合金元素在铁素体球墨铸铁中作用共18页
金属材料学
1、合金元素在钢中的存在形式1．形成铁基固溶体（1）形成铁基置换固溶体（2）形成铁基间隙固溶体2．形成合金渗碳体或碳化物3．形成金属间化合物4．形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相2、奥氏体形成元素和铁素体形成元素有哪些？对A、S点的影响如何？奥氏体形成元素：开启γ相区(无限扩大γ相区) ：这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。
如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相从相图上消失，γ相保持到室温，故而由γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。
扩展γ相区(有限扩大γ相区)：虽然γ相区也随合金元素的加入而扩大，但由于合金元素与α-Fe和γ-Fe均形成有限固溶体，并且也使A3（GS线）降低，A4（JN线）升高，但最终不能使γ相区完全开启。
这类合金元素主要有C、N、Cu、Zn、Au等。
γ相区借助C及N而扩展，当C含量在0~2.11%（重量）范围内，均可以获得均匀化的固溶体（奥氏体），这构成了钢的整个热处理的基础。
α相稳定化元素（铁素体形成元素）：合金元素使A4降低，A3升高，在较宽的成分范围内，促使铁素体形成，即缩小了γ相区。
根据Fe-Me相图的不同，可分为：封闭γ相区(无限扩大α相区)；缩小γ相区(不能使γ相区封闭)。
①封闭γ相区(无限扩大α相区) 当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。
这类合金元素有：Si、Al 和强碳化物形成元素Cr、W、Mo、V、Ti 、P及Be 等。
但应该指出，含Cr 量小于7%时，A3 下降；含Cr 量大于7%时，A3 才上升。
②缩小γ相区(不能使γ相区封闭)合金元素使A3 升高，A4 下降，使相区缩小，但不能使其完全封闭。
这类合金元素有：B、Nb、Zr、Ta 等。
3 、形成碳化物碳化物形成元素：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Ti、Zr等。
铁碳合金及铸铁显微组织观察
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（2）金相显微镜的维护
1）细心操作，不许自行拆卸光学系统。
2）显微镜镜头及试样观察面严禁手接触，若镜
头中有灰尘可用镜头纸或软毛刷(máo shuā)轻擦拭。 3）更换物镜或调焦时，不许有任何剧烈动作，
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T12钢的显微(xiǎn 组织 wēi)
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亚共晶白口铁的显微(xiǎn wēi) 组织
第十六页，共三十二页。
共晶白口铁的显微(xiǎn wēi)组织
第十七页，共三十二页。
过共晶白口铁的显微(xiǎn wēi) 组织
第十八页，共三十二页。
铁碳合金(héjīn)平衡组织分析实验报告
关系。 二、实验内容与方法
在金相显微镜下观察各种铸铁的显微组织，分 辨各种灰铸铁的基体类型及石墨的形态、大小、数
量与分布。并绘出各种铸铁的显微组织示意图。
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铁素体灰铸铁的显微(xiǎn 组 wēi) 织
第二十三页，共三十二页。
珠光体灰铸铁的显微(xiǎn 组 wēi) 织
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铁素体球墨铸铁的显微(xiǎn wēi) 组织
第二十五页，共三十二页。
铁素体+珠光体球墨铸铁的显微(xiǎn 组织 wēi)
第二十六页，共三十二页。
珠光体球墨铸铁的显微(xiǎn wēi)组织
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下贝氏体球墨铸铁的显微(xiǎn 组织 wēi)
第二十八页，共三十二页。
珠光体可锻铸铁(kěduàn-zhùtiě)的显微组织
灰铸铁件常用合金元素及其作用
渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微 镜下呈白亮色。渗碳体的显微组织形态很多， 在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、 网状或板状。 渗碳体硬度很高而塑性和冲击 韧性几乎为零，脆性极大，是铸铁件的强化 相。
灰铸铁中碳含量越高，强度越低。增加含碳 量，可使铸铁的石墨化程度增加，石墨变得 粗大，基体中珠光体含量减少，铁素体增加。
S
硫在铸铁中是有害元素。硫能完全溶于铁液， 并增强Fe-C原子间的结合力，因此是阻碍石 墨化的元素。此外硫还恶化铸铁的铸造性能， 降低流动性，增大裂纹倾向等。但是少量的 硫可以促进石墨生核并细化晶粒。因此灰铁 件中硫的含量最好控制在0.06%-0.08%。
以上五种元素广泛应用于所有灰铸铁件，除 某些特种用途的铸铁件外，硫、磷均被视为 有害元素，需要严格控制含量。
总之，锰在灰铸铁中的作用主要是中和硫的 影响，含量不宜过高。
P
磷能完全溶于铁液中。当铁液中磷含量超过 0.2%就可能出现磷共晶。磷共晶硬而脆，可 提高铸铁耐磨性，某些耐磨高磷铸铁磷含量 可达0.6 %。合金元素会在磷共晶附近偏析， 而削弱合金的作用。同时，磷共晶附近为糊 状凝固，会增大铸件缩松倾向。
Cu
铜可以促进石墨化（作用相当于硅的1/5）； 减小白口倾向；促进珠光体形成并细化晶粒； 有微弱的细化石墨的作用并能稳定铁素体。 对于高碳、低硅铸铁，加铜后提高强度和硬 度的作用可靠且明显。通常加入量小于1%。
Ni
镍的作用与铜相似，既能促进石墨化，减轻 白口倾向，又可以促进珠光体形成，细化晶 粒。加镍可以提高铸铁的强度以及耐磨性， 高镍铸铁通常用作耐磨材料。
合金元素对铸件的影响
常见合金元素对铸件的影响主要体现在： 1.对共晶凝固时石墨化的影响； 2.对临界转变温度的影响； 3.稳定奥氏体； 4.能否细化珠光体； 5.能否形成其他组织等方面。
合金元素的作用
0.4-0.6
0.40
0.15
HT150
<20
20-30
>30
3.5-3.7
3.4-3.6
3.3-3.5
2.2-2.4
2.0-2.3
1.8-2.2
0.4-0.6
0.40
0.15
HT200
<20
20-40
>40
3.3-3.5
3.2-3.4
3.1-3.3
1.9-2.3
1.8-2.2
1.6-1.9
Sb（锑）
1．强烈促进形成珠光体
2．0.002%~0.01%时，对球墨铸铁有使石墨球细化的作用，尤其对大断面球墨铸铁有效
3．其干扰球化的作用，可用稀土元素中和
4．灰铸铁中的加入量为<0.02%，球墨铸铁中的适宜量为0.002%~0.010%
Bi（铋）
1．球墨铸铁中加铋能很有效地细化石墨球
2．大断面球墨铸铁中加铋能防止石墨畸变
0.15
0.10
HT400
>25
2.8-3.0
1.0-1.5
0.8-1.2
0.15
0.10
反球化元素的界限量
元素
Al
Ti
Pb
As
Sb
Bi
Zr
Sn
Te
Se界限量（%）0.Fra bibliotek50.07
0.002
0.05
0.01
0.002
0.03
0.05
0.003
0.0SSS3
2．能细化石墨，增加化合碳量，白口倾向有所增加，强度、硬度有提高趋势，加入量可在0.1%~0.3%
球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响
球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五种元素。
对于一些对组织及性能有特殊要求的铸件，还包括少量的合金元素。
为保证石墨球化，球墨铸铁中还须含有微量的残留球化元素。
以下就球墨铸铁中所含的化学成分及其含量对性能的影响做详细的阐述：1、碳的作用和影响：碳是球墨铸铁的基本元素，碳高有助于石墨化。
由于石墨呈球状后石墨对机械性能的影响已减小到最低程度，球墨铸铁的含碳量一般较高，在3.5～3.9%之间，碳当量在4.1～4.7%之间。
铸件壁薄、球化元素残留量大或孕育不充分时取上限；反之，取下限。
将碳当量选择在共晶点附近不仅可以改善铁液的流动性，对于球墨铸铁而言，碳当量的提高还会由于提高了铸铁凝固时的石墨化膨胀提高铁液的自补缩能力。
但是，碳含量过高，会引起石墨漂浮。
2、硅的作用和影响在球墨铸铁中，硅是第二个有重要影响的元素，它不仅可以有效地减小白口倾向，增加铁素体量，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。
但是，硅提高铸铁的韧脆性转变温度，降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高，尤其是当铸铁中锰和磷含量较高时，更需要严格控制硅的含量。
3、硫的作用和影响硫是一种反球化元素，它与镁、稀土等球化元素有很强的亲合力，硫的存在会大量消耗铁液中的球化元素，形成镁和稀土的硫化物，引起夹渣、气孔等铸造缺陷。
球墨铸铁中硫的含量一般要求小于0.06%。
4、磷的作用和影响磷是一种有害元素。
它在铸铁中溶解度极低，当其含量小于0.05%时，固溶于基体中，对力学性能几乎没有影响。
当含量大于0.05%时，磷极易偏析于共晶团边界，形成二元、三元或复合磷共晶，降低铸铁的韧性。
磷提高铸铁的韧脆性转变温度，当含磷量增加时，韧脆性转变温度就会提高。
5、锰的作用和影响球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，帮助形成炭化锰、炭化铁。
这些碳化物偏析于晶界，对球墨铸铁的韧性影响很大。
锰也会提高铁素体球墨铸铁的韧脆性转变温度，锰含量每增加0.1%，脆性转变温度提高10～12℃。
铸铁ppt课件
11.2.4 影响铸铁结晶的因素
冷却速度的影响 冷速慢有利于按Fe－C相图进行结晶，石墨化 越容易进行。 冷速快有利于 形成白口铁
不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织
11.3 灰铸铁
概述 灰铸铁中石墨呈片状，断口呈灰色，是使
用最多的铸铁，占铸铁总量的80％以上。 灰铸铁分为：普通灰铁和孕育灰铁－通过孕育 处理，使石墨的片层变细，强度高于普通灰铁 牌号表示：HT100，HT150，HT200 属普通灰铁
11.2.4 影响铸铁结晶的因素
为综合考虑C，Si，P对铸铁组织及石墨化的影 响，引入了两个参量：碳当量和共晶度。
碳当量：把Si，P折合成相当的碳含量 CE＝WC ＋1/3W(Si+P)
共晶度：表示铸铁中碳含量接近共晶碳含量的程度 Sc=WC/[4.3%-1/3W(Si+P)]
Sc=1为共晶 >1为过共晶
球墨铸铁
一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态
2.石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形
片状
蟹状
球形
蠕虫状
团絮状
二、铸铁的分类
按石墨存在的形式及石墨形态分类
灰口铸铁 C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色
球墨铸铁 C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在
蠕墨铸铁 C全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在
球化剂：Mg，稀土－硅铁合金，稀土－ 硅铁－镁合金（应用最广泛）
孕育处理：由于球化处理只能在铁液中 有石墨核心时，才能促进石墨生成球 形，而常用的球化剂都强烈阻碍石墨 化，因此，在球化处理同时，必须进 行孕育处理（石墨化处理），获得球 径小，数量多，圆度好，分布均匀的 球状石墨
Cr合金铸态球墨铸铁的组织和性能——Cr在铸态球墨铸铁中的应用1
C r合金铸态球墨铸铁的组织和性能——C r在铸态球墨铸铁中的应用(1)饶群章，张元好，何汉军，史秋月(湖北汽车工业学院，湖北十堰442002)摘要：研究了cr铸态球铁抗拉强度、伸长率、硬度与珠光体体积分数的关系曲线，比较后认为cr铸态球铁比cu铸态球铁具有更好的疲劳性能。
车削试验表明：cr铸态球铁车削力大于cu铸态球铁而小于钢；钻削试验结果显示：cr铸态球铁的钻削力大于C u铸态球铁而小于钢。
关键词：c r合金化；铸态球铁；组织；性能中图分类号：TG257文献标识码：A文章编号：1003—8345(2009)05—0038—05M i cr os t ruct l l re an d P r oper t i e s of C r—A I l oyed A s—Cast N odul ar I r on——A ppl i cat i on of C r i n A s—C ast N odul ar Ir on(I)R A0Q un—zhang，zH A N G Y ua n—ha o，H E H an-j un，SH I Q i u—yue(H ubei A ut om ot i ve Technol ogy C ol l ege，S h i yan442002，C hi na)A bSt r觚t：T he r el at i onshi p cu r v e bet w e en t ens i l e s tr ength，el o ngat i on，h ar dne ss a nd pearl i t e vo l um e f r acti on of t he C r—al l oye d a s—c as t no du l ar i r o n w as i nvest i gat ed．T h e com par i son s h ow ed t hat t he C r—al l oye d a s—c a st no du l ar i m n has eV e nm or e hi g her f at i gue pr oper t i es t h an C u—al l oyed as—cas t no du l ar i r o n．T u r ni ng t e s t s how e d t h at t he t um i ng{br ce of C r—al l oye d a s—c as t no du l ar i rD n w as bi g ger t ha n C u—al l oyed a s—c a st no du l ar i r on，how eV er l es s t ha n s t eel；and t he dri l l iⅡg t e s t al so s h ow ed t he s a m e res ul t．K e y w or d s：C卜a l l oyi ng；as—c ast no du l ar i r o n；st m ct ur e；pm per t y传统的铸态高强度珠光体球铁，都加人cu、N i、M o、Sn等合金元素(其中一种或数种合用)，但这些金属价格昂贵。
合金元素在钢中的作用一览表
合金元素在钢中的作用一、发展合金钢的原因为什么要发展合金钢？当碳钢不能满足力学性能或某种特殊性能的要求时，就要采用合金钢。
合金钢就是在碳钢中适量地加入一种或几种其他元素而制成的具有特殊性能的钢。
合金钢一般具有较好的力学性能，而且因加入合金元素不同，还具有一些特殊性能，如高的耐磨性、耐蚀性、高磁性等。
碳素钢的缺陷1、综合机械性能差虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同一成分中得到配合完善的综合机械性能。
2、热稳定性差碳钢在使用温度超过200℃后，软化变形，机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于高温场合。
3、耐腐蚀性差碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤其对酸几乎没有任何抵御能力。
4、淬透性差碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零件。
淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又淬不上火或淬透层很浅。
5、不能满足某些特殊性能要求如：耐低温、高磁性、无磁性等等。
二、合金元素在钢中的作用加入合金元素的作用如下：⑴、提高力学性能。
①、合金元素能溶入а-Fe，会使а-Fe晶格产生畸变，降低位错的易动性，产生固溶强化的效果，使铁素体的强度、硬度提高。
硅、锰可显著提高铁素体的硬度和强度，但含量过小时，对韧性影响不大。
铬、镍这两个元素含量适当时，可提高铁素体的硬度和强度，也可提高韧性。
②、合金元素可形成碳化物，使钢得到强化。
③、合金元素可使晶粒细化，提高钢的力学性能。
⑵、改善钢的热处理工艺性能。
加入合金元素后可提高钢的淬透性和回火稳定性。
⑶、可使钢获得特殊的物理、化学性能。
加入合金元素后，可使钢得到各种特殊性能，如耐酸、耐碱、高磁、耐高温等。
常见合金元素在钢中的作用为了合金化而加入的合金元素，最常用的有碳、硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒，钛，铌、硼、铝、硫、磷、氧等。
现分别说明它们在钢中的作用。
1、碳在钢中的作用：⑴、提高钢的硬度、强度2、硅在钢中的作用:⑴、提高钢的淬火、正火和退火温度，提高钢的回火稳定性和抗氧化性。