灰铸铁中锰、硫的特性及作用

灰铸铁中的锰、硫是一对非常特殊的元素，由于锰、硫要形成MnS夹杂物，这就使得锰、硫的作用变得有些特殊。

 ⑴锰我们一直把锰作为一个合金化元素来用，认为加锰能提高灰铸铁的强度和硬度，这种观点很少有人怀疑过。但是，通过试验却发现事实并非如此。在碳硅量高，硫量也较高的前提下，加锰后灰铸铁的性能并没有提高，反而下降。对于这样的结论，我们经过了反复的验证，试验结果见表1．

 表1 锰对灰铸铁性能的影响       组 次 原铁液化学成分（（wb）（%）孕育剂及加入量 性能/MPa

 C Si Mn P S Cr Cu Sn φ30 试棒 φ60试棒

 第一组 3．30 1．70 0．40 0．03 0．11 0．20 0．55 0．02 锶锆0.35 330 250      0．70 同上 300 245   

 第二组 3．10 1．72 0．44 0．03 0．12 0．21 0．58 0．02 硅铁0.40 360 290      0．80 同上 326 260

 由于加锰反而使性能降低，因此，在碳硅量高、硫量也较高的情况情况下，w（Mn）控制在0.4%～0.5%的范围内有利于生产高强度灰铸铁。

 ⑵硫灰铸铁中的硫究竟是有利还是有害，对硫的认识经过了一个逐步提高的过程；从认为硫是有害元素，到灰铸铁中要加入一定量的硫来改善切削性能，改善孕育效果和石墨形态。我们逐步认识了灰铸铁中硫在一定含量范围内是有利的，这个w（S）范围是0.08%～0.12%．

 灰铁液中的硫过低是不利的：石墨形态差，孕育的效果也不好。但对于这一点，仍有很多人认识不足。当w（S）小于0.05%时，一定要进行增硫处理，否则，孕育效果差。

 许多人已经知道灰铸铁中加硫会发改善切削性能，而除此之外，加硫还能提高灰铸铁的性能，表2 是一组试验数据，可以说明。

 表2 硫对灰铸铁性能的影响      组 次 原铁液化学成分（（wb）（%）孕育剂及加入量 性能/MPa

 C Si Mn P S Cr Cu Sn φ30 试棒 φ60试棒

 第一组 3．35  2．02  0．47  0．03  0．02  0．24  0．57  0．02  75硅铁0.3 260

 第二组 3．08  1．70  0．42  0．03  0．05  0．17  0．58  0．04  75硅铁0.40 292 

 加硫能提高灰铸铁性能是由于硫改善石墨形态，并细化共晶团的结果。随着硫量的提高，石墨长度变短，端部变钝，形态变得弯曲，因此能提高灰铸铁的性能。

现在就可以解释为什么在碳硅当量高、硫量也较高的情况下，灰铸铁中加锰不起合金化作用，性能反而降低：因为在碳硅当量高、硫量也较高时，锰高就会中和铁液中的硫，形成MnS，锰量增加，中和的硫量就大，使铁液中的自由硫量降低，石墨形态就要发生不利的变化，石墨变得平顺，长度变长，端部的钝化效果变差，这些变化都会影响到性能。另外，大量MnS夹杂物的一部分会成为石墨的晶核，还有一部分会发生聚集，形成局部密集的MnS排列，夹杂物本身是要影响材料性能的这就是加锰反而使灰铸铁性能降低的原因。锰的合金化作用被形成MnS的这一特性所带来的不利影响掩盖了。锰与硫在碳硅当量高、硫量也较高的灰铸铁中的这一特性一定要引起重视。如果不了解锰、硫的这一特性，把锰作为提高性能的合金元素的结果是：加入许多锰，性能反而降低。如果再加入更多的其他合金元素，又会使铸造性能变差，极其有害，这种情况很容易被人忽略。