对组织有着作用, 这作用对机械性能有着影响, 球墨铸铁里铜存在最大加入量, 那么铜的来源是什么。

专门添加进去的合金元素是铜, 它被大量运用在球墨铸铁方面, 铜的加入量处于0.2至2.0%这个范围。不管是铸态球铁的金相组织与性能, 还是热处理态球铁的金相组织与性能, 都会受到铜含量的作用。

对组织的作用：

游离铜, 铸铁熔化时, 铜的最大溶解量约为3.5%, 超过这个量的话, 就会以球状不溶解的单质铜形式在组织里呈现。铜的溶解度, 还会因为铁中镁的含量而进一步降低, 当镁含量超过约0.08%时, 铜的最大溶解量会低至1.5%, 进而使得游离铜出现了。

石墨, 当铜含量在低于3%的情形下, 它对于镁处理球铁中球状石墨的形成并不存在不利的作用影响。然而呢, 铜的存在会使得铸铁更为容易受到各种干扰元素的影响, 举例来说像钛（图1）以及铅, 进而容易产生片状石墨, 这样一来就会降低机械性能的。而这种影响可以通过加入含有铈（Ce）的混合稀土从而基本上被消除掉的。

图1 铜及钛对镁处理球墨铸铁的抗拉强度的作用

對含銅量約0.75%以上的珠光體球鐵進行退火, 某些石墨球上會呈現異常的次生石墨生長現象, 如圖2所示。

图2 含铜1%的退火球铁中石墨球的反常石墨生长形式

共晶碳化物, 要知道, 铜属于那种适中类型的石墨化元素, 往球铁里面加入铜哈, 能够稍微减少共晶碳化物白口形成的那种危险状况, 而且特别是在薄的部位, 就是这样的情况。

这里存在一个基体情况, 随着铜含量不断增加, 不管是处于铸态之下的铸件, 还是处于正火态的铸件, 珠光体的含量都会呈现出增加的态势, （如图3）。

图3 加铜对铸态球铁的珠光体含量的作用

从20%到80%, 珠光体含量的增加速率是极快的, 依据其它促进珠光体产生的合金元素的含量, 其对应的铜的加入量范围得以确定。铜促进珠光体形成这件事的能力, 论对人比锰Mn大, 论对锡Sn和砷As则小。

在退火过程中，珠光体的石墨化随铜含量的增加而减缓(图4)。

图4展示的是, 铜针对球铁基体里珠光体比例所产生的作用, 这里的试样直径为30mm, 其退火温度是在稍低于变相点的700℃, 退火时长为0.5至6小时。

倘若铜的含量超出了0.75%, 就算将热处理的时间予以延长, 想要获取得到全铁素体基体也是千难万难的, 总归会残余下来一些粒状化珠光体。

于室温之时, 铜于铁素体里的最大固溶量大概是0.3%, 超出此量的铜, 在冷却进程当中, 是以细小的二次析出的铜粒子形式分布着, 而这种铜粒子, 在退火铁素体当中更为显著, （图5）

图5, 有含铜的退火铸铁, 其中存在细粒二次析出的铜, 用4%苦味酸酒精进行腐蚀, 放大倍数为×1250。

铜量增加时会使得铸铁的淬透性增大, 那些较厚断面的铸件, 从奥氏体化温度淬火之后, 铸铁的组织中不会产生铁素体, 也不会产生珠光体。

铜常常跟镍以及钼一块儿被用于制造那种需要经过淬火回火或者等温转变的铸铁（图 6）, 也被用于制造带有贝氏体（针状）或者马氏体基体组织的铸态高强度铸铁。

图6 含铜量对等温淬火淬透临界直径的影响

对机械性能的影响

铸态的铸铁, 当铜的含量出现增加的情况时, 珠光体的含量也随之增加, 并且条件屈服应力、抗拉强度以及硬度都得到提高, 然而延伸率却降低了, 这可以通过图7展示出来。

图7展示了, 含铜量对于, 使用高纯炉料所生产出來的, 铸态球铁而言, 针对其抗拉性能以及, 珠光体含量所造成的影响。

彼时基体完全都变成了珠光体, 在此基础上再增多铜, 会使得性能的变化速度减缓下来, 当达到最高铜含量之际, 铸件会变得脆, 抗拉强度以及延伸率均会降低(图8), 然而屈服强度有继续增加的可能性。

图8 含铜量对铸态和正火态珠光体球铁的抗拉强度和硬度的影响

经退火处理的铁素体铸铁, 也就是退火铁素体球墨铸铁, 其屈服后的强度以及抗拉的强度, 会随着铜含量的不断增加而呈现出增加的趋势, 然而, 其延伸的比率却出现了下降的状况。（图9）

图9 含铜量对退火铁素体球铁性能的作用

使0.2%屈服应力以及抗拉强因增加1%的铜而可增加约70MPa, 延伸下降约6%, 硬度增加约24HB。于V型缺口试样冲击试验里, 增加铜含量会提高冲击韧性脆性转变温度, 每增加1%的铜可提高约45℃, 且最大冲击功会下降显示于图(10)里。

对应图10, 那些是退火后的铁素体球铁, 它们有着不同的铜含量, 其夏氏V形缺口冲击温度转变曲线是这样的。

当处于高铜量的情况下, 实施退火操作, 然而却很难获取到全铁素体基体, 并且, 在铁素体里, 铜的细小二次析出量呈现出增加的态势。

倘若铸铁于760℃时进行水淬处理, 存在着能够有更多铜得以固溶的情况, 进一步开展大约500℃时的时效操作, 将会致使抗拉强度以及硬度有所增加, 并且具备良好的延展性, （表1）, 由此所获取到的综合性能相较于珠光体基体的铸铁性能更为优良。

表1 含铜铁素体球铁经沉淀硬化和时效后的抗拉性能

当正火珠光体铸铁中, 铜含量在达到约2%之前时, 铜会致使抗拉强度以及硬度有所增加, （其情况如 图8所示）, 而此时延伸率仅仅是稍有下降, 这表明铸铁并未出现脆化的情况。使用作为珠光体促进元素的铜, 对于大断面铸件在依照从875~900℃出炉后进行缓冷的正火热处理, 格外有利。

如下这般的淬火回火以及奥氏体等温淬火铸铁, 其中铜的添加, 于马氏体和贝氏体热处理铸铁里主要是起到增加淬透性的作用, 并且对于机械性能所产生的影响是比较小的。

球墨铸铁中铜的最大加入量

生产各种牌号球铁时, 铜的加入量, 取决于其他元素的含量, 取决于铸件断面的尺寸, 还取决于铸件是否接受热处理。

在铸态球铁里面的铁素体球铁, 任何含量的铜于此时都是有害的, 其含量必须要小于百分之零点二。当铸件进行退火操作的时候, 要是调整退火时间从而保证铁素体基体存在, 那么铜含量能够允许高一些。铜的加入最多可以达到大约百分之一, 以此获得高条件屈服应力、抗拉强度以及良好的延展性的组合, 如图九所示。

一种铸态珠光体铁素体混合基体铸铁, 依据所需的珠光体含量, 以及铸件里其它珠光体促进元素的含量, 铜含量能够在0.2至0.5%之间进行选择。

采用铸态以及正火处理的珠光体球铁 , 鉴于其他球光体促进元素的含量状况, 还有铸件的断面尺寸情形 , 铜的含量选取可处于在0.75至1.5%这个范围之间。

用于淬火回火以及奥氏体等温淬火的铸铁, 鉴于铸件的断面尺寸呀,还有铸铁里其他硬化元素, 像镍这种元素用Ni表示呀,钼这种元素用Mo表示, 它们的含量等情况, 铜含量能够去选择处于0.5%至1.5%这个范围之间。