xué)成份；G3000 化學(xué)成分要求Cr; 0.3 ? 0.4C;3.4 ? 3.6Cu; 0.4 ? 0.6Si; 1.9 ? 2.3 Mn Mo; 0.3 ? 0.5; 0.5 ? 0.65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 / 伽其硬度性能為：HB = 5382809 X 0.981 = 203.4 N / 伽355 X 0.981 = HB 189.82再算一下合金提升的機(jī)械能;203.4 N / 伽2+( 0.55 X24.5) + (0.3

18、5 X23)+(0.5 X.015 )+(0.4X 03) = 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; 3.1 ? 3.3 Si ; 1.7 ? 2.0 Mn ; 0.7? 1.0S< 0.12PW 0.1灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響其強(qiáng)

19、度有化學(xué)模擬方程供參考；、cb= 1000N / 伽 2 （ CX212.1 ） （ 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955 C 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

20、長(zhǎng)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。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(duì)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

21、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aA1 。鐵 -碳合金二元相圖中，沒有這樣的三相區(qū)，這是由于含有硅而體轉(zhuǎn)變溫度 ，下面的界限是共析溫度特有的。（ 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

22、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的。灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響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(zhǎng)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

23、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(zhǎng)。 由于滲碳體的長(zhǎng)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(zhǎng)，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(zhǎng)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

24、光體組織結(jié)構(gòu)的鑄鐵。（3）合金元素對(duì)共析轉(zhuǎn)變的影響硅是灰鐵中最重要的合金元素，正因?yàn)楹?% 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(duì)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(zhǎng)大的速率?？梢酝ㄟ^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

25、石墨擴(kuò)散，使碳固溶于奧氏體，從而促進(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(duì)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

26、的作用極其強(qiáng)烈，具有穩(wěn)固珠光體的作用。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(duì)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(duì)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

27、硬度也都較高。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。鉬的作用很特別

28、，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(zhǎng)， 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、灰鑄鐵的組織和幾種合金元素的影響錫和鉻等。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，但在共析階段其

29、阻礙石墨化的作用強(qiáng)烈。因而它對(duì)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，合使用如 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(cè)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(duì)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)HB260 ? 300 。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(duì)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，自補(bǔ)縮能力差、 而