偏析對球墨鑄鐵組織及性能的影響

 1.反偏析元素

     硅：Si偏析于奧氏體晶內(nèi)并富集在石墨球附近，擴大該處奧氏體的共析轉(zhuǎn)化溫度區(qū)間、促使鐵素體形成。所以普通球墨鑄鐵（非合金球墨鑄鐵）的鑄態(tài)組織大多數(shù)由鑲有鐵素體邊的石墨球+珠光體組成（俗稱牛眼組織）。牛眼組織能阻止來自球墨表面的裂紋擴展，提高球墨鑄鐵動載荷下的抗力。然而，Si在奧氏體內(nèi)的固溶強化會引起晶格扭曲，阻礙超彈性應(yīng)力作用下的滑移，當(dāng)Si不均與分布嚴重時，這種阻礙變得十分突出。此外，硅在石墨球旁的富集使固相轉(zhuǎn)化時易促使析出二次石墨。由于在硅高的區(qū)域有高的共析轉(zhuǎn)化溫度，故奧氏體固相轉(zhuǎn)化時，易促使該區(qū)域珠光體片變粗。因而，Si的偏析會給性能帶來不利影響。

    鎳、銅：Ni、Cu與Si都屬于反偏析元素。但與Si不同，它們降低共析轉(zhuǎn)化溫度；另外，Cu還在球墨-基體界面富集，阻礙C的擴散。所以Cu、Ni削弱球墨旁因Si高而引起的鐵素體化作用，促進珠光體形成。在高Ni無Cr球墨鑄鐵中，Ni在共晶晶粒周界處的貧化和Mn的富集，使高Ni球墨鑄鐵的韌性和強度全面降低。

    2.正偏析元素

    錳：Mn在共晶團晶界富集。由于球墨鑄鐵的S含量低，少量的Mn立即顯示出偏析的負面影響，故球墨鑄鐵中允許的Mn含量相對比灰鑄鐵要低。Mn雖可減少球墨鑄鐵中的鐵素體，但由于在石墨旁貧化，所以對克服球墨鑄鐵的牛眼組織作用有限。Mn在LTF區(qū)偏析易使此區(qū)域奧氏體穩(wěn)定，等溫淬火后形成高碳馬氏體+殘余奧氏體混合組織，大大惡化ADI球墨鑄鐵的塑性及韌性。在珠光體及鐵素體型球墨鑄鐵中，Mn、Cr的偏析導(dǎo)致韌性-脆性轉(zhuǎn)化溫度升高，容易引起脆性斷裂，截面越大越嚴重。

    鉻：Cr偏析比Mn強烈，易形成晶間碳化物，降低動載荷性能，提高縮松傾向。

    釩：V比Cr形成碳化物的傾向更大。碳化釩除單獨存在外，，還與碳化鐵形成共晶體或固溶體。

    鈦：Ti與C易形成TiC。TiC熔點3180℃，以孤立塊狀形態(tài)存在。當(dāng)溶液中存在C、N時，Ti與C、N更易形成化合物TiC、TiN。當(dāng)形成針狀Mo-Ti-V晶間復(fù)合碳化物時，會削弱力學(xué)性能。同時，TiC、TiN是高硬度相，對切削加工會產(chǎn)生不良影響。

    鉬：Mo是富集于LTF區(qū)的強偏析元素。形成的晶間組織并不是簡單的碳化物，而是復(fù)雜的合金化合物。當(dāng)P含量偏高時，晶間組織中會出現(xiàn)Fe-Mo-P化合物，Mo在晶界易形成鉬硅化合物，這些組織會明顯降低動載荷性能，還增加微觀縮孔。

    為了克服偏析元素對組織和性能的不利影響，可同時添加正、反偏析元素以抵消彼此的負面作用，獲得人們希望的均勻組織。

    3.磷硫及低熔點元素

    磷：P不是促進碳化物形成元素，但顯示出征偏析特性，以磷化鐵的形式組成低熔點三元磷共晶在LTF區(qū)共晶界上，降低鑄態(tài)球墨鑄鐵的強度和韌性。同時P還同時偏析到奧氏體晶粒的亞晶界，使亞晶粒界面塑性明顯小于晶內(nèi)，增大球墨鑄鐵的回火脆性傾向。

    硫：S在球墨鑄鐵中含量不高，多以硫化物形式存在，固溶態(tài)的硫含量極低。硫化物多存在于核心，有利于石墨核心的形成。

錫、銻：低熔點元素Sn、Sb吸附在石墨/金屬界面上，形成阻礙碳原子向石墨球擴散的薄層，阻止鐵素體的產(chǎn)生。由于是通過薄層阻礙碳擴散，所以Sn、Sb促進珠光體的能力比Cu、Ni強。過量的Sn、Sb偏析于最后凝固的液體，形成晶間化合物，導(dǎo)致強度和韌性均下降。（轉(zhuǎn)載于鑄造微課堂）

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                南京諾金高速分析儀器廠

                    2022年4月6日