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銅在鑄鐵生產(chǎn)中有哪些影響？

發(fā)表時(shí)間：2021-11-29 08:06
      在鐵-銅系統(tǒng)中，銅在很大濃度范圍內(nèi)，可以和鐵液互相溶解組成液態(tài)固溶體。1477℃時(shí)，銅在γ-Fe中的溶解度為8%，溫度下降，溶解度甚至還有所增加，如溫度1094℃時(shí)，溶解度可達(dá)8.5%。溫度在650℃以下時(shí)，溶解度接近定值，大約在0.35%左右。室溫下，銅在鐵中的溶解度很小。無論是液態(tài)還是固態(tài)，銅量超過各溫度下的溶解度時(shí)都會(huì)形成富銅相。銅在熔融鑄鐵中的溶解度大約3-5%之間，鑄鐵中的錳、鋁、鎳等元素增加銅的溶解度，而鎂則減少銅的溶解度。有了鎂，銅超過2%，即有含銅97%的黃色富銅相析出。銅含量增加至3.8%時(shí)，該富銅相數(shù)量大增。
銅對鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變溫度的影響不大。銅屬于微弱的石墨化元素，可以稍微降低白口傾向。銅降低共析轉(zhuǎn)變溫度，大約每增加1%的銅，共析溫度下降6-10℃，即起穩(wěn)定奧氏體的作用。銅還可以增加珠光體的數(shù)量，細(xì)化共晶團(tuán)，使鑄鐵在正火時(shí)更容易得到珠光體組織。因此，銅在共析轉(zhuǎn)變中有促進(jìn)奧氏體生成珠光體，阻礙石墨化的作用。銅還可以強(qiáng)化鐵素體，提高它的強(qiáng)度。
銅含量在2.0%以下時(shí)，對球化率、球數(shù)、球徑大小沒有顯著的影響，可以保證球化率達(dá)到90%以上。銅含量超過2%時(shí)，則影響球化效果，球化率急劇降低，球數(shù)急劇減少。當(dāng)銅含量達(dá)到2.5%時(shí)，出現(xiàn)團(tuán)塊狀石墨和黃色富銅相。富銅相的熔點(diǎn)比鐵水溫度低，石墨析出后，富銅相可能將石墨的一部分包圍住，從而使石墨從球狀逐漸轉(zhuǎn)向團(tuán)塊狀。
    銅的反球化作用與其他元素有關(guān)。例如含鈦0.04%的鎂球墨鑄鐵，倘若含銅0.94%級出現(xiàn)團(tuán)塊狀石墨，加入0.02-0.03%的鈰則可抵消銅的這種反球化作用。
    銅對球化效果的影響與鑄件的大小厚薄有關(guān)，壁厚300mm以上的鑄件加入銅3-4%可以消除鑄件心部的團(tuán)塊狀石墨。應(yīng)該指出，銅的這種作用只有和稀土元素一起加入時(shí)才有效。
    銅促進(jìn)球墨鑄鐵生成珠光體，其能力比鎳大10倍，但只有錫的1/10。試驗(yàn)中大約加入銅0.5%即可使φ25mm的球墨鑄鐵試棒中的珠光體量達(dá)到90%；加入1.5%的銅，珠光體含量接近100%；而超過1.5%時(shí)反而會(huì)出現(xiàn)鐵素體。銅的這種良好作用可使人們不通過熱處理即可獲得鑄態(tài)珠光體球墨鑄鐵。
    銅對灰鑄鐵的性能影響。當(dāng)銅的加入量在0.5%以下時(shí)，會(huì)增加抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度，并使彈性模量上升，但并不呈線性關(guān)系?；诣T鐵含銅大約0.8%時(shí)，強(qiáng)度**，隨著含銅量的增加，灰鑄鐵的沖擊韌性降低。
    銅通過促進(jìn)珠光體的生成和強(qiáng)化金屬基體影響球墨鑄鐵的機(jī)械性能。加入少量的銅（0.5%以下）珠光體含量急劇增加，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度也急劇提高而延伸率急劇下降。加入量超過0.5%，基體已經(jīng)全部為珠光體，但強(qiáng)度、硬度繼續(xù)上升，延伸率不再下降。這是因?yàn)殂~使金屬基體得到強(qiáng)化的緣故。銅有細(xì)化石墨球的作用，可提高含銅球墨鑄鐵的疲勞強(qiáng)度。
    室溫下銅在鑄鐵中的固溶度為0.35%，加入0.5%以上的銅改變了奧氏體和共析轉(zhuǎn)變過程中碳原子的擴(kuò)散速度，促進(jìn)形成珠光體并細(xì)化珠光體。在鑄件冷卻時(shí)，特別是時(shí)效時(shí)，銅從固溶體中沉淀出來，強(qiáng)化了基體，顯著提高了珠光體的顯微硬度。增加銅含量可以增加鑄件的耐磨性，進(jìn)行去應(yīng)力退火處理時(shí)，銅不僅不會(huì)降低硬度，還會(huì)增加HB10度左右。


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