铁素体球墨铸铁(ferritic nodular cast iron)

铁素体球墨铸铁(ferritic nodular cast iron)

基体为铁素体的球墨铸铁(简称球铁)，具有一定强度、良好的冲击韧性和塑性，可由铸态或经退火获得。

金相组织 石墨的形态和金属基体组织对其韧性有很大的影响。(1)石墨形态的影响。在金属基体组织合格条件下，石墨形状对伸长率和冲击值影响极大：片状石墨严重割裂了金属基体，其尖角处应力集中，因此片状石墨铸铁呈脆性，冲击值很低，强度被大大削弱；而球铁则不同，只要基体组织合格，球化率愈高韧性愈好。(2)基体组织的影响。铁素体球铁的基体组织以铁素体为主，余为珠光体。渗碳体和磷共晶是有害组织，一般分别控制在3%和1%以下。铁素体含量愈高则韧性愈好。珠光体数量增加，则冲击值和伸长率下降。珠光体一般应在10%以下，且为分散存在，这样对韧性影响不大。

在适当的孕育工艺条件下，提高碳当量将增加铁素体的含量，因而冲击值、伸长率随之上升，但碳当量过高，易引起石墨漂浮。石墨漂浮还和铸件厚度与冷却速度有关，砂型浇注中等厚度(10～40mm)的铸件，铸态铁素体球铁碳当量取4．4%～4．9%为宜，退火铁素体球铁的碳当量可取4．2%～4．8%，厚大件降低碳当量，薄小件提高碳当量。采用强化孕育工艺也宜降低碳当量。

各元素影响为：

(1)碳。有利于石墨化和球化，提高碳量有利于发挥材料的韧性。

(2)硅。是强烈促进石墨化的元素，有利于提高韧性，硅的孕育作用能细化共晶团和使磷共晶分散。韧性铁素体球铁的终硅含量一般控制在2．7%以下，如果生铁含锰量≤0.5%、磷≤0.7%，则终硅量可放宽至3．O%左右。

(3)锰。阻碍渗碳体和珠光体的分解。球铁的激冷倾向本已相当高，故对铁素体球铁应控制锰含量，一般应低于0.4%。对用退火生产的韧性铁素体球铁，其含锰量允许在0.6%。

(4)磷。在铸铁中会形成脆相，特别是三元磷共晶或复合磷共晶对韧性危害极大，常采用如下措施以削弱磷的有害作用：提高碳量，采取高碳低硅的成分方案，以阻碍三元磷共晶的析出；强化孕育以细化共晶团，使磷共晶分散；920～980C退火，使三元磷共晶或复合磷共晶转变成二元磷共晶，减少磷共晶的数量，改善球墨形状。采用金属型浇注成麻口，即球墨和莱氏体及渗碳体组织，再经高温退火则可避免产生磷共晶。

(5)硫。其含量过高会使球化不稳定，而且会产生过多的硫化物夹杂，严重影响韧性，故要求原铁水硫量尽可能低，最好铁水采取脱硫措施(见铸铁碳当量和铸铁石墨漂浮)。

热处理 欲保证球铁高韧性，需采用硅、锰、磷和杂质甚少的原生铁，许多国家采用高纯生铁效果很好。中国生铁来源很广，杂质含量较高，铸态韧性不稳定，铁lie所以对性能要求较高的铸件可采用退火的方法生产韧性球铁。

退火方法可根据对铸件质量要求分为高低温两阶段退火和低温退火两种。两者相比，常温冲击值相近且较稳定，低温冲击值略有差别，而前者低温冲击值较高而且波幅较小，因为两阶段退火使组织均匀化，减少了碳化物和晶界元素偏析。铸态组织中渗碳体超过3%时应进行两阶段退火，渗碳体不超过3%、珠光体不超过85%时，应进行低温退火。此外，磷共晶超过1%并且呈三元磷共晶或复合磷共晶存在时，应考虑进行两阶段退火。

高温退火温度要高于共析温度，一般为900～960℃，温度低渗碳体分解太慢，温度过高奥氏体晶粒粗大，甚至晶界氧化。低温退火温度一般在720～750℃。为提高韧性，低温退火温度应尽量接近，但又不低于720C，这样铁素体晶粒较细。中国厂家几种退火规范列于表。