合金元素

鑄鐵通常含有碳、硅、錳、磷、硫五元素，但有時為了改善和提高鑄鐵的某些性能，而加入超過通常含量的硅、錳、磷、硫以及一定數(shù)量的銅、鉻、鉬、鎳、鎢、釩、硼、鋁……等合金元素。這些合金元素根據(jù)它們對石墨化的影響加以排列，可以得到以下序列：

Al、C、Si、Ti、Ni、Cu、P、Co、Zr? ? Nb? ? W、Mn、Mo、S、Cr、V、Te、Mg、Ce、B

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?促進(jìn)石墨化? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?阻礙石墨化

位于序列中間的合金元素對石墨化的影響不明顯，左面排列著的合金元素是促進(jìn)石墨化的元素，右面排列著的合金元素是阻礙石墨化的元素。

銅Cu(熔點(diǎn)1083℃)

1、銅對石墨形狀的影響

銅是促進(jìn)石墨化的元素，石墨化能力相當(dāng)于硅的1/10～1/5。銅在超過它的固溶度極限時，常以顯微質(zhì)點(diǎn)或超顯微質(zhì)點(diǎn)分布于鑄鐵中。

銅使組織致密，并細(xì)化和改善石墨的均勻分布，既能降低鑄鐵的白口傾向，又能促進(jìn)珠光體的形成，對斷面敏感性有有利影響。

銅具有強(qiáng)化鑄鐵鐵素體和珠光體的傾向，因此能增加鑄鐵的強(qiáng)度，鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度幾乎與所含銅量成比例的增加，在低碳鑄鐵中尤為顯著。在一般鑄鐵中，銅含量在3.0 %～3.5%以下可使硬度增加;但當(dāng)鑄鐵具有形成白口傾向時，或存在著游離碳化物的硬點(diǎn)時，則加入銅會使硬度降低。

Cu為石墨化元素，對球鐵一次結(jié)晶過程作用不明顯，促進(jìn)珠光體的形成，抑制基體鐵素體化，顯著提高鑄鐵的強(qiáng)度。文獻(xiàn)指出，含碳量及含銅量越高，珠光體組織越多，相應(yīng)地合金硬度也就越高。

加入銅可改善石墨球的形狀和增加石墨球的數(shù)量，這種作用在厚大斷面鑄件中特別突出。但銅中含有許多種干擾元素(電解銅中含Pd0.018%)會使石墨球有明顯的畸變。銅的加入量一般為0.5%～1.5%，多數(shù)小于1%。

Cu在有利于形成碳化物的條件下，加入0.5%Cu能阻礙凝固過程的石墨化，使組織更緊密。細(xì)化珠光體和石墨。

2、對基體組織的影響

(1)促進(jìn)石墨化，減少或消除游離B碳體;

(2)促進(jìn)珠光體的形成，減少或完全抑制鐵素體的形成;

(3)提高淬透性，改善鑄件斷面組織與性能的均勻性;

(4)對基體固溶強(qiáng)化、沉淀硬化，不形成游離滲碳體，不與碳形成碳化物;

(5)呈負(fù)偏析，富集在共晶團(tuán)內(nèi)部。

3、對力學(xué)性能的影響

銅可用來提高鑄鐵的耐磨性、抗磨性，以及減震性，因此常用于制造滑動摩擦的鑄鐵件，如鉆床主軸、汽車和拖拉機(jī)汽閥挺桿等。但在白口鑄鐵或冷硬鑄鐵中，加銅不能使其抗磨性能有任何改善。

銅用于某些耐熱鑄鐵和奧氏體鑄鐵中可以增加耐熱和耐蝕能力，銅-鉻復(fù)合合金對于防止高溫下氧化氣氛中的起皮作用特別有效，許多奧氏體耐熱和耐蝕鑄鐵含有4 %～7%的銅。

銅是幾種主要抗腐蝕的合金元素之一，鑄鐵中銅含量為0.25%～1.00%時，能顯著增加其在工業(yè)氣氛中的耐蝕性。但銅在堿液或鹽液中的耐蝕性極微小。

銅可增加鐵水的流動性，并顯著改善其可鑄性。

銅可增加矯頑磁力和剩余磁性，但導(dǎo)磁率不受影響。

銅與其它合金元素聯(lián)合使用，如銅-鉻、銅-鉻-鉬、銅-鉬、銅-錳、銅-釩等，則能獲得更大的效用。

隨含銅量增加球鐵的冷脆轉(zhuǎn)變溫度升高，并且沖擊韌性下降。

對于鑄態(tài)呈鐵素體基體的球鐵來說，加銅使抗拉強(qiáng)度有明顯的提高，而斷后伸長率則有明顯的下降。對于鑄態(tài)是珠光體基體來說，附加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%～2.0%的銅，對抗拉強(qiáng)度增加不多，對斷后伸長率實際上也沒有影響。

Cu提高σb、σw和HB并與加入量成正比，低碳鑄造鐵中更明顯。

Cu與Cr，Cr-Mo、Mn等元素并用，更為有效。

Cu能提高耐磨、抗磨和抗震性能。增加耐熱、耐蝕能力。

Cu- Cr防止高溫下氧化。奧氏體耐熱和耐蝕鑄鐵含Cu4～7%。

Cu與上述元素并用時的平衡量為：鑄鐵中C>3%時，Cu=(3～4)Cr;C<3%時，Cu=(4～6)Cr;Cu= Mn= Mo。