铸铁铸态组织基础知识
铸铁
如 RuT420
σbmin=420MPa
蠕墨铸铁的牌号、性能及用途见表6-4.
9.合金铸铁 1）耐磨铸铁：指不易磨损的铸铁。 加入主要合金元素作用：形成硬化相，提高耐磨性。 2）耐热铸铁：指在高温下使用，具有抗氧化性或抗 生长性能符合使用要求的铸铁。 加入主要合金元素作用：在铸件表面形成一层致密 的氧化膜，保护内层不被氧化。 3）耐蚀铸铁：指具有一定耐蚀能力的铸铁。 加入主要合金元素作用：在铸件表面形成一层致密
大部分呈球状分布的铸铁。
球化处理方法是在浇注前的铸铁液中加入一定量的 球化剂和孕育剂 ，以改变石墨的结晶条件，促使石墨形 成球状。
1）化学成分、组织和性能 为保证获得数量较多、 形状圆整、分布均匀的球状石墨，球墨铸铁中碳和硅的 含量一般高于灰铸铁，
ω Mn
其中ω c=（3.6 ~3.9 ）%； ω si =(2.0~3.1 ) %； =(0.6~0.3)%；ω p ≤ 0.1%；ω s ≤0.07%。 组织特征是钢的基体分布着球状石墨，铸态下基体
的氧化膜、提高基体组织的电极电位、形成单相基 体加球状石墨，从而提高耐蚀性。
4.铸铁的石墨化及影响因素
1）石墨化过程 铸铁中石墨的形成过程,称为石墨化。铸铁结晶过程中， 石墨化若能充分进行或大部分进行，则能获得灰口铸，反 之将会得到白口铸铁。 铁碳合金结晶时，碳更易形成渗碳体，但在具有足够 扩散时间的条件下，碳也会以石墨析出。石墨还可以通过 渗碳体在高温下分解获得。 石墨化过程分三阶段：①高温石墨化，从液相中析出 石墨（GⅠ+ G共晶）； ②中温石墨化，指共晶和共析温度之 间，从奥氏体中析出的二次石墨（ GⅡ ）；③低温石墨化， 是指共析转变及以后析出的石墨（G共析）。
石墨化过程是原子的扩散过程。在实际生产中，上述 三个阶段不一定都充分进行，其中① ②阶段温度较高，碳 原子的扩散能力强，石墨化容易进行。按这三个阶段石墨 化程度不同灰口铸铁的基体组织会不同，如有F、F+P、P 除上述三个阶段石墨化外，生产中将白口铸铁在高温下 退火，也能使渗碳体分解获得石墨。这也是生产可锻铸铁的 方法。 2）影响石墨化的因素 ①化学成分 碳和硅是强烈促进石墨化的元素，而硫、 锰是阻碍石墨化的元素。磷是微弱促进石墨化的元素，但 会使铸铁脆性增大，要严格控制磷的含量。 ②冷却速度 缓慢冷却时碳原子扩散充分，易形成稳定 的石墨，即有利于石墨化。铸造生产中凡影响冷却速度的 因素均对石墨化有影响。如铸件壁越厚，铸型材料的导热 性越差，越有利于石墨化。
铸铁和铸钢的组织结构
铸铁和铸钢的组织结构教学目的及其要求通过本章学习，使学生掌握铸铁牌号和应用范围，了解常用铸铁组织结构和热处理工艺。
主要内容1．铸铁的石墨化2．常用铸铁和铸钢的牌号与性能3．铸铁的热处理学时安排讲课1学时。
教学重点1．铸铁的石墨化2．常用铸铁和铸钢的牌号和性能特点教学难点铸铁的石墨化。
教学过程一、铸铁概述同钢一样，铸铁也是Fe、C元素为主的铁基材料。
它是含碳量大于2.11％的铁碳合金。
铸铁是历史上使用得较早的材料，价格便宜，具有很多优点。
在汽车发动机中，铸铁约占80%。
铸铁成型制成零件毛坯只能用铸造方法，不能用锻造或轧制方法。
（一）铸铁的分类1．按碳在铸铁中存在形式分为两大类白口铸铁：碳以渗碳体的形式存在，断口呈现银白色，硬而脆；作为零件工业上很少用（农业上制作犁铧）；可作为冶炼钢铁的原料。
灰口铸铁：碳以游离态石墨存在，断口呈现黑灰色，灰口铸铁在机械制造业有广泛的应用，在我国，铸铁与钢用量比约为0.46:1。
2．以石墨形态分类（灰口铸铁的分类）：灰铸铁（普通灰口铸铁）：石墨为片状；可锻铸铁：石墨为团絮状；球墨铸铁：石墨为球状；蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状。
（二）灰口铸铁的成分和性能特点1．成分Wc ：2.5—5.0%；Si、Mn、S、P 等元素。
铸铁种Si的含量较多，一般在1.0～2.8%之间。
所以，铸铁可以看成是Fe－Si －C 三元铁基合金。
2．性能特点：抗拉强度、塑性、韧性比钢低；抗压强度高，耐蚀性好；良好的铸造性能和切削加工性能；良好的减震性和耐磨性；成本低。
生产灰口铸铁的关键是让碳以石墨的形式结晶，此过程称为石墨化。
（三）铸铁的石墨化石墨化：铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。
1．石墨化过程Fe-- Fe3C / Fe—G 双重相图。
石墨化的三个阶段：（1）第一阶段（高温）石墨化从液相中直接结晶出石墨：L →G I(Wc >4.26%)通过共晶反应形成的石墨：在11540C，Lc’ → A E’+ G共晶（2）第二阶段（中间）石墨化11540C ～7380C冷却过程中从A相中析出的石墨:，A →G II（3）低温石墨化阶段在7380C通过共析反应形成的石墨，As’→Fp + G共析2．铸铁石墨化过程对室温组织的影响三个阶段石墨化都进行彻底 F + G ；第三阶段石墨化不彻底 F + P + G ；第三个阶段石墨化未进行P + G 。
金属材料学第8章 铸铁概要
团 絮 状
表F 心P
KTH30006 KTB35 -04
2017/11/2 铁
P
KTZ45006
8.1.2 铸铁的石墨化及影响因素 8.1.2.1 铸铁石墨化过程
按Fe-Fe3C 相图结晶， 得到白口铸 铁
按Fe－G相 图结晶的为 灰口铸铁
L+G
4.26
L+Fe3C
736℃
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图 8.1实线为Fe－Fe3C相图，虚线为Fe－Gr相图
碳当量：把Si，P折合成相当的碳含量 CE＝WC ＋1/3W(Si+P) 共晶度：表示铸铁中碳含量接近共晶碳含量的程度 Sc=WC/[4.3%-1/3W(Si+P)] Sc=1为共晶 >1为过共晶 <1为亚共晶
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2. 冷却速度的影响 铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶 将按Fe - G相图进行，因而促进石墨化。
一方面G本身是良好的润滑剂，另一方面G 脱落后的显微“口袋”，可以储存润滑油和收集微 小磨粒，因此具有良好的减摩性。如机床导轨。
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8.2.4灰铸铁热处理
热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。 热处理强化效果不大。 灰铸铁常用的热处理有： ① 消除应力退火：530-550℃。 ② 石墨化退火（消除白口铁退火）。 铸件表面冷速快，易形成白口铁，为降低其硬度
8.2.1、灰铸铁中片状石墨的生长方式
内 在 因 素 外 在 因 素
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G为六方点阵层状结构。层面原子间距小，较 强共价键结合，层间C原子间距较大，原子作用 力弱。→层面方向生长速度就大，石墨是在与铁 水相接触的条件下以片状方式生长的。
铸铁知识介绍
铸造知识介绍铸造：是一种金属材料的成形方法。
将熔融金属浇注、压射或吸入铸型型腔，凝固后成为具有一定形状和性能的铸件。
铸造方法有砂型铸造和特种铸造，既可用手工单件小批量生产，也可用机械化、自动化生造型方法大量成批生产。
铸造流程：制模——造型——烘干——熔炼——孕育处理——炉前分析——浇注——落砂清理——去浇冒口——铸件检验及缺陷分析——铸铁及熔炼白口铸铁：白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe 3c ）形式存在，因断口呈亮白色。
故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe 3c ，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。
因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。
大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料。
灰口铸铁；铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。
断口呈灰色。
它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。
灰口铸铁按基体组织不同，分为铁素体基灰口铸铁、珠光体+铁素体基灰口铸铁和珠光体基灰口铸铁三类。
由于灰口铸铁内存在片状石墨，而石墨是一种密度小，强度低、硬度低、塑性和韧性趋于零的组分。
它的存在如同在钢的基体上存在大量小缺口，即减少承载面积，又增加裂纹源，所以灰口铸铁强度低、韧性差，不能进行压力加工。
为改善其性能，在浇注前在铁水中加入一定量的硅铁，硅钙等孕育剂，使珠光体基体细化，石墨变细小而均匀分布，经过这种孕育处理的铸铁。
称为孕育铸铁。
灰口铸铁的牌号、性能组织及用途见下表，国家标准根据直径30mm 单铸试棒的抗拉强度，将灰铸铁分为六个牌号。
牌号中的“HT ”是“灰铁”的汉语拼音的第一个大写字母，其后面的数字表示该牌号灰铸铁的最小抗拉强度。
灰铸铁的牌号及力学性能指标（GB5675-85）铸铁的化学成份对灰铸铁的组织有很大影响，各种牌号的灰铸铁的化学成份与铸件壁厚有关，下表数据供参考。
碳和硅是灰铸铁中最主要的化学成份，它们都是强烈促进石墨化的元素，对铸铁的组织和性能起着决定性影响。
第01章 铸铁结晶及组织形成
三、共晶凝固过程
根据化学成分及冷却条件不同，有二种共晶转 变方式：稳定系及亚稳定系共晶转变，前者形成灰口 断面铸铁 , 后者形成奥氏体加渗碳体组织 , 即白口铸铁。 当然还可能有混合型的 , 断面呈麻口 , 这种铸铁的应用 范围极为有限 。
在相同碳当量的前提下，初析奥氏体的量还受铸铁中碳、硅含量的影响。目前常 用Si／C比值来讨论其影响，Si／C比增加，初析奥氏体的量随之增高 (图1—5)。 在高碳当量时，除影响数量外，碳量对初析奥氏体的粗细亦有影响。 在冷却速度一定时，随着碳量的增高，枝晶细化(图1—6)图中凝固率百分数为 铁液中出现固相的体积百分数。 硫对奥氏体树枝晶的粗细亦有影响,随着硫量的增高,树枝晶有粗化的倾向。
图1-1 铁-碳相图 G-石墨， Fe3C-渗碳
二、铁－碳双重相图及其分析
图1-1是Fe-Fe3C介稳定系相图与Fe-C（石墨）稳定系相图，分别以实 线和虚线表示。表1-1为图中各临界点的温度及含碳量。 Fe-C（石墨）相图和Fe-Fe3C相图的主要不同处在于： 1）稳定平衡的共晶点C＇的成分和温度与C点不同
熔体中形核、成长时，只有按密排面生长,其表面能最小,析出的 奥氏体才稳定,由原子密排面(111)构成的晶体外的形是八面体。 八面体的生长方向为其轴线[100]方向。 奥氏体枝晶生长的特点之一是枝晶的生长程度不同,有的枝晶 生长快,有的枝晶因前沿有溶质元素的富集而生长受到阻碍,因而 生长较慢,故铸铁中的奥氏体枝晶往往具有不对称、不完整的特征, 加上奥氏体枝晶的二维形貌实际上是三维树枝晶在不同切面上的 反应。
奥氏体枝晶中的化学成分不均匀性是由凝固过程决定的。
（三）奥氏体枝晶中的成分偏析
对奥氏体枝晶及其结晶前沿的微观分析表明,在初析奥氏体中有硅的 富集,锰则较低,而在枝晶间的残存液体中则是碳高、锰高、硅低。这样, 在奥氏体的生长过程中,在结晶沿就有不同元素的富集或贫乏,如形成了 硅的反偏析及锰的正偏析,即存在着较大的浓度不匀性。在普通灰铸铁 及合金灰铸铁中,各元素在各相之间和相内的分布皆有这样的现象。相 间成分分布的不均匀性通常由分配系数Kp表示,而晶内偏析程度则由偏 析系数Kl表示。
10 第六章 铸铁
3．铸铁的分类与牌号表示方法 铸铁是根据石墨的形态进行分类的。铸铁中石墨的形态有片 状、团絮状、球状和蠕虫状4种，其所对应的铸铁分别为灰铸铁、 可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。表6-2为各类铸铁的石墨形态、 基体组织和牌号表示方法。
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一、灰铸铁
第二节 常用铸铁
灰铸铁是指石墨呈片状分布的灰口铸铁。灰铸铁价格便宜，应 用广泛，其产量约占铸铁总产量的80％以上。 1．灰口铸铁的化学成分、组织与性能 灰口铸铁的成分范围是2.7％-3.6％C,1.0％-2.2％Si、0.5％-1.3％ Mn、＜0.3％P、≤0.15％S,其中C、Si、Mn是调节组织的元素，P 是控制使用的元素，S是应限制的元素。究竟选用何种成分，应 根据铸件基体组织及尺寸大小来决定。 灰口铸铁的第一、二阶段石墨化过程均应充分进行，其组织类 型主要取决于第三阶段的石墨化程度。根据第三阶段石墨化程度 的不同，可分别获得如下三种不同基体组织的灰口铸铁。
4．灰口铸铁的热处理
热处理只能改变铸铁的基体组织，而不能改变石墨的形状和分布状态。因 此通过热处理提高灰口铸铁机械性能的效果不大。通常只采用如下几种热处 理。 (1)去应力退火 在铸造过程中，产生很大的内应力不仅降低铸件强度，而且 使铸件产生翘曲、变形，甚至开裂。因此，铸铁件铸后必须进行消除应力退 火，又称人工时效。即将铸件缓慢加热到500-56O℃适当保温（每10MM截面保 温2h)后，随炉缓冷至150-200℃出炉空冷，此时内应力可被消除90%。去应力 退火加热温度一般不超过560℃，以免共析渗碳体分解、球化，降低铸件强度、 硬度和耐磨性。 (2)消除白口，改善切削加工性能的退火 铸件冷却时，表层及截面较薄处 由于冷却速度快，易出现白口组织使硬度升高，难以切削加工。通常将铸件 加热至850-950℃保温1-4h，使部分渗碳体分解为石墨，然后随炉冷至400500℃，再置于空气中冷却，最终得到铁素体基体或铁素体加珠光体基灰铸铁， 从而消除白口、降低硬度、改善切削加工性。
铸铁结构原理及应用.ppt
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§２ 灰铸铁
(2)消除白口组织的退火 将铸件加热到850～950℃，保持一定时间(一
般为2～5h)，然后随炉冷却至400～500℃出炉 空冷，使渗碳体在高温和缓慢冷却中分解，用 于消除白口，降低硬度，改善切削加工性。 (3)表面淬火 表面淬火的目的是提高铸件表面硬度和耐磨性。 常用的表面淬火有火焰加热表面淬火、高频与 中频感应加热表面淬火和电接触加热表面淬火 等。如对机床导轨进行中频感应加热表面淬火， 使表面淬火层获得细马氏体基体＋石墨的组织， 其耐磨性就会显著提高。
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§3 球墨铸铁
♥球墨铸铁的热处理
球墨铸铁通过各种热处理，可以明显地提 高其力学性能。球墨铸铁的热处理工艺性能 较好，凡是钢的热处理工艺，一般都适合于 球墨铸铁。球墨铸铁常用的热处理工艺有： (1)退火：
退火的主要目的是为了得到铁素体基体的 球墨铸铁，提高其塑性和韧性，改善切削加 工性能，消除内应力。
熔点比钢低得多，流动性好，分散缩孔少，偏 析程度小。且在凝固过程中会析出比容较大的 石墨，所以收缩率也小，凡无法用锻造成型的 形状复杂的零件，汽缸体，变速箱外壳等均可 用灰铸铁铸造而成．
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§２ 灰铸铁
2）良好的切削加性 石墨使切削容易脆断，同时石墨本身润滑作用 减轻刀具的磨损。 3）优良的耐磨性与减震性 石墨有利于滑润和贮油，磷含量的增加还可形 成硬而脆的磷共晶等使铸铁有好的耐磨性。铸 铁中的石墨能将震动能转变为热能，从而消震。
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§3 球墨铸铁
(2)正火： 正火的目的是为了得到珠光体基体的球墨铸铁，提
高其强度和耐磨性。 (3)调质： 调质的目的是为了得到回火索氏体基体的球墨铸铁，
常用铸铁不同状态组织观察与分析
实验目的 掌握灰口铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁中 石墨形态的特征； 掌握铸铁的三种不同基体；
实验内容
铸铁显微组织观察样品状态
序号 1 2 材料 灰口铸铁(P基) 灰口铸铁(F基) 处理工艺 铸态 铸态 浸蚀剂 4%HNO3酒精 4%HNO3酒精 组织特征 P+片状石墨 F +片状石墨
蠕墨铸铁的显微组织
可锻铸铁的显微组织
实验要求 用铅笔画出表1中的1~6种显微组织；每一样品 都各画在一个30mm的圆内，并用箭头标出图中 各显微组织，在圆下方标注材料名称、工艺状态、 放大倍数和浸蚀剂等。 实验报告 从化学成分、组织、性能说明铸铁与钢的区别。 不同基体的灰口铸铁性能有哪些差别？ 三种铸铁的使用范围是什么？
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灰口铸铁(F+P基)
球墨铸铁(F+P基) 可锻铸铁(F基)
铸态
铸造 可锻化退火
4%ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱNO3酒精
4%HNO3酒精 4%HNO3酒精
F+P+片状石墨
牛眼睛 F+团絮石墨
铁素体+片状石墨
铁素体+珠光体+片状石墨
珠光体+片状石墨
灰口铸铁的显微组织
铁素体和团絮状石墨
铁素体和球状石墨。
球墨铸铁的显微组织
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铸铁铸态组织基础知识
铸铁是一种常见的金属材料，具有优异的机械性能和耐磨性。
铸铁的组织结构对其性能具有重要影响，铸态组织是铸铁最基本的组织形态之一。
本文将介绍铸铁铸态组织的基础知识。
铸态组织是指铸铁在凝固过程中形成的组织结构。
铸态组织主要由铁素体、珠光体和渗碳体组成。
铁素体是铸铁中最主要的组织相，具有良好的塑性和韧性。
珠光体是铸铁中的第二相，呈球状或胞状分布在铁素体中，能够提高铸铁的硬度和强度。
渗碳体是铸铁中的第三相，主要由碳化物组成，能够提高铸铁的耐磨性和硬度。
铁素体的形成是铸态组织形成的基础。
在铸铁凝固过程中，当温度降低到铁素体形核温度以下时，铁素体开始形成。
铁素体的晶粒生长速度较快，且晶粒较大，因此铸铁的铸态组织中常常存在较粗的铁素体晶粒。
珠光体的形成是在铁素体晶粒内部或晶界上形成的。
在铸铁凝固过程中，当温度进一步降低到珠光体形核温度以下时，珠光体开始形成。
珠光体的形成需要一定的过冷度，因此铸铁的铸态组织中常常存在过冷铁素体。
过冷铁素体是指在晶界或晶内形成的较细小的铁素体晶粒，其形成是由于凝固过程中的过冷现象导致的。
渗碳体的形成是在铁素体中形成的。
在铸铁凝固过程中，当温度进一步降低到渗碳体形核温度以下时，渗碳体开始形成。
渗碳体主要
由碳化物组成，其中常见的有Fe3C碳化物。
渗碳体的形成能够提高铸铁的硬度和耐磨性。
铸态组织的性能与组织形态有密切关系。
铸态组织中的铁素体能够提高铸铁的塑性和韧性，而珠光体和渗碳体则能够提高铸铁的硬度和强度。
不同的铸态组织形态对铸铁的性能有不同的影响。
例如，过多的渗碳体会导致铸铁脆性增加，而过多的珠光体会导致铸铁的塑性降低。
为了得到理想的铸态组织，可以通过控制铸铁的凝固速度和凝固方式来调控铸态组织的形成。
凝固速度的增加可以促进珠光体和渗碳体的形成，从而提高铸铁的硬度和强度；凝固方式的改变可以改变铸态组织的形貌，如通过定向凝固可以得到具有纤维状铸态组织的铸铁。
铸态组织是铸铁最基本的组织形态之一，其由铁素体、珠光体和渗碳体组成。
铸态组织的形态对铸铁的性能具有重要影响，不同的组织形态会导致铸铁具有不同的性能特点。
通过控制凝固速度和凝固方式，可以调控铸态组织的形成，以获得理想的铸态组织。