镍的作用及适用范围：球墨铸铁中的关键元素

（一） 镍对球墨铸铁基体组织的影响

镍在铁液中和固态球墨铸铁中均能无限溶解。镍具有排碳作用，这在高镍球墨铸铁中，必须给予特别的注意。镍不与碳形成碳化物。作为石墨化元素，镍可使白口倾向降低；不过，镍的降低白口倾向的能力只是硅的1/4～1/3，并且这种能力还随着含镍量的增加而减弱。因此，对于高镍球墨铸铁来说，必须含有一定量的硅，以确保呈灰口凝固。

镍对石墨形态没有影响，对共晶团数量也没有影响。与铜相似，镍在球墨铸铁凝固时呈负偏析，即它在初生奥氏体和共晶团内部富集，而在残余铁液中则贫化。

镍是稳定奥氏体元素，它使奥氏体转变温度降低，在w（Ni）=1%～5%的范围内，每质量分数为1%的镍大约降低30℃。每加入1%的镍，共析含碳量大约减少0．05%。加镍使奥氏体等温转变的开始时间推迟，并把珠光体转变温度推移至较低的温度。

镍比铜的作用强烈，加入少量镍就可使球墨铸铁中的铁素体受到抑制。镍可减小球墨铸铁的断面敏感性。由于镍使奥氏体转变温度降低，因而使珠光体细化，并使珠光体数量增多。

图5-18　球墨铸铁中基体组织与含镍量、含硅量的关系(www.xing528.com)

较多的镍与钼结合，可使球墨铸铁具有针状贝氏体组织，更多的镍会使球墨铸铁具有马氏体组织，当w（Ni）＞18%时，得到奥氏体组织。它的稳定程度取决于铸件壁厚和其他元素 （如硅、锰等）的含量。对壁厚25mm、碳为2%～3%的球墨铸铁，图5-18示出了预期的基体组织与含镍量、含硅量的关系。

（二） 镍对球墨铸铁力学性能的影响

镍可提高球墨铸铁的强度和冲击韧度，特别是与少量钼结合使用时，效果更为明显。镍强化铁素体，每加入0．5%的镍，可使铁素体基体的球墨铸铁屈服强度提高18MPa。当w（Si）=2%～3%时，镍降低脆性转变温度，即含镍球墨铸铁在低温具有更高的冲击韧度。

含有2．25%的Si、0．75%的Mn和2．0%的Ni的球墨铸铁，在25mm和100mm断面上分别具有的力学性能见表5-4。

表5-4　加镍球墨铸铁的力学性能

含镍球墨铸铁经正火处理后的硬度随壁厚的变化如图5-19所示。由图5-19可以看出，随着含镍量增加，硬度增加，在与钼或钒的复合作用下，硬度增加更为明显。对于壁厚25mm断面来说，w（Ni）=1%～2%的球墨铸铁经正火处理后具有珠光体基体组织；当把含镍增加至3．75%并附加w（Mo）=0．25%时，基体组织为贝氏体；含有3．75%的Ni和0．55%的Mo的球墨铸铁则具有最高的硬度，其体组织是马氏体和少量残余奥氏体。