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1、铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,第二节 铸铁的金相检验,铸铁的分类一般按碳和石墨的形态特征可分为：白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁。还有特殊性能的合金铸铁(分别含有Cr,Mo,Cu,Ni,W,Ti,V等合金元素)铸铁金相主要检验石墨的形态、大小和分布状况以及金属基体中各种组织。铸铁的金相组织是由石墨和基体组成的。铸铁中的金属基体常见的组织为P、P-F和F，还有渗碳体和磷共晶。,铸铁的金相检验,采用不同的热处理或加入合金元素后的铸态，可获得B、M和L等组织。由于石墨比较柔软，有些颗粒较大甚至结构较松散，所以应特别注意防止制样过程中产生石墨剥落、拖尾或抛光不足，以免妨碍对铸铁石墨和
2、组织的正常检验。,铸铁的金相检验,一.白口铸铁由于普通白口铸铁中存在大量渗碳体和莱氏体，硬度高，脆性大，难以切削加工，在工业生产中很少直接应用，它主要被用于作为炼钢生铁和可锻铸铁的坯件。在工业生产中，应用得最多的是冷硬白口铸铁和高铬白口铸铁。,铸铁的金相检验,白口铸铁的分类及基本组织白口铸铁可分为亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁。,铸铁的金相检验,亚共晶白口、共晶白口、过共晶白口,铸铁的金相检验,激冷白口铸铁的金相检验激冷白口铸铁又称冷硬白口铸铁，是在铁水结晶时，通过对铁水的激冷(比如加冷铁)作用而得到的白口铸铁。激冷白口铸铁一般选用高碳低硅铁水(高碳形成碳化物，硅是石墨化元素，低
3、硅不容易析出石墨)。为了得到必要的白口层深度，并细化晶粒，提高P的弥散度以提高硬度，往往加入合金元素如Cr、Mo、Cu、Ni等。,铸铁的金相检验,在断面上的分布为最表面一定深度为白口组织，其内层便出现麻口并逐渐过渡至灰口。白口层深度检验时应从激冷面开始，沿着激冷方向制取金相磨面。白口区的石墨当铸铁的含硅量过高或浇铸温度过低时，往往在白口区内出现石墨。这种石墨一,铸铁的金相检验,般呈点状，故称点状石墨。点状石墨将降低白口层的硬度 。所以应对点状石墨的数量加以严格控制。点状石墨数量检验应在激冷面上进行。 白口组织共晶白口组织为莱氏体。莱氏体沿激冷方向呈树枝状分布。对于亚共晶激冷白口铸铁还存在呈枝晶
4、分布的珠光体。硬的碳化物骨架和具一定韧性的珠光体的韧性均匀致密的配置，才能使铸件具有良好的耐磨性能。,铸铁的金相检验,高铬白口铸铁的金相检验高铬白口铸铁的铬含量在12%34%。高的铬含量可以形成高硬度的合金碳化物和改变基体组织。随着铬含量的不同，可获得三种不同基体的高铬白口铸铁：含12%28%铬的M铸铁；含30%34%铬的F铸铁；含13%30%铬和10%15%镍的A铸铁。含碳量一般在1.0%2.0%，太低则碳化物少，太高则降低铸铁的抗冲击疲劳性能。含硅一般,铸铁的金相检验,不超过1.5%，否则可能出现铁素体。高铬白口铸铁必须进行淬火回火处理以获得马氏体基体组织。高铬白口铸铁的金相检验主要是对碳
5、化物和基体的检验。碳化物高铬白口铸铁中的碳化物的类型主要取决于碳、铬含量:高碳低铬容易得到(Fe,Cr)3C低碳高铬容易得到(Fe,Cr)23C6碳铬量适当容易得到(Fe,Cr)7C3。,铸铁的金相检验,高铬白口铸铁中的碳化物，主要作用是提高铸铁的硬度和耐磨性。碳化物应是呈菊花状分布的共晶碳化物。经过淬火回火处理的高铬白口铸铁，还存在比共晶碳化物细小得多的M23C6型碳化物，其弥散强化作用进一步提高了白口铸铁的抗磨性能。,铸铁的金相检验,基体组织对于含铬量较高的高铬白口铸铁，由于大量的铬和其它合金元素的溶入，增加了A的稳定性，其铸态基体组织为A。对于含铬量较低的高铬白口铸铁，其铸态基体组织为A
6、和少量M及P。在这种情况下经过缓慢加热和较长时间的保温，从A中析出含铬的二次碳化物，使A的稳定性降低，在随后的淬火过程中得到M，并通过回火,铸铁的金相检验,得到回火M和弥散分布的M23C6型碳化物。,铸铁的金相检验,白口铸铁的热处理白口铸铁热处理的目的是消除内应力提高耐磨性或冲击韧性，以适应在冲击载荷下工作。常用的热处理有消除内应力退火、淬火与回火、等温淬火等。 消除内应力退火加热到800900保温一定时间后随炉冷却的工艺。消除铸件的内应力（主要为铸造应力）。,铸铁的金相检验,白口铸铁的淬火与回火主要应用于Mn-Mo,Mn-Si,Mn-Cr,Cr-Mo, Ni-Cr-Mo等合金白口铸铁，奥氏体
7、化后在风冷甚至空冷时就可以获得马氏体+碳化物+残留奥氏体或获得贝氏体+碳化物+残留奥氏体的基体组织。再通过低温回火来提高综合力学性能。,高铬合金铸铁,1050x1h后空冷, 4%硝酸酒精溶液浸蚀.白色针状短条状及块状为共晶碳化物,黑色基体为淬火马氏体及残余奥氏体.,1,铸铁的金相检验,白口铸铁的等温淬火白口铸铁通过等温淬火可获得下贝氏体+碳化物+残留奥氏体的组织。这种组织具有较好的综合力学性能，特别是耐冲击性合理工艺为加热到AC3以上（900950）保温一定时间后淬入温度为280390盐浴中保温一定时间（6090min）后空冷。,铸铁的金相检验,二.灰铸铁灰铸铁是一种断口呈灰色、碳主要以片状石
8、墨出现的铸铁。片状石墨是灰铸铁特有的石墨形态。GB/T7216灰铸铁金相将片状石墨的二维形态分成A、B、C、D、E、F六种类型。,铸铁的金相检验,灰铸铁的牌号和基体组织GB/T9439-1988灰铸铁件根据的单铸试棒的抗拉强度分级，规定了HT100,HT150, HT200,HT250,HT300,HT350六级灰铸铁的牌号。牌号中的数字为其单铸试棒具有的抗拉强度（MPa）。按Fe-C状态图，灰铸铁的平衡组织为铁素体+石墨。受化学成分和冷却速度等的影响，则可能出现碳化物和磷共晶。因此铸铁的基体可能是P+F或全部是P。,铸铁的金相检验,还有可能存在共晶碳化物或二次碳化物，甚至初生碳化物以及磷共晶
9、。为了确保灰铸铁强度，一般需要获得P基体。片状石墨实际上一簇簇不同位向的石墨分枝的一个个空间立体结构。同一簇石墨与其间的共晶奥氏体构成一个共晶团。,铸铁的金相检验,灰铸铁的金相检验灰铸铁的金相检验必须按照GB/T7216-1987 灰铸铁金相标准规定的方法和内容进行。标准规定金相试块应取自抗拉试棒距断口10mm处，或从试棒的底部切除10mm后再取金相试块。试块尺寸应包括试棒直径的一半。不允许直接从浇口或冒口上取样。,铸铁的金相检验,灰铸铁石墨的检验石墨分布GB/T7216-1987灰铸铁金相标准规定灰铸铁石墨检验应在未侵蚀的试样上进行，观察放大倍数为100倍。GB/T7216灰铸铁金相将片状石
10、墨的二维形态分成A、B、C、D、E、F六种类型。如图。生产中，在同一铸件的同一部位上往往会存在几种形状的石墨。,铸铁的金相检验,片状(A型)石墨: 特征是片状石墨均匀分布。这种石墨一般是共晶或接近共晶成分的铁水在不大的过冷度下均匀形核和长大而成。,铸铁的金相检验,菊花状(B型)石墨:特征是片状与点状石墨聚集成菊花状。其心部为少量点状石墨，外围为卷曲片状石墨。这种石墨一般是接近共晶成分的铁水经孕育处理后在较大的过冷度下形成。,铸铁的金相检验,块片状(C型)石墨:特征是部分带尖角块状、粗大片状初生石墨及小片状石墨。这种石墨一般是过共晶成分的铁水在过冷度比较小的情况下形成。,铸铁的金相检验,枝晶点状
11、(D型)石墨:特征是点状和片状枝晶间石墨呈无向分布。这种石墨是亚共晶成分的铁水在较强烈的过冷度下形成。为过冷石墨。,铸铁的金相检验,枝晶片状(E型)石墨:特征是短小片状枝晶间石墨呈有方向分布。这种石墨是亚共晶成分的铁水在比形成D型石墨为小的过冷度下形成。,铸铁的金相检验,星状(F型)石墨:特征是星状(或蜘蛛状)与短片状石墨混合均匀分布。这种石墨是由较大的块状石墨及其上分布着的小片状石墨所组成。,铸铁的金相检验,石墨长度在灰铸铁中，石墨长度是影响铸铁力学性能的重要因素。抗拉强度随石墨长度的增加而降低。GB/T7216-1987将石墨长度分为8级。见表,铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,铸铁的金相检
12、验,灰铸铁基体组织的检验灰铸铁的基体组织一般为P或P+F。按其铸态或经热处理后状态列入7种:F、片状P、粒状P、T、粒状B、针状B、M。此外，受化学成分和冷却速度的影响，在铸铁结晶后，还可能出现碳化物和磷共晶。珠光体粗细和珠光体数量 灰铸铁的珠光体一般呈片状，片状P的粗,铸铁的金相检验,细可以用渗碳体和F的片间距离来表示。片距越小，P越细，硬度和强度越高。标准GB/T 7216-1987规定:在500倍下，按片间具的大小，将P的粗细分为四级:S型P(F与K难以分辨)、细片状P(片间距1mm)、中片状P(片间距1 2mm)、粗片状P(片间距2mm)。P数量是指P和F的相对量。 P数量越多，灰铸铁
13、的强度和耐磨性越高。国家标准将P数量分为8级。见表5,铸铁的金相检验,8,铸铁的金相检验,碳化物的分布形态和数量如果铁水按Fe-Fe3C亚稳定系相图结晶，则得到碳化物，在合金铸铁和耐磨铸铁中，出现的碳化物要比灰铸铁中多。根据碳化物的分布形态，可分为针条状碳化物、块状碳化物、网状碳化物和莱氏体状碳化物。碳化物具有很高的硬度，却降低铸铁的韧性，恶化加工性能。标准将碳化物分为6级。见表7,铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,各级别名称中的数字表示碳化物数量体积分数,铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,磷共晶类型、分布形态和数量磷共晶类型：磷共晶按其组成分为四种：二元磷共晶、三元磷共晶、二元磷共晶-碳化物复合
14、物及三元磷共晶-碳化物复合物。检验磷共晶的试样一般采用25%硝酸酒精溶液浸蚀。放大倍数500倍。,磷共晶类型,磷共晶类型,二元磷共晶：磷化铁和奥氏体（其转变产物为珠光体或铁素体）所组成的共晶体。,磷共晶类型,三元磷共晶：磷化铁、碳化铁和奥氏体（其转变产物为珠光体或铁素体）所组成的共晶体。,磷共晶类型,二元磷共晶-碳化物复合物：磷化铁和奥氏体（其转变产物为珠光体或铁素体）所组成的共晶体。碳化物呈较大的块状。,铸铁的金相检验,磷共晶分布形态：分为4种：孤立块状、均匀分布、断续网状、连续网状。检验磷共晶分布形态的试样用25%硝酸酒精溶液浸蚀。放大倍数100倍。磷共晶数量：磷共晶硬而脆，显著降低铸铁的
15、韧性。标准将磷共晶数量分为16级。见表10。检验磷共晶数量的试样用25%硝酸酒精溶液浸蚀。放大倍数100倍。,铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,灰铸铁共晶团的检验灰铸铁在共晶转变时，共晶成分的铁水形成由石墨和奥氏体所组成的共晶团。由于共晶团边界上常富集一些夹杂物以及某些低溶点共晶体，所以可用适当的侵蚀剂将共晶团边界显示出来。常用的侵蚀剂为氯化铜1g,氯化镁4g,盐酸2ml的溶液,酒精100ml或硫酸铜4g,盐酸20ml,水20ml的溶液。放大10倍或40倍，对照标准图片，按A、B两组分8级进行评定。,共晶团数量的分级规定见表11,铸铁的金相检验,共晶团愈细小，铸铁
16、的强度愈高,铸铁的金相检验,铸铁的金相检验,共晶团愈细小，铸铁的强度愈高,铸铁的金相检验,三.球墨铸铁球墨铸铁是指铁液经球化处理后，使石墨大部或全部呈球状形态的铸铁。与灰铸铁比较，球墨铸铁的力学性能有显著提高。因为它的石墨呈球状，对基体的切割作用最小，可有效地利用基体强度的70%80%(灰铸铁一般只能利用基体强度的30%)。球墨铸铁还可以通过合金化和热处理，进一步提高强韧性、耐磨性和耐蚀性等各项性能。,铸铁的金相检验,球墨铸铁的牌号及基本组织球墨铸铁的牌号是根据其所具有的力学性能指标而划分8种: QT400-18, QT400-15, QT450-10, QT500-7, QT600-3, QT700-2, QT800-2, QT900-2。其相应基体组织为QT400-18, QT400-15, QT450-10主要为F；QT500-7为F+P； QT600-3为P+F；QT700-2为P；QT800-2为P或回火组织；QT900-2为B或回火组织。还可能有碳化物及磷共晶等。,
