如何控制球墨铸铁中的锰含量？

（一） 锰对球墨铸铁基体组织的影响

锰是扩大γ区的元素。锰在α—Fe和γ—Fe中进行扩散要比碳在其中进行扩散要困难得多。由Fe—Mn相图得知，铁与锰在液态可完全互相溶解。当含锰量很高时，液相线与固相线几乎重叠在一起。

在球墨铸铁中，硫和氧已经在用镁或铈处理时被去除，或者结合成稳定的化合物。因此，少量的锰就可以作为合金元素而发挥作用。此时，锰的作用就是形成碳化物和珠光体。

图5-7　硅对球墨铸铁力学性能的影响

图5-8　含硅量对球墨铸铁和灰铸铁力学性能的影响对比

在球墨铸铁凝固时，锰使白口倾向增加。由于球墨铸铁具有粥样的凝固方式及含有残余镁量，所以它本身就具有很大的白口倾向。为此，要尽量把球墨铸铁的含锰量保持在最低的水平。这在制作薄壁铸件时，更要特别注意。例如，对于壁厚6mm以下的铸件，要求锰小于0．3%，只有这样才能得到没有游离渗碳体的基体组织。

对于厚大断面的铸件来说，锰是偏析倾向特别显著的元素。锰是在残余铁液中富集的元素。锰被不断长大着的共晶团所排挤，以致富集在共晶团边界上，因此便在共晶团边界上形成富锰的组织成分，最后则以碳化物形式凝固。如果形成的碳化物呈网状分布在共晶团边界上，则对力学性能极为有害。

锰是强烈稳定奥氏体的元素，它延迟奥氏体转变，并使其转变温度推移向更低的温度，每加入1%的锰，可使转变开始温度大约下降20℃。图5-9表明不同含锰量的球墨铸铁奥氏体等温转变图。

图5-9　两种不同含锰量的球墨铸铁的奥氏体等温转变图（925℃×5h均匀化，900℃×3h奥氏体化）

A—奥氏体；F—铁素体；P—珠光体；B—贝氏体；M—马氏体；G—石墨；Ms—马氏体转变开始温度（此时马氏体体积分数为1%）；Mf—马氏体转变终了温度 （此时马氏体体积分数为97%）(www.xing528.com)

锰对稳定珠光体的作用也很明显。在生产珠光体球墨铸铁时，可以利用锰的稳定珠光体作用，消除铁素体组织，特别是消除石墨球周围的铁素体（牛眼）组织。但是，锰促进珠光体的作用毕竟是有限的。例如，对于壁厚20mm、C为3．85%、Si为2．0%的球墨铸铁来说，为了消除石墨球周围的铁素体圈，须加入锰为1．3%。但这样高的含锰量会在基体中形成碳化物、白口层或者在共晶团边界形成网状碳化物。为此，即使是对于珠光体基体的球墨铸铁来说，锰也不应超过0．6%。要得到所期望的珠光体组织，准确和可靠的方法就是添加铜。对于铁素体基体的球墨铸铁来说，则锰的质量分数应在0．3%以下。

（二） 锰对球墨铸铁力学性能的影响

无论是在铁素体基体，还是在珠光体基体的球墨铸铁中，锰都提高抗拉强度和屈服极限，同时也提高硬度，如图5-10所示。由图5-10可以看出，对于珠光体球墨铸铁来说，提高含锰量对力学性能的影响更为明显。此时，珠光体随着锰量的增加而细化成为索氏体。对于铁素体球墨铸铁来说，锰的质量分数从0．6%～0．8%开始，对强度有明显的提高，这要归结于锰对铁素体的固溶强化。但是，断后伸长率将随含锰量的增加而显著下降。

锰对球墨铸铁的冲击韧度和脆性转变温度都有特别不利的影响。锰与其他合金元素以及微量元素对冲击韧度aK 的影响，可以式（5-1）计算出来（数字后的元素均以质量分数表示）：

图5-10　锰对球墨铸铁力学性能的影响

[球墨铸铁化学成分：w （C）=4．0%，w （Si）=2．2；w （Mg）=0．08%]

式中 aK——冲击韧度，以“×10J/cm2”表示。以上表明，锰的作用要比其他元素，特别是与微量元素（Pb、Sb）相比要微弱得多，但要指出的是，锰的含量是千分之几，而铅、锑等元素的含量则是微量。

锰对冲击韧度的脆性转变温度的影响，与其他合金元素对比，示于表5-1。由表5-1中可以看出，由于添加锰，使脆性转变温度的上限与下限变化很大。

表5-1　锰与其他合金元素对铁素体球铁脆性转变温度的对比

① C的质量分数在3．4%～4．0%之间。
② Cu的质量分数在0．1%～1．0%之间。
③ Sn的质量分数在0．01%～0．06%之间。