石山岗

摘 要：随着科学技术的不断发展进步，更多新的材料和设备被应用到工作和生活中来，其中铸铁是一种重要的铁材料。铸铁在使用的过程中虽然强度、韧性等条件没有钢材的效果好，但是由于其熔点较低，能够更加方便的进行铸造和切割等，使其在机械制造中具有着十分重要的应用效果。根据研究显示，灰铸铁的石墨分布状态对其强度和韧性等有着直接的影响，本文将探讨研究灰铸铁中不同的石墨分布形状对其强度的影响，分析并提出对灰铸铁中石墨分布形态进行控制的方式，希望能够提高灰铸铁在使用过程中的效果，为研究学者提供借鉴和帮助。

关键词：灰铸铁;石墨分布形状;影响;控制方式分析

前言

铸铁在实际的机械制造过程中根据其生产的工艺和使用的方向不同分为不同的类别，主要有灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁等，其中灰铸铁由于其生产成本降低，要求的工艺比较简单，因此应用的范围较为广泛，在汽车的气缸、活塞环、机床的床身、机座和工作台零件中都有着使用。根据灰铸铁的应用方式不同对其性能也有着不同的要求，但是其韧性和强度使保证其使用效果的重要基础，这就要求我们对影响灰铸铁韧性和强度的因素进行分析，找到控制的方法。

一、灰铸铁中石墨的分布形状

灰铸铁中的石墨是以片状的进行分布的，采用金相显微镜对其进行观察发现其一共存在着六种不同的分布状态，这些分布的状态使灰铸铁在使用的过程中呈现出不同的特性，对其韧性和强度也有着不同的影响。

（一）初生的粗、大、直片状的石墨形态分布

灰铸铁中的这种石墨是在过共晶成分下的铁液中析出的，属于初生石墨，在金相显微镜下呈现出明显的长、粗、直的特征，这种特征的石墨分布状况会降低灰鑄铁的韧性和强度，使其在加工的过程中不能良好的控制形状和光洁程度，影响零件的使用和产品的质量[1]。

（二）初生的星状或蜘蛛状的石墨形态分布

这种石墨的分布形态也属于初生石墨的一种，但这种形态的石墨只分布于很薄的零件之中，如汽车的活塞环等。虽然这种形态的石墨分布强度、韧性和光洁程度较好，但是由于其形成原因的复杂性和特殊性，因此只能存在与特定的零件之中，不能够作为灰铸铁零件的常态化石墨分布状态存在[2]。

（三）片状石墨呈无方向性均匀分布及小部分聚集呈菊花状分布

灰铸铁中的这两种石墨状态分布类型是在其共晶过程中产生的共晶石墨类型，其中以呈无方向性均匀分布的石墨状态为主，在小部分区域内夹杂着聚集的呈菊花桩分布的石墨。这种石墨的分布状态是在高强度的灰铸铁中得到的石墨分布类型，其主产生作用的是片状石墨呈无方向均匀分布的状态，呈菊花状分布的石墨形态是因为这少部分区域温度较低，对周围的石墨形成吸附作用产生的，分布较为零散且不均匀，作用效果的影响能力不高。

（四）片状石墨在枝晶间无方向性分布及在二次枝支间呈方向性分布

灰铸铁中的这两种石墨分布状态的形成原理和温度有着很大的关系，首先在是石墨进行共晶的后期有大部分范围受到温度降低的影响，且这种影响分布不均匀，由温度较低的石墨部分对周围进行吸附形成枝晶，呈现出无方向性分布;其次是在这个基础上，共晶石墨的冷却速度加快或者温度降低，使其他石墨在枝晶上进行有方向性的吸附和凝固，形成在二次分枝间呈现方向性分布的石墨状态。这两种形态的石墨分布会使会灰铸铁的韧性差，呈现出不稳定、不光洁的状态，因此使用的效果较差[3]。

二、灰铸铁的石墨分布状态对其韧性和强度的影响

由于初生的星状或蜘蛛状的石墨分布形态只存与特定的零件之中，不能够常态化的存在，而初生的粗、大、直状石墨分布形态会影响灰铸铁的强度和韧性，呈现枝晶间无方向性分布和二次枝晶间方向性分布的石墨分布状态韧性较差，稳定性不好，因此最适合使用的就是片状石墨呈无方向性均匀分布的形态。

三、控制灰铸铁中石墨分布形状的办法

（一）控制灰铸铁中CE、低合金化和Si/C比

粗、大、直形状得 石墨形态分布主要存在于共晶成分的灰铸铁中，而使用亚共晶成分的灰铸铁就能够有效避免其中出现这种石墨形态分布。但是在CE条件较低的情况下就有可能产生二次枝晶呈方向性分布的石墨形态，但是如果单纯的提高CE，就会对灰铸铁的强度和韧性产生反作用，可以通过低合金化和提高灰铸铁中的Si/C比来解决。低合金化能够细化灰铸铁中的石墨，使其达到良好的分布状态，而通过降低灰铸铁中的C含量，提高Si的含量也能够进一步使石墨细化，达到我们需要的石墨分布状态。

（二）通过孕育处理控制石墨的形态分布

孕育处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、出铁孕育、随流孕育和喷射孕育等。其中在大型工厂的生产制造中使用延后孕育的效果更好，成本更低，能够得到效果良好的灰铸铁石墨分布形态，提高产品质量、使用效果和经济效益;在中小型的工程名生产中使用随流孕育和喷射孕育能够起到良好的效果。

（三）通过控制炉料对灰铸铁中的石墨分布形态进行控制

在进行灰铸铁及其零件的生产中，炉料也是影响灰铸铁石墨分布状态的重要因素之一。部分工厂在进行生产制造的过程中为了节省成本、简化步骤，使用其他厂家提供的炉料，而有部分厂家提供的炉料中有着粗、大、直状形态分布的石墨类型，在进行生产制造的过程中，这部分石墨就混入了灰铸铁之中，改变石墨分布形态，降低了灰铸铁的强度和韧性，影响了产品的质量和使用效果，因此我们需要使用质量好的高强度灰铸铁，如Z14或者Q12生铁，使灰铸铁生产的铸件中石墨的形态分布好，效果强。

结语

综上所述，灰铸铁中的石墨形态分布对其强度和韧性有着直接的影响，其中片状石墨呈无方向性均匀分布能够使灰铸铁的强度更高，韧性更强，生产出的产品质量更好。要控制灰铸铁中的石墨分布形态，我们必须要选择好的炉料，降低炉料对产品造成的负面影响，同时在生产的过程中控制好CE、低合金化和Si/C比，采用合适、合理的方法进行生产和制造，促进灰铸铁的质量提高、生产的零件的质量提高，促进机械制造和生产的发展，提高对灰铸铁的使用效果。

参考文献

[1]程俊伟;黄胜操;曹耕原;.灰铸铁件裂隙状气孔的成因分析与防止措施[J].现代铸铁，2017，186（6）：41-43.

[2]钱立，王峰，吕姗姗.灰铸铁的石墨分布形状及其控制[J].现代铸铁，2016，176（2）：31-34.

[3]王瑞金，余嗣瑞，李可丹.灰铸铁件的缺陷分析和质量控制的研究[J].现代制造技术与装备，2019，267（2）：22-23.