灰铸铁金相分析

1、第一部分第一部分 铸铁的金相组织分析铸铁的金相组织分析一、钢和铁的区别一、钢和铁的区别 1 化学成分化学成分 钢：钢：C%2.10% 2 金相组织金相组织 钢：珠光体钢：珠光体(P)+铁素体铁素体(F)+化合物化合物(Fe3C) 铁：珠光体铁：珠光体(P)+铁素体铁素体(F)+化合物化合物(Fe3C) +石墨石墨(G)区别：基体是相同的，钢无石墨，铁有石墨。区别：基体是相同的，钢无石墨，铁有石墨。二、二、FeIC双双重重相相图图1、各点的温度、含碳量、意义、各点的温度、含碳量、意义2、各线的名称、意义、各线的名称、意义3、各面的名称、意义、各面的名称、意义1）5个单相区个单相区2）7个两相区个

2、两相区3）3个三相区个三相区三、铸造的优点三、铸造的优点 1、重量：非常小、非常大的零件；、重量：非常小、非常大的零件； 2、尺寸：非常短、非常长的零件；、尺寸：非常短、非常长的零件； 3、结构：非常复杂，无法加工的零件；、结构：非常复杂，无法加工的零件； 4、可以利用某些合金的特性；、可以利用某些合金的特性； 5、可以实现小无车削加工。、可以实现小无车削加工。四、铸铁的金相检验四、铸铁的金相检验 铸铁是应用最为广泛的一种铸造合金，铸铁是应用最为广泛的一种铸造合金，铸铁的产量约占铸造合金总产量的铸铁的产量约占铸造合金总产量的75%以上。以上。 1、铸铁的定义：铸铁是以铸造生铁为主要、铸铁的定义

3、：铸铁是以铸造生铁为主要原料，经配料、化铁炉熔化，并浇注成形的原料，经配料、化铁炉熔化，并浇注成形的高碳系铁碳合金，称为铸铁。高碳系铁碳合金，称为铸铁。 2、铸铁的化学成分范围：、铸铁的化学成分范围： 铸铁的成分范围大致为：铸铁的成分范围大致为：2.44.0%C，0.63.0%Si，0.21.2%Mn，0.080.12%P，0.080.15%S。有时还加入各种。有时还加入各种合金元素，以获得具有各种性能的合金铸铁。合金元素，以获得具有各种性能的合金铸铁。3、铸铁中的元素：、铸铁中的元素：基本元素：基本元素：Fe C Si Mn P S合金元素：合金元素：Cr Mo Mn 增加硬度增加硬度 Cu

4、 Ni 增加强度增加强度 Si RE Sb Sn B V Nb Ti 增加强度的元素一定增加硬度；增加硬度增加强度的元素一定增加硬度；增加硬度的元素开始增加时，增加强度，当增加到一定的元素开始增加时，增加强度，当增加到一定程度时继续增加，强度不但不增加，反而下降程度时继续增加，强度不但不增加，反而下降，硬度继续增加。，硬度继续增加。4、基本计算、基本计算1）共晶点碳量）共晶点碳量 考虑各元素对相图中共晶点的影响后，共考虑各元素对相图中共晶点的影响后，共晶点的实际含碳量，称为共晶点碳量。晶点的实际含碳量，称为共晶点碳量。 Cc%=4.26%-1/3(Si+P)%比较方法比较方法: 过共晶过共晶

5、C% =Cc% 共晶共晶 亚共晶亚共晶例例1：C 3.2, Si 1.9 Mn 0.8 P 0.12 S 0.12 Cc%=4.26%-1/3(Si+P)%=Cc%=4.26%-1/3(1.9+0.12)%= 4.26%-0.67%=3.59%因为因为3.2% 3.38%，所以该铸铁是，所以该铸铁是过共晶过共晶2）碳当量）碳当量比较方法比较方法: 过共晶过共晶 CE = 4.26 共晶共晶 亚共晶亚共晶例例1：C 3.2, Si 1.9 Mn 0.8 P 0.12 S 0.12CE = C+1/3(Si+P)%=3.2%+1/3(1.9+0.12)%= 3.2%+0.67%=3.87%因为因为

6、3.87 4.26%，所以该铸铁是，所以该铸铁是过共晶。过共晶。3）共晶度）共晶度比较方法比较方法: 过共晶过共晶 Sc = 1 共晶共晶 亚共晶亚共晶例例1： C 3.2, Si 1.9 Mn 0.8 P 0.12 S 0.12Sc= C/4.26-1/3(Si+P)%=3.2%/4.26-1/3(1.9+0.12)%= 3.2%/4.26-0.67%= 3.2%/3.59%= 0.89因为因为0.89 1，所以该铸铁是，所以该铸铁是过共晶过共晶 5、铸铁的分类、铸铁的分类 1）白口铸铁）白口铸铁（1）白口铸铁的基本组织）白口铸铁的基本组织 碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以碳碳除少量溶于铁素

7、体外，绝大部分以碳化物的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，化物的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，金相组织为珠光体金相组织为珠光体+莱氏体。图莱氏体。图1.1为亚共晶为亚共晶白口铸铁金相组织。白口铸铁金相组织。 （2）白口铸铁的特点是硬而脆，很难加工。）白口铸铁的特点是硬而脆，很难加工。在实际生产中，可利用白口铸铁硬度高的特在实际生产中，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。点，制造一些高耐磨性的零件和工具。 例如：农具（如犁铧等），球磨机的衬板和例如：农具（如犁铧等），球磨机的衬板和磨球，抛丸机的叶片以及电厂灰渣泵及磨煤磨球，抛丸机的叶片以及电厂灰渣泵及磨煤机的磨损件等。另外

8、还可铸成具有一定深度机的磨损件等。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的白口表面层，而心部则为灰口组织的“冷冷硬铸铁件硬铸铁件”，最常见的冷硬铸铁件有轧辊和，最常见的冷硬铸铁件有轧辊和矿车车轮等矿车车轮等 （3）白口铸铁的金相检验）白口铸铁的金相检验 a、白口层深度、白口层深度 b、白口区的石墨、白口区的石墨 c、白口组织、白口组织 2）麻口铸铁）麻口铸铁 麻口铸铁具有白口和灰口的混合组织，麻口铸铁具有白口和灰口的混合组织，断口呈灰、白色交错。其金相组织为断口呈灰、白色交错。其金相组织为珠光体珠光体(P)+铁素体铁素体(F)+化合物化合物(Fe3C) +石墨石墨(G)。

9、这种铸铁由于既不利于机械加工，又无这种铸铁由于既不利于机械加工，又无特殊优异的使用性能，故一般很少使用。特殊优异的使用性能，故一般很少使用。3）灰口铸铁：在铸铁的金相组织中，碳以石）灰口铸铁：在铸铁的金相组织中，碳以石墨的形态存在，这种铸铁称为灰口铸铁。墨的形态存在，这种铸铁称为灰口铸铁。根据石墨的形态不同又分为：根据石墨的形态不同又分为：石墨形态：片状石墨形态：片状灰铸铁灰铸铁 蠕虫状蠕虫状蠕墨铸铁蠕墨铸铁 球状球状球墨铸铁球墨铸铁 絮状絮状可锻铸铁可锻铸铁石墨的形态：石墨的形态：五、灰铸铁五、灰铸铁 1、灰铸铁的定义：在铸铁的金相组织中，、灰铸铁的定义：在铸铁的金相组织中，碳以片状石墨的形

10、式存在，这种铸铁称为灰铸碳以片状石墨的形式存在，这种铸铁称为灰铸铁。铁。 2、灰铸铁的分类：、灰铸铁的分类： 3、灰铸铁的生产、灰铸铁的生产 4、灰铸铁的牌号：、灰铸铁的牌号：其中：其中：HT100 HT150 HT200为普通灰铸铁为普通灰铸铁 HT250 HT300 HT350为孕育铸铁为孕育铸铁 5、灰铸铁的化学成分一般为：、灰铸铁的化学成分一般为： 2.8%3.9%C，1.2%3.0%Si， 0.4%1.2%Mn，P0.3%，S0.15%。 该铸铁大量地应用于各种机械零件，是应该铸铁大量地应用于各种机械零件，是应用最广泛的铸造材料。用最广泛的铸造材料。 6、孕育铸铁、孕育铸铁 1）孕育

11、铸铁的熔制原理：就是在低碳硅的铁）孕育铸铁的熔制原理：就是在低碳硅的铁液中，若不进行孕育处理，铸铁中就会出现晶液中，若不进行孕育处理，铸铁中就会出现晶间石墨或麻口、白口组织；若在炉前加入少量间石墨或麻口、白口组织；若在炉前加入少量孕育剂进行孕育处理，孕育剂熔入铁液中，促孕育剂进行孕育处理，孕育剂熔入铁液中，促进石墨核心形成，使铸铁中的石墨少而细小，进石墨核心形成，使铸铁中的石墨少而细小，弯曲并均匀分布，同时基体组织中基本都是细弯曲并均匀分布，同时基体组织中基本都是细珠光体，从而使铸铁的强度进一步提高珠光体，从而使铸铁的强度进一步提高 。 孕育处理：已成为生产重要灰铸铁件不可缺少孕育处理：已成为

12、生产重要灰铸铁件不可缺少的手段。的手段。 孕育铸铁作用的机理说法很多，下面介绍一孕育铸铁作用的机理说法很多，下面介绍一些主要论点。些主要论点。 （1）核心学说）核心学说 孕育剂加入铁液后，能在较短的时间内孕育剂加入铁液后，能在较短的时间内促使大量的石墨非自发形核。如促使大量的石墨非自发形核。如SiFe、SiCa等孕育剂加入铁液后，大量迅速地形成大量等孕育剂加入铁液后，大量迅速地形成大量的弥散性很强的质点，其中很多质点符合石的弥散性很强的质点，其中很多质点符合石墨成核条件，从而形成石墨核心。墨成核条件，从而形成石墨核心。 硅铁加入铁液后，形成石墨核心的过程如图硅铁加入铁液后，形成石墨核心的过程如

13、图3.20所示。所示。 （2）温度起伏、浓度起伏学说）温度起伏、浓度起伏学说 孕育剂加入铁液后，首先要吸热熔化，孕育剂加入铁液后，首先要吸热熔化，造成铁液局部温度降低，形成所谓的温度起造成铁液局部温度降低，形成所谓的温度起伏，另外孕育剂的熔化，使铁液出现大量、伏，另外孕育剂的熔化，使铁液出现大量、分散的高硅区，硅大大降低了碳在铁液中的分散的高硅区，硅大大降低了碳在铁液中的溶解度，促使碳原子的析出，形成所谓的浓溶解度，促使碳原子的析出，形成所谓的浓度起伏。这样在铁液中出现了强烈的温度起度起伏。这样在铁液中出现了强烈的温度起伏和浓度。伏和浓度。 在温度起伏和浓度起伏的双重作用下，在温度起伏和浓度起

14、伏的双重作用下，在总体过冷度不大的情况下，结晶就开始了。在总体过冷度不大的情况下，结晶就开始了。 2）孕育剂）孕育剂（1）孕育剂的种类）孕育剂的种类 a、75SiFe 7479%Si b、Si-Ba合金合金 6065%Si，46%Ba c、Si-Sr合金合金 7378%Si，0.61.2%Sr d、Si-Ca合金合金 6065%Si，2530%Ca e、Si-Zr合金合金 f、稀土合金、稀土合金 目前，孕育剂已经商品化，用的最多的目前，孕育剂已经商品化，用的最多的是是FeSi75合金，近几年发展了增加锶、铈、合金，近几年发展了增加锶、铈、钡、钛、锆、稀土等特效孕育剂。钡、钛、锆、稀土等特效孕育

15、剂。 （2）孕育剂的加入量）孕育剂的加入量 与铁液成分、温度及氧化程度、铸件壁与铁液成分、温度及氧化程度、铸件壁厚、冷却速度、孕育剂的类型及孕育方法有厚、冷却速度、孕育剂的类型及孕育方法有关。一般情况下，铁液要求牌号越高，则需关。一般情况下，铁液要求牌号越高，则需要加入孕育剂的量越大。孕育剂的加入量一要加入孕育剂的量越大。孕育剂的加入量一般为般为0.2%0.7%。如果选用强效孕育剂，加。如果选用强效孕育剂，加入量可适当降低。入量可适当降低。 （3）孕育方法）孕育方法 a、一次冲入法：在出铁的同时，在出铁槽、一次冲入法：在出铁的同时，在出铁槽的上方将一定粒度的孕育剂（粒度大小随浇的上方将一定粒度

16、的孕育剂（粒度大小随浇包大小而定，一般为包大小而定，一般为510mm）均匀地加入，）均匀地加入，这种方法称为一次孕育法。这种方法称为一次孕育法。 此法的优点是：操作方便，简单易行。此法的优点是：操作方便，简单易行。缺点是：孕育剂消耗大；容易发生孕育衰退。缺点是：孕育剂消耗大；容易发生孕育衰退。b、瞬时孕育法：尽量缩短从孕育到凝固的时、瞬时孕育法：尽量缩短从孕育到凝固的时间，可最大程度地防止孕育衰退，最大程度间，可最大程度地防止孕育衰退，最大程度地发挥孕育的效果。地发挥孕育的效果。六、灰铸铁的金相检验六、灰铸铁的金相检验1、灰铸铁金相组织中石墨的检验、灰铸铁金相组织中石墨的检验1）石墨分布）石墨

17、分布（1）分布特征）分布特征 均匀无向性分布均匀无向性分布（2）形成条件）形成条件 a、共晶成分（亚共、共晶成分（亚共晶）晶） b、冷速较慢、冷速较慢（3）对性能的影响）对性能的影响 好好（1）分布特征）分布特征 菊花状分布菊花状分布（2）形成条件）形成条件a、共晶成分（比、共晶成分（比A低）低）b、冷速较快、冷速较快（3）对性能的影响）对性能的影响 较好较好1、分布特征、分布特征 板条状分布板条状分布2、形成条件、形成条件 1）过共晶成分）过共晶成分 2）冷速慢）冷速慢3、对性能的影响、对性能的影响 不好（不好（1） （2） a、 b、 （3）（1）分布特征）分布特征 晶间无向性分晶间无向性

18、分布（点状石墨）布（点状石墨）（2）形成条件）形成条件 a、亚共晶成分、亚共晶成分 b、冷速快、冷速快（3）对性能的影响）对性能的影响 不好（现在观不好（现在观点：好）点：好）（1）分布特征）分布特征 晶间有向性分布晶间有向性分布（2）形成条件）形成条件 a、亚共晶成分（比、亚共晶成分（比D低）低） b、冷速较慢、冷速较慢（3）对性能的影响）对性能的影响 不好不好（1）分布特征）分布特征 星状分布星状分布（2）形成条件）形成条件 a、过共晶成分、过共晶成分 b、冷速较快、冷速较快（3）对性能的影）对性能的影响响 不好不好2）根据石墨尺寸的大小，将）根据石墨尺寸的大小，将A型石墨分为八级，型石墨分为八级，见下表。见下表。2、灰铸铁基体组织的检验、灰铸铁基体组织的检验1）珠光体数量：）珠光体数量：2）碳化物的分布形态和数量）碳化物的分布形态和数量1-6级级 碳碳1 碳碳3 碳碳5 碳碳10 碳碳15 碳碳20碳化物的形态：碳化物的形态：3）磷共晶类型分布形态和数量）磷共晶类型分布形态和数量二元磷共晶二元磷共晶 FeFe3P 三元磷共晶三元磷共晶 FeFe3PFe3C1-6级级磷磷1 磷磷2 磷磷4 磷磷6 磷磷8 磷磷10磷共晶的形态：磷共晶的形态：4）灰铸铁）灰铸铁共晶团的共晶团的检验检验七、金相试样的