合金元素 铜Cu(熔点1083℃)

合金元素

铸铁通常含有碳、硅、锰、磷、硫五元素，但有时为了改善和提高铸铁的某些性能，而加入超过通常含量的硅、锰、磷、硫以及一定数量的铜、铬、钼、镍、钨、钒、硼、铝……等合金元素。这些合金元素根据它们对石墨化的影响加以排列，可以得到以下序列：

Al、C、Si、Ti、Ni、Cu、P、Co、Zr    Nb    W、Mn、Mo、S、Cr、V、Te、Mg、Ce、B

                             促进石墨化                                                     阻碍石墨化

位于序列中间的合金元素对石墨化的影响不明显，左面排列着的合金元素是促进石墨化的元素，右面排列着的合金元素是阻碍石墨化的元素。

铜Cu(熔点1083℃)

1、铜对石墨形状的影响

铜是促进石墨化的元素，石墨化能力相当于硅的1/10～1/5。铜在超过它的固溶度极限时，常以显微质点或超显微质点分布于铸铁中。

铜使组织致密，并细化和改善石墨的均匀分布，既能降低铸铁的白口倾向，又能促进珠光体的形成，对断面敏感性有有利影响。

铜具有强化铸铁铁素体和珠光体的倾向，因此能增加铸铁的强度，铸铁的抗拉强度、抗弯强度几乎与所含铜量成比例的增加，在低碳铸铁中尤为显著。在一般铸铁中，铜含量在3.0 %～3.5%以下可使硬度增加;但当铸铁具有形成白口倾向时，或存在着游离碳化物的硬点时，则加入铜会使硬度降低。

Cu为石墨化元素，对球铁一次结晶过程作用不明显，促进珠光体的形成，抑制基体铁素体化，显著提高铸铁的强度。文献指出，含碳量及含铜量越高，珠光体组织越多，相应地合金硬度也就越高。

加入铜可改善石墨球的形状和增加石墨球的数量，这种作用在厚大断面铸件中特别突出。但铜中含有许多种干扰元素(电解铜中含Pd0.018%)会使石墨球有明显的畸变。铜的加入量一般为0.5%～1.5%，多数小于1%。

Cu在有利于形成碳化物的条件下，加入0.5%Cu能阻碍凝固过程的石墨化，使组织更紧密。细化珠光体和石墨。

2、对基体组织的影响

(1)促进石墨化，减少或消除游离B碳体;

(2)促进珠光体的形成，减少或完全抑制铁素体的形成;

(3)提高淬透性，改善铸件断面组织与性能的均匀性;

(4)对基体固溶强化、沉淀硬化，不形成游离渗碳体，不与碳形成碳化物;

(5)呈负偏析，富集在共晶团内部。

3、对力学性能的影响

铜可用来提高铸铁的耐磨性、抗磨性，以及减震性，因此常用于制造滑动摩擦的铸铁件，如钻床主轴、汽车和拖拉机汽阀挺杆等。但在白口铸铁或冷硬铸铁中，加铜不能使其抗磨性能有任何改善。

铜用于某些耐热铸铁和奥氏体铸铁中可以增加耐热和耐蚀能力，铜-铬复合合金对于防止高温下氧化气氛中的起皮作用特别有效，许多奥氏体耐热和耐蚀铸铁含有4 %～7%的铜。

铜是几种主要抗腐蚀的合金元素之一，铸铁中铜含量为0.25%～1.00%时，能显著增加其在工业气氛中的耐蚀性。但铜在碱液或盐液中的耐蚀性极微小。

铜可增加铁水的流动性，并显著改善其可铸性。

铜可增加矫顽磁力和剩余磁性，但导磁率不受影响。

铜与其它合金元素联合使用，如铜-铬、铜-铬-钼、铜-钼、铜-锰、铜-钒等，则能获得更大的效用。

随含铜量增加球铁的冷脆转变温度升高，并且冲击韧性下降。

对于铸态呈铁素体基体的球铁来说，加铜使抗拉强度有明显的提高，而断后伸长率则有明显的下降。对于铸态是珠光体基体来说，附加质量分数为0.5%～2.0%的铜，对抗拉强度增加不多，对断后伸长率实际上也没有影响。

Cu提高σb、σw和HB并与加入量成正比，低碳铸造铁中更明显。

Cu与Cr，Cr-Mo、Mn等元素并用，更为有效。

Cu能提高耐磨、抗磨和抗震性能。增加耐热、耐蚀能力。

Cu- Cr防止高温下氧化。奥氏体耐热和耐蚀铸铁含Cu4～7%。

Cu与上述元素并用时的平衡量为：铸铁中C>3%时，Cu=(3～4)Cr;C<3%时，Cu=(4～6)Cr;Cu= Mn= Mo。