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化学成分中各元素在铸件中的作用 化学成分中各元素在铸铁中的作用 a.铸铁中，除铁以外，常存元素主要有：碳、硅、锰、磷、硫，统称之为铸铁的五元素，它们的作用如下： 碳 [碳的元素符号 C；原子序数 6；晶型六角（石墨）/钻石立方（金刚石）；相对原子质量 12；密度 2.25g/c㎡；熔点 3727℃；沸点 4830℃；比热容 0.693J/(g·℃)] 碳是铸铁的基本元素，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在。 碳是强烈促进石墨化的元素，增加碳量会增加石墨的数量，但会使石墨粗大；反之，减少碳量，会使石墨细小。 在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2.7%～3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能，对于亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高流动性。 在球墨铸铁中，碳的质量分数控制在3.5%～3.9%的范围内，经球化处理后，碳的质量分数通常会减少0.1%～0.3%，碳主要是以球状石墨形式存在，石墨呈球状后，石墨数量对力学性能的影响就不十分重要，但为了改善铸造性能，碳总是维持在较高线，并且利用石墨化的膨胀作用以补偿收缩，增加铸件的致密性，保证铸件有较高的力学性能。在共晶成分以上，增加碳含量易产生石墨漂浮，降低力学性能；在共晶成分下，增加碳含量可以提高镁的吸收率，有利于球化，但降低碳含量易产生游离渗碳体，使力学性能降低、脆性增加，同时增加缩孔和缩松等铸造缺陷。 在蠕墨铸铁中，碳的质量分数控制在3.5%～3.9%的范围内，经蠕化处理后，碳主要以蠕虫状石墨形式存在，碳高时，金属基体为铁素体，抗拉强度、弹性模量和硬度有降低趋势，而冲击韧性和伸长率较好；碳低时，金属基体主要为珠光体，抗拉强度、弹性模量和硬度有所改善，而冲击韧性和伸长率有所下降。为了获得良好的流动性且有较低的收缩性，通常希望碳质量分数在3.5%～3.8%。 在可锻铸铁中，对于黑心可锻铸铁，碳的质量分数控制在2.3%～2.8%的范围内，碳主要以团絮状石墨形式存在。高碳量，对退火过程中第一阶段石墨化影响不大，但能加快第二阶段石墨化速度；碳含量过高，容易析出初生石墨，出现麻口和灰口，或退火后石墨数量增多并粗大疏松，导致力学性能下降；降低碳含量，可保证获得纯白口铸坯，使退火后得到的石墨细小、紧密、分布均匀，力学性能较高；碳含量过低，会使流动性变差、容易产生缩松、缩孔和裂纹等缺陷。对于白心可锻铸铁，碳的质量分数控制在2.8%～3.4%。 硅 [硅的元素符号 Si；原子序数 14；晶型钻石立方；相对原子质量 28.1；密度 2.33g/c㎡；熔点 1412℃；沸点 3310℃；比热容 0.680J/(g·℃)；溶解热 1418.4J/g] 硅是铸铁的常存五元素之一，能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用为碳的1/3左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。 在灰铸铁中，硅的质量分数控制在1.1%～2.7%的范围内，一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。当薄壁铸件出现白口时，可提高碳硅含量使之变灰；当厚壁铸件出现粗大石墨时，应适当降低碳硅含量，并达到提高机械强度和硬度的目的。 在球墨铸铁中，球化前的硅的质量分数控制在1.0%～2.0%的范围内，这主要考虑到球化时球化孕育剂还要带入一部分硅量，通常，球化后的硅的质量分数最终控制在1.8%～3.3%，在此范围内，随着硅量的提高，铁素体量增加，并能细化石墨，提高球状石墨的圆整度，但硅能提高韧性-脆性转变温度，降低冲击韧性，因此，对于珠光体球墨铸铁，硅的质量分数最终控制在1.8%～2.5%较为合适，以不出现自由渗碳体为原则；对于铁素体球墨铸铁，硅含量最终控制在2.6%～3.3%，以不显著降低韧性为原则。 在蠕墨铸铁中，蠕化前的硅的质量分数控制在1.1%～2.0%的范围内，这同样考虑到蠕化时蠕化孕育剂也要带入一部分硅量，通常，蠕化后的硅的质量分数最终控制在2.0%～3.0%，在此范围内，随着硅量的提高，铁素体量有所增加，而珠光体量有所减少，如果硅量过高或者薄断面冷却速度快，往往会使蠕墨铸铁中产生较多的球状石墨，因此原铁液的硅量可稍微降低些。 在可锻铸铁中，对于黑心可锻铸铁，硅的含量控制在1.1%～2.2%的范围内，以获得铸态白口组织为原则，提高硅量能适当提高铁液流动性、减