[企业管理]金相培训

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1、金相培训2010.3.5一.铸铁的定义铸铁是含碳量大于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金 。二.铸铁的分类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。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

2、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。 A型石墨 100 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。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

3、。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。 B型石墨 100 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， 无方向性 。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

4、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。 C型石墨 100 D型石墨： 点状与小片状的石墨无方向性的分布。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，

5、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。 D型石墨 100 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。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。 E型石墨 100 F型石墨： 其特

6、点是星状（或蜘蛛状）与 短片状石墨混合均匀布 ，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。F型石墨 100 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。灰铸铁正火 400 铁素体片状石墨 灰铸铁铸态 400 珠光体铁素体片状石墨 灰铸铁退火 400珠光体片状石墨 磷共晶：铸铁经常含有

7、较多的磷，它在奥氏体或铁素体中溶解 度很小；在古陶纯铁中的溶解12%，而含碳3.5%的铸铁 中只能溶解0.3%。再加上结晶偏析的结果。虽然含磷量 比上述数值小，也总有磷共晶出现。铸铁中含有0.1%磷 ，组织中就会出现1%的二元磷共晶。但铸铁中的磷共晶 往往既有二元的也有三元的，有时还有碳化物组成磷共 晶碳化物复合物，其数量超过铸铁中磷含量的10倍， 主题中促进石墨的因素，大多促进二元磷共晶的生成， 促进碳化物形成的因素，则促进三元磷共晶的生成。二 元磷共晶：由磷化三铁和点状铁素体多成 ；三元磷共 晶：由磷化三铁，碳化三铁和点状铁素体所组成 ；磷 共晶碳化物复合物，在二元或三元磷共晶上镶有较 大

8、的碳化物条或块 。经硝酸酒精溶液浸蚀后，磷共晶为白亮的，磷化三铁 的基体上发表着粒状铁素体，有时粒状呈鱼骨状规则地 排列在基体上。二元磷共晶 500 三元磷共晶 500三元磷共晶复合磷共晶 500 金相图谱比对灰铁A +25%B 85%B +A A型石墨A +35%D65%D +25%E +A 55%E+A A +10%F（二）球墨铸铁球墨铸铁的组织是由球状石墨和金 属基体所组成。石墨球通常是孤立地 分布在金属基体中的、石墨的圆整度 越好、球径越小，分布越均匀，则球 墨铸铁的机械性能亦越高，球墨铸铁 的基体组织在铸态下变化较大，一般 很难获得单一的基体组织，其组织： “珠光体+铁素体+球状石墨

9、” 。 球墨铸铁 铸态 400 珠光体球状石墨 球墨铸铁的组织可以看成是钢的组织加球状石墨所组成，而机 械性能又主要取决于金属基体，因此，像钢一样，通过热处理可 以改变其基体组织，从而显著地改善球墨铸铁的性能。球墨铸铁 虽然碳含量比钢高得多，但通过热处理控制其不同的石墨化程度 、不仅可以获得类似于低碳钢的铁素体基体 和类似于中、高碳 钢的铁素体+珠光体，甚至珠光体基体组织，而且还可以获得不 同相对量和形态的铁素体+珠光体基体组织 。因此，球墨铸铁 热处理后，即可获得相当于低碳钢的机械性能，又可获得相当于 中、高碳钢的机械性能，这是钢的热处理所达不到的。此外等温 淬火是目前发挥球墨铸铁材料潜力最

10、有效的一种热处理方法，球 墨铸铁等温淬火后，可以获得高强度或超强度，同时具有较高的 塑性韧性和具备良好的综合机械性能及耐磨性，还有热处理变形 小的特点。所以，经适当的等温处理的球墨铸铁可以满足日益发 展的高速、大马达、受力复杂机件的性能要求，从而扩大了球墨 铸铁的使用范围。调质处理后的球墨铸铁，具有较好的综合机械 性能，而热处理工艺及设备则比等温淬火简单，且被切割加工性 比较好，球墨铸铁经调质处理后，组织为素氏体+球状石墨，可 代替部分铸钢和锻钢制造一些重要的结构零件，如连杆、曲轴等 。对球墨铸铁进行感应加热表面淬火，使它们除具有良好的综合 机械性能外，同时工作表面具有较高的硬度和耐磨性以及疲

11、劳强 度。根据某些球墨铸铁件往往需要在强烈的磨损或在氧化、腐蚀 介质的条件下工作的需要，必须进行化学热处理，如：氮化、软 氮化、渗硼等。球墨铸铁退火态 400 铁素体球状石墨 球墨铸铁正火态 400 珠光体铁素体球状石墨 球墨铸铁金相图谱蠕墨铸铁蠕墨铸铁的石墨形态是蠕虫状和 球状石墨共存的混合形态，蠕虫状 石墨是介于片状石墨和球状石墨之 间的中间石墨形态 。其基体组织 为铁素体，其力学性能介于灰铸铁 与球墨铸铁之间，其铸造性能比球 墨铸铁好，与灰铸铁接近。因此形 状复杂的铸铁也能用蠕墨铸铁制造 。蠕虫状石墨金属基体 100蠕墨铸铁金相图谱（四）可锻铸铁可锻铸铁的生产过程是先浇注成白口铸铁件，然

12、 后再退火成灰口组织。可锻铸铁中的石墨呈团絮状分布 ,对金属基体的割裂和破坏较小、石墨尖端引起的应力 集中小，金属基体的强度、塑性及韧性可较大程度地发 挥作用。故可锻铸铁的机械性能比灰铸铁高、特别是塑 性、韧性要高得多。可锻铸铁中的团絮状石墨数量愈少 、外形越规则，分布愈细小均匀，其机械性能愈多。可 锻铸铁的机械性能除与石墨团的形状、大小、数量和分 布有关外、还与金属基体的组织有很大的关系，可锻铸 铁的基体有铁素体基体和珠光体基体两种，铁素体基体 具有一定的强度和较多的塑性与韧性，主要用作承受冲 击和震动的铸件。珠光体基体具有高的强度、硬度和耐 磨性以及一定的塑性、韧性，主要用以要求高强度、硬

13、 度、耐磨的铸件。 团絮状石墨铁素体 100 （五）铸铁金相试样的特点在生产实践和今后的工作中，我们将要碰到大量的铸铁工 件的金相检验，在此就铸铁金相试样的制备特点作一简短的说明 ：铸铁（不包括白口铸铁）试样的抛光，既要使基体表面无道痕 ，又要保证石墨不污染，不脱落，重要的是要能正确的显示石墨 的形态和大小，试样磨平后，用新砂纸（丛粗到细）磨制。用旧 了的砂纸是不利于磨制石墨，会使石墨脱落，石墨脱落后，其空 腔会由于周围金属变形而变小，或由于腐蚀而扩大，磨面被污物 充填。在抛光时，为了防止石墨脱落或污染，要选择短毛纤维柔 软的丝织物较为适宜。抛光磨料可用氧化镁，开始抛光时，使用 抛光盘的外圈以

14、提高切削速度，要注意随时转动试样（特别是球 铁），防止出现“彗星尾巴”。随着抛光接近完成，要逐步减轻 压力，并将试样移至抛光盘中心区。抛光过程中必须保持抛光盘 湿度适宜，水分过多或过少都会带来不良后果。经正确地抛光后的铸铁试样，石墨呈灰色，球状石墨可见 放射状特征。对于铁素体基体，则推荐用硝酸酒精溶液。但要注意，石 墨会吸收硝酸，腐蚀后，往往引起石墨的膨胀，并导致石墨球或 石墨片局部脱落。铁 碳 相 图铁碳相图分析FeFe3C相图看起平比较复杂,但它仍然是由一些基本相图组成的,我们可 以将FeFe3C相图分成上下两个部分来分析.1.上半部分-共晶转变在1148,4.3%C的液相发生共晶转变:L

15、c (AE+Fe3C),转变的产物称为莱氏体,用符号Ld表示.存在于1148727之间的莱氏体称为高温莱氏体,用符号Ld表示,组织由 奥氏体和渗碳体组成;存在于727以下的莱氏体称为变态莱氏体或称低温莱 氏体,用符号Ld表示,组织由渗碳体和珠光体组成.低温莱氏体是由珠光体,Fe3C和共晶Fe3C组成的机械混合物.经4%硝酸酒 精溶液浸蚀后在显微镜下观察,其中珠光体呈黑色颗粒状或短棒状分布在Fe3C 基体上,Fe3C和共晶Fe3C交织在一起,一般无法分辨.2.下半部分-共析转变 在727,0.77%的奥氏体发生共析转变:AS (F+Fe3C),转变的产物称为珠光体.共析转变与共晶转变的区别是转变

16、物是固体而不非液 体.3,相图中的一些特征点相图中应该掌握的特征点有:A,D,E,C,G(A3点),S(A1 点),它们的含义一定要搞清楚.4.铁碳相图中的特性线相图中的一些线应该掌握的线有:ECF线,PSK线(A1线),GS线(A3线),ES线(ACM线) 水平线ECF为共晶反应线.碳质量分数在2.11%6.69%之间的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共晶反应. 水平线PSK为共析反应线.碳质量分数为0.0218%6.69%的铁碳合金, 在平衡结晶过程中均发生共析反应.PSK 线亦称A1线. GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线, 通常称A3线. ES线是碳在A中的固溶线, 通常叫做Acm线.由于在1148时A中溶碳量最大可 达 2.11%, 而在727时仅为0.77%, 因此碳质量分数大于0.77%的铁碳合金自1148冷至 727的过程中, 将从A中析出Fe3C.析出的渗碳体称为二次渗