1. 对组织的作用
2. 对机械性能的影响
3. 球墨铸铁中铜的最大加入量
4. 铜的来源

铜是特意加入的合金元素，广泛用于球墨铸铁，其加入量为0.2~2.0%。无论铸态或热处理态球铁的金相组织及性能都受到铜含量的影响。

对组织的作用：

游离铜 —— 铜在熔化铸铁中的最大溶解量为约3.5%，超过此量者都是以球状不溶解的单质铜形式呈现在组织中。铜的溶解度还受铁中镁的含量而一步降低，当镁含量超过约0.08%，铜的最大溶解量低达1.5%，从而使游离铜出现。

石墨 ——铜含量低于3%时，对镁处理球铁的球状石墨形成没有不利影响。但铜的存在使铸铁更易受各干扰元素，例如钛(图1)和铅的影响，容易产生片状石墨，从而降低机械性能。这种影响可通过加入含铈（Ce）混合稀土而基本消除。

含铜量约0.75%以上的珠光体球铁进行退火，一些石墨球上会出现异常的次生石墨生长现象，如图2所示。

共晶碳化物 —— 铜是适中的石墨化元素，加入球铁中的铜可稍减少共晶碳化物白口形成危险，特别是在薄处。

基体——随铜含量的增加，无论铸态或正火态铸件，珠光体含量增加。(如图3)

珠光体含量从20%到80%增加速率是很快的，其相应的铜的加入量范围取决于其它促进珠光体的合金元素的含量。铜的促进珠光体形成能力大于锰Mn，但小于锡Sn和砷As。

在退火过程中，珠光体的石墨化随铜含量的增加而减缓(图4)。

当铜量超过0.75%，即使延长热处理时间，也很难得到全铁素体基体，总会残留一些粒状化珠光体。

在室温下铜在铁素体中的最大固溶量约为0.3%，超出的铜在冷却过程中以细小的二次 析出的铜粒子分布，这种铜粒子在退火铁素体中更为明显。（图5）

铸铁的淬透性随铜量增加而增大，这使得较厚断面铸件从奥氏体化温度淬火后而在组织中不产生铁素体和珠光体。

铜通常同镍和钼一起用于生产需经淬火回火或等温转变的铸铁(图6)，或生产带有贝氏体(针状)或马氏体基体组织的铸态高强度铸铁。

对机械性能的影响

铸态铸铁—— 铜含量增加，珠光体含量增加，条件屈服应力、抗拉强度和硬度提高，延伸率降低。(如图7所示)

当基体已全部成为珠光体，进一步增加铜将减缓性能的变化速率，在最高铜含量时铸件将变脆，抗拉强度和延伸率都要下降(图8)，但屈服强度仍可能继续增加。

退火铁素体铸铁——退火铁素体球铁的屈服强度和抗拉强度随铜含量增加而增加，但延伸率下降。(图9)

增加1%的铜使0.2%屈服应力和抗拉强度可增加约70MPa，延伸下降约6%，硬度增加约24HB。在V型缺口试样冲击试验中，增加铜含量提高冲击韧性胞性转变温度，每增1%的铜可提高约45℃，而最大冲击功要下降。(图10)

在高铜量时，进行退火也很难得到全铁素体基体，在铁素体中铜的细小二次析出量也增加。

如果铸铁在760℃水淬，可有更多的铜固溶，再进行约500℃的时效，会使抗拉强度和硬度增加并具有好的延展性，(表1)，所获得的综合性能比珠光体基体的铸铁性能好。

表1 含铜铁素体球铁经沉淀硬化和时效后的抗拉性能

正火珠光体铸铁——铜含量达到约2%以前，铜使抗拉强度和硬度增加(图8)而延伸率仅稍有下降，表示铸铁未脆化。使用铜这种珠光体促进元素对大断面铸件从875~900℃出炉缓冷的正火热处理特别有利。

淬火回火和奥氏体等温淬火铸铁——铜的加入在马氏体和贝氏体热处理铸铁中主要是增加淬透性，而对机械性能的影响很小。

球墨铸铁中铜的最大加入量

铜在生产各种牌号球铁中的加入量取决于其它元素的含量、铸件断面的尺寸和铸件是否热处理。

铁素体球铁 ——在铸态球铁中，任何含量的铜都是有害的，其含量心须小于0.2%。当铸件退火时，如果调整退火时间以保证铁素体基体，则铜含量可允许较高些。铜的加入最多可达约1%，以得到高条件屈服应力、抗拉强度和良好的延展性的组合（图9)。

铸态珠光体铁素体混合基体铸铁 ——根据所需的珠光体含量及铸件中其它珠光体促进元素含量，铜含量可选择在0.2~0.5%之间。

铸态及正火珠光体球铁 —— 根据其它球光体促进元素的含量及铸件的断面尺寸，铜含最可选择在0.75-1.5%之间。

淬火回火及奥氏体等温淬火铸铁 —— 根据铸件的断面尺寸及铸铁中其它硬化元素，如镍Ni、钼Mo的含量，铜含量可选择在0.5~1.5%之间。

铜的来源；

高纯铜 —— 呈细小的丸状、铜板剪碎状、丝状及缺口棒。

含铜工艺废料 —— 必须选择工艺废料，不得含有铅Pb、锑Sb、碲Te等元素，因为这些元素会导致片状石墨产生从而使强度严重下降-——即使加入混合稀土金属时。

废钢 —— 根据钢的技术条件，含铜量可达到0.4%。

铜镁合金——这种合金通常含有85%铜和15%的镁。当产生铸态或正火态珠光体铸铁件时，铜镁合金偶尔用作球化剂。

铜的熔点为1083℃，远低于铸铁。如果铁水干净，表面无渣，加入铜不会有损失。