灰鑄鐵的石墨分布形狀及其控制分析

石山崗

摘 要：隨著科學技術的不斷發展進步，更多新的材料和設備被應用到工作和生活中來，其中鑄鐵是一種重要的鐵材料。鑄鐵在使用的過程中雖然強度、韌性等條件沒有鋼材的效果好，但是由于其熔點較低，能夠更加方便的進行鑄造和切割等，使其在機械制造中具有著十分重要的應用效果。根據研究顯示，灰鑄鐵的石墨分布狀態對其強度和韌性等有著直接的影響，本文將探討研究灰鑄鐵中不同的石墨分布形狀對其強度的影響，分析并提出對灰鑄鐵中石墨分布形態進行控制的方式，希望能夠提高灰鑄鐵在使用過程中的效果，為研究學者提供借鑒和幫助。

關鍵詞：灰鑄鐵;石墨分布形狀;影響;控制方式分析

前言

鑄鐵在實際的機械制造過程中根據其生產的工藝和使用的方向不同分為不同的類別，主要有灰鑄鐵、球墨鑄鐵和可鍛鑄鐵等，其中灰鑄鐵由于其生產成本降低，要求的工藝比較簡單，因此應用的范圍較為廣泛，在汽車的氣缸、活塞環、機床的床身、機座和工作臺零件中都有著使用。根據灰鑄鐵的應用方式不同對其性能也有著不同的要求，但是其韌性和強度使保證其使用效果的重要基礎，這就要求我們對影響灰鑄鐵韌性和強度的因素進行分析，找到控制的方法。

一、灰鑄鐵中石墨的分布形狀

灰鑄鐵中的石墨是以片狀的進行分布的，采用金相顯微鏡對其進行觀察發現其一共存在著六種不同的分布狀態，這些分布的狀態使灰鑄鐵在使用的過程中呈現出不同的特性，對其韌性和強度也有著不同的影響。

（一）初生的粗、大、直片狀的石墨形態分布

灰鑄鐵中的這種石墨是在過共晶成分下的鐵液中析出的，屬于初生石墨，在金相顯微鏡下呈現出明顯的長、粗、直的特征，這種特征的石墨分布狀況會降低灰鑄鐵的韌性和強度，使其在加工的過程中不能良好的控制形狀和光潔程度，影響零件的使用和產品的質量[1]。

（二）初生的星狀或蜘蛛狀的石墨形態分布

這種石墨的分布形態也屬于初生石墨的一種，但這種形態的石墨只分布于很薄的零件之中，如汽車的活塞環等。雖然這種形態的石墨分布強度、韌性和光潔程度較好，但是由于其形成原因的復雜性和特殊性，因此只能存在與特定的零件之中，不能夠作為灰鑄鐵零件的常態化石墨分布狀態存在[2]。

（三）片狀石墨呈無方向性均勻分布及小部分聚集呈菊花狀分布

灰鑄鐵中的這兩種石墨狀態分布類型是在其共晶過程中產生的共晶石墨類型，其中以呈無方向性均勻分布的石墨狀態為主，在小部分區域內夾雜著聚集的呈菊花樁分布的石墨。這種石墨的分布狀態是在高強度的灰鑄鐵中得到的石墨分布類型，其主產生作用的是片狀石墨呈無方向均勻分布的狀態，呈菊花狀分布的石墨形態是因為這少部分區域溫度較低，對周圍的石墨形成吸附作用產生的，分布較為零散且不均勻，作用效果的影響能力不高。

（四）片狀石墨在枝晶間無方向性分布及在二次枝支間呈方向性分布

灰鑄鐵中的這兩種石墨分布狀態的形成原理和溫度有著很大的關系，首先在是石墨進行共晶的后期有大部分范圍受到溫度降低的影響，且這種影響分布不均勻，由溫度較低的石墨部分對周圍進行吸附形成枝晶，呈現出無方向性分布;其次是在這個基礎上，共晶石墨的冷卻速度加快或者溫度降低，使其他石墨在枝晶上進行有方向性的吸附和凝固，形成在二次分枝間呈現方向性分布的石墨狀態。這兩種形態的石墨分布會使會灰鑄鐵的韌性差，呈現出不穩定、不光潔的狀態，因此使用的效果較差[3]。

二、灰鑄鐵的石墨分布狀態對其韌性和強度的影響

由于初生的星狀或蜘蛛狀的石墨分布形態只存與特定的零件之中，不能夠常態化的存在，而初生的粗、大、直狀石墨分布形態會影響灰鑄鐵的強度和韌性，呈現枝晶間無方向性分布和二次枝晶間方向性分布的石墨分布狀態韌性較差，穩定性不好，因此最適合使用的就是片狀石墨呈無方向性均勻分布的形態。

三、控制灰鑄鐵中石墨分布形狀的辦法

（一）控制灰鑄鐵中CE、低合金化和Si/C比

粗、大、直形狀得 石墨形態分布主要存在于共晶成分的灰鑄鐵中，而使用亞共晶成分的灰鑄鐵就能夠有效避免其中出現這種石墨形態分布。但是在CE條件較低的情況下就有可能產生二次枝晶呈方向性分布的石墨形態，但是如果單純的提高CE，就會對灰鑄鐵的強度和韌性產生反作用，可以通過低合金化和提高灰鑄鐵中的Si/C比來解決。低合金化能夠細化灰鑄鐵中的石墨，使其達到良好的分布狀態，而通過降低灰鑄鐵中的C含量，提高Si的含量也能夠進一步使石墨細化，達到我們需要的石墨分布狀態。

（二）通過孕育處理控制石墨的形態分布

孕育處理是控制石墨分布的重要方式之一，其孕育的方式有延后孕育、出鐵孕育、隨流孕育和噴射孕育等。其中在大型工廠的生產制造中使用延后孕育的效果更好，成本更低，能夠得到效果良好的灰鑄鐵石墨分布形態，提高產品質量、使用效果和經濟效益;在中小型的工程名生產中使用隨流孕育和噴射孕育能夠起到良好的效果。

（三）通過控制爐料對灰鑄鐵中的石墨分布形態進行控制

在進行灰鑄鐵及其零件的生產中，爐料也是影響灰鑄鐵石墨分布狀態的重要因素之一。部分工廠在進行生產制造的過程中為了節省成本、簡化步驟，使用其他廠家提供的爐料，而有部分廠家提供的爐料中有著粗、大、直狀形態分布的石墨類型，在進行生產制造的過程中，這部分石墨就混入了灰鑄鐵之中，改變石墨分布形態，降低了灰鑄鐵的強度和韌性，影響了產品的質量和使用效果，因此我們需要使用質量好的高強度灰鑄鐵，如Z14或者Q12生鐵，使灰鑄鐵生產的鑄件中石墨的形態分布好，效果強。

結語

綜上所述，灰鑄鐵中的石墨形態分布對其強度和韌性有著直接的影響，其中片狀石墨呈無方向性均勻分布能夠使灰鑄鐵的強度更高，韌性更強，生產出的產品質量更好。要控制灰鑄鐵中的石墨分布形態，我們必須要選擇好的爐料，降低爐料對產品造成的負面影響，同時在生產的過程中控制好CE、低合金化和Si/C比，采用合適、合理的方法進行生產和制造，促進灰鑄鐵的質量提高、生產的零件的質量提高，促進機械制造和生產的發展，提高對灰鑄鐵的使用效果。

參考文獻

[1]程俊偉;黃勝操;曹耕原;.灰鑄鐵件裂隙狀氣孔的成因分析與防止措施[J].現代鑄鐵，2017，186（6）：41-43.

[2]錢立，王峰，呂姍姍.灰鑄鐵的石墨分布形狀及其控制[J].現代鑄鐵，2016，176（2）：31-34.

[3]王瑞金，余嗣瑞，李可丹.灰鑄鐵件的缺陷分析和質量控制的研究[J].現代制造技術與裝備，2019，267（2）：22-23.