铸铁的显微组织及分析

1、7铸铁的显微组织及分析1刖言铸铁是一种铁碳合金，在机械制造业应用很广泛。工业常用铸铁的成分范围是：2.54.0%C 1.03.0%Sj 0.51.4%Mn, 0.010.50%P 0.020.20%S 除此之外，有时会含有一定量的合金元素，如Cr、Mo、V、Cu Al等。最然铸铁的强度、塑性和韧性较差，不能进行锻造，但却具有一系列优良性能，如良 好的铸造性、减磨性和切削加工性等，而且它的生产设备和工艺简单，加个低 廉，因此铸铁在机械制造上得到了广泛的应用。2、实验目的及设备目的：识了解灰口铸铁、磨口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的显微组织特征 设备与材料：光学显微镜，普通灰口铸铁样品，变质灰口铸铁样

2、品，可锻 铸铁样品，球墨铸铁样品，麻口铸铁样品。3、铸铁的石墨化铸铁组织中石墨的形成叫做“石墨化”过程。在铁碳合金中，碳可能以两种形式存在，即化合状态的渗碳体（F63C）和游离状态的石墨（常用G表示）石墨的晶格形式为简单六方，如图所示：其面间距较大，结合力弱，故其结晶形态常易 发展成为片状，且强度、塑性和韧性极低，接 近于零。在铁碳合金中，在高温下进行长时间加热时， 其中的渗碳体便会分解为铁和石墨。可见，碳 呈化和状态存在的渗碳体并不是一种稳定的 相，它不过是一种亚稳定的状态。而碳呈现游 离状态存在的石墨则是一种稳定的相。如果全部按照Fe-C相图进行结晶，则铸铁（2.54.0%C的石墨化过程可

3、分为三 个阶段：第一阶段：即在1154°C时通过共晶反应而形成石墨：LcAe +G第二阶段：即在1154738C范围内冷却过程中，自奥氏体中不断析出二次石墨GL14<*L+FejC(IZHr1 AFe'CjiLcA+Fc.iC'ti727Ci0.02127F+PP P+FciCnL-c 代心乂0.20.81,42.03.04.05.06.67简化的F总-F«3C相图C%*铁碳合 金相图 如左图 所示。4、各类铸铁的性第三阶段：即在738C时通过共晶反应而形成石墨：As' Ap+G能及显微组织分析4.1白口铸铁白口铸铁其中碳除少量溶于铁素体外，绝

4、大部分以渗碳体的形式存在于铸 铁中。白口铸铁的特点是硬而脆，很难加工。为了提高白口铸铁的韧性及耐磨 性，常加入一些合金元素如铬、钼、镍、钒、硼和稀土等。在实际生产中，可 利用白口铸铁硬度高的特点，制造一些高耐磨性的零件和工具。另外还可铸成 具有一定深度的白口表面层，而心部则为灰口组织的“冷硬铸铁件”普通白口 铸铁的化学成分一般为：2.8%3.6%C 0.5%1.3%Sj 0.4%0.9%Mn这样成分 的白口铸铁被认为是白口铸铁发展中的第一代。1928年研制成功的镍硬铸铁，是白口铸铁发展中的第二代：由于镍铬合金化的作用，得到马氏体基体和大约 50%游离渗碳体的组织，由于硬度增高，抗磨性有很大的改

5、善，但这种铸铁仍 呈现其固有的脆性。4.2灰口铸铁灰口铸铁的组织特点是具有片状的石墨，其基体组织则分为三种类型：铁 素体、珠光体及铁素体+珠光体，如下图所示：图（1）珠光体基灰口铸铁图（2）珠光体+铁素体基灰口铸铁图（3）铁素体基灰口铸灰口铸铁的化学成分主要是 C、Si、Mn、S、P 等。灰口铸铁内的基本组织 主要有三种，即铁素体（F）、铁素体+珠光体（F+P）和珠光体（P），它在显微镜下 的结构如上图所示。从组织可以看出活口铸铁中的碳大部或全部以片状石墨形 式存在，这些结构相当于钢基体上加上片状石墨。灰口铸铁中片状石墨的存在相当于基体中许多小的裂纹。而石墨与钢的基 体相比，其力学性能几乎可以

6、看做为“ 0”，这就意味着石墨的存在不仅破坏基 体的连续性，减少基体受力的有效面积，而且很容易在石墨片的尖端形成应力 集中，是材料形成脆性断裂， 所以灰铸铁的抗拉强度、 塑性和韧性比钢低得多。 石墨虽然降低了铸铁的力学性能，但使铸铁获得了许多钢没有的优良性能。主 要有以下几点：良好的切削加工性，良好的铸造性能，良好的减磨性，较低的 缺口敏感性。影响灰口铸铁组织和性能的因素主要有铸铁成分和冷却速度。4.3 可锻铸铁：可锻铸铁又称展性铸铁，是一种强度和韧性都较高的铸铁，由白口铸铁经 石墨化退货后制成，其中碳以团絮状石墨形式存在。可锻铸铁分白心可锻铸铁 和黑心可锻铸铁两种。制造白心可锻铸铁时将铸成的

7、白口铸件放置到退火箱中围以氧化介质，密 封后放在炉内加热退火。加热的目的在于使铸铁中的碳扩散到铸件表面，借碳 在铸件表面的氧化将铸铁中的碳大部分脱除，使得铸件的组织和含碳量与钢相 近，其断口呈白色。生产时，为使铸铁中大部分碳脱除，需要在退火时加热到 较高的温度（9801050C）,同时保温时间要相当长（35天），因而这种生产 方法只适用于薄件。制造黑心可锻铸铁时将铸成的白口铸铁置于箱中围以中性介质，密封后放 在炉内加热退火。退火的目的在于使铸件中的渗碳体发生分解、形成团絮状石 墨。这种可锻铸件，在折断后，断口的心部呈暗黑色，断口的边缘因那里的碳 被脱除而呈灰白色。生产时，只要求渗碳体发生分解，

8、在铸铁内部形成石墨。因此，加热温度可以稍低（870950C）,加热时间也较短。这种生产方法适用 于壁厚较大一点的铸件。且黑心可锻铸铁比白心可锻铸铁应用较广。由于团絮状石墨对金属基体连续性的破坏比片状石墨的轻，因而可锻铸铁的强度和范性的配合视基体组织而定。铁素体可锻铸铁的强度虽然不高，但是 范性和韧性比较好。而珠光体可锻铸铁虽然在范性和韧性方面不如铁素体可锻 铸铁，但是它的强度和硬度比较高，耐磨性好。由于团絮状石墨的缺口效应不 像片状石墨那样严重，因此不同于灰口铸铁。可锻铸铁的范性与韧性能够随着 基体中珠光体相对量减少而增大。若要求高强度时仍像灰口铸铁那样尽量使基体成为珠光体，而在主要要求高范性

9、和韧性时，尽量使基体成铁素体图（4）铁素体基可锻铸铁图（5）铁素体+珠光体基可锻铸铁4.4球墨铸铁球墨铸铁的石墨呈球状，使其具有很高的强度，又有良好的塑性和韧性。 其综合机械性能接近于钢，因其铸造性能好，成本低廉，生产方便，在工业中 得到了广泛的应用。球墨铸铁中应用最广泛的是铁素体球墨铸铁和珠光体球墨铸铁，其显微组 织如下图所示：图（6）珠光体基球墨铸铁图（7）铁素体+珠光体基球墨铸铁图（8）铁素体基球墨铸铁球墨铸铁在浇铸前向铁水中加入一定量的球化剂（如镁、钙或稀土元素等） 进行球化处理，并加入少量孕育剂（硅铁或硅钙合金），以促进石墨化，在浇铸 后即可直接获得具有石墨结晶的铸铁，即球墨铸铁。球

10、墨铸铁不仅具有远远超过灰口铸铁的机械性能，而且同样也具有灰口铸 铁的一系列优点，如良好的铸造性、减震性、切削加工性及低的缺口敏感性等； 甚至在某些性能方面与可锻钢媲美，如疲劳强度大致与中碳钢相近，耐磨性优 于表面表面淬火钢等。5、总结铸铁的强度和韧性较差，不能进行锻造，但它却具有一系列优良的性能， 如良好的段造性、减磨性和切削加工性，而且它的生产设备和工艺简单，价格低 廉，因此铸铁在机械制造业上得到了广泛的应用。铸铁含碳量高，接近于共晶 合金成分，使得它的熔点低，、流动性好以外，而且还因为它的含碳量和含硅量 较高，使得它其中的碳大部分不再以化和状态（F63C）而以游离的石墨形式存 在。铸铁组织的一个特点就是其中含有石墨，而石墨本身具有润滑作用，因而 是铸铁具有良好的减磨性和切削加工性。本次试验鉴于铸铁的优良性能，我们就不同石墨类型的显微组织进行了观 察分析，对不同种类的铸铁进行了了解。学习了其内部结构和成分对其性能和 外观的一系列影响。通过此次实验，对铸铁的性能及组织