锰、磷、硫对球墨铸铁质量的影响

锰扩大奥氏体相区，扩展相区的程度随锰含量上升而增加。球墨铸铁中锰的凝固分配系数约为0.7，凝固时锰偏聚于液相。

在固态相变过程中，锰原子的扩散比碳原子困难，扩散速度远低于碳原子，导致含锰较高的铸件相变阻力增加，并阻碍铁原子扩散，减缓慢奥氏体分解速度，增加共析转变过冷度，加长转变孕育期，使避免珠光体转变的临界冷速降低。在较低的共析温度下，共析转变速率加快，奥氏体中的碳原子迁移变得困难，因而锰抑制铁素体形成，从而提高基体中珠光体体积分数。可以利用调节锰量来改变基体中铁素体和珠光体含量的比例，改变铸件性能。

锰使共析温度显著下降。球墨铸铁中每增加1%锰，共析转变温度下降约20度。表明锰增加奥氏体共析转变过冷度。在较低温度下，转变阻力增大，奥氏体稳定性提高，并可使共析转变产物细化。含锰量达到一定程度后，奥氏体能够保留到室温。

锰减少共析组织含碳量。当基体含锰量不太高时，每1%的锰约可使共析组织含碳量减少0.05%--0.06%。加锰使共析点移向相图左下方。奥氏体共析转变中锰原子有助于较厚球墨铸铁件淬火硬化。

锰溶入铁并与碳化合形成渗碳体。在此化合物中，锰原子部分取代铁原子，使化合物的结合键加强。存在共晶组织或共析组织中的这种碳化物都是稳定R .

微区分析结果表明：球状石墨周围含锰量比奥氏体晶界处的含锰量低数倍，这是因为锰原子的扩散速度低于碳的扩散速度，导致共晶转变结束后的晶间残留熔液相，锰浓度远高于铸件平均浓度。共晶转变完成后，晶界上将会析出晶碳化物。随着铸件含锰量增加，碳化物体积分数随之增大，甚至能形成断续网状或连续网状碳化物，降低铸件塑韧性。因此制造塑韧性要求较高的铁素体球墨铸铁时，铸件含锰一般应限制在0.2%以下。

球墨铸铁的几种常存元素中，对珠光体体积分数影响显著的是锰。长期生产珠光体球墨铸铁的经验表明，厚度25mm以下的镁球墨铸铁中锰=0.3%--0.5%时，基体中珠光体含量一般在60%--80%。50---60mm厚铸件珠光体含量约为50%---60%。更厚的QT550—5及QT600—3铸件，加锰量可达到0.55%---0.7%。

利用提高含锰量来增加珠光体含量时应控制锰、硅质量分数比例。下图（2—5）显示经过镁硅铁球化处理的含碳=3.5%---3.9%直径25mm球墨铸铁件中锰、硅质量分数对铁素体体积分数的影响。

此图显示如果铸件含硅量为2%，欲使铁素体体积分数减少5%以下，消除牛眼状铁素体，则加锰量需要超过1%以上。如此高的含锰量则难以避免渗碳体和晶间碳化物生成。在此种情况下，可以加入铜或铜+钼，相应减少锰含量。

铸态使用的珠光体球墨铸铁件，含锰量也不宜过高，可选用：锰=0.3%--0.5%、厚壁件可按上限选用。薄壁铸件容易出现渗碳体，含锰量需要控制在0.3%或更低一些。

使用前经过消除碳化物正火的铸件，根据所需珠光体体积分数，铸件含锰量可提高到0.4%--0.8%。

锰溶入铁素体产生固溶强化作用，可使铁素体球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、硬度提高。下图（2—6）显示碳=4%，硅=2.2%珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁主要力学性能的影响。

磷

磷在奥氏体中的溶解度较低，并不直接影响奥氏体转变和转变产物，也不影响石墨的球化及球状石墨尺寸、分布和数量。磷对球墨铸铁力学性能的影响，主要表现在降低材料塑性韧性。这是因为共晶转变过程结束后，晶间残留熔液含磷量显著提高。共晶团界上出现脆性相磷共晶。塑韧性降低的程度主要取决于共晶团界上磷共晶的体积分数和分布状况。下图（2—7）显示磷的质量分数对低锰铸态铁素体球墨铸铁力学性能的影响。

一些球墨铸铁化学成分标准中，规定磷的质量分数小于或等于0.07%。但是对于厚断面铸态铁素体球墨铸铁件来说，铁水中含磷=0.04%时，已经有磷共晶出现，材料的塑性和冲击韧度明显下降。当磷的质量分数（%）由0.06%开始增加，抗拉强度和硬度相应提高。而断收缩率则从0.07%磷时的15%下降到0.1磷时的5%。

因此磷共晶的存在，凝固时发生较大的晶间体积收缩。这种收缩难以通过铸件的补缩系统加以补充。因此容易在铸件中形成显微疏松孔隙。对于而压铸件，这些孔隙常成为难以修复的缺陷。球墨铸铁中的磷主要来自炉料。目前还不能在熔炼过程中消减铁中的磷含量。但是对于塑韧性要求较高的铁素体球墨铸铁件，可以采用高温退火的工艺措施，使磷共晶中的碳化物分解，尽管磷共晶中的碳化物比较稳定，但是经过高温退火后，磷共晶的不良影响可以减轻。

硫

硫能溶于铁水，但是不能溶于阿尔法铁和嘎玛铁中，硫与铁化合形成硫化铁，熔点稍高于共晶温度（1193摄氏度），硫化铁与铁形成共晶（熔点985摄氏度）。两种共晶在铸件凝固固后存在于共晶边界。破坏基体金属的连续性，降低球墨铸铁力学性能。

一般球墨铸铁件经过炉前处理后，硫的重量降下降到0.02%左右。经过正常化处理的铸件一般都能达到这个标准。低温使用的球墨铸铁件，为了保持低温塑韧性，要求硫质量分数不超过0.01%。

硫干扰石墨球化。硫与球化元素（稀土、镁、镧）有较强的亲和力，球化处理时加入铁水的球化元素产生镁的硫化物（硫化锰）或稀土硫化物（CeS Ce2S或LaS）。铁水中硫大部分与镁或铈化合后，失去其干扰作用。另外，微量硫与镁、稀土的化合物，是球状石墨结晶核心的主要组成物，有助于球状石墨形核，增加石墨球数。有资料报道，含梳和含氧量极低的原铁水，即便添加了适量的球化剂，所形成组织中只发现了数量很少点状石墨。并且充满了渗碳体组织。因此认为铁水中微量硫有保暖进球状石墨生成、提高石墨球数的作用。

铁水中的硫化物是形成熔渣的主要组分。如果炉前处理后未能彻底扒除这些熔渣，将会使铸件内出现球化衰退现象。