工程材料学 铸铁的组织与性能

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1、工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能工程材料学铸铁的组织与性能实验一  铸铁的组织与性能一、实验目的1、观察灰口铸铁中不同类型石墨的形貌及基体组织。2、观察灰口铸铁中磷共晶的形态及分布。二、实验原理铸铁是含碳量大于2.14%或组织中具共晶的铁碳合金。工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁——碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合

2、金。铸铁中的碳可以以渗碳体的形式存在，也可以石墨的形式存在。根据碳在铸铁中的存在形态的不同，通常可将铸铁分为白口铁、灰口铸铁和麻口铸铁。而根据铸铁中石墨的形态不同，又可分为普通灰口铸铁，蠕虫状石墨铸铁，球墨铸铁以及可锻铸铁。   铸铁中的金属基体一般都是由珠光体。铁素体或珠光体+铁素体组成。基体上与共析钢或亚共析钢的基体组织相同。灰口铸铁的金相特点，是在钢的基础上分布着片状石墨，其组织是根据石墨片的大小、长度、分布及基体的类型不同有很大的差异，这主要决定于化学成份和铸造条件而定。（一）灰口铸铁1、灰口铸铁的石墨类型   灰口铸铁中石墨的大小、数量和分布对机

3、械性能有很大的影响。为了便于比较，对铸铁中石墨进行了分类评级，我国按石墨的形成原因和分布特征，将其分为a、B、c、d、E和F六种类型。 a型石墨：石墨片的尺寸和分布都比较均匀，且无方向性。这种石墨是碳当量为共晶成份或接近共晶成分的铁水在共晶温度范围内从铁水中和奥氏体同时析出的，其生成条件是具有较小的过冷度，这样才能造成均匀生核和长大，使各处的结晶和生长速度相差不大，最后得到大小和分布均匀的a型石墨（见图1）。 B型石墨：点状石墨被卷曲的片状石墨所包围，无方向性，具有菊花形态。称为菊花状石墨（见图2）。这类石墨的特点是由于过冷度较大，首先从液相中析出细小的树

4、枝状奥氏体，接着在树枝的间隙中产生奥氏体与石墨共晶，这时的石墨片分枝多而密，形成菊花中心的点状石墨。但是，因为不是在非常强烈的过冷条件下结晶，在初晶产物放出结晶潜热的条件下减慢了包围着初晶产物外层的铁水的结晶速度，而且又只能由沿着初生产物向外呈放射状的方向通过液体金属进行散热。所以外层石墨生长成为较粗大的曲片形，大致呈放射状分布，直至遇到邻近的共晶团为止。这类石墨常在碳、硅含量较高，过冷度较大的亚共晶灰铸铁中出现，B型石墨由于呈聚集分布，因而使铸铁的强度有所降低。 c型石墨：是由大片状的初生石墨与较细小的共晶石墨所组成。石墨大小相差很大，但分布比较均匀，无

5、方向性（见图3）。这种类型的石墨主要出现在过共晶程度较大，冷却速度较慢的厚壁铸件中，由于缓慢冷却，共晶结晶前形成的初生石墨在铁水中能充分长大，形成粗片状石墨。随着初生石墨的析出，铁水的含碳量逐渐降低，在共晶温度下，具有共晶成分的铁水发生共晶转变而析出共晶石墨，结果形成粗片状的初生石墨和细小的共晶石墨片混杂分布的形式。粗大石墨片的存在，使铸铁的机械性能显著降低。 d型石墨：点状与小片状的石墨无方向性的分布（见图4）。它是在较大过冷条件下生成的共晶石墨。这类石墨往往出现在碳、硅含量较低，过冷度较大的亚共晶灰口铸铁中。结晶时，首先形成树枝状的奥氏体，由于过冷度较

6、大，分布于枝晶间隙中的剩余铁水发生共晶转变时，几乎同时生成大量的石墨核心，这些石墨核心只能作微小的生长，产生多而密的分枝，所以在显微镜下，石墨呈点。片状分布在奥氏体的树枝间隙中，除了低碳和强烈过冷外，铁水过热也是d型石墨生成的条件。因为过热会使石墨生成的核心减少，石墨结晶困难，需要有较大的过冷度。这类石墨由于密集分布，也使机械性能有所下降。     E型石墨：在初生奥氏体的晶间分布着有方向性的短片石墨，其特征和成因与d型石墨基本相同，只是E型石墨的分布具有明显的方向性（见图5）。在实际生产中，d型和E型石墨通常不作严格区分，分称d、E型石墨，也称过冷石墨或

7、枝晶石墨。E型石墨因分布的方向性较强，它对机械性能的影响也较d型石墨大一些。    F型石墨：其特点是星状（或蜘蛛状）与短片状石墨混合均匀分布（见图6），F型石墨是过共晶铁水在较大过冷度的条件下形成的。大块的为初生石墨，片状石墨在其上生长。（二）灰口铸铁的基体组织  实际生产中应用的灰口铸铁主要是以珠光体为基体的，随着基体中珠光体含量的增加和细化，铸铁的强度、硬度和耐磨性提高。珠光体的细化程度与奥氏体的成分、晶粒度、分解温度有关，灰口铸铁中珠光体类型组织的形成过程与钢相似，不再重述。灰口铸铁的基体组织为铁素体、铁素体＋珠光体、珠光体组织（见图1～图9）。图

8、1   a型石墨      100×图2    B型石墨