球墨铸铁五大元素的选择

球墨铸铁化学成分主要包括碳、硅、锰、硫、磷五大常见元素。

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。

同普通灰铸铁不同的是，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。

1、碳及碳当量的选择原则：
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。

因此，球墨铸铁中碳当量的上限以不出现石墨漂浮为原则。

2、硅的选择原则：
硅是强石墨化元素。

在球墨铸铁中，硅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（图1），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。

球墨铸铁中终硅量一般在1.4—3.0%。

选定碳当量后，一般采取高碳低硅强化孕育的原则。

硅的下限以不出现自由渗碳体为原则。

图1 硅对铁素体球墨铸铁脆性转变温度的影响
球墨铸铁中碳硅含量确定以后，可用图2进行检验。

如果碳硅含量在图中的阴影区，则成分设计基本合适。

如果高于最佳区域，则容易出现石墨漂浮现象。

如果低于最佳区域，则容易出现缩松缺陷和自由碳化物。

图2 球墨铸铁中碳硅含量
3、锰的选择原则：
由于球墨铸铁中硫的含量已经很低，不需要过多的锰来中和硫，球墨铸铁中锰的作用就主要表现在增加珠光体的稳定性，促进形成(Fe、Mn)3C。

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℃。

因此，球墨铸铁中锰含量一般是愈低愈好，即使珠光体球墨铸铁，锰含量也不宜超过0.4～0.6%。

只有以提高耐磨性为目的的中锰球铁和贝氏体球铁例外。

4、磷的选择原则：
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，含磷量每增加0.01%，韧脆性转变温度提高4～4.5℃。

因此，球墨铸铁中磷的含量愈低愈好，一般情况下应低于0.08%。

对于比较重要的铸件，磷含量应低于0.05%。

5、硫的选择原则：
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%。

6、球化元素的选择原则：
目前在工业上使用的球化元素主要是镁和稀土。

镁和稀土元素可以中和硫等反球化元素的作用，使石墨按球状生长。

镁和稀土的残留量应根据铁液中硫等反球化元素的含量确定。

在保证球化合格的前提下，镁和稀土的残留量应尽量低。

镁和稀土残留量过高，会增加铁液的白口倾向，并会由于它们在晶界上偏析而影响铸件的机械性能。