1、 铸铁铸铁：1）指含指含 2）或者组织中具有）或者组织中具有共晶组织共晶组织的铁碳合金的铁碳合金。3）是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。）是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。什么是铸铁什么是铸铁?碳、共晶碳、共晶1）含）含2)共晶组织共晶组织碳、共晶碳、共晶1）有共晶组织。有共晶组织。珠光体珠光体 铁素体铁素体 珠光体加铁素体珠光体加铁素体共晶组织、共晶组织、共析组织共析组织参考书：金属学与热处理参考书：金属学与热处理本课程以金属学为基础本课程以金属学为基础复习以上概念复习以上概念 铸造合金：铸铁、铸造合金：铸铁、铸钢、有色合金。铸钢、有色合金。铸铁占铸铁占80%。铸铁占机器重量的铸铁占机器
2、重量的40%90%。可锻铸铁管件可锻铸铁管件核燃料贮存运输核燃料贮存运输容器容器(QT350-22)铸铁铸铁曲轴曲轴大型船用柴油机汽缸体大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身重型机床床身(HT-250)工业铸铁的成分范围工业铸铁的成分范围温度温度快冷快冷中速冷却中速冷却中速冷却中速冷却缓冷缓冷缓冷缓冷缓冷缓冷快冷快冷白口铸铁白口铸铁珠光体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁铁素体铁素体球墨铸铁球墨铸铁珠光体珠光体球墨铸铁球墨铸铁珠光体珠光体可锻铸铁可锻铸铁铁素体铁素体可锻铸铁可锻铸铁石墨化退火石墨化退火中速冷却中速冷却缓冷缓冷珠光体珠光体蠕墨铸铁蠕墨铸铁铁素体铁素体蠕墨铸铁蠕墨
3、铸铁Si/Mg/Ce四种铸铁四种铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁灰铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁蠕墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁球墨铸铁铸造专业录像铸造专业录像 1、前言、前言 2、电炉熔炼及浇注、电炉熔炼及浇注 3、参考书：、参考书：1）金属学与热处理）金属学与热处理 2）金属成型原理）金属成型原理 1、铸铁的概念。作业作业-重点内容重点内容第第一一章章 铸铸铁铁的的结结晶晶及及组组织织的的形形成成 第一节第一节 铁碳双重相图铁碳双重相图为什么？相同成分铁水，为什么？相同成分铁水，1、冷速慢得到灰口铸铁。、冷速慢得到灰口铸铁。2、冷速快得到白口铸铁，、冷速快得到白口铸铁，1、快速冷却时，含碳量、快速冷却
4、时，含碳量2.14%以上的铁合金以上的铁合金，析出渗碳体析出渗碳体；2、铸造过程，慢速冷却，、铸造过程，慢速冷却，可以析出石墨。可以析出石墨。也就是说：冷速不同，也就是说：冷速不同，可以析出石墨可以析出石墨，也，也可析出渗碳体。可析出渗碳体。在生产实践中，现象：在生产实践中，现象：1）浇注）浇注不同壁厚不同壁厚的铸件；的铸件；2）冷却速度）冷却速度不同的铸型不同的铸型，例如，例如金属型、石墨型金属型、石墨型。3）会有白口或灰口，是冷却速度不同导致共晶凝固温度不同）会有白口或灰口，是冷却速度不同导致共晶凝固温度不同所致。所致。白口铁在白口铁在900以上保温，莱氏体可分解为奥氏体加石墨。以上保温，
5、莱氏体可分解为奥氏体加石墨。固体状态：存在渗碳体；石墨两种状态。固体状态：存在渗碳体；石墨两种状态。1、Fe-Fe3C 和和 Fe-G(石墨石墨)双重相图双重相图 2、Fe3C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：是亚稳相，在一定条件下将发生分解：Fe3C3Fe+C（石墨）（石墨）热力学观点：热力学观点：在一定条件下，高温渗碳体自动分解为奥氏体石墨，表明渗在一定条件下，高温渗碳体自动分解为奥氏体石墨，表明渗碳体自由能高，奥氏体石墨具有较低自由能，处于平衡状态。碳体自由能高，奥氏体石墨具有较低自由能，处于平衡状态。渗碳体是在某种条件下形成的，在转变过程中也是平衡的，但渗碳体是在某种条件下形成的，在转
6、变过程中也是平衡的，但不是最稳定的。不是最稳定的。结晶动力学观点：结晶动力学观点：液体中形成渗碳体比形成石墨容易，且渗碳体是金属间化合物，液体中形成渗碳体比形成石墨容易，且渗碳体是金属间化合物，不需要铁原子从晶核中扩散出去，因此，在某种条件下，奥氏不需要铁原子从晶核中扩散出去，因此，在某种条件下，奥氏体石墨不如形成渗碳体顺利。体石墨不如形成渗碳体顺利。因此，从热力学观点因此，从热力学观点Fe-Fe3C相图是介稳定的，相图是介稳定的，Fe-C才是稳定的；才是稳定的；从结晶动力学观点从结晶动力学观点Fe-Fe3C在一定条件下转变是可能的，出现铁在一定条件下转变是可能的，出现铁碳二重性。碳二重性。存
7、在两个铁碳相图：存在两个铁碳相图：Fe-Fe3C和和Fe-G双重相图双重相图三、铁碳硅准二元相图三、铁碳硅准二元相图 铸铁中对金相组织起决定作用的是铁、碳、硅，需要研究铸铁中对金相组织起决定作用的是铁、碳、硅，需要研究铁碳铁碳硅硅三元相图。三元相图。铸铁中硅一般在铸铁中硅一般在0.8%0.8%3.5%3.5%范围内变动，用含硅量一定的铁碳硅准范围内变动，用含硅量一定的铁碳硅准二元相图来分析硅、碳对结晶过程的影响。二元相图来分析硅、碳对结晶过程的影响。1）共晶点和共析点）共晶点和共析点含碳量含碳量随硅量的增加而减少。碳在液体和奥氏随硅量的增加而减少。碳在液体和奥氏体中的溶解度减少。体中的溶解度减
8、少。2）硅的加入使相图上出现了共晶、共析转变三相区，说明三元合）硅的加入使相图上出现了共晶、共析转变三相区，说明三元合金是在一定温度范围内进行的。金是在一定温度范围内进行的。3）共晶、共析转变温度有所改变。温差扩大，硅赿高，奥氏体）共晶、共析转变温度有所改变。温差扩大，硅赿高，奥氏体+石墨高出奥氏体石墨高出奥氏体+渗碳体越多。渗碳体越多。4）硅加入后，缩小了相图上的奥氏体区。）硅加入后，缩小了相图上的奥氏体区。四、元素对相图各临界点的影响四、元素对相图各临界点的影响五、碳当量和共晶度的意义五、碳当量和共晶度的意义 碳当量：碳当量：根据各种元素对共晶点实际含碳量的影响，将这些元素根据各种元素对共
9、晶点实际含碳量的影响，将这些元素的量折算成碳量的增减，称之为的量折算成碳量的增减，称之为碳当量碳当量。CE=C+1/3(Si+P)。将将CE值与值与4.26%相比相比：当当CE4.26%称之称之过共晶过共晶成分；成分；CE1过共晶过共晶 Sc1。3）与碳亲合力元素大的白口化元素（）与碳亲合力元素大的白口化元素（Mn Cr W Mo V）在共晶）在共晶液体内富集液体内富集k1。这样就会造成结晶前沿的液相中合金成分的变化，改变结晶过这样就会造成结晶前沿的液相中合金成分的变化，改变结晶过程。程。（四）影响奥氏体枝晶数量及粗细的因素（四）影响奥氏体枝晶数量及粗细的因素 在冷却速度较快的条件下，由于不平
10、衡条件下进行凝固，在冷却速度较快的条件下，由于不平衡条件下进行凝固，碳当量碳当量高达高达4.7%时，铸态组织中仍有一定量的初析奥氏体，时，铸态组织中仍有一定量的初析奥氏体，这是工业铸这是工业铸态组织中的一个特征。态组织中的一个特征。1）在相同碳当量情况下，初析奥氏体受碳硅量的影响。）在相同碳当量情况下，初析奥氏体受碳硅量的影响。Si/C比增比增加加，初析，初析奥氏体增加奥氏体增加。2）高碳当量的情况下，）高碳当量的情况下，碳量增高，枝晶细化。碳量增高，枝晶细化。3）硫对奥氏体树枝晶的粗细变有影响，硫量增加，树枝晶有粗化）硫对奥氏体树枝晶的粗细变有影响，硫量增加，树枝晶有粗化的倾向。的倾向。合金
11、元素的加入，要影响初析奥氏体析出温度的高低，必然会影响合金元素的加入，要影响初析奥氏体析出温度的高低，必然会影响初析奥氏体的形态和数量。初析奥氏体的形态和数量。（讨论（讨论W、Mo、Cr、V、Cu、Ti）Ti使枝晶数量增多、细化，增加量约占总量的使枝晶数量增多、细化，增加量约占总量的25%。V使枝晶在共晶期间增加的数量更多，增加量约占总量的使枝晶在共晶期间增加的数量更多，增加量约占总量的37%。V、Ti同时加入时，影响更明显，使枝晶数量增加很多，并细化同时加入时，影响更明显，使枝晶数量增加很多，并细化枝晶，共晶转变期间枝晶数量增长量约占总量的枝晶，共晶转变期间枝晶数量增长量约占总量的35%。有
12、二种转变方式：有二种转变方式：(1)稳定系转变，形成稳定系转变，形成灰口铸铁灰口铸铁。(2)亚稳定系转变，形成亚稳定系转变，形成白口铸铁白口铸铁。(3)混合型，形成混合型，形成麻口铸铁麻口铸铁。三、共晶凝固过程三、共晶凝固过程（一）稳定系的共晶转变过程（一）稳定系的共晶转变过程 铁水温度降低到铁水温度降低到低于稳定系平衡温度低于稳定系平衡温度以下，初析奥氏体间熔体以下，初析奥氏体间熔体的含碳量达到饱和，此时的含碳量达到饱和，此时形成石墨晶核形成石墨晶核。则石墨则石墨/熔体界面上熔体含碳量低，为奥氏体析出形成条件。熔体界面上熔体含碳量低，为奥氏体析出形成条件。反过来奥氏体析出又促进共晶石墨生长，
13、此时铸铁进入了反过来奥氏体析出又促进共晶石墨生长，此时铸铁进入了共晶共晶凝固阶段。凝固阶段。共晶凝固：共晶凝固：铁水中存在的亚微观石墨团聚体、未熔的微细石墨颗粒、高铁水中存在的亚微观石墨团聚体、未熔的微细石墨颗粒、高熔点夹物都可能成为石墨的熔点夹物都可能成为石墨的非均质晶核非均质晶核。石墨形核以后，石墨的石墨形核以后，石墨的(0001)面可以作为奥氏体面可以作为奥氏体(111)面的基面的基底而促进奥氏体形核，形成交叉共生生长模式。底而促进奥氏体形核，形成交叉共生生长模式。在结晶前沿，石墨片始终突出在外，伸入熔体中为领先相，领在结晶前沿，石墨片始终突出在外，伸入熔体中为领先相，领先向熔体生长和分
14、枝。先向熔体生长和分枝。以每个石墨为中心形成石墨以每个石墨为中心形成石墨-奥氏体共生生长，晶粒奥氏体共生生长，晶粒共晶团。共晶团。晶间碳化物：晶间碳化物：在各在各共晶团之间共晶团之间聚集较多的低熔点聚集较多的低熔点夹杂物夹杂物。随着凝固过程的进行，。随着凝固过程的进行，残余液体残余液体中合金元素中合金元素含量越来越高含量越来越高，在各共晶团之间有，在各共晶团之间有正偏析正偏析，形成形成晶间碳化物晶间碳化物。共晶团数目：共晶团数目：灰铸铁共晶团数目决定于共晶转变时的成核条件和成长条件。灰铸铁共晶团数目决定于共晶转变时的成核条件和成长条件。冷却速度冷却速度和和过冷度大过冷度大，非均质晶核非均质晶核
15、越多，共晶团数目多，力学性能越多，共晶团数目多，力学性能提高。提高。石墨的晶体结构：石墨的晶体结构：六方晶体结构，从晶体六方晶体结构，从晶体生长理论讲，正常生长方式应是沿基面择生长理论讲，正常生长方式应是沿基面择优生长，最后长成优生长，最后长成片状石墨组织片状石墨组织。（二）石墨晶体结构及片状石墨的长大（二）石墨晶体结构及片状石墨的长大 石墨中具有许多缺陷：石墨中具有许多缺陷：旋转晶界旋转晶界、螺旋位错螺旋位错、倾斜孪晶倾斜孪晶对生长有很大影响，不同的成对生长有很大影响，不同的成分、过冷度等条件不同，形成缺陷类型的倾向不同。分、过冷度等条件不同，形成缺陷类型的倾向不同。纯合金中生长界面是光滑的
16、，纯合金中生长界面是光滑的，形核困难形核困难。存在螺旋位借，则为石墨生长提供大量台阶，存在螺旋位借，则为石墨生长提供大量台阶，看起来是沿着基看起来是沿着基面面a向生长向生长，实际还，实际还包含着包含着c向生长向生长，既有增大片状面积的作用，既有增大片状面积的作用，又有石墨增加厚度的作用。又有石墨增加厚度的作用。存在旋转晶界，提供了晶体生长的台阶，台阶可存在旋转晶界，提供了晶体生长的台阶，台阶可促进石墨晶体促进石墨晶体(1010)面上生长。面上生长。Va大于大于Vc，则生长为片状石墨。，则生长为片状石墨。Va等于或小于等于或小于Vc，则生长为球状石墨。，则生长为球状石墨。由于硫、氧的存在并吸附在
17、石墨棱面上，使棱面生长速度快，由于硫、氧的存在并吸附在石墨棱面上，使棱面生长速度快，因此成片状。奥氏体析出，使结晶前沿有杂质元素，会影响因此成片状。奥氏体析出，使结晶前沿有杂质元素，会影响到石墨缺陷的形成，更导致石墨沿一定方向生长。到石墨缺陷的形成，更导致石墨沿一定方向生长。灰铸铁形成片状石墨原因：灰铸铁形成片状石墨原因：化学成分、冷却速度、形核条件不同，化学成分、冷却速度、形核条件不同，灰铸铁石墨灰铸铁石墨形状可分形状可分 6 6种种。A片状片状B菊花状菊花状C块片状块片状D枝晶点状枝晶点状E枝晶片状枝晶片状F星状星状类型类型条件条件类型类型条件条件A石墨成核能力强，冷却速度石墨成核能力强，
18、冷却速度慢，过冷度小慢，过冷度小E 碳当量较形成碳当量较形成D型时更低，型时更低，但冷速较慢，共晶凝固时液但冷速较慢，共晶凝固时液体数量已很少故呈方向性体数量已很少故呈方向性分布分布(取决于初析奥氏体取决于初析奥氏体)D 碳当量低，成核条件差，初碳当量低，成核条件差，初析奥氏体多，冷却速度快，析奥氏体多，冷却速度快，过冷度大过冷度大C过共晶成分，慢冷时形成的过共晶成分，慢冷时形成的初析石墨初析石墨B实质上中心是实质上中心是D型，外围是型，外围是A型，开始时过冷大，成核型，开始时过冷大，成核条件差、先出条件差、先出D型，后期放型，后期放出凝固潜热，过冷减小而析出凝固潜热，过冷减小而析出出A型型F
19、过共晶成分，快冷时形成，过共晶成分，快冷时形成，如活塞环中常出现如活塞环中常出现F型石墨型石墨(三三)球状石墨的形成条件球状石墨的形成条件 一定成分的铁水、经一定成分的铁水、经球化处理球化处理、铁水中的、铁水中的硫氧硫氧含量显著含量显著下降下降，球化元素在铁水中有一定的残余量，则在共晶凝固过程中石墨球化元素在铁水中有一定的残余量，则在共晶凝固过程中石墨呈球状呈球状。1.球状石墨的结构球状石墨的结构 低倍观察呈球状。低倍观察呈球状。高倍观察为多边形轮廓，内部呈放射状。在偏振光下更明显。高倍观察为多边形轮廓，内部呈放射状。在偏振光下更明显。扫描电镜观察则石墨球表面不光滑，有许多胞状物。扫描电镜观察
20、则石墨球表面不光滑，有许多胞状物。石墨球截面复型电镜照片，球状石墨内部结构具有独特的年石墨球截面复型电镜照片，球状石墨内部结构具有独特的年轮状特点，中心可以看到白色小点。轮状特点，中心可以看到白色小点。球状石墨具有多晶体结构，从核心向外呈辐射状生长，球状石墨具有多晶体结构，从核心向外呈辐射状生长，每个放射角皆由垂直于球的径向而呈相互平行的石墨基面堆积而每个放射角皆由垂直于球的径向而呈相互平行的石墨基面堆积而成成。从以上晶体结构的分析，可以断定：从以上晶体结构的分析，可以断定：因而球的外表面都是由因而球的外表面都是由(0001)面覆盖。面覆盖。2.2.球状石墨形成条件球状石墨形成条件 两个必要条
21、件是：两个必要条件是：1）有较大的过冷度；）有较大的过冷度；2）较大的铁水与石墨间界面张力。）较大的铁水与石墨间界面张力。1）加入）加入球化剂球化剂会增大过冷和改变铁水与石墨之间的会增大过冷和改变铁水与石墨之间的表面张力表面张力。2）加入球化剂后，）加入球化剂后，Mg-RE首先与铁水中的硫氧反应降低二者含首先与铁水中的硫氧反应降低二者含量，铁水与石墨之间的表面张力增加。量，铁水与石墨之间的表面张力增加。3.3.球墨铸铁的共晶转变球墨铸铁的共晶转变 首批小球在高于共晶温度时已经形成；首批小球在高于共晶温度时已经形成；温度下降，有的重新解体，有的长大，在此过程中又会形成新的温度下降，有的重新解体，
22、有的长大，在此过程中又会形成新的石墨球。石墨球。某些石墨球长到一定尺寸被奥氏体包围。某些石墨球长到一定尺寸被奥氏体包围。某些石墨球初期被奥氏体包围。形核长大；形成奥氏体后在奥氏某些石墨球初期被奥氏体包围。形核长大；形成奥氏体后在奥氏体包围下长大。共晶凝固方式为离异共晶。体包围下长大。共晶凝固方式为离异共晶。共晶温度之上，共晶温度之上，A+A+球球共晶开始，共晶开始，A+A+球球分别析出分别析出共晶结共晶结束束共晶主要阶段共晶主要阶段 内内容容主主要要包包括括三三个个方方面：面：1）石石墨墨晶晶核核的的产产生生及及其其性性质、质、2）球球状状石石墨墨的的长长大、大、3）以以及及球球化化元元素素的
23、的作作用。用。4.4.球状石墨的形成机理球状石墨的形成机理 研究表明球状石墨中心有外来夹杂微粒，这些微粒具有双层结构。研究表明球状石墨中心有外来夹杂微粒，这些微粒具有双层结构。用硅铁镁合金进行球化处理和用硅铁进行孕育处理的球墨铸铁中，用硅铁镁合金进行球化处理和用硅铁进行孕育处理的球墨铸铁中，晶核的最晶核的最中心部分中心部分由钙和镁的由钙和镁的硫化物硫化物组成，组成，晶核的晶核的外层外层则由镁、则由镁、铝、硅、钛的铝、硅、钛的氧化物氧化物组成。组成。1）石墨晶核的产生及其性质）石墨晶核的产生及其性质 球状石墨的生长中起主要作用的是螺旋位错。虽然看来是沿球状石墨的生长中起主要作用的是螺旋位错。虽然
24、看来是沿(0001)按按1010晶向螺旋式生长，但其结果都使晶体在晶向螺旋式生长，但其结果都使晶体在0001方向得到发展。方向得到发展。各个螺旋按均势的速度生长，晶体将长成一个近似球状的多面体各个螺旋按均势的速度生长，晶体将长成一个近似球状的多面体。2）球状石墨的长大）球状石墨的长大 如果有某些如果有某些表面活性元素表面活性元素(如氧、硫如氧、硫)吸附在螺旋台阶的旋出口处，吸附在螺旋台阶的旋出口处，它们将抑制这一螺旋晶的生长，而别处却仍保持一定的速度生长。它们将抑制这一螺旋晶的生长，而别处却仍保持一定的速度生长。这时晶体的这时晶体的等轴生长等轴生长方式将受到方式将受到破坏破坏，其结果是使球状，
25、其结果是使球状石墨畸变石墨畸变。3 3）球化元素的作用）球化元素的作用 镁、钙等元素的作用在于，通过这些元素的硫化物和氧化物而镁、钙等元素的作用在于，通过这些元素的硫化物和氧化物而去除了去除了熔体中的熔体中的氧氧和活性和活性硫硫；同时，这些元素的同时，这些元素的硫化物及氧化物硫化物及氧化物夹杂微粒构成了球状夹杂微粒构成了球状石墨晶石墨晶核的最中心部分核的最中心部分和和外层部分物质外层部分物质。（四）蠕虫状石墨的形成过程（四）蠕虫状石墨的形成过程 蠕虫状石墨在共晶凝固过程中从铁水中直接析出。最初为小球状或蠕虫状石墨在共晶凝固过程中从铁水中直接析出。最初为小球状或聚集状，经过畸变，没有被奥氏体包围
26、的长出口，在与铁水直接接聚集状，经过畸变，没有被奥氏体包围的长出口，在与铁水直接接触中长大而成。触中长大而成。生长模式为：生长模式为：1）小球石墨）小球石墨畸变石墨畸变石墨蠕虫状石墨。蠕虫状石墨。2）最初呈片）最初呈片状，在界面前沿，由于蠕化元素的存在逐渐演变成蠕虫状。状，在界面前沿，由于蠕化元素的存在逐渐演变成蠕虫状。（五）亚稳定系共晶转变过程（五）亚稳定系共晶转变过程 当铁水化学成分和冷却速度变化时，共晶转变成共晶当铁水化学成分和冷却速度变化时，共晶转变成共晶奥氏体奥氏体加加渗碳体渗碳体-莱氏体。渗碳体的晶格结构为复杂的正交晶格。莱氏体。渗碳体的晶格结构为复杂的正交晶格。在普通白口铸铁中，
27、莱氏体中的奥氏体和渗碳体以片状协同生长的在普通白口铸铁中，莱氏体中的奥氏体和渗碳体以片状协同生长的方式，同时在侧向上以奥氏体为分隔晶体的蜂窝结构成长。最后，方式，同时在侧向上以奥氏体为分隔晶体的蜂窝结构成长。最后，在连续的渗碳体基体中构成蜂窝状的共晶体。在连续的渗碳体基体中构成蜂窝状的共晶体。在普通白口铸铁中，渗碳体共晶组织不仅可以是莱氏体型，而在普通白口铸铁中，渗碳体共晶组织不仅可以是莱氏体型，而且也可以是且也可以是板条状渗碳体型。板条状渗碳体型。在铬系白口铸铁中，低铬铸铁中的碳化物为在铬系白口铸铁中，低铬铸铁中的碳化物为M3C正交晶型，呈表面正交晶型，呈表面带有规则沟槽的连续片状。带有规则
28、沟槽的连续片状。高铬铸铁中的碳化物高铬铸铁中的碳化物M7C3具有六方、斜方和菱形三种晶型，在二具有六方、斜方和菱形三种晶型，在二维状态下呈孤立的空心杆状和板条状。深腐蚀下，发现这些孤立的维状态下呈孤立的空心杆状和板条状。深腐蚀下，发现这些孤立的杆和板条在其杆和板条在其“根部根部”仍然是连续的。仍然是连续的。(六六)磷共晶的形成磷共晶的形成 磷在铸铁中易偏析。含磷磷在铸铁中易偏析。含磷0.05%时，可能在铸铁中形成磷共晶时，可能在铸铁中形成磷共晶组织。组织。磷共晶以不连续网状或孤岛状的形式分布于原共晶团间的位置。磷共晶以不连续网状或孤岛状的形式分布于原共晶团间的位置。铸铁中的磷共晶铸铁中的磷共晶
29、二元磷共晶、二元磷共晶、a-Fe+Fe3P三元磷共晶、三元磷共晶、a-Fe+Fe3P+Fe3C硬而脆，容易从基体上剥落下来，所以要硬而脆，容易从基体上剥落下来，所以要减少铸铁中的含磷量与控制磷共晶出现。减少铸铁中的含磷量与控制磷共晶出现。1、分析初析奥氏体枝晶的凝固过程。2、V、Ti对铸铁奥氏体枝晶的影响。3、偏析系数、分配系数。4、分析讨论片状石墨的长大过程及形成条件。5、不同显微镜观察的球状石墨的结构。6、试讨论磷共晶的分类。作业作业-重点内容重点内容第三节第三节 铸铁的固态相变铸铁的固态相变(即二次结晶即二次结晶)一、奥氏体中碳的脱溶：一、奥氏体中碳的脱溶：灰铸铁：灰铸铁：共晶转变后奥氏
30、体含碳约共晶转变后奥氏体含碳约2.10%。奥氏体中的含碳量将沿。奥氏体中的含碳量将沿ES线减小，以线减小，以二次石墨二次石墨的形式析出。的形式析出。白口铸铁白口铸铁：按亚稳定系析出：按亚稳定系析出二次渗碳体二次渗碳体。在固态连续冷却的条件下，析出的高碳相不需要重新形核，依附在在固态连续冷却的条件下，析出的高碳相不需要重新形核，依附在共晶高碳相上。共晶高碳相上。二、铸铁的共析转变二、铸铁的共析转变 ：1、共析转变是决定铸铁、共析转变是决定铸铁基体组织基体组织的重要环节。的重要环节。2、共析转变也按成对长大的方式进行，两个固体相相互协同从第、共析转变也按成对长大的方式进行，两个固体相相互协同从第三
31、个固体相长大。三个固体相长大。3、最终形成珠光体组织。、最终形成珠光体组织。(一一)珠光体形貌珠光体形貌 珠光体组织在奥氏体界面上形核，并以球团状晶粒向母相内长珠光体组织在奥氏体界面上形核，并以球团状晶粒向母相内长大。大。每个珠光体团由多个结构单元组成，在结构单元中，大部分片每个珠光体团由多个结构单元组成，在结构单元中，大部分片层是平行的。层是平行的。(二二)形核形核 共析转变在奥氏体的界面或奥氏体共析转变在奥氏体的界面或奥氏体/石墨界面上形核。石墨界面上形核。一个相形成后，其邻近的奥氏体中碳的浓度将发生改变，引起碳原一个相形成后，其邻近的奥氏体中碳的浓度将发生改变，引起碳原子的界面扩散，为第
32、二相的析出创造了条件。子的界面扩散，为第二相的析出创造了条件。灰铸铁，则先由奥氏体中发生碳的脱溶，然后析出铁素体，进而进灰铸铁，则先由奥氏体中发生碳的脱溶，然后析出铁素体，进而进入共析阶段。入共析阶段。(三三)生长生长 渗碳体或铁素体从奥氏体界面上生成后，就开始生长。渗碳体或铁素体从奥氏体界面上生成后，就开始生长。渗碳体或铁素体同时生长的过程中，各自的前沿和侧面分别有铁渗碳体或铁素体同时生长的过程中，各自的前沿和侧面分别有铁和碳的富集。和碳的富集。在生长前沿产生溶质元素的交替扩散，使晶体生长，生长时不但在生长前沿产生溶质元素的交替扩散，使晶体生长，生长时不但有向前生长，而且有通过搭桥或分枝的方
33、式沿其侧面交替地生长，有向前生长，而且有通过搭桥或分枝的方式沿其侧面交替地生长，形成新片层，最后形成团状共析领域。形成新片层，最后形成团状共析领域。三、过冷奥氏体的中温及低温转变三、过冷奥氏体的中温及低温转变 奥氏体，奥氏体，快速连续冷却快速连续冷却或或等温冷却等温冷却，可得到不同基体的铸铁：，可得到不同基体的铸铁：贝氏体：贝氏体：是由含是由含碳过量的铁素体碳过量的铁素体和和极细小的渗碳体极细小的渗碳体混合而成。混合而成。马氏体：马氏体：过饱和的过饱和的 a 固溶体。固溶体。奥氏体化的铸铁快冷至奥氏体化的铸铁快冷至450250范围，并进行保温，使过范围，并进行保温，使过冷奥氏体进行等温分解，则
34、其转变产物为冷奥氏体进行等温分解，则其转变产物为贝氏体组织贝氏体组织。更高的强度和硬度。更高的强度和硬度。奥氏体化后的铸铁，快冷到奥氏体化后的铸铁，快冷到230以下，则进行无扩散转变而生以下，则进行无扩散转变而生成马氏体。成马氏体。通过不同温度的回火而得到回火马氏体、回火托氏体或回火索氏体，通过不同温度的回火而得到回火马氏体、回火托氏体或回火索氏体，得到不同性能的铸铁。得到不同性能的铸铁。如如加加入入足足够够数数量量的的稳稳定定奥奥氏氏体体的的合合金金元元素，素，如如锰锰和和镍，镍，可可使使奥奥氏氏体体一一直直稳稳定定到到室室温温而而不不发发生生转转变，变，从从而而可可获获得得奥奥氏氏体体铸铸铁。铁。作业 1、讨论铸铁快速冷却、等温转变，其铸铁形成何种组织。
