工程材料學 鑄鐵的組織與性能

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1、工程材料學鑄鐵的組織與性能一、實驗?zāi)康?、觀察灰口鑄鐵中不同類型石墨的形貌及基體組織。2、觀察灰口鑄鐵中磷共晶的形態(tài)及分布。二、實驗原理鑄鐵是含碳量大于2.14%或組織中具共晶的鐵碳合金。工業(yè)上所用的鑄鐵，實際上都不是簡單的鐵——碳二元合金，而是以鐵、碳、硅為主要元素的多元合金。鑄鐵中的碳可以以滲碳體的形式存在，也可以石墨的形式存在。根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形態(tài)的不同，通?？蓪㈣T鐵分為白口鐵、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵。而根據(jù)鑄鐵中石墨的形態(tài)不同，又可分為普通灰口鑄鐵，蠕蟲狀石墨鑄鐵，球墨鑄鐵以及可鍛鑄鐵。???鑄鐵中

2、的金屬基體一般都是由珠光體。鐵素體或珠光體+鐵素體組成?；w上與共析鋼或亞共析鋼的基體組織相同?；铱阼T鐵的金相特點，是在鋼的基礎(chǔ)上分布著片狀石墨，其組織是根據(jù)石墨片的大小、長度、分布及基體的類型不同有很大的差異，這主要決定于化學成份和鑄造條件而定。（一）灰口鑄鐵1、灰口鑄鐵的石墨類型???灰口鑄鐵中石墨的大小、數(shù)量和分布對機械性能有很大的影響。為了便于比較，對鑄鐵中石墨進行了分類評級，我國按石墨的形成原因和分布特征，將其分為A、B、C、D、E和F六種類型。?第8頁共8頁A型石墨：石墨片的尺寸和分布都比較均勻

3、，且無方向性。這種石墨是碳當量為共晶成份或接近共晶成分的鐵水在共晶溫度范圍內(nèi)從鐵水中和奧氏體同時析出的，其生成條件是具有較小的過冷度，這樣才能造成均勻生核和長大，使各處的結(jié)晶和生長速度相差不大，最后得到大小和分布均勻的A型石墨（見圖1）。?B型石墨：點狀石墨被卷曲的片狀石墨所包圍，無方向性，具有菊花形態(tài)。稱為菊花狀石墨（見圖2）。這類石墨的特點是由于過冷度較大，首先從液相中析出細小的樹枝狀奧氏體，接著在樹枝的間隙中產(chǎn)生奧氏體與石墨共晶，這時的石墨片分枝多而密，形成菊花中心的點狀石墨。但是，因為不是在非常強烈

4、的過冷條件下結(jié)晶，在初晶產(chǎn)物放出結(jié)晶潛熱的條件下減慢了包圍著初晶產(chǎn)物外層的鐵水的結(jié)晶速度，而且又只能由沿著初生產(chǎn)物向外呈放射狀的方向通過液體金屬進行散熱。所以外層石墨生長成為較粗大的曲片形，大致呈放射狀分布，直至遇到鄰近的共晶團為止。這類石墨常在碳、硅含量較高，過冷度較大的亞共晶灰鑄鐵中出現(xiàn)，B型石墨由于呈聚集分布，因而使鑄鐵的強度有所降低。?第8頁共8頁C型石墨：是由大片狀的初生石墨與較細小的共晶石墨所組成。石墨大小相差很大，但分布比較均勻，無方向性（見圖3）。這種類型的石墨主要出現(xiàn)在過共晶程度較大，冷卻

5、速度較慢的厚壁鑄件中，由于緩慢冷卻，共晶結(jié)晶前形成的初生石墨在鐵水中能充分長大，形成粗片狀石墨。隨著初生石墨的析出，鐵水的含碳量逐漸降低，在共晶溫度下，具有共晶成分的鐵水發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變而析出共晶石墨，結(jié)果形成粗片狀的初生石墨和細小的共晶石墨片混雜分布的形式。粗大石墨片的存在，使鑄鐵的機械性能顯著降低。?D型石墨：點狀與小片狀的石墨無方向性的分布（見圖4）。它是在較大過冷條件下生成的共晶石墨。這類石墨往往出現(xiàn)在碳、硅含量較低，過冷度較大的亞共晶灰口鑄鐵中。結(jié)晶時，首先形成樹枝狀的奧氏體，由于過冷度較大，分布于枝

6、晶間隙中的剩余鐵水發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變時，幾乎同時生成大量的石墨核心，這些石墨核心只能作微小的生長，產(chǎn)生多而密的分枝，所以在顯微鏡下，石墨呈點。片狀分布在奧氏體的樹枝間隙中，除了低碳和強烈過冷外，鐵水過熱也是D型石墨生成的條件。因為過熱會使石墨生成的核心減少，石墨結(jié)晶困難，需要有較大的過冷度。這類石墨由于密集分布，也使機械性能有所下降。?????E型石墨：在初生奧氏體的晶間分布著有方向性的短片石墨，其特征和成因與D型石墨基本相同，只是E型石墨的分布具有明顯的方向性（見圖5）。在實際生產(chǎn)中，D型和E型石墨通常不作嚴格

7、區(qū)分，分稱D、E型石墨，也稱過冷石墨或枝晶石墨。E型石墨因分布的方向性較強，它對機械性能的影響也較D型石墨大一些。????F型石墨：其特點是星狀（或蜘蛛狀）與短片狀石墨混合均勻分布（見圖6），F(xiàn)型石墨是過共晶鐵水在較大過冷度的條件下形成的。大塊的為初生石墨，片狀石墨在其上生長。（二）灰口鑄鐵的基體組織??第8頁共8頁實際生產(chǎn)中應(yīng)用的灰口鑄鐵主要是以珠光體為基體的，隨著基體中珠光體含量的增加和細化，鑄鐵的強度、硬度和耐磨性提高。珠光體的細化程度與奧氏體的成分、晶粒度、分解溫度有關(guān)，灰口鑄鐵中珠光體類型組織的形

8、成過程與鋼相似，不再重述?；铱阼T鐵的基體組織為鐵素體、鐵素體＋珠光體、珠光體組織（見圖1～圖9）。磷共晶：鑄鐵經(jīng)常含有較多的磷，它在奧氏體或體素體中溶解度很??；在古陶純鐵中的溶解12%，而含碳3.5%的鑄鐵中只能溶解0.3%。再加上結(jié)晶偏析的結(jié)果。雖然含磷量比上述數(shù)值小，也總有磷共晶出現(xiàn)。鑄鐵中含有0.1%磷，組織中就會出現(xiàn)1%的二元磷共晶。但鑄鐵中的磷共晶往往既有二元的也有**的，有時還有碳化物組成磷共晶—碳化