合理的化学成分能保证铸件具有良好的性能。以下是主要几种元素对球墨铸铁管冲击韧性的影响。
化学成分的选择
1.碳
对于球墨铸铁管来说,因为石墨呈球状,含碳量对力学性能的影响就不如灰铸铁的显著。因此,含碳量对球墨铸铁管力学性能的影响主要是通过其对金属基体的影响起作用,对于球墨铸铁管来说,增加含碳量可以减少游离渗碳体,碳的质量分数接近3%时,渗碳体消失;超过3%时,基体中开始出现铁素体。球墨铸铁管石墨化退火后,游离渗碳体分解,基体组织为铁素体。此时,含碳量会影响石墨球数量，球径大小及其圆整度,从而影响球墨铸铁管的
力学性能。一般情况下,提高含碳量(碳的质量分数高于3.2%的范围),可以提高球墨铸铁管的冲击韧性。在球墨铸铁管的生产中,碳的质量分数范围一般为3.5%～3.8%。但是,在球墨铸铁管的生产过程中,需要加入一定量的硅,这样会引起碳当量的变化。因此,球墨铸铁管的力学性能还必须考虑碳当量的影响。对于退火高韧性球墨铸铁管,适当提高碳当量有利于退火过程中基体组织中渗碳体及珠光体的分解,并获得较多的铁素体基体组织,有利于提高韧性和塑性。值得注意的是,碳当量过高容易引起石墨漂浮,为了保证韧性又不产生石墨漂浮,必须选择合适的碳当量范围。
2. 硅
硅对韧性的影响有两重性,既能增加铁素体数量,提高韧性和塑性,同时又固溶强化铁素体基体,增加强度和硬度。当硅的质量分数超过5%以上时,冲击韧性值kα下降,以至降到普通灰铸铁所具有的水平。一般在低温-40℃下工作的韧性球墨铸铁管含硅量不应超过2.7%。因此,在碳当量确定的条件下,应尽量采取高碳低硅方案,这对提高韧性有利。
3. 磷
磷是铸铁中的常存元素,它对球墨铸铁管的机械性能,尤其是冲击韧性和塑性有明显的不良影响,因此总是作为有害元素对待。其主要原因是共晶团晶界产生的磷共晶脆相,磷共晶呈多角状分布于共晶团边界,急剧恶化球墨铸铁的力学性能,使球墨铸铁管韧性下降;其次是磷阻碍珠光体的分解,又能固溶于铁素体中,这些都能降低韧性。磷的质量分数每增加0.01%时,脆性转变温度升高4.0～4.5℃。当磷的质量分数超过0.16%时,脆性转变温度已在室温以上,冲击断口出现脆性断裂。生产高韧性球墨铸铁管时,含磷量应尽可能地低。低温(-40℃)下工作的铸件含磷量应低于0.07%,常温下工作的铸件含磷量应低于0.1%。热力学表明,在铸铁中是不可脱磷的,生产球墨铸铁管就必须采用低磷生铁。
