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锰和硫元素对铸铁的影响
双击自动滚屏 发布者:南京固琦 发布时间:2019-4-4 阅读:177

铸铁凝固过程中,碳、硅、铝、硫、铜和镍等元素都有促进石墨形成的作用,可认为是石墨化元素。但是,各元素的效能却很不相同,例如,铜的作用大约是硅的20%。镍和铜还有双重作用:共晶转变时促进石墨化;共析转变时却抑制石墨化,有助于形成较多较细的珠光体,所以也可以将其视为珠光体稳定元素。

钛的影响也很复杂。一般说来,钛是很强的碳化物形成元素,但当其含量很少时(如<0。08%),它的微细的化合物可作为石墨的核心,有促进石墨化的作用。

锡、锑、锰、钼、铬、钒和铌等都能阻碍石墨的析出和成长,增强形成渗碳体的倾向,都属于渗碳体稳定元素。其中,钼的作用与其加入量有关。铸铁中含钼量,<0.8%时,钼的作用温和,表现为使珠光体细化,含量提高就是渗碳体稳定元素。一般认为:锰的作用是增加铸铁的珠光体量,提高铸铁的强度。实际上,锰的作也是多方面,含量高时,会使石墨粗大,从而降低铸铁的强度。

本文的开始,我们就谈到了提高灰铸铁件的强度及其综合质量的目标,现在就从这个角度来谈谈灰铸铁中常用的合金元素。

1.锰和硫

一般说来,硫是有害元素。但对灰铸铁来讲,含少量的硫对于石墨的生核和共晶团的细化都有非常重要的作用。所以,灰铸铁中的含硫量不宜低于0.06%,最好保持在0。06% 0。08%之间。含硫量太高(>0.18%),则各种有害作用都会显现,损害铸件的质量。

硫是化学活性强的元素,在铸铁中含锰量很低时,硫与铁生成化合物FeS(熔点1193℃),也与铁和碳形成低熔点的共晶体(含碳0.17%,硫31。7%,其余为铁,熔点975℃)。

FeS可以完全溶解于铁液中。铁液凝固时,硫或FeS在奥氏体和渗碳体的固溶度很小,逐渐富集于剩余的液相中,最后以硫化物的形式析出,铸铁中含硫量为0.02%时,即可出现独立的硫化物。

在灰铸铁中,硫与锰的亲和力比其与铁的亲和力大得多,下式表述的反应中,MnS的形成是占优势的。Mn+FeS MnS + FeMnS的熔点为1620℃,在灰铸铁中,MnS是细小而无害的蓝灰色夹杂物,散乱地分布在金属基体中,而且有助于改善铸铁的加工性能、提高工具的寿命。灰铸铁中,MnSFeS可以互溶,所以, 复合硫化物(MnFeS中,锰和硫的量是可变的。硫和氧也可以互溶,所以,灰铸铁中,硫化物的情况很复杂,生成的化合物可以用FexMnySvOw来表示,其中xyvW的值会因铸铁的具体条件而改变.

硫以FeS或三元共晶存在时,在铸铁凝固过程中,偏析于共晶团界面的液相中,阻碍共晶团的成长,使共晶凝固时的过冷度增加,因而使铸铁的白口倾向增大。凝固以后,偏析于共晶团边界上的FeS或三元共晶,又会使铸铁的力学性能低下,脆性大。这就是硫的有害作用。

如果铸铁中加有足够量的锰以抑制FeS的产生,并形成细小而分散的硫化物夹杂,硫就会在石墨的生核和成长中起积极而有益的作用。结果,铸铁组织中共晶团细小,石墨为A型,也不会出现白口。为使石墨片的形态令人满意,灰铸铁中硫的最低含量应是0.06%。含硫量低于此值,铸铁中石墨片的分布状况就不好,且易产生白口。

锰在灰铸铁中的主要作用是约束硫,抑制FeS的形成。由于锰与硫的原子量的比值为1.71。铸铁中的锰与硫化合形成MnS的当量比为1.71时,认为其处于锰硫平衡状态。含量高于平衡状态的锰,称为“超量锰”,含锰量低于平衡状态时,则属于“硫超量”。

前面说到的反应是可逆的,如欲使FeS充分地与锰作用生成MnS,必须有适当的超量锰。在正常的作业条件下,如灰铸铁中含硫量不高于0.18%,同时又含有足够量的锰,硫的有害作用就不会太大。如果没有足够的含锰量,含硫高就有明显的稳定渗碳体的作用。石墨的形态也不好(尖锐石墨片)。

锰延缓奥氏体转变的作用很明显,在铸钢中是最便宜的、也是最常用的提高淬透性的合金元素。在灰铸铁中,锰也有提高基体淬透性的作用。由于灰铸铁不适宜淬火处理,这一优点是无从利用的。

锰对灰铸铁强度性能的影响有其两重性:一方面,锰能促进珠光体形成,且有一定的细化珠光体的作用,因而有助于提高强度;另一方面,含锰量太高会影响铁水的生核,使共晶团数量少,石墨粗大,甚至可能促成过冷石墨,从而使铸铁的强度降低。

关于锰在灰铸铁中的作用,英国铸铁研究协会(BCIRA)曾进行过系统的研究,美国铸造学会(AFS)也组织过有关的调查和研究,以下一些看法是目前为大家所认同的。灰铸铁中的超量锰为0.2-0.3%时,白口倾向最小,硬度也最低,当然强度也不高。将超量锰降低到0.1%左右,灰铸铁的抗拉强度会有较大幅度的提高,同时,布氏硬度也可能提高40-50单位,在这种情况下,应注意铸铁的加工性能是否适宜。超量锰在0。3%以上继续提高含锰量,可使灰铸铁基体中的珠光体增多,但并不一定能提高强度。

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