你知道五大元素对铸件的影响吗? 我来告诉你!

2018年09月18日

铸铁的出现,方便了人类,从此我们就离不开了铸铁件,人们就把铸铁件用于制作各种制品,例如:小到螺丝钉、炊具、容器、农业机具等生活用品,大到汽车、飞机、轮船、大炮、坦克等建筑军事器械。铸铁的生产推动了人类社会文明的进步,随着科学技术和我国国民经济的发展,各行各业对铸铁件的质量提出了更高的要求,而铸铁件的铸造技术涉及了物理、化学、冶金、机械等多种学科,影响铸铁件质量的因素很多,因此正确地使用合理的铸造技术是提高铸铁件质量的保证,而影响铸铁件质量铸造过程的主要因素有:冷却速度、化学成分、温度、气体、炉料等,这就要求人们认真考虑这些因素对铸铁件的影响。本人结合几年来的工作经验,现以化学成分为例,浅谈五大元素对铸件的影响。

元素周期表

影响铸件品质的常规元素主要有五种,分别是碳、硅、锰、硫、磷,以上元素我们叫做基本元素或俗称五大元素。它们是直接影响铸件物理性能的一个重要因素。其主要作用如下:

一、碳元素是铸铁中最基本的成分。它不但是区分钢或铁的主要依据,含碳量大于1.7%是铁,低于1.7%的称为钢,而且,在铸造过程中,碳影响着铸件的力学性能。在铸造中适当的碳促进石墨化,减小白口倾向,即减少渗碳体、珠光体、三元磷共晶,增加铁素体,因而降低硬度改善加工性能;碳促进镁吸收率的提高;改善球化,以达到预期效果;碳能改善流动性,增加凝固时的体积膨胀;碳提高吸振性,减摩性,导热性。但碳含量过高引起石墨漂浮,恶化力学性能,过低又易产生缩孔松缩等缺陷。所以,对不同质量要求的铸件,合理选配碳含量一般是提高铸件质量的一种途径,例如:灰铁含碳量大多在2.6%-3.6%,球墨铸铁在3.5%-3.9%。碳对中锰球墨铸铁的力学性能影响不明显,一般碳量高于3.9%时易出现石墨漂浮,影响铸铁质量,碳低于3.0%时,不利于石墨化故一般控制碳量在3.0%-3.8%为宜。二、硅元素是铸件中的有益元素,它和碳元素一样,能促进石墨化,以孕育剂的方式添加的硅作用更明显。对于铸态球磨铸件,增加含硅量有双重作用,一方面它使渗碳体、珠光体、三元磷共晶减少,铁素体增加,因而降低强度和硬度,改善铸件塑性;另一方面硅固溶强化铁素体,使屈服点和硬度提高;硅改善铸造流动性,增大凝固时体积膨胀;硅能改善耐热、耐蚀性。增加硅量,特别是孕育硅量,能够显著的控制碳化物的数量,因此,硅是抑制中锰球墨铸铁白口倾向的强力元素。硅在一定范围内,有利于强度和韧性的提高,但使抗磨性能有所降低。故要取合适的量。一般情况下,灰铸件硅含量在1.2%-3.0%,球墨铸件中硅在2.0%-3.0%。

三、锰是铸件重要元素之一,适量的锰,有助于生成纹理结构,增加坚固性和强度及耐磨性。锰和硫一样都是稳定的化合物,是阻碍石墨化的元素,当与硫共存时,锰与硫的亲和力较大,会结合成MnS等化合物,在适当温度时,不仅无阻碍石墨化作用,还能中和硫,起着除硫作用。锰达到一定量时,能使铸件强度高、硬度高、密度高、耐磨等优点,此时硅量也相应提高。锰易在共晶团边界产生偏析,铸态下易生成碳化物,增加锰量,会恶化力学性能。因此锰的含量一般应低。但是锰能稳定奥氏体,促使形成奥氏体基体时,可成为弱磁性球墨铸铁,具有良好抗磨性。锰固溶于奥氏体中,与铁形成置换式固溶体,并且,由于锰比铁对碳具有更强的亲和力,它组织碳从固溶体中扩散和析出,起到了稳定和扩大奥氏体区的作用。

四、磷是有害元素,被作为杂质对待。磷往往是影响铸件力学性能,尤其使韧性和致密性降低,是造成铸件开裂的主要原因。因为磷在铸件中溶解度很低。如P<0.05%时,固溶于铁,对球墨铸件力学性能没有明显的不良影响。在铸铁中磷是一个容易偏析的元素,当铸件中磷含量达到0.05%时,已有可能形成磷共晶,对大多数铸件来说,磷共晶会增加铸件脆性,严重恶化了力学性能。例如:在球墨铸铁中,磷量由0.04%-0.05%提高到0.2%,抗拉强度由800Mpa -850Mpa,降低到650Mpa-700Mpa,伸长率由3.5%-4%下降到1.5%-2.0%。因此磷应限制含量最好在0.04%以下。但是磷能提高硬度,改善耐磨性,在某些耐磨铸铁中,要加入磷,其目的是利用磷共晶的耐磨性。五、硫也是一种杂质,属有害元素。在铸造中,硫元素与Mn、Mg等其他元素亲和力强,产生稳定的碳化物,阻碍石墨化,消耗铁液中的球化元素,形成MgS、MnS等残渣,由于硫的消耗作用使有效的残留球化元素含量过低则降低球化,还促进形成夹渣,皮下气孔等缺陷。由于硫降低球化率,加快球化衰退以及形成夹渣等使力学性能下降或不稳定。硫元素应除去,应该含量低。在普通灰铁中,硫含量一般在0.02%-0.15%,在球墨铸铁中S≤0.02%,有时可视情况而定。由此可见,铸铁实际上是一种以碳、硅、锰、硫、磷等元素为基础十分复杂的化学过程。其中碳、硅是最基本的成分,锰含量一般较低时影响不大,硫、磷常被看做是杂质,因此常加以限制。其中每一个元素对铸铁的品质、凝固结晶、组织和性能均有一定的影响和作用。这就要求铸造者在铸造过程中应对五大元素进行合理配比,它是提高铸件质量的一条途径。

生铁中除铁外,还含有碳、硅、锰、磷和硫等元素。这些元素对生铁的性能均有一定的影响。

碳(C):在生铁中以两种形态存在,一种是游离碳(石墨),主要存在于铸造生铁中,另一种是化合碳(碳化铁),主要存在于炼钢生铁中,碳化铁硬而脆,塑性低,含量适当可提高生铁的强度和硬度,含量过多,则使生铁难于削切加工,这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨很软,强度低,它的存在能增加生铁的铸造性能。硅(Si):能促使生铁中所含的碳分离为石墨状,能去氧,还能减少铸件的气眼,能提高熔化生铁的流动性,降低铸件的收缩量,但含硅过多,也会使生铁变硬变脆。

锰(Mn):能溶于铁素体和渗碳体。在高炉炼制生铁时,含锰量适当,可提高生铁的铸造性能和削切性能,在高炉里锰还可以和有害杂质硫形成硫化锰,进入炉渣。

磷(P):属于有害元素,但磷可使铁水的流动性增加,这是因为硫减低了生铁熔点,所以在有的制品内往往含磷量较高。然而磷的存在又使铁增加硬脆性,优良的生铁含磷量应少,有时为了要增加流动性,含磷量可达1.2%。

硫(S):在生铁中是有害元素,它促使铁与碳的结合,使铁硬脆,并与铁化合成低熔点的硫化铁,使生铁产生热脆性和减低铁液的流动性,顾含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%(车轮生铁除外)。

来源:金义博仪器科技(东莞)有限公司