原创 铸造铁合金 铸造铁合金
球墨铸铁基本元素（碳、硅）
球墨铸铁基本元素中最主要的就是碳和硅元素
各种铸铁和钢的碳硅含量范围如图所示
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不同壁厚球墨铸铁件的碳、硅含量推荐值如下表
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碳元素和硅元素对球墨铸铁铸件组织具有重大影响，其最佳的控制范围如下图
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第一节：碳
碳（Carbon）是一种非金属元素，化学符号为C，在常温下具有稳定性，不易反应、极低的对人体的毒性，甚至可以以石墨或活性炭的形式安全地摄取，位于元素周期表的第二周期IVA族。
碳是一种很常见的元素，它以多种形式广泛存在于大气和地壳和生物之中。拉丁语为Carbonium，意为“煤，木炭”。碳元素结构多样，能够以具有多方面性质的单质形式存在，如晶形碳、无定形碳和过渡碳。
碳单质很早就被人认识和利用，碳的一系列化合物——有机物更是生命的根本。碳还有多种同素异形体，如金刚石、石墨、石墨烯、富勒烯等，另外，碳是生铁、熟铁和钢的成分之一。 碳能在化学上互相结合而形成大量化合物，在生物上和商业上是重要的分子。生物体内绝大多数分子都含有碳元素。
中文名：碳
外文名：Carbon
熔点：3500 ℃
沸点：4827 ℃
水溶性：不溶于水
密度：1.8 g/cm3
外观：黑色粉状或颗粒状多孔结晶。
闪点：>230 °F
元素符号：C
原子序数：6
元素类别：非金属元素
原子量：12.011
周期：第二周期
族：IVA族区：p区
电子排布：[He]2s22p2
电负性：2.55（鲍林标度）1
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1、 碳对球墨铸铁铸造性能和球化效果的影响。
碳含量高，则析出的石墨球数多，石墨球数多，球定尺寸小，约整度增加。提高碳含量可以减小缩孔体积，减少缩松面积，可使铸件致密。碳含量过高，降低缩松的作用不明显，反而会出现严重的石墨漂浮。
碳含量在一定程度上影响球化效果。
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2、 碳对球铸铁力学性能的影响
碳含量高，则析出的石墨的量随之增加。因石墨呈球形，则碳含量对力学性的影响就不如片状石墨显著。因此，碳含量对其影响，主要是通过其对金属基体的影响起作用。对铸态球墨铸铁来说，增加碳含量可以减少游离渗碳体。
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对于铸态球铁，碳的质量分数接近3%，渗碳体消失。大于3%，开始出现铁素体。此时的力学性能出现相应的变化。增加碳含量导致硬度下降，断后延伸率上升。当碳的质量分数接近3.0%时，则出现最高的抗拉强度。
球墨铸铁退火后，游离渗碳体分解。基体组织为铁素体。此时碳含量是通过对石墨球数、球径大小及其圆整度的变化，来影响力学性能的。随着碳含量的增加，硬度和抗拉强度相应降低，屈服强度也稍许下降。这是因为随着碳含量的增加，石墨球数增多，导致金属基体抵抗外力的有效面积减少所导致。
提高碳含量可以提高冲击韧度
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碳含量的选择应该从保证球铁具有良好的力学性能和铸造性能两方面考虑，选择高碳含量有助于获得健全铸件。对于退火件来说，碳含量对力学性能的影响不显著。对于铸态铸铁件来说，则应采用高碳含量。
第二节：硅
硅是一种化学元素，化学符号是Si，旧称矽。原子序数为14，相对原子质量为28.0855。它是一种硬而脆的结晶固体，是四价准金属和半导体。有无定形硅和晶体硅两种同素异形体，属于元素周期表上第三周期，IVA族的类金属元素。
硅也是极为常见的一种元素，在自然界通常以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式，广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。硅在宇宙中的储量排在第八位。它以各种形式的二氧化硅（硅酸盐）或硅酸盐广泛分布在尘埃，沙粒，类行星和行星中。地壳中90％以上是硅酸盐矿物，使硅成为地壳中含量第二高的元素（按质量计约为28％），仅次于氧[1]。
中文名：硅
外文名：silicon
元素符号：Si
原子量：28.0855
元素类型：类金属
原子序数：14
周期：第三周期
族：IV A 族
区：p区
电子排布：[Ne]3s23p2
密度：2.33 g/cm3
熔点：1410 ℃
沸点：2355 ℃
饱和蒸汽压：9.999Pa
溶解性：不溶于水、酸溶液；溶于碱性溶液
外观与性状：黑褐色无定形粉末
稳定性：稳定，细粉末高度易燃。与氧化剂、碱、碳酸盐、碱金属、铅和铝的氧化物、卤素、碳化物、甲酸不相容。
危险性描述：R11
UN危险货物编号：2922
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1 、硅对球墨铸铁基体组织的影响，硅是促进石墨化元素，能使共晶温度升高，使共晶碳含量降低。
硅含量与铸件壁厚对球墨铸铁与灰铁铸铁基本组织的影响，如下
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图中虚线表示普通灰铁的基体组织。可以看出，球墨铸铁的碳化物+珠光体、珠光体+铁素体的组织区域均扩大，而珠光体区域和铁素体区域则缩小，随硅含量增加，珠光体区域实际上几乎已经消失。
2、 硅对球墨铸铁力学性能的影响，硅使球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度和硬度提高，同时也使塑性指标降低。
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对低锰铸态铁素体球铁来说，增加硅含量会使冲击韧性明显下降。当硅的质量份数超过3%，冲击韧度急剧降低。硅使球墨铸铁的脆性转变温度升高。
第三节：碳当量
碳当量是一个在材料科学中常用的概念，特别是在钢铁和铸铁领域。它指的是将钢铁或铸铁中各种合金元素按照其对材料性能（如强度、可焊性等）的影响折算成碳的含量。这种折算方法有助于简化材料性能的评估和比较。
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一、定义与背景
碳当量是通过大量试验数据的统计，将钢铁中除碳以外的其他合金元素（如锰、硅、铬、钼、镍等）按照其对材料性能的影响折算成碳的增减量，从而得到的一个综合性能指标。这个概念与铁碳相图密切相关，是评估材料强度、可焊性、共晶度等性能的重要参数。
二、计算公式
碳当量的计算公式因材料种类和性能要求的不同而有所差异。以下是一些常见的计算公式：
碳钢及合金结构钢的碳当量经验公式：
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铸铁碳当量简化计算公式：
一种计算方式是：铸铁实际含碳量除以（共晶度碳当量除以（实际硅含量+磷含量））。结果大于1为过共晶，低于1为亚共晶，等于1为共晶成分
具体来说，这个公式的计算步骤如下：
计算共晶度碳当量，这通常是一个经验值，或者通过实验数据得到，它代表了铸铁在共晶状态下应有的碳含量。
计算实际硅含量和磷含量的和。
将共晶度碳当量除以实际硅含量和磷含量的和，得到一个比值。
将铸铁的实际含碳量除以这个比值。
根据结果判断铸铁的共晶类型：
如果结果大于1，说明实际碳含量高于共晶度碳当量所对应的碳含量，因此是过共晶。
如果结果低于1，说明实际碳含量低于共晶度碳当量所对应的碳含量，因此是亚共晶。
如果结果等于1，说明实际碳含量与共晶度碳当量所对应的碳含量相等，因此是共晶成分。
球墨铸铁中碳当量的简化公式
“碳当量 = C + (Si / 3)”
C代表碳的含量。
Si代表硅的含量。
碳当量表示考虑了碳和硅对材料性能影响后的综合指标。
1、对流动性影响。碳当量对球墨铸铁的流动性影响很大，增加碳当量可以提高球墨铸铁的流动性。当碳当量的质量分数为6.4~6.8%，流动性最好，有利于浇铸成型、补缩。碳当量继续增加，则流动性反而下降
2、对缩松缩孔的影响。随着碳当量增加，缩孔体积不断增加，碳当量的质量分数为4.2%左右时，缩孔体积最大。碳当量继续增加，缩孔体积反而减小。
当碳当量的质量分数为4.8%时，缩松最小，碳当量质量分数大于或小于 4.8%，倾向增加。把碳当量质量份数控制在4.2%~4.8%之间，则缩松少，缩孔小，可以获得比较好的铸件。