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铜在铸铁中的作用

2021-12-1 14:17:30      点击:

在铁-铜系统中,铜在很大浓度范围内,可以和铁液互相溶解组成液态固溶体。1477℃时,铜在γ-Fe中的溶解度为8%,温度下降,溶解度甚至还有所增加,如温度1094℃时,溶解度可达8.5%。温度在650℃以下时,溶解度接近定值,大约在0.35%左右。室温下,铜在铁中的溶解度很小。无论是液态还是固态,铜量超过各温度下的溶解度时都会形成富铜相。铜在熔融铸铁中的溶解度大约3-5%之间,铸铁中的锰、铝、镍等元素增加铜的溶解度,而镁则减少铜的溶解度。有了镁,铜超过2%,即有含铜97%的黄色富铜相析出。铜含量增加至3.8%时,该富铜相数量大增。

    铜对铸铁共晶转变温度的影响不大。铜属于微弱的石墨化元素,可以稍微降低白口倾向。铜降低共析转变温度,大约每增加1%的铜,共析温度下降6-10℃,即起稳定奥氏体的作用。铜还可以增加珠光体的数量,细化共晶团,使铸铁在正火时更容易得到珠光体组织。因此,铜在共析转变中有促进奥氏体生成珠光体,阻碍石墨化的作用。铜还可以强化铁素体,提高它的强度。

铜含量在2.0%以下时,对球化率、球数、球径大小没有显著的影响,可以保证球化率达到90%以上。铜含量超过2%时,则影响球化效果,球化率急剧降低,球数急剧减少。当铜含量达到2.5%时,出现团块状石墨和黄色富铜相。富铜相的熔点比铁水温度低,石墨析出后,富铜相可能将石墨的一部分包围住,从而使石墨从球状逐渐转向团块状。

    铜的反球化作用与其他元素有关。例如含钛0.04%的镁球墨铸铁,倘若含铜0.94%级出现团块状石墨,加入0.02-0.03%的铈则可抵消铜的这种反球化作用。

    铜对球化效果的影响与铸件的大小厚薄有关,壁厚300mm以上的铸件加入铜3-4%可以消除铸件心部的团块状石墨。应该指出,铜的这种作用只有和稀土元素一起加入时才有效。

铜促进球墨铸铁生成珠光体,其能力比镍大10倍,但只有锡的1/10。试验中大约加入铜0.5%即可使φ25mm的球墨铸铁试棒中的珠光体量达到90%;加入1.5%的铜,珠光体含量接近100%;而超过1.5%时反而会出现铁素体。铜的这种良好作用可使人们不通过热处理即可获得铸态珠光体球墨铸铁。


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