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錳和硫元素對鑄鐵的影響
雙擊自動滾屏 發布者:南京固琦 發布時間:2019-4-4 閱讀:172

鑄鐵凝固過程中,碳、硅、鋁、硫、銅和鎳等元素都有促進石墨形成的作用,可認為是石墨化元素。但是,各元素的效能卻很不相同,例如,銅的作用大約是硅的20%。鎳和銅還有雙重作用:共晶轉變時促進石墨化;共析轉變時卻抑制石墨化,有助于形成較多較細的珠光體,所以也可以將其視為珠光體穩定元素。

鈦的影響也很復雜。一般說來,鈦是很強的碳化物形成元素,但當其含量很少時(如<0.08%),它的微細的化合物可作為石墨的核心,有促進石墨化的作用。

錫、銻、錳、鉬、鉻、釩和鈮等都能阻礙石墨的析出和成長,增強形成滲碳體的傾向,都屬于滲碳體穩定元素。其中,鉬的作用與其加入量有關。鑄鐵中含鉬量,<0.8%時,鉬的作用溫和,表現為使珠光體細化,含量提高就是滲碳體穩定元素。一般認為:錳的作用是增加鑄鐵的珠光體量,提高鑄鐵的強度。實際上,錳的作也是多方面,含量高時,會使石墨粗大,從而降低鑄鐵的強度。

本文的開始,我們就談到了提高灰鑄鐵件的強度及其綜合質量的目標,現在就從這個角度來談談灰鑄鐵中常用的合金元素。

1.錳和硫

一般說來,硫是有害元素。但對灰鑄鐵來講,含少量的硫對于石墨的生核和共晶團的細化都有非常重要的作用。所以,灰鑄鐵中的含硫量不宜低于0.06%,最好保持在0.06% 0.08%之間。含硫量太高(>0.18%),則各種有害作用都會顯現,損害鑄件的質量。

硫是化學活性強的元素,在鑄鐵中含錳量很低時,硫與鐵生成化合物FeS(熔點1193℃),也與鐵和碳形成低熔點的共晶體(含碳0.17%,硫31.7%,其余為鐵,熔點975℃)。

FeS可以完全溶解于鐵液中。鐵液凝固時,硫或FeS在奧氏體和滲碳體的固溶度很小,逐漸富集于剩余的液相中,最后以硫化物的形式析出,鑄鐵中含硫量為0.02%時,即可出現獨立的硫化物。

在灰鑄鐵中,硫與錳的親和力比其與鐵的親和力大得多,下式表述的反應中,MnS的形成是占優勢的。Mn+FeS MnS + FeMnS的熔點為1620℃,在灰鑄鐵中,MnS是細小而無害的藍灰色夾雜物,散亂地分布在金屬基體中,而且有助于改善鑄鐵的加工性能、提高工具的壽命;诣T鐵中,MnSFeS可以互溶,所以, 復合硫化物(MnFeS中,錳和硫的量是可變的。硫和氧也可以互溶,所以,灰鑄鐵中,硫化物的情況很復雜,生成的化合物可以用FexMnySvOw來表示,其中x、y、vW的值會因鑄鐵的具體條件而改變.

硫以FeS或三元共晶存在時,在鑄鐵凝固過程中,偏析于共晶團界面的液相中,阻礙共晶團的成長,使共晶凝固時的過冷度增加,因而使鑄鐵的白口傾向增大。凝固以后,偏析于共晶團邊界上的FeS或三元共晶,又會使鑄鐵的力學性能低下,脆性大。這就是硫的有害作用。

如果鑄鐵中加有足夠量的錳以抑制FeS的產生,并形成細小而分散的硫化物夾雜,硫就會在石墨的生核和成長中起積極而有益的作用。結果,鑄鐵組織中共晶團細小,石墨為A型,也不會出現白口。為使石墨片的形態令人滿意,灰鑄鐵中硫的最低含量應是0.06%。含硫量低于此值,鑄鐵中石墨片的分布狀況就不好,且易產生白口。

錳在灰鑄鐵中的主要作用是約束硫,抑制FeS的形成。由于錳與硫的原子量的比值為1.71。鑄鐵中的錳與硫化合形成MnS的當量比為1.71時,認為其處于錳硫平衡狀態。含量高于平衡狀態的錳,稱為“超量錳”,含錳量低于平衡狀態時,則屬于“硫超量”。

前面說到的反應是可逆的,如欲使FeS充分地與錳作用生成MnS,必須有適當的超量錳。在正常的作業條件下,如灰鑄鐵中含硫量不高于0.18%,同時又含有足夠量的錳,硫的有害作用就不會太大。如果沒有足夠的含錳量,含硫高就有明顯的穩定滲碳體的作用。石墨的形態也不好(尖銳石墨片)。

錳延緩奧氏體轉變的作用很明顯,在鑄鋼中是最便宜的、也是最常用的提高淬透性的合金元素。在灰鑄鐵中,錳也有提高基體淬透性的作用。由于灰鑄鐵不適宜淬火處理,這一優點是無從利用的。

錳對灰鑄鐵強度性能的影響有其兩重性:一方面,錳能促進珠光體形成,且有一定的細化珠光體的作用,因而有助于提高強度;另一方面,含錳量太高會影響鐵水的生核,使共晶團數量少,石墨粗大,甚至可能促成過冷石墨,從而使鑄鐵的強度降低。

關于錳在灰鑄鐵中的作用,英國鑄鐵研究協會(BCIRA)曾進行過系統的研究,美國鑄造學會(AFS)也組織過有關的調查和研究,以下一些看法是目前為大家所認同的;诣T鐵中的超量錳為0.2-0.3%時,白口傾向最小,硬度也最低,當然強度也不高。將超量錳降低到0.1%左右,灰鑄鐵的抗拉強度會有較大幅度的提高,同時,布氏硬度也可能提高40-50單位,在這種情況下,應注意鑄鐵的加工性能是否適宜。超量錳在0.3%以上繼續提高含錳量,可使灰鑄鐵基體中的珠光體增多,但并不一定能提高強度。

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