微量合金化元素在提高石墨形态和力学性能方面的作用及注意事项

进入20世纪70年代，把干扰球化元素以微量添加到厚大断面球墨铸铁中，可以取得良好的效果。特别是在有稀土作用的情况下，可使其干扰球化的作用得到中和。因此，把这些元素有意加入到球墨铸铁中就叫作微量合金化。

（一） 锑

在球墨铸铁中，如果锑为0．002%～0．01%，则会使石墨圆整度提高，使石墨球数增加，尤其对于厚大断面球墨铸铁，效果更为明显。为此，美国汽车工程师学会制定了加锑球墨铸铁的标准。

生产实践表明，只要加入0．002%的锑，就可使石墨球数量增多。对于壁厚200mm的铸件，加入0．005%的锑，经过孕育处理后，可得到十分圆整的石墨球，并且在单位面积上石墨球的数量与不加锑相比增加了1倍。

锑可使球墨铸铁基体组织中的珠光体数量增加，一般加入在0．006%～0．01%范围内。

为了改善大断面球墨铸铁件的性能，除了控制锑的加入量以外，还要加入一定数量的稀土（一般在球墨铸铁中的残余稀土为0．01%～0．03%）。

（二） 铋

在球墨铸铁中加入微量铋[w（Bi）≤0．01%]，在含有稀土铈的情况下，在直径为300mm的试样中，可以得到是原来相同条件 （但不含铋）下6倍数量的石墨球。当加铋量在一定的范围以内时，它对消除变态石墨、形成球状石墨是有利的。但是，由于其他因素的影响，在球墨铸铁中单独加铋的效果往往是时好时坏。

（三） 钛

在球墨铸铁中，即使有少量的钛，也会导致形成变态石墨，并且还使镁处理后对断面的敏感性增高。当w（Ti）＞0．1%时，由于石墨畸变，导致断后伸长率和冲击韧度降低，同时，抗拉强度和屈服极限也急剧下降。

钛的干扰球化作用可能是间接的，钛具有很强还原能力，由此钛在铁液中可把锑、铋、铅等微量元素还原出来，从而破坏石墨的球化。

（四） 铅

铅是强烈干扰球化的元素，只要球墨铸铁中含有0．01%的铅，就会使石墨球严重畸变。但是，在厚大断面的球墨铸铁中，加入微量铅 （质量分数为十万分之几），并在有适量稀土的情况下，可以改善石墨畸变。研究表明，铅可使奥氏体的导热能力降低，防止铁液中奥氏体壳的崩解，因而有助于最终形成球状石墨。

（五） 锡(www.xing528.com)

与锑相似，在球墨铸铁中附加0．06%～0．1%的锡，可使基体组织中的珠光体数量明显增加。在w（Sn）=0．02%～0．03%、w（Pb）=0．0005%时，冲击韧度得到改善，这种作用归结为在晶界形成了低熔点的区域，因而改善了变形能力。如果锡为0．08%或铅达0．001%时，则冲击韧度下降和脆性转变温度升高，这是由于石墨形状的恶化所造成的结果。

（六） 碲

与硫相似，碲在球化处理的过程中要消耗镁，导致为球化所必须的镁量减少，使石墨畸变。在厚大断面球墨铸铁，特别是在轧辊生产中往往加入微量蹄，以改善和防止石墨畸变。

上述的微量合金元素均可在不同程度上改善石墨形态，防止畸变，并可增加石墨球数。此外，这些微量合金化元素还能在不同程度上促使形成珠光体，使基体组织中的珠光体数量增多。式 （5-3）列举了微量合金化元素Sn、Pb、Bi、As、Sb与一般形成珠光体的元素Mn、Cu、Cr共同影响珠光体数量的结果。这是通过回归分析得出的各种元素对铸态球墨铸铁基体组织的影响：

式中 Px——珠光体系数，它与基体中铁素体含量有式（5-4）的关系；

F——铁素体的体积分数（%）；

e——自然对数的底。

在式（5-3）中，各元素含量的临界范围分别是（质量分数，%）：

As≤0．02 Pb≤0．005 Mn≤1．0

Sb≤0．005 Bi≤0．005 Mg=0．05～0．09

Sn≤0．02 Cr≤0．15

Cu≤0．2 Si=2．1～3．1

尽管上述微量合金化元素对球墨铸铁，特别是对厚大断面球墨铸铁具有一定良好的作用，但这一定要同时加入相应数量的稀土元素。虽然，这些微量合金化元素在防止石墨畸变提高力学性能方面，效果是显著的，但一定要遵循严格的定量控制，还要防止因这些元素在共晶团边界的富集导致材质脆性的增加。换句话说，用其优点，但必须警惕其有害的一面。