球墨铸铁中碳的含量以及其对球化效果的影响

（一） 碳对球墨铸铁铸造性能和球化效果的影响

图5-1　球墨铸铁含碳量、残余镁量与石墨形状的关系

注：w （Si）=2．5%，试棒为Φ30mm

含碳量高，则析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。提高含碳量可以减小缩孔体积，减少缩松面积，可使铸件致密。大约碳在4．0%～4．3%的范围，缩松倾向最小；含碳量过高，降低缩松的作用不明显，反而出现严重的石墨漂浮。

含碳量在一定程度上影响球化效果，图5 1表示镁球墨铸铁含碳量、残余镁量与石墨形状的关系。图5-1中曲线2表示保证球化所需镁量的临界值，此线以下出现片状石墨，此线以上为球化区；超过曲线3，即出现白口。图5-1表明，含碳量高，则为保证球化所需的残余镁量要增多，例如，碳由3．0%提高到4．0%时，则残余镁量要由0．028%增加到0．044%，才能保证球化。

（二） 碳对球墨铸铁力学性能的影响

含碳量高，则石墨球数随之增加；因石墨呈球状，则含碳量对力学性能的影响就不如片状石墨的显著。因此，含碳量对球墨铸铁力学性能的影响主要是通过其对金属基体的影响起作用。对铸态球墨铸铁来说，增加含碳量可以减少游离渗碳体，碳接近3%时，渗碳体消失；超过3．0%时，开始出现铁素体。此时力学性能相应发生变化；增加含碳量导致硬度下降，断后伸长率上升；当碳的质量分数接近3．0%时，则出现最高的抗拉强度 （见图5-2）。

图5-2　碳量对铸态和退火态球墨铸铁力学性能的影响

图5-3　碳对球墨铸铁冲击韧度的影响

（试样中的硅为2．61%～2．76%）(www.xing528.com)

球墨铸铁退火后，游离渗碳体分解，基体组织为铁素体。此时，含碳量是通过对石墨球数量、球径大小及其圆整度的变化来影响力学性能。随着含碳量的增加，硬度和抗拉强度相继下降，屈服强度亦有稍许下降。这是因为，随着含碳量增加，石墨球数量增多，导致金属基体抵抗外力的有效面积减少所致。

提高含碳量（碳高于3．2%的范围），可以增加冲击韧度（见图5-3）。

综合上述，选择含碳量应从保证球墨铸铁具有良好的力学性能和铸造性能两方面考虑，选择高碳量有助于获得健全铸件。对于退火铸件来说，含碳量对力学性能的影响不显著；对于铸态球墨铸铁件来说，则应采用高碳量。在球墨铸铁的生产中，碳一般为3．5%～3．8%，高碳量即指碳为3．8%。

但是，在球墨铸铁生产中，需要加入较多的硅，而引起碳当量发生变化。因此，球墨铸铁力学性能还必须考虑碳当量的影响。

（三） 碳当量

1．对流动性的影响

碳当量对球墨铸铁的流动性影响很大。提高碳当量可以增加球墨铸铁的流动性。在碳当量为4．6%～4．8%时，流动性最好，有利于浇注成形、补缩；碳当量继续增加，则流动性反而下降。

2．对缩孔、缩松的影响

图5-4表明碳当量与球墨铸铁缩孔体积的关系。随着碳当量的增加，缩孔体积不断增加；碳当量在4．2%左右时，缩孔体积最大。碳当量继续增加，缩孔体积反而减小。

图5-4　球墨铸铁碳当量和集中缩孔体积的关系

碳当量对缩松的影响列于图5-5。图中表明，碳当量为4．8%时，缩松倾向最小，大于或小于该数值，缩松倾向均增加。为此，把碳当量控制在4．2%～4．8%之间，则缩孔小、缩松少，可以获得健全铸件。