按對(duì)石墨化的作用不同,化學(xué)元素(主要是合金元素)可分為兩大類。
第一類是促進(jìn)石墨化的元素。如鑄鐵中的碳、硅等,其中碳、硅是強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。鑄鐵中碳、硅的含量越高,越有利于石墨化的進(jìn)行。這是因?yàn)殡S著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,液態(tài)鑄鐵中石墨晶核數(shù)目增多,故促進(jìn)了石墨化;而硅與鐵原子結(jié)合力較強(qiáng),從而削弱了鐵、碳原子間的結(jié)合力,而且還會(huì)使共晶點(diǎn)的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低,共晶轉(zhuǎn)變溫度升高,這都有利于石墨的析出。硅對(duì)石墨化的影響與其含量有關(guān),鑄鐵中的硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.0%以下時(shí),促進(jìn)石墨化的作用比較強(qiáng)烈,特別是硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%~2.0%的范圍內(nèi)作用更顯著。當(dāng)含硅量超過3.5%時(shí),硅的石墨化作用減弱。除了碳和硅,鋁、鈦、鎳、銅、磷、鈷等元素也是促進(jìn)石墨化的元素。其中銅和鎳既能促進(jìn)共晶時(shí)的石墨化又能阻礙共析時(shí)的石墨化,所以為了既提高鑄鐵的強(qiáng)度,又得到珠光體基體,可加入銅和鎳。生產(chǎn)中為了避免產(chǎn)生白口和麻口,鑄鐵中必須加入足夠的碳、硅、鋁等促進(jìn)石墨化的元素。
第二類是阻礙石墨化的元素。如鑄鐵中存在的錳、硫、磷等元素。其中錳是鑄鐵中的一個(gè)有益元素,它與硫化合成MnS,可以消除硫的有害作用。錳能同時(shí)囤溶于鐵素體和滲碳體中,穩(wěn)定了滲碳體,因此錳是一個(gè)阻礙石墨化的元素。適當(dāng)?shù)暮i量有利于形成珠光體基體的鑄鐵。硫是一個(gè)有害元素,它基本上不固溶于固溶體,與鐵生化合物FeS,以共晶(Fe+FeS)形式存在于晶界,增大了脆性,并阻礙了碳原子的擴(kuò)散,強(qiáng)烈地促使鑄鐵白口化。磷在奧氏體和鐵素體中的固溶度很低,鑄鐵中含碳量越高,磷的固溶度越低,當(dāng)超過磷的固溶度時(shí)就會(huì)形成化合物Fe3P、Fe2P,一般以共晶形態(tài)出現(xiàn)在鑄鐵的組織中,形成二元磷共晶和三元磷共晶,使鑄鐵脆性增大。