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1、工程材料學鑄鐵的組織與性能實驗一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。鑄鐵中的
2、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。A型石墨：石墨片的尺寸和分布都比較均勻，且無方向性。這種石墨是碳當量為共晶成份
3、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
4、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。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
5、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
6、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
7、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）。圖1A型石墨100×圖2B型石墨100×圖3C型石墨100×圖4D型石墨100×圖5
8、E型石墨100×圖6F型石墨100×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小；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
