铸铁实验报告

1、膁实验六 铁碳合金的显微组织及分析膀摘要： 通过对各类铸铁显微组织的观察和分析，掌握各类铸铁的基 体组织成分和石墨形态变化以及显微组织特征， 分析石墨化的形成过 程及对材料性能的影响。 并进一步熟悉铁碳合金相图。 对铸铁组织性 能进行概括性的分析与总结，了解各类铸铁的制备方法和性能特点。莇关键词： 铸铁 石墨化 铁碳相图莅正文：袅一、实验背景袁铸铁在工业生产中应用广泛，而铸铁组织中的不同形态的石墨对 其性能有着重要的影响。 本实验通过对各类铸铁显微组织的观察和 分析，认识灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和麻口铸铁等的显微组织 特征。从而掌握各类铸铁的基体组织成分和石墨形态变化， 分析其对 性能的影

2、响。并了解各类铸铁的制备方法和性能特点二、三、 荿实验原理螇 1、铸铁的分类芄根据碳在铸铁中存在形态不同，铸铁分为： 蚁白口铸铁：其中除碳少量溶于铁素体外，绝大部分以渗碳体形式膆存在。除主要用作炼钢原料外，还用来生产可锻铸铁。 祎灰口铸铁：其中碳全部或大部分以片状石墨形式存在。灰口铸铁蚃断裂时，裂纹沿各个石墨片发展，因而断口呈暗灰色。 莁麻口铸铁：介于白口铸铁和灰铸铁之间的一种铸铁，其断口呈灰芈白相间的麻点状。 羄可锻铸铁：又称展性铸铁，由白口铸铁经石墨化退火后制成，其膃中碳以团絮状石墨形式存在。 膂球墨铸铁：铁液在浇注前经过球化处理，碳主要以球状石墨形式存在。莆2、铁碳相图薂在铁碳合金中，碳

3、可能以两种形式存在，即化合状态的渗碳体和 游离状态的石墨。 渗碳体是一种亚稳定的状态。 而呈现游离状态存在 的石墨则是一种稳定的相。因此铁碳相图通常有 F 和F 石 墨两种形式，且Fe-石墨体系是更稳定的状态。袂铁渗碳体 （实线 ）和铁石墨 （虚线）相图膆 3、石墨化过程蒅铸铁组织中石墨的形成叫做 “石墨化”过程。羁如果全部按照Fe-C相图进行结晶，则铸铁（2.54.0%C的石墨化 过程可分为三个阶段：蚂第一阶段：从铸铁的液相中结晶出一次石墨 （过共晶合金 ）和通过膈共晶反应结晶出共晶石墨，或者在铸铁凝固过程中通过渗碳体在共 晶温度以上的高温分解形成石墨。袇第二阶段：自奥氏体中不断析出二次石墨

4、，从铸铁的奥氏体相蚅中直接析出二次石墨，或者通过渗碳体在共晶温度和共析温度之间发生分解而形成石墨。聿第三阶段：在铸铁的共析转变过程中析出石墨，或者通过渗碳艿体在共析温度附近及其以下温度发生分解形成石墨。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同羅三、设备与样品肄光学显微镜，普通灰口铸铁样品，变质灰口铸铁样品，可锻铸铁样品，球墨铸铁样品，麻口铸铁样品。衿四、实验结果肆（实验观察样品组织图，如附图 16 所示）肄五、讨论与分析薄实验观察样品组织图分析 薀附图 1 所示为灰口铸铁（未侵蚀）的显微组织示意图肈该组织中石墨呈层片状分布，灰口铸铁的基体在未经腐蚀的时候 在试片上呈白亮色。 蒆附图 2 所

5、示为铁素体基灰口铸铁的显微组织示意图羃该组织中，石墨以片层状结构分布， 图中白色基底部分为铁素体， 铁素体基是由奥氏体直接转变或由奥氏体发生共析转变得到。 铸件结 晶时共晶渗碳体发生分解进行第一阶段石墨化， 然后又在随炉缓慢冷 却过程中使二次渗碳体及共析渗碳体发生分解进行第二和第三阶段 石墨化， 石墨化的三个阶段在结晶时都得以充分进行。 这样就可获得 铁素体灰口铸铁。 莀附图 3 所示为麻口铁的显微组织示意图腿在麻口铸铁中，碳既以渗碳体形式存在，又以石墨状态存在，断 口来杂着白亮的游离渗碳体和暗灰色的石墨。 铸铁凝固时增大冷却速 度不仅导致第二阶段渗碳体并且中间阶段甚至第一阶段石墨化也未 能或

6、未能充分进行，则会得到含有二次渗碳体甚至莱氏体的麻口铁。 薅附图4所示为铁素体基球墨铸铁的显微组织示意图莂该组织中，石墨呈球状分布，图中围绕球状石墨的白色基体组织 为铁素体。该组织由铸造加退火获得。退火过程中基体中的渗碳体分 解出石墨并自奥氏体中析出石墨，这些石墨集聚于原球状石墨周围， 基体全转换为铁素体。 肀附图5所示为铁素体+珠光体基球墨铸铁的显微组织示意图羆该组织中，石墨呈球状分布，基体中球状石墨的周围总是铁素体， 其外层才是珠光体，有如牛眼形状。这是由于球状石墨的 先形成 扌爱 着围绕着石墨球形成贫碳区，之后奥氏体形核并生长、兼并和粗化， 球化继续进行最后形成一圈封闭晕圈。 这层闭晕圈

7、为多晶态的铁素体， 围绕在球状石墨周围的黑色基体组织为珠光体。?羇如附图6所示：为铁素体基展性铸铁的显微组织示意图袂该组织中，石墨呈团絮状，图中围绕球状石墨的白色基体组织为 铁素体。在铸铁的冷却过程当中石墨从奥氏体中直接析出，退火速度稍慢，便可得到铁素体基展性铸铁。袁六、思考题羈1、讨论各类铸铁在组织上（基体组成，石墨形态）有何不同？组织 对性能的影响。肅答：根据基本显微组织和力学性能，铸铁可以分为：白口铸铁、 灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和合金铸铁等。薅1）白口铸铁。在室温下白口铸铁中的碳呈 Fe3C化合物状态存在， （1）亚共晶白口铸铁，碳的质量分数为 2.11%-4.3%，其组织是珠光 体

8、，二次渗碳体与莱氏体。 （2）共晶白口铸铁，碳的质量分数为 4.3%， 其组织是莱氏体。（3）过共晶白口铸铁，碳的质量分数大于4.3%，其组织为一次渗碳体和莱氏体薁 2）合金铸铁。 所谓合金铸铁是在普通铸铁内有意识地加入一些合 金元素，如镍、铬、锰、钛等配制而成的铸铁。加入的合金元素可改 善热处理组织，从而提高基体强度和耐磨性，因此应用较广。聿3）球墨铸铁。碳的质量分数为 3.5%-3.9%，基体组织为铁素体、 珠光体。具有很高的强度，具有一定的韧性和塑性，经过热处理后， 其力学性能可进一步得到改善。膄4）可锻铸铁。碳的质量分数为 2.2%-2.8%，其基体组织为铁素 体、珠光体、少量渗碳体和

9、微量石墨。具有较高的韧性和塑性，可锻铸铁中，石墨呈团絮状存在，综合力学性能较好，可制造形状复杂的 零件。羄 5）灰铸铁。灰铸铁碳的质量分数为 2.7%-3.6%，其基体组织分为 铁素体、珠光体、及珠光体 +铁素体，铸铁组织中的石墨以片状形式 存在，熔点低，流动性好，冷却凝固时收缩量小，具有优良的铸造性 能，抗拉强度小，容易拉断，塑性差，硬度低，性质娇软，容易切削。芁2、如何改变灰口铸铁的性能袇答：可以从以下两个方面采取措施改变灰口铸铁的性能薆（1）灰口铸铁的热处理莄热处理只能改变灰口铸铁的基体组织，不能改变石墨的形态和分 布，因此热处理一般用来消除铸体的内应力及改善切削加工性。 包括 去应力退

10、火，防止铸件产生变形和裂纹；降低硬度，改善切削加 工性能；表面淬火，提高硬度和耐磨性。肂（2）低温气体多元共渗法羈对灰口铸铁表面进行低温气体氮、碳、氧多元共渗，表面形成弥 散分布的氮化物，灰口铸铁表面显微硬度显著提高。蚄 3、铸铁的石墨化过程的影响因素螃化学成分的影响：按合金元素对石墨化过程的作用，可以将其分螂为两大类；一是促进石墨化的元素 C、 Si、 A1、 Cu、Co 等，二是阻 碍石墨化的元素 Cr、W、Mo 、 V、Mn 和杂质元素 S 等。罿冷却速度的影响：冷却速度的影响，体现在温度与时间两个方 面。羇温度越高，保持时间越长，石墨化越易进行；温度越低，保持时间 越短，石墨化越难进行

11、。芃七、实验总结通过本实验对各类铸铁显微组织的观察和分析， 认识到了灰口铸 铁、可锻铸铁、 球墨铸铁和麻口铸铁等各类铸铁的显微组织特征。不 仅巩固了课堂上所学到的知识， 而且还锻炼了自己观察并动手画出组 织的能力， 这对以后的学习和工作也奠定了一定的基础。 更进一步了 解了各类铸铁的基体组织成分和石墨形态变化， 分析了组织结构对性 能的影响。从而了解了各类铸铁的制备方法和性能特点仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche u