銅在鑄鐵生產中有哪些影響？

發表時間：2021-11-29 08:06

在鐵-銅系統中，銅在很大濃度范圍內，可以和鐵液互相溶解組成液態固溶體。1477℃時，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，溶解度可達8.5%。溫度在650℃以下時，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。無論是液態還是固態，銅量超過各溫度下的溶解度時都會形成富銅相。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，該富銅相數量大增。

銅對鑄鐵共晶轉變溫度的影響不大。銅屬于微弱的石墨化元素，可以稍微降低白口傾向。銅降低共析轉變溫度，大約每增加1%的銅，共析溫度下降6-10℃，即起穩定奧氏體的作用。銅還可以增加珠光體的數量，細化共晶團，使鑄鐵在正火時更容易得到珠光體組織。因此，銅在共析轉變中有促進奧氏體生成珠光體，阻礙石墨化的作用。銅還可以強化鐵素體，提高它的強度。

銅含量在2.0%以下時，對球化率、球數、球徑大小沒有顯著的影響，可以保證球化率達到90%以上。銅含量超過2%時，則影響球化效果，球化率急劇降低，球數急劇減少。當銅含量達到2.5%時，出現團塊狀石墨和黃色富銅相。富銅相的熔點比鐵水溫度低，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向團塊狀。

銅的反球化作用與其他元素有關。例如含鈦0.04%的鎂球墨鑄鐵，倘若含銅0.94%級出現團塊狀石墨，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，壁厚300mm以上的鑄件加入銅3-4%可以消除鑄件心部的團塊狀石墨。應該指出，銅的這種作用只有和稀土元素一起加入時才有效。

銅促進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到90%；加入1.5%的銅，珠光體含量接近100%；而超過1.5%時反而會出現鐵素體。銅的這種良好作用可使人們不通過熱處理即可獲得鑄態珠光體球墨鑄鐵。

銅對灰鑄鐵的性能影響。當銅的加入量在0.5%以下時，會增加抗拉強度、屈服強度，并使彈性模量上升，但并不呈線性關系。灰鑄鐵含銅大約0.8%時，強度**，隨著含銅量的增加，灰鑄鐵的沖擊韌性降低。

銅通過促進珠光體的生成和強化金屬基體影響球墨鑄鐵的機械性能。加入少量的銅（0.5%以下）珠光體含量急劇增加，抗拉強度、屈服強度和硬度也急劇提高而延伸率急劇下降。加入量超過0.5%，基體已經全部為珠光體，但強度、硬度繼續上升，延伸率不再下降。這是因為銅使金屬基體得到強化的緣故。銅有細化石墨球的作用，可提高含銅球墨鑄鐵的疲勞強度。

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變過程中碳原子的擴散速度，促進形成珠光體并細化珠光體。在鑄件冷卻時，特別是時效時，銅從固溶體中沉淀出來，強化了基體，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，進行去應力退火處理時，銅不僅不會降低硬度，還會增加HB10度左右。

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