合金元素的等温转变行为探析

（一） 钼

钼易形成碳化物。在共晶转变时，钼呈正偏析，并且其偏析程度比锰更强烈，比锰更容易产生共晶碳化物。这种碳化物非常稳定，甚至通过长时间的石墨化退火 （950℃/30h）也难以完全消除。由于钼与锰具有同样的性质，因此较高的含钼量对贝氏体球墨铸铁的强度和塑性都起降低作用。钼使材质具有良好的淬透性，对于厚断面的工件或者要求淬火速度比较温和的场合，钼是不可缺少的元素。

钼也延缓第一阶段和第二阶段转变的开始。虽然钼也在共晶团周界富集，但它不像锰那样形成“延缓的转变区”。

图11-5　钼对C曲线的影响

贝氏体相变是以铁素体为核心，碳的扩散是在每个单独的地方进行，所以不需要合金元素的扩散，由于碳的扩散速度VC 大于合金元素的扩散速度V合金，即VC＞V合金，所以合金元素对贝氏体形核没有过多的影响。

另外，钼有双重作用。在奥氏体向珠光体转变时，钼使C曲线的上半部分右移；在奥氏体向贝氏体转变时，由于钼促使α—铁素体形成，因而使C曲线的下半部分左移。结果，由于钼的加入，把C曲线分成了上下两部分：上部分是珠光体转变，下部分则是贝氏体转变。图11-5是钼对C曲线的影响。

在等温淬火球墨铸铁的生产过程中，当铸件壁厚大于10mm时，就必须附加合金元素、视铸件壁厚而定，一般是Mo、Cu （Ni）复合加入，加钼量在w（Mo）=0．1%～0．5%的范围内。

（二） 铜 （镍）

铜与镍在球墨铸铁等温转变过程中的行为是相同的。由于价格的原因，在需要附加合金元素铜或镍时，首选是铜。但是铜的最多加入量是w（Cu）≤2%；如果需要加入量更多时，则加入镍。另外，铜与镍（还有钼）复合加入比单独加入一种合金元素更为有效。铜（镍）在共晶凝固时呈负偏析，能抵消部分由于钼 （锰）的正偏析而引起的显微组织的不均匀性，并且镍（或铜）也可使C曲线右移，提高淬透性。(www.xing528.com)

镍 （或铜）都阻碍奥氏体分解，减少贝氏体等温转变产物对时间的敏感性，两者都扩大奥氏体区，形成固溶体，但不形成碳化物，并且它们都能降低冷脆转变温度。镍 （或铜）的加入，对于残余奥氏体量的影响不大，这是因为它们的加入量毕竟很少，质量分数只有百分之几。

镍（或铜）能明显提高贝氏体球墨铸铁的塑性和韧度，这是由于它们在等温转变时能抑制贝氏体中碳化物的形成。强度和硬度的降低可归结于针状铁素体沉淀硬化程度的降低。

当w（Ni）＜3%、w（Cu）＜1．5%时，能在一定程度上延缓第一阶段和第二阶段转变，但它们对奥氏体等温转变后的性能，只有很少或者根本就没有破坏作用。镍与铜的作用是同向的，它们均可提高钼合金化的作用。对于厚壁贝氏体球墨铸铁，采用镍钼、铜钼或镍铜钼合金化，可具有非常良好的奥氏体等温转变性能。无论是镍还是铜，均可形成“延缓转变区”。

在球墨铸铁中采用铜合金化时，要给予特殊的注意。首先，由Fe—Cu相图得知，当含铜w（Cu）＞5%时，在液态会出现富铜相，也就是在凝固过程中，将发生严重的比重偏析。另外，由含铜量较低的Fe—Cu相图的细部得知：在固态时，铜在α—Fe中的最大溶解度为w（Cu）=1．4%，并且随温度的降低而降低；到650℃以下，降低的速率减慢；到室温时，α—Fe中的含铜量只w（Cu）=0．35%。由此表明，在球墨铸铁中的含铜量不能很多，一般w（Cu）≤1．5%。并且，随着温度降低会有沉淀硬化现象。由此会使材质的脆性增加。

为了促进奥氏体等温转变而要选择加入合金元素时，还要考虑其他因素，如生产成本及所要求的铸态组织等。加入镍和钼能促使在铸态得到铁素体，从而改善了铸态的机械加工性能；加入锰和铜则能促使在铸态得到珠光体，从而恶化了铸态的机械加工性能。

要获得理想的贝氏体球墨铸铁基体组织，必须对化学成分及合金元素的加入进行正确的设计，对此，还必须考虑铸件的壁厚，因为它将影响铸件在一次结晶和二次结晶的组织。对于含w（C）=3．3%，w（Si）=2．4%，w（Mn）=0．32%的球墨铸铁，要达到完全等温淬火所需的合金元素加入量与铸件壁厚的关系见表11-4。

表11-4　贝氏体球墨铸铁达到完全等温淬火所需的合金元素量

注 表中百分数均指质量分数。