灰铸铁中常见的六种石墨类型
灰口铸铁的石墨化过程
灰口铸铁的石墨化过程
灰口铸铁是一种常见的铸造材料，其组成主要是由铁、碳、硅等元素组成。
其最重要的特点是含有大量的石墨，石墨是一种具有良好润滑性和导热性的碳化合物。
为了产生更多的石墨，需要进行灰口铸铁的石墨化过程。
灰口铸铁的石墨化过程，是通过加入铁中的一些特殊元素来实现的。
这些元素会改变铁的结构和组成，以便更易于形成石墨。
其中最常用的元素是硅(Si)和镁(Mg)。
硅是灰口铸铁中的一种主要元素，它可以促进石墨化过程。
在铸造过程中，加入一定量的硅可以提高溶液的温度和浓度，使得石墨晶体生长速度更快。
硅还可以促进铸件的凝固过程，减少缺陷和组织不均等问题。
镁是另一个常用的元素，它可以使灰口铸铁中的石墨更为稳定。
加入适量的镁可以形成一些稳定的化合物，从而减少石墨的脱离。
这也有助于提高铸件的机械强度和耐腐蚀性。
除了硅和镁之外，还有一些其他元素也可以促进石墨化过程。
例如锰(Mn)、铬(Cr)、钛(Ti)、钒(V)等元素，它们在铁中形成的化合物可以促进石墨的形成和生长。
在铸造过程中，为了实现最佳的石墨化效果，还需要控制铁水的冷却速度和浇注温度。
一般来说，铁水的冷却
速度越快，石墨化程度就越高。
但是，如果冷却速度过快，会导致铸件产生缺陷等问题。
因此，需要根据具体情况来确定最佳的铸造参数。
总之，灰口铸铁的石墨化过程是一种非常复杂的过程，它受到多种因素的影响。
为了实现理想的石墨化效果，铸造企业需要根据材料和工艺的要求，合理地选择合适的合金元素和加热措施，并积极实施监控和管理，确保铁的质量和铸件的性能达到最佳状态。
铸铁的分类及用途
7、耐腐蚀铸 基体+片状
铁
或球状石墨
灰口
主要合金元素 Si、 Ni 含量高
化工工业中的各 种抗酸、碱、氯、 海水、盐等零件
体
白口（中锰铸 铁及冷硬铸 铁例外）
除五元素外，可加 入低、中、高量合
金元素
磨机磨球、衬板、 抛丸机叶片、电 厂灰渣泵零件、 磨煤机易损部
用
件、冷硬铸件等
途 铸
6、耐热铸铁
基体+片状 或球状石墨
铁
灰口
有 Si、Al、Cr 系（中 硅、高铝、中硅铝、
高铬等铸铁）
锅炉配件，石油 化工、冶金设备、 加热炉中的耐热
铸铁的分类及用途
类别
组织特征 断口特征
成分特征
用途
大量地应用于各
1、灰铸铁（普 通灰铸铁、高 强度灰铸铁）
基体&#器零件，如 P、S 五元素或外加 机床、内燃机、
少量合金元素 汽车、农用机械
等
1．普通五元素或 应用于受力复
工 程
2、球墨铸铁
基体+球状 石墨
灰口（银白色
外加不同量的 杂，强度、韧性、 合金元素 耐磨性要求较高
断口）
2．Mg 残≧0.03%、 的零件，如曲轴、
结
RE 残≧0.02% 齿轮、连杆等
构 件 用 铸
3、蠕墨铸铁
基体+蠕虫 状石墨（往往 伴有少量球
状石墨）
灰口（斑点状 断口）
同球墨铸铁，但 Mg残及 RE残量可稍
低
高强度零件，如 机床零件等，耐 热零件，如汽缸 盖，小型钢锭模， 发动机排气管等
铁
用于受冲击、振
4、可锻铸铁 （黑心）
生坯：珠光体 +莱氏体
灰铸铁的基本组成相
灰铸铁件的基本组成相_石墨
石墨是灰铸铁件特有的组成相，石墨晶体具有六方晶格结构，碳原子占据着六方棱柱体的各个角点。
单元晶格包含两个六方晶面和六个棱柱面，基面的碳原子以结合力较强的共价键联结，形成结合牢固的原子层。
相邻基面的原子层之间则以极性键结合，这种结构使石墨强度处于很低水平。
铸铁中的石墨通常分为4个基本类型，即，片状石墨、中间形态石墨、球状石墨和团絮状石墨。
片状石墨可由铁水中直接析出（初生石墨）或与奥氏体在共晶阶段协同生长而形成共晶石墨。
一个共晶团内片状石墨都是由一个核心生长出来的，在生长的过程中，晶体不断的产生分枝和弯曲。
由于生长的环境不同，片状石墨出现多种形貌，可按形貌分为A、B、C、D、E、F六种类型。
球状石墨是经过球化处理的铸铁中出现接近球形外廓的石墨，一些石墨的生长模式兼有片状石墨和球状石墨的特征，形态上兼有片状石墨和球状石墨的一些特点。
这类石墨称为中间形态石墨，即蠕墨铸铁中的蠕虫状石墨是典型的中间形态石墨。
絮状石墨是白口铸铁经过高温石墨化退火而产生的石墨。
这种由碳原子固态扩散而形成的石墨，常因原始化学成分、组织和热处理工艺的不同，而呈现不同的聚集状态。
对于可锻铸铁，希望具有球絮形或团絮形石墨，石墨晶体呈现比较紧密的聚集状态。
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关要点:1、炭素行业龙头,积极实施战略转型。
公司是我国炭素企业的龙头,是全国唯一的新型炭砖生产基地,产能位居亚洲第一、世界第三,但国内企业产品主要还是集中于普通功率石墨电极和炭砖等传统炭素领域。
为了适应钢铁等行业结构调整的要求并将公司打造成复合型炭素制品研发和生产基地,近年来公司加快了产品结构调整并在核石墨、纳米炭材料、特种石墨、碳纤维、石墨导热片等产品领域取得突破。
2、针状焦项目将进一步完善公司产业链。
由于顶级特殊钢必须使用以优质针状焦生产的超高功率石墨电极冶炼才能得到,而针状焦的生产工艺仅由美国、英国和日本所掌握,所以,长期以来我国针状焦主要依赖进口,不仅成本高昂而且供应不稳定,严重制约了国内超高功率石墨电极的产量。
目前公司自身每年对针状焦的需求已达到近10万吨左右,但进口供应不稳定在很大程度上阻碍了公司产品结构的优化升级。
通过努力,公司已成功研制出了油系针状焦,经中试小批量试制出了符合要求的超高功率石墨电极,现已具备进入规模化生产阶段的基本条件。
公司拟通过非公开发行投资建设10万吨/年油系针状焦项目,项目建成后将满足公司自身的需要,从而进一步完善公司的产业链。
3、特种石墨业务将支撑公司未来业绩增长。
特种石墨被广泛应用于半导体、光伏太阳能、电火花及模具加工、核能、冶金、航天等众多领域,但国内特种石墨的市场供给明显不足。
公司拟通过非公开发行投资建设3万吨/年特种石墨制造与加工项目,预计该项目将于2014年建成投产,由于特种石墨售价为10万元/吨左右,而毛利率更是高达50%-60%,所以3万吨/年特种石墨项目投产后将支撑公司未来业绩增长空间。
4、钢市有望回暖,铁精粉依旧是公司的现金牛业务。
公司铁精粉产能100万吨/年,毛利率一直在50%甚至60%以上,铁精粉业务的收入占比只有30%左右但利润占比却达到50%以上,可以说铁精粉业务是公司的现金牛业务。
尽管全球经济疲软降低了建筑业和制造业对钢铁的需求,但目前钢铁价格已经跌破了很多钢铁企业的成本价,随着铁工基等各项刺激政策的出台,预计2013年钢铁市场有望逐步回暖,铁精粉业务对公司业绩的贡献有望维持稳定。
金属材料学7-1(1)
铸件冷却速度是一 个综合的因素，它与浇 注温度、造型材料、铸 造方法和铸件壁厚都有 关系。其中铸件壁厚是 影响铸件冷却速度的主 要因素。图7-11为铸铁 的共晶度和铸件壁厚对 铸铁组织的影响。
图7-11 铸铁的共晶度与壁厚对组织的影响
7.3 灰铸铁
灰铸铁（或称灰口铸铁）是石墨呈片状 分布的铸铁，它是应用最广的一类铸铁。 在各类铸铁的总产量中，灰铸铁所占的比 重最大，约占80％以上。 1、灰铸铁的组织 灰铸铁的组织是由片状石墨和金属基 体所组成的。金属基体依照共析阶段石墨 化进行的程度不同可分为铁素体，铁素体 ＋珠光体和珠光体三种。相应地便有三种 不同基体组织的灰铸铁，它们的显微组织 如图所示。
石墨与基体相比，其强度和塑性都要小 得多，石墨减小铸铁件的有效承载截面积， 同时石墨尖端易使铸件在承载时产生应力集 中，形成脆性断裂。 因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性要 比碳钢低， 一般说来，石墨的数量越少，分 布越分散，形状越接近球形，则铸铁的强度、 塑性和韧性越高。
图7-2 铸铁与钢的应力-应变 曲线的比较示意图
7.2
铸铁的石墨化
一、Fe-Fe3C和Fe-C双重状态图 科学实验表明，Fe3C是一个介稳定的相，石墨 是稳定相。反映铁-碳合金结晶过程和组织转变规律 的状态图有两种：即Fe-Fe3C状态图(亦称为铁－碳 合金亚稳定系状态图)和Fe-C状态图(亦称为铁－碳 合金稳定系状态图)，研究铸铁时，通常把两者叠加 在一起，得到铁－碳合金双重状态图，见图7-3。
第7章
铸
铁
铸铁是以铁-碳-硅为主的多元铁基合金。 普通铸铁的化学成分一般为2～4％碳，1～3％硅， 0.02～0.25％硫，0.05～1.0％磷。 铸铁的铸造性能优良，因而通常采用铸造的方法制 造成铸件使用，故称之为铸铁。
铸造合金答案
铸钢1、铸钢的分类答：（1）按合金含量分类低合金钢：合金元素总含量≤ 5%的钢。
中合金钢：合金元素总含量在5-10%范围内的钢。
高合金钢：合金元素总含量＞ 10%的钢。
微合金钢：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能显著影响组织和性能的钢（2）按Fe-Fe3C相图分类亚共析钢： 0.0218% ≤ wc ≤ 0.77%共析钢： wc = 0.77%过共析钢： 0.77%＜wc ≤2.11%（3）按含碳量：低碳钢：C: ≤ 0.25%中碳钢：C：＞ 0.25％≤ 0.6％高碳钢： C：＞0.6％2、铸钢特点优点：强度高，韧性良好，具有可焊性缺点：铸造流动性较差，易形成缩孔、热裂、冷裂及气孔，铸钢件的成品率低。
用途：制造承受重载荷、受冲击和振动的机件3、合金元素在铸钢中存在的形式答:1）形成铁基固溶体2）形成合金渗碳体3）形成金属间化合物4）形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相4、决定组元在置换固溶体中溶解度因素是什么？举例说明无限固溶和有限固溶。
答：元素的点阵结构、原子半径、电子结构相似-无限固溶，点阵结构、原子半径相近，但电子结构相差较大-有限固溶例如：Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可与Fe形成无限固溶体。
其中Ni、Co和Mn 形成以γ-Fe为基的无限固溶体，Cr和V形成以α-Fe为基的无限固溶体。
Mo和W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。
如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。
5、无限扩大γ相区元素答：这类合金元素主要有Mn、Ni、Co等。
如果加入足够量的Ni或Mn，可完全使体心立方的α相从相图上消失，γ相保持到室温，故而由γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。
6、无限扩大α相区答：当合金元素达到某一含量时，A3与A4重合，其结果使δ相与α相区连成一片。
当合金元素超过一定含量时，合金不再有α-γ相变，与α-Fe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。
CY6140车床床身铸件质量控制及缺陷防止
科技创新与应用 ｌ ２ ０ １ ３ 年 第１ ８ 期
工 业 技 术
Ｃ Ｙ ６ １ ４ ０ 车床床身铸件质量控制及缺陷防止
徐 孝 锋
（ 浙江交通技 师学院， 浙江 金华 ３ ２ １ ０ １ ５ ） 摘 要： 文章介绍了 Ｃ Ｙ ６ １ ４ ０车床床身在铸造过程 中的工艺处理， 如分型面的确定、 加工余量的确定等。 在质量控制上 ， 通过对强 度、 成分、 硬度的检 测来加以控制。 而在床 身缺陷上 ， 根据气孔、 缩松 、 缩孔等缺 陷产生的原 因， 再根据 实际生产， 用较为基础、 简便 的 方法进 行 有效 的 防止 ， 保 证 了机床 床 身 的浇铸 质 量 。
当 日所铸造 的机床床身 同一炉 的金属液 ， 所 以其检测 出的强度 、 组织成 分都 能代表 其同炉浇 注出 的同批 次床身 。将试 棒装夹在 液压万 能试 验 机上， 通过 机器拉伸 ， 可 得出试 棒 的屈服强 度和抗 拉 强度 ， 一 般 只取抗 拉强 度 。 ２ ． １ ． ２成分 床身除铁之外有 主要的五大元素 ， 即碳 、 硫、 硅、 锰、 磷。 实际生产 中 ， 我们就取一块与床身同炉乃至同一箱的铸铁来取样 ， 通过化学分析， 从 而得 出化学成分 。
１ ５ ２ ０ ￣～ １ ５ ３ ０ ￣ Ｃ ， 添加脱硫剂 。增碳 一般视 原料 的含碳 量所定 ， 所 以及时 检测生铁 的含碳量是必须 的。当上述项 目都处理好后 ， 再次测 温后便可 以进行对床 身的浇铸 了。 １ ． ２ ． ３分型面 的确 定 根据该床身的结构特征， 将床身进行分型， 由于 Ｃ Ｙ ６ １ ４ ０ 车床床身 铸件 比较大 ， 结 构复杂 。 为 了保 证起模方 便 ， 简化铸 造工 艺 、 保证铸 件质 量， 铸件分成 两个分型 面 ， 使用 三开箱造型 ， 这样便 于铸 件的生产 。 １ ． ２ ． ４铸造余量 加工余 量是指铸 件加工面上预 留的 、 准 备切除 的金属层 厚度。取决 于铸件 的精度等级 与 铸 件材料 、 铸 造方法 、 生产批 量 、 铸件 尺寸 、 浇注位 置等有关 。 其余量按 Ｇ Ｂ ／ Ｆ １ １ ３ ５ ０ － ８ ９ 确定 。与 Ｇ Ｂ ６ ４ １ ４ － ８ ６ ｛ ￣件尺寸公 差》 配套 使用 。
3、灰铸铁中石墨的分类分级及显微检测
灰铸铁中石墨的分类分级与显微检测摘要介绍国标GB/T7216-2009、美标ASTMA-247（2010）及国际标准ISO945-1：2008对灰铸铁中石墨的分类分级；分析不同石墨形态的特点、成因及对性能的影响；对石墨的显微检测做了详细的说明。
关键词灰铸铁；石墨形态；石墨尺寸；检测位置灰铸铁是指显微组织中石墨成片状的铸铁，由于灰铸铁具有生产工艺简单、成本低廉和良好的使用性能等特点，所以在工业上得到广泛的应用。
GB/T9439-2010《灰铸铁件》中根据与同炉同包次相近的冷却条件下，按Φ30mm的单铸试棒的抗拉强度分级，规定了HT100、HT150、HT200、HT225、HT250、HT275、HT300、HT350八个级别的灰铸铁牌号。
各牌号中的数据为其单铸试棒具有的最低抗拉强度值（MPa）。
灰铸铁凝固结晶缓冷后的组织为：石墨+珠光体和铁素体（或全部珠光体），受化学成分、冷却条件等的影响，有时可出现磷共晶和碳化物。
在灰铸铁中，基体组织对性能会有影响，但对强度等起决定性影响的是石墨的形态及其大小。
1 国标、美标及国际标准中灰铸铁的石墨形态分类（1）美国材料与试验学会标准ASTMA-247（2010）将铸铁（包括灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁）中出现的石墨分为7种类型，分别用罗马数字Ⅰ到Ⅶ表示，而Ⅶ类（片状）石墨又分为A、B、C、D、E五种分布形状。
见表1。
表1 美国 ASTMA-247（2010）的石墨类型（2）国际标准ISO945-1：2008将铸铁中石墨形态分为种，分别用罗马数字Ⅰ-Ⅵ表示，与美标分类不同，Ⅰ类为片状、Ⅱ类星状、Ⅲ类蠕虫状、Ⅳ团絮状、Ⅴ团状、Ⅵ类为球状，未列开花状石墨。
Ⅰ型（片状）石墨再分为A、B、C、D、E五种形状。
（3）我国根据石墨形态特征和生产过程特点将铸铁分为球墨铸铁、灰铸铁、可锻铸铁及蠕墨铸铁四大类。
国标GB/T7216-2009《灰铸铁金相检验》将灰铸铁中石墨类型分为A、B、C、D、E、F共6种，其定义及说明见表3。
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灰铸铁中常见的六种石墨类型
灰铸铁中石墨的数量、形态、长度和分布对铸铁的力学性能有着明显的影响。
在GB721 87《灰铸铁金相》标准中载有其典型分级图谱。
按石墨形态共有六种类型。
(1)、A型(直片状)石墨
这是亚共晶灰铁在较高共晶度(碳饱和度或碳当量)且过冷度不大时的正常、均匀分布也是最常见的石墨组织，它对金属的割裂作用较低同时具有这种石墨的铸铁珠光体含量高故强度和耐磨性好。
通常，A型石墨应占石墨总量的90％以上。
(2)、B型(玫瑰花状)石墨
常出现在高共晶度(接近共晶点)同时过冷度大的灰铁中，因过冷度大使开始形成的细小石墨共晶生长较快且呈辐射状，随即因结晶潜热的释放生长变慢而呈条状，最终长成的石墨的立体形状近似玫瑰花，其心部石墨细小且密集因此导致铁素体的产生，故对铸铁性能不利。
通常允许有少量B型石墨存在。
(3)、C型(粗大厚片或块状)石墨
是过共晶灰铁的典型石墨。
因为是在液态下生成的初析厚大石墨且往往相互连接或相距极近，加以周围常为铁索体(因碳硅量高共析转变按稳定平衡模式进行)，故铸铁的性能大幅度下降。
因为灰铸铁大都是亚共晶的，故任何级别的灰铁中都不允许有c型石墨出现(活塞环和某些制动鼓盘除外)。
但要注意的是有的冲天炉铁液熔炼温度
不高又用低牌号生铁时，也会出现类似于C型的粗大石墨。
(4)、D型(枝晶点状)石墨
大都出现在共晶度低和(或)过冷度大的铸铁组织中，例如铸件薄断面或高强度(级别)铸件较薄的组织中。
因为产生的原因是铁液过冷度大，故又称为过冷石墨，过冷石墨常伴生过冷铁素体加以其分布不均(呈枝晶点状)故对铸铁性能不利。
在铸件较薄的部位一般允许有不超过5％的过冷石墨存在。
(5)、E型(枝晶片状)石墨
也是一种过冷石墨，是在过冷度比产生D型石墨更大时形成的，因此其分布更不均，方向性也更明显，对铸铁的性能也更加不利。
有必要在此说明的是，在生产高强度灰铁件时，在薄断面处一例如5mm 以下，是很难避免过冷组织的，这是灰铁金属特性所决定的。
同时还应考虑到，一方面因过冷组织导致性能下降，但另一方面又因其冷却快，使共晶团细化，从而提高材质的硬度和强度。
可见，对于不要求耐磨性的部位，如缸体曲轴箱，是可以允许有过冷组织存在的，因为就硬度和强度而言实际上薄断面处的强度并不一定下降。
(6)、F型(星形)石墨
它是过共晶铸铁在极大的过冷度(快冷)下的产物，例如在活塞环等特殊铸件中出现，其减磨性好(同时还伴有高弥散度的全珠光体基体)。