鑄造工藝：五大元素對灰鑄鐵組織和性能的影響

鑄鐵中的五大元素是指碳、硅、錳、硫、磷。碳和硅是普通灰鑄鐵中兩個最主要的化學元素，他們對鑄鐵的組織和性能有著決定性的影響，生產中經常通控制與調整碳和硅的含量來控制和改善普通灰鑄鐵的組織與性能。

--碳--

碳本身就是構成石墨的元素，增加含碳量能使石墨的均質晶核增多，也能使鐵液中未溶解的石墨夾雜物增多，使石墨非均質晶核增多，從而可以提高鐵液的實際結晶溫度。因此，碳，碳鑄鐵中是促進石墨的元素。但含碳量過高，會使鑄鐵的石墨化程度增大，石墨粗大，基體中球光體減少，鐵素體增多，使鑄件力學性能降低。為了提高鑄鐵的強度，使組織中的石墨細化，數量減少，珠光體增加，就需要適當降低鑄鐵中的含碳量。

--硅--

硅是強烈促進石墨化的元素。增加含硅量可使鑄鐵的石墨化程度增大，基體組織中鐵素體量增加而珠光體量減少。若含硅量過低，石墨化不良，則易出現麻口或白口組織。但硅含量過高，易使石墨粗大，力學性能降低。并且，在爐料的添加順序當中，要嚴格遵守先增錳，再增碳，再增硅的工序要求。如果鑄鐵中不需要加錳，則遵守先增碳，后增硅的原則。因為硅和硫一樣，都有影響增碳劑吸收作用。

--錳--

=錳是阻礙石墨化的元素，它使鑄鐵基體中珠光體量增多并得到細化的珠光體。在需要保證鑄鐵的珠光體時，通常將錳含量控制在0.6%---1.2%的范圍內。錳含量過高則易使鑄鐵組織中出現自由滲碳體，呈現白口傾向。錳可以溶于鐵素體形成置換式固溶體，也可以溶解在滲碳體中形成含錳滲碳體。錳溶解在滲碳體中，會加強鐵與碳的結合能力，使滲碳體更為穩定，因而阻礙石墨化。錳對于石墨化的影響，只有在它與硫發生化學反應后，才能通過剩余部分表現出來。

錳和硫之間有比較大的親和力，可發生以下反應

Mn+S=MnS

Mn+Fes=MnS+Fe

硫化錳的溶點高，在鐵液中多以固體質點存在，密度小，可人鐵液中浮出，或呈顆粒狀夾雜物存在于鑄鐵中，從而減弱硫的有害作用。為了充分發揮錳抵消硫有害作用的能力，在生產，常常利用錳對硫的抵消特性來調整錳硫比。

--硫--

-硫對鑄鐵石墨化的影響與其存形式有關。若硫以三元共晶體或富鐵硫化物形態存在，則因熔點低，結晶時沿晶粒邊界分布，阻礙鐵、碳原子的擴散，從而可有力地阻礙石墨化的進行。

硫在鑄鐵中是有害元素，它以硫化鐵的形式完全溶解于鐵液中，并能降低碳在鐵中的溶解度（1%的硫約可降低0.5%的碳），其成分、性質和存在形式由鑄鐵中錳和其他元素的含量而決定。

另外，硫在鑄鐵中惡化鑄鐵的鑄造性能，當鐵液中存在大量的硫化物時，鐵液的流動性就會降低，從而造成補縮性能差，容易產生裂紋等缺陷。因此，一般將灰鑄鐵中的含硫量限制在0.1---0.12%以下。

--磷--

-磷對鑄鐵的石墨化影響不大。磷和硅一樣可使鑄鐵的共晶點左移，當鐵液中的磷含量達到1%時，可使共晶點含碳量在鐵液中減少0.3%。

在生產實踐中鑄鐵中含磷量較高時，鑄件產生粘砂、氣孔等缺陷的傾向明顯減少。磷還可以降低液相線溫度，使流動性提高，有利于獲得完整的鑄件，特別是在澆注薄壁件時，含磷量可達0.5%—0.8%。有時為了提高某些鑄鐵的耐磨性能，還會有意識地加入一些磷，如機床床身、氣缸套和活塞環等，磷含量可達0.6%以上，稱為高磷鑄鐵。