合金元素
1.铜
铜在铸铁中是一个石墨化元素,它的石墨化能力约为硅的十分之一。在共晶转变时,铜能促进石墨化,可减少或消除游离渗碳体的形成;在共析转变时,铜能促进珠光体形成,可减少或抑制铁素体形成。铜可以细化石墨和提高其分布均匀性,从而细化珠光体。需要注意的是,生产中加入铜时可能带入干扰元素,导致石墨畸变。铜具有强化铁素体和珠光体的能力,因此能增加材料的力学性能,特别是在抗拉强度、抗弯强度和硬度几乎与铜含量成比例增加。铜的石墨化分解渗碳体和强化基体的能力,使其具有硬化和软化铸铁的双重作用。对于具有白口倾向的铸铁,加入铜会减低硬度,而对于一般铸铁,加入3.0%~3.5% 的铜可以增加材料硬度。为获得最大的强度和硬度而又不至于损害韧性和加工性,将铜与其他碳化物元素联合使用最为有效。五种最有效复合元素是:铜-铬,铜-铬-钼,铜-钼,铜-锰和铜-钒。
2.钼
钼是形成碳化物能力较弱的元素,在任何情况下,均不会起石墨化作用,在常规作业条件下在大多数铸铁中用钼均可以获得满意的力学性能。钼由于直接的固溶体作用和改善石墨分布,会有效提高材料抗拉强度,进而改善弹性模量。加入钼使得铸铁的硬度增加是固溶体作用和共析珠光体的增加的直接结果。钼能显著提高铸铁的冲击韧度。钼由于改善了组织的均匀性而没有形成碳化物的倾向,因而改善了加工性。但在厚大断面上要注意钼的偏析,以面中心形成碳化物导致收缩量增加。
3.镍
作为石墨化元素,镍可使铸铁的白口倾向降低,是硅的能力的 1/4~1/2。加入少量的镍就可以使球墨铸铁中的铁素体受抑制,细化珠光体并增加珠光体数量。镍可减少球墨铸铁的断面敏感性,但实践中证明加镍优于加硅,因为加硅常会导致材料力学性能下降、产生粗大晶粒以及较大的缩松倾向。镍能够明显改进铸铁的冲击韧度和可加工性。镍单独使用一般效果不明显,最好是与其他有倾向于形成碳化物的元素复合加入较为有效的组合是:镍-铬,镍-钼及镍-铬-钼联合使用,对于大断面铸件更应如此。
4.铬
铬是目前所知最强烈的碳化物稳定元素。它加入铸铁时会形成复杂的铁-铬碳化物,以块状或珠光体的一个组成部分的形式出现,即使在高温下也很稳定。铸铁中加入少量的铬会导致组织发生明显变化,铁素体转变成珠光体。铬的加入量超过 0.8% 时会出现游离碳化物,碳化物随铬的增加而增加,同时铸件硬度增加,断口变白,造成加工困难。
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