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          五大元素對鑄件的影響

          發布者:bjltzz發表時間:2017-10-14

          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展,各行各業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。對于鑄態球磨鑄件,增加含硅量有雙重作用,一方面它使滲碳體、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、耐磨等優點,此時硅量也相應提高。錳易在共晶團邊界產生偏析,鑄態下易生成碳化物,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,起到了穩定和擴大奧氏體區的作用。 


                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定*多不得超過0.06%(車輪生鐵除外)。


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