第二章 铸铁的结晶及组织形成
第二篇铸铁及其熔炼 第二章 灰铸铁
第三节 灰铸铁癿结晶
• • • • • • • • • 一、碳在铸铁中癿存存形式 二、铁—碳（渗碳体）合金二元相图 三、灰铸铁癿结晶 1、灰铸铁癿一次结晶 2、灰铸铁癿二次结晶 四、石墨结晶癿特点 1、G形核 2、G长大 3、灰铸铁中片状石墨癿形态
•
第四节 影响铸铁组织和性能癿主要因素
• • • • • • • • • • • • • 一、铸铁癿化学成分对铸铁组织和性能癿影响 1、各元素在铸铁中癿存在形式 2、铸铁中常见元素有对铁—碳双重相图各临界点癿影响 3、化学成份对铸铁G化癿影响 4、化学成分对金属基体癿影响 5、碳当量CE和共晶度SC 二、铸件况却速度对铸铁组织和性能癿影响 1、铸件壁厚对况却速度癿影响 2、浇注温度对铸件况却速度癿影响 3、 2、炉料癿影响
第二节 灰铸铁癿金相组织、性能特点、牌 号及技术要求
一、灰铸铁癿金相组织 • 灰铸铁癿金相组织由片状石墨和金属基体两部分组成（即： F+G片、F+P+G片戒P+G片）。此外，还有少量癿夹杂物， 如硫化物、磷化物、碳化物、氧化物等。 • 1、石墨及其对性能癿影响 • 石墨本身有两个显著癿特点：一是密度小（约2.25g/cm3， 仅为铁癿1/3），在铸铁组织中占体积大；二是石墨本身软 而脆，力学能差，且强度较低（σb＜20Mpa）。石墨在铸 铁组织中就相当于存在着许多切口一样，对金属基体起着 割离作用；另一方面，引起应力集中，致使金属基体癿力 学性能得丌到充分癿収挥（据测定基体癿性能収挥 30%~50%）。石墨对灰铸铁性能癿影响起着决定性癿作用。 这主要表现在石墨癿形状、分布、大小和数量等方面。
• 2、金属基体对性能的影响 • 灰铸铁癿金属基体主要分为三种：F体、F体+P体、P体。 如面2-8所示。 • （1）F体：铁素体本身质软，强度和硬度较低（σb约 为250MPa，硬度约为90HBS）,塑性高（δ约为50% 左右）。但是在铁素体基体癿灰铸铁中,由于片状石墨 癿存在，铁素体癿塑性难収挥。 • （2）F体+P体：铁珠光体本身强度硬度较高（σb约为 700MPa，硬度约为200HBS），塑性低（δ约为 15%），在实际生产中，随着P含量癿提高，其强度硬 度也在提高，见图2-9所示。
钢铁结晶过程及其平衡组织
1.共析钢的结晶过程及平衡组织图中（1）线的共析钢从高温液态冷却时，与相图中的AC、.AE和.PSK线分别交于1、2、3点。
该合金在1点温度以上全部为液相（L）；缓冷至1点温度时，开始从液相中结晶出奥氏体；缓冷至2点温度时，液相全部结晶为奥氏体；当温度缓冷至3点温度时（727℃）时，奥氏体发生共析转变，生成珠光体组织，用符号P表示，共析转变式为。
这种由一定成分的固相，在一定温度下同时析出紧密相邻的两种或多种不同固相的转变，称为共析转变，发生共析转变的温度称共析温度。
当温度继续下降时，铁素体成分沿PQ线变化，将会有少量的渗碳体（称为Fe3CⅢ）从铁素体中析出，并与共析渗碳体混在一起，这种渗碳体（Fe3CⅢ）在显微镜下难以分辩，故可忽略不计。
因此，共析钢的室温平衡组织为珠光体。
2、亚共析钢的结晶过程及平衡组织以图中（2）合金为例。
冷却时与图中的AC、.AE.、GS和PSK线分别交于1、2、3、4点。
该合金在3点以上的结晶过程与共析钢的结晶过程相似。
当其缓冷至3点时，开始从奥氏体中析出铁素体，并且随温度的降纸，铁素体量不断增多，成分沿GP线变化，奥氏体量逐渐减少；当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体的含碳量达到共析成分（Wc=0.77%），此时会发生共析转变，生成珠光体。
随后的冷却过程中，也会从铁素体中析出三次渗碳体（Fe3CⅢ），但因量少忽略不计，因此亚共析钢的室温平衡组织为珠光体和铁素体。
必须指出，随亚共析钢含碳量的增加，组织中铁素体量将减少。
图中白亮色部分为铁素体，呈黑色或片层状的为珠光体。
3、过共析钢的结晶过程及平衡组织过共析钢的结晶过程以图中（3）中合金为例。
冷却时与图中AC、.AE、.ES和PSK线分别交于1、2、3、4点。
该合金在3点以上的结晶过程与共析钢的结晶过程相似。
当其缓冷至3点时，开始从奥氏体中析出渗碳体（称此为二次渗碳体Fe3CⅡ），随温度的降低，二次渗碳体量逐渐增多，而剩余奥氏体中的含碳量沿ES线变化，当温度降至4点（727℃）时，奥氏体的含碳量达到共析成分（Wc=0.77%），此时会发生共析转变，生成珠光体。
铸造工程概论思考题
2．铸造合金成形基本原理1.试述液态金属的充型能力和流动性之间在概念上有什么区别？充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力。
流动性是指液态铸造合金自身的流动能力。
首先，充型能力取决于铸造合金的流动性，同时又受外界条件的影响，如铸型性质、浇注条件、铸件的结构等，是各种因素的综合反映。
2. 铸件的凝固方式有几种？凝固方式对铸件的质量有何影响？如何对铸件的凝固方式进行控制？（1）三种：逐层凝固、体积凝固（粥状凝固）和中间凝固。
（2）a.逐层凝固产生缩松的倾向小，这类合金的补缩性好，集中缩孔比较容易消除，有益于消除热裂，可以得到比较致密的铸件。
b.体积凝固会在铸件中形成许多分散的小缩孔，即缩松，这样的合金铸件产生热裂的倾向性很大。
c.中间凝固方式的合金铸件的缩松倾向和热裂倾向介于逐层凝固和体积凝固方式之间。
（3）a.凝固区域（固+液区域）越大，越趋向于体积凝固b.铸件断面温度梯度越大，则趋向于层状凝固含碳量升高时，钢由层状转变为体积，铸铁由体积变为层状3. 何谓合金的收缩？其影响因素有哪些？铸造合金在液态、凝固态和固态的冷却过程中，由于温度降低而引起的体积减小现象，称为收缩。
影响因素：合金本身的特点、铸造工艺特点、铸件结构形状、液态合金溶解的气体量。
4. 铸造内应力、变形和裂纹是如何形成的？如何消除铸件的应力？如何防止铸件裂纹的产生？（1）内应力：铸件凝固后在冷却过程中，由于温度下降将继续收缩。
有些合金还会发生固态相变而引起收缩或膨胀，这导致铸件的体积和长度发生变化。
若这种变化受到阻碍，就会在铸件内产生应力，称为铸造应力。
1）热应力：铸件在冷却过程中，由于铸件各部分冷却速度不同，导致在同一时刻各部分收缩量不同，铸件内彼此相互制约便产生热应力。
2）相变应力具有固态相变的合金铸件，由于在冷却过程中散热和冷却条件不同，铸件各部分达到固态相变温度的时间也不同，因而各部分相变的程度不一样，相变产物往往具有不同的比容，由此而引起的应力称为相变应力。
机械工程材料 第二章 金属的晶体结构与结晶
均匀长大
树枝状长大
2-2
晶粒度
实际金属结晶后形成多晶体，晶粒的大小对力学性能影响很大。 晶粒细小金属强度、塑性、韧性好，且晶粒愈细小，性能愈好。
标准晶粒度共分八级， 一级最粗，八级最细。 通过100倍显微镜下的 晶粒大小与标准图对 照来评级。
2-2
• 影响晶粒度的因素
• （1）结晶过程中的形核速度N（形核率） • （2）长大速度G（长大率）
面心立方晶 格
912 °C α - Fe
体心立方晶 格
1600
温 度
1500 1400
1300
1200
1100
1000
900
800
700 600 500
1534℃ 1394℃
体心立方晶格
δ - Fe
γ - Fe
γ - Fe
912℃
纯铁的冷却曲线
α – Fe
体心立方晶 格
时间
由于纯铁具有同素异构转变的特性，因此，生产中才有可能通过 不同的热处理工艺来改变钢铁的组织和性能。
2-3
• 铁碳合金—碳钢+铸铁，是工业应用最广的合金。 含碳量为0.0218% ~2.11%的称钢 含碳量为 2.11%~ 6.69%的称铸铁。 Fe、C为组元，称为黑色金属。 Fe-C合金除Fe和C外，还含有少量Mn 、Si 、P 、 S 、 N 、O等元素，这些元素称为杂质。
2-3
• 铁和碳可形成一系列稳定化合物： Fe3C、 Fe2C、 FeC。 • 含碳量大于Fe3C成分（6.69%）时，合金太脆，已无实用价值。 • 实际所讨论的铁碳合金相图是Fe- Fe3C相图。
2-2
物质从液态到固态的转变过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型：
典型铁碳合金结晶过程分析 (2)
第二章碳钢C相图第3节Fe-Fe3第5讲典型铁碳合金结晶过程分析2典型铁碳合金的结晶过程分析-4共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%共晶白口铸铁w c ＝4.3%铁碳合金的结晶过程CD EFK124.30%1交点：液相开始发生共晶转变1~2之间：共晶奥氏体中会出现二次渗碳体2交点：γ发生共析转变→P (珠光体)共晶渗碳体不发生变化2 以下：组织低温莱氏体（L′d ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)共晶转变生成莱氏体（Ld ）奥氏体为共晶奥氏体，渗碳体为共晶渗碳体w c＝4.3%的铁碳合金结晶过程示意图低温莱氏体金相照片（黑斑区为珠光体，白色为渗碳体）室温组织：（L′d ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝4.3%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w α=6.69−4.36.69−0.0008×100%≈？w Fe 3C =1−w α≈？%100='d L w典型铁碳合金的结晶过程分析-5亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金的结晶过程CD EFK1233.0%3以下2交点：存在两相L +γ2~3：奥氏体中会出现二次渗碳体3交点：γ发生共析转变→P (珠光体)二次渗碳体+ Ld 不发生变化3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C II + P ）L 4.31148∘C(γ2.11+Fe 3C)1交点：液相开始发生匀晶转变L →γ其中的室温组织：（L'd + P + Fe 3C Ⅱ）室温相：α+ Fe 3Cw c ＝3.0%的铁碳合金的结晶过程通过杠杆定律计算室温下各组织含量通过杠杆定律计算室温下各相含量自学内容w Fe 3C =1−w α≈？w α= 6.69−3.06.69−0.0008×100%≈?w L ′d=3.0−2.114.3−2.11×100%≈？w P = 4.3−3.04.3−2.11×6.69−2.116.69−0.77×100%≈？w Fe 3C II =1−w L ′d −w P ≈?结晶过程示意图亚共晶白口铸铁的金相照片亚共晶白口铸铁w c ＝3%铁碳合金3以下典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K123典型铁碳合金的结晶过程分析-6过共晶白口铸铁w c ＝5.3%铁碳合金的结晶过程CDEF K1231~2：一次渗碳体形成的温度高，故其形貌为粗大的片状结构2交点：共晶转变3交点：γ发生共析转变3 以下：组织低温莱氏体（L′d + Fe 3C I ）1交点：液相开始发生匀晶转变L →Fe 3C I过共晶白口铸铁w c＝5.3%铁碳合金L'd＋Fe3CⅠ过共晶白口铸铁的室温组织典型铁碳合金的结晶过程分析-7工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q1234567工业纯铁w c <0.01%铁碳合金的结晶过程A GH J NP Q12345671~2：L 减少δ增加1以上：液相1交点：匀晶转变L →δ2点：单相δ （0.01%）2~3：单相δ （0.01%）3点开始：δ →γ3~4：δ减少γ增加4~5：单相γ（0.01%）5点开始：γ→α5~6：γ减少α增加6点，6~7：单相α （0.01%）7点：α析出Fe 3C ⅡI工业纯铁w c<0.01%铁碳合金室温下的相：F+Fe3C 室温组织: F + Fe3CⅢ工业纯铁室温组织金相照片。
第2章 灰铸铁
第二章普通灰铸铁第一节铁－碳双重相图合金相图是分析合金金相组织的有用工具。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的主要是铁、碳和硅，所以，除根据铁－碳相图来分析铸铁的金相组织外，还必须研究铁－碳－硅三元合金的相图。
一、铁－碳相图的二重性从热力学的观点看，在一定的条件下，高温时的渗碳体能自动分解成为奥氏体和石墨，这表明渗碳体的自由能较高，亦即在这个条件下一定成分的铸铁以奥氏体和石墨的状态存在时具有较低的能量，是处于稳定平衡的状态，说明了奥氏体加渗碳体的组织，虽然亦是在某种条件下形成，在转变过程中也是平衡的，但不是最稳定的。
从结晶动力学（晶核的形成与长大过程）的观点来看，以含C 4.3% 的共晶成分液体在低于共晶温度的凝固为例：在液体中形成含C 6.67% 的渗碳体晶核要比形成含C 100% 的石墨核容易，而且渗碳体是间隙型的金属间化合物，并不要求铁原子从晶核中扩散出去。
因此，在某些条件下，奥氏体加石墨的共晶转变的进行还不如莱氏体共晶转变那样顺利。
至于共析转变，也可以从热力学、动力学两方面去分析而得到和上面相似的结论。
C相图只是介稳定的，Fe－C（石墨）由此可见，从热力学观点上看，Fe－Fe3C相图转变也是相图才是稳定的。
从动力学观点看，在一定条件下，按Fe－Fe3可能的，因此就出现了二重性。
二、铁－碳双重相图及其分析对铸铁合金长期使用与研究的结果，人们得到了如图2﹣1所示的铁碳合金C介稳定系相图与Fe－C（石墨）稳定系相图，分别以实双重相图，即Fe－Fe3线和虚线表示。
表2﹣1为图中各临界点的温度及含碳量。
图2-1 铁－碳相图G－石墨Fe3C－渗碳体表2﹣1 铁碳相图各临界点的温度、成分从这里看出，在稳定平衡的Fe－C相图中的共晶温度和共析温度都比介稳定平衡的高一些。
共晶温度高出6℃，共析温度高出9℃，这是容易理解的。
如图2﹣2的示意图所示，共晶成分的液体的自由能和共晶莱氏体(奥氏体加渗碳体)的自由能都是随着温度的上升而减低的，这二条曲线的交点就是共晶温度Tc。
第2章金属的结晶与铁碳相图分析
铸锭的组织主要有三个晶区：表面细 晶层、柱状晶区、中心等轴晶区。
1、表面细晶层 组织致密，力学性能好。但由于该区 很薄，故对铸锭性能影响不大。
2、柱状晶区 组织致密，但晶粒间常存有非金属夹杂物 和低熔点杂质，形成脆弱区，在轧制或锻 压时，易产生开裂。因此，对于塑性差、 熔点高的金属，不希望产生柱状晶粒区。 不过，柱状晶粒沿长度方向力学性能较高， 所以对于塑性好的有色金属及其合金或承 受单向载荷的零件，如汽轮机叶片等，常 采用定向凝固法而获得柱状组织。
注意： 1、自发形核与非自发形核同时存在，非 自发形核占主导地位。 2、晶核形成与长大两个过程同时进行。
2、形核率与长大率 1）形核率N 指在单位时间和单位体积内所产生的晶核数。 2）长大率G 指单位时间内晶核向周围长大的平均线速度。 3）晶粒的粗细是由形核率N和长大率G 的比 值N/G决定。
2.3
铁碳合金相图
钢和铸铁是现代工业中应用最广泛的金 属材料,形成钢和铸铁的主要元素是铁和 碳。不同成分的铁碳合金，在不同温度 下，具有不同的组织，因而表现出不同 的性能。为了解铁碳合金成分、组织和 性能之间的关系，必须研究铁碳合金相 图。
2.3.1 纯铁的同素异晶转变
大多数金属在结晶后晶格不再发生变化，但少数金属，如 铁、钛、钴等再结晶后会随着温度的改变而发生变化，这种变 化称为同素异晶（构）转变。同素异晶转变时，有结晶潜热产 生，同时也遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律，与液态金属 的结晶相似，所以又称为重结晶。
1、二元合金相图的建立
1、相图的表示方法
纯金属的结晶过程可用冷却曲线来研 究。由于二元合金在结晶过程中除温度变 化外，还有合金成分的变化，因而需用两 个坐标轴来表示二元合金相图。通常纵坐 标表示温度，横坐标表示成分。
铸铁的基础知识
2 铁—碳相图及其应用正是因为铸铁的组织与铸铁的力学性能、铸造性能和使用性能，甚至切削加工性能等息息相关，我们就必须要掌握铸铁组织的形成规律，以达到控制组织和性能的目的。
铁—碳平衡图就是掌握凝固过程及其形成组织极好工具，从中可以了解铸铁的凝固规律，控制所获得凝固组织的种类、形状和多少。
另外，生产中有多种因素会影响铸铁组织的形成，从铁—碳平衡图上也可一目了然地分析出这些因素对组织的影响情况，从而可通过控制形成的组织类型和数量来控制铸件的性能。
所以，铸造技术人员必须具备熟练应用铁—碳平衡图的能力，这样才能在生产实践中对铸件产生的各类问题进行有理论依据的分析和找出有针对性的解决办法。
2.1 铸铁的分类铸铁是一种以Fe、C、Si 为基础的多元合金，其中碳含量（质量分数）为2.0%~4.0%。
铸铁成分中除C、Si 外，还有Mn、P、S，号称五大元素。
在铸铁中加入Al、Cr、Ni、Mn 等合金元素，可满足耐热、抗磨、耐腐蚀等性能要求，所形成的合金铸铁又称为特种铸铁。
按使用性能，铸铁可被分为工程结构件铸铁与特种性能铸铁两大类（见表14）。
182.2 铁—碳双重相图2.2.1 铁—碳双重相图的基本概念表示合金状态与温度、成分之间关系的图形称为合金相图，是研究合金结晶过程中组织形成与变化规律的工具。
在极缓慢冷却条件下，不同成分的铁—碳合金在不同温度时形成各类组织的图形为铁—碳合金相图。
铸铁中的碳能以石墨或渗碳体两种独立相存在，因此铁—碳相图存在两重性，即铁—石墨（C）相图与铁—渗碳体（Fe3C）相图。
在一定条件下，Fe—Fe3C 系相图可以向Fe—C系相图转化，所以Fe—C 为稳定系平衡相图，Fe—Fe3C 为亚稳定系相图（见图16）。
19图16 Fe—C（石墨）、Fe—Fe3C双重相图铸铁中的高碳相只有两种：石墨与渗碳体，石墨（G）为100%的碳，渗碳体（Fe3C）含碳量仅为6.67%。
在生产中常用的三角试块的尖端处为白口，此处碳以Fe3C出现；三角试块厚的部位为灰口，此处碳以G形式出现。
机械制造基础铸造第二章
机械制造基础
第二章 铸造成型
§2-1.2
金属与合金的铸造性能
液态合金的充型能力
—— 液态 合金充满铸型型 腔，获得形状完 整、轮廓清晰铸 件的能力。 充型能力不足容易出现浇 不足、冷隔缺陷，尤其对 于薄壁铸件
机械制造基础
第二章 铸造成型
影响充型能力的因素：
1. 合金的流动性 ——液态合金本身的流动能力。
(1). 流动性的测试 螺旋形试样法
机械制造基础
第二章 铸造成型
(2). 影响流动性的因素：
合金的种类：
灰口铸铁、硅黄铜流动性最好， 铸钢的流动性最差。 灰口铸铁：l 1000 mm 硅黄铜： l 1000 mm 铸钢： l 200 mm
机械制造基础
第二章 铸造成型
（2）机器造型
指用机器完成全部或至少完成紧砂 操作的造型工序。 1）特点： ①提高了生产率，铸件尺寸精度较高； ②节约金属，降低成本； ③改善了劳动条件； ④设备投资较大。 2）应用：成批、大量生产各类铸件。
机械制造基础
第二章 铸造成型
3）机器造型方法 ①震压造型： 先震击紧实，再用较低的比压（0.15 －0.4MPa ）压实。 紧实效果好，噪音大，生产率不够高。 ②微震压实造型： 对型砂压实的同时进行微震。 紧实度高、均匀，生产率高，噪音仍较大。
要预热后再浇注合金液。
(3). 铸型的排气能力，流动阻力，充型能 力，所以铸型要留出气口。
机械制造基础
第二章 铸造成型
2.1.2.2 铸件的收缩 ① 液态收缩阶段
② 凝固收缩阶段 ③ 固态收缩阶段
T ① ② ③
铸件形成理论基础
第一章能量起伏：金属晶体结构中每个原子的振动能量不是均等的，一些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量则远小于平均能量，这种能量的不均匀性称为“能量起伏”近程有序排列：金属液体则由许多原子集团所组成，在原子集团内保持固体的排列特征，而在原子集团之间的结合处则受到很大破坏。
这种仅在原子集团内的有序排列称为近程有序排列。
浓度起伏：不同原子间结合力存在差别，在金属液原子团簇之间存在着成分差异。
这种成分的不均匀性称为浓度起伏。
实际金属的液态结构实际金属中总存在大量杂质和溶质原子，所以其液态除了存在能量起伏和结构起伏以外，还存在浓度起伏。
实际液态金属在微观上是由存在能量起伏、结构起伏和成分起伏的游动原子集团、空穴和许多固态、气态或液态的化合物组成的混浊液体；从化学键上看，除了基体金属与其合金元素组成的金属键之外，还存在其他多种类型的化学键。
影响表面张力的因素1）熔点：高熔点的物质，其原子间结合力大，其表面张力也大。
2）温度：大多数金属和合金，温度升高，表面张力降低。
3）溶质：向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使表面内能和表面张力降低。
第二章液态金属的充型能力一、水力学特点1、液态金属在砂型流动时具有的特性：①粘性液体流动②多相流动③不稳定流动④紊流流动⑤在‘多孔管’中流动2、什么是液态金属充填铸型能力答：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的能力。
3、影响液态金属充型能力的因素：①取决于金属本身的流动性②受外界影响（铸型性质、杂质含量、）4、充型能力不好的缺陷：浇不足、冷隔5、用浇注“流动性试样”方法衡量流动性、试样类型有：螺旋形、球形、真空试样。
四、液态金属充型能力的计算l=v τ gH v 2μ=五、影响充型能力的因素和措施因素：金属性质方面：（①密度②比热③导热系数④结晶潜热⑤动力粘度）铸型性质方面：（①铸型蓄热系数②铸型密度③铸型比热④铸型温度⑤铸型发气性和透气性）浇注条件方面：（①浇注温度②液态金属静压头③外力场）铸件结构方面：（①铸件的折算率 ②压头损失）凝固过程中释放的潜热越多，则凝固进行的越缓慢，流动性就越好措施：金属性质：（①正确选择合金成分②合理的熔炼工艺）铸型性质：（①选择蓄热系数低的铸型材料②预热铸型③适当降低型砂中的含水量和发气 ④量提高砂型的透气性）浇注方面：（①合理提高提高浇注温度②增加金属液静压头③选择恰当的浇注系统结构）铸件结构：（选择适当的浇注位置）第三章 铸件的凝固一：凝固动态曲线（书本76页）二：铸件的凝固方式（书本77-78页）：1、逐层凝固方式2、体积凝固方式3、中间凝固方式铸件的凝固方式取决于凝固区域的宽度。
机械制造基础(金属工艺学) 第二章 铸造
第2章 铸造
01 铸造工艺基础 02 合金铸件的生产工艺 03 砂型铸造 04 特种铸造 05 铸件结构设计
第2章 铸造
铸造工艺特点 1）适合制造形状复杂的毛坯
第2章 铸造
铸造工艺特点 2）毛坯大小不受限制
第2章 铸造
铸造工艺特点 3）材料不受限制（能熔化的金属） 4）生产成本低（原材料来源广泛） 5）应用广泛（历史最久的金属成型方法，40%~80%）
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 2）铸件宽大平面应朝下
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—分型面 分型面：铸型组元之间的结合面或分界面。 分型面影响： 1）铸件质量； 2）生产工序的难易； 3）切削加工的工作量。
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁 由于石墨成球状，它对基体的缩减和割裂作用减至最低限度，球墨
铸铁具有比灰铸铁高的多的力学性能，塑韧性大大提高。
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁
球墨铸铁的牌号、 性能及用途 QTXXX-X
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 3）可锻铸铁 将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体
04 特种铸造 05 铸件结构设计
2.3 砂型铸造
铸造工艺
砂型铸造
特种铸造
手工造型 机器造型 金属型铸造 熔模铸造
压力铸造 低压铸造
陶瓷型铸造 离心铸造
2.3 砂型铸造
白口铸铁的结晶
一、渗碳体的结晶初生渗碳体的生长特征及形态受晶体结构中原子之间键能的各向异性影响。
尽管渗碳体为间隙相化合物，但其生长方式与固溶体相同，按树枝状生长。
鉴于渗碳体明显的各向异性，使各晶向生长速度有很大差别，纵向生长速度（树枝前进方向）远比横向（与树枝平面垂直的方向）生长速度大。
菱面边缘上有大量未饱和的共价键，使渗碳体沿（010）面以及[100]方向优先生长，最后长成如图1所示的板片状树枝晶。
与奥氏体有些相似，但奥氏体是三维形态树枝状结构。
渗碳体板片状树枝晶的数量、尺寸、外形、分枝程度及结晶位向，均与凝固条件有关。
如含碳高、硅低、冷却快，就会使渗碳体板片生长得薄而长，使二维截面显示出长细针状结构。
图1 初生渗碳体板片状树枝晶布宁对初生渗碳体的生长过程用图2描述如下：a. 在渗碳体雏晶边缘长出突出分枝，边缘前方集结杂质形成过冷。
b. 在二维晶核上长出新的晶体层。
c. 依靠位错（主要是螺旋位错）生长机制，在层片上长出新的片层；同时在凸出部分间隙形成沟槽。
d. 分枝间的沟槽逐渐加大和加深，并形成微观孤立熔池。
熔池内的杂质增多使分枝倾向加重，形成锯齿生长。
e. 片层在加厚，但加厚速度远比前进速度小。
片状晶表面形成了树枝状起伏的轮廓，枝晶的横截面为方形和T 字形。
图2 渗碳体的结晶过程b d e a二、初生碳化物M7C3的结晶当过共晶高铬白口铸铁w（Cr>10%）以后，生成的碳化物由M3C转变成M7C3。
有关的形核机制初见文献报道，较多的研究工作是关注其生长过程。
有两种生长形态：杆状与板片状。
当按六方晶系结晶生长，得到杆状形态；若沿斜方晶系或菱形晶系析出，则易长大成板片状。
过共晶高铬白口铸铁的初生碳化物按六方晶系生长的居多，由于六方晶体存在明显的各向异性，使其主要生长方向为［0001］，形成横截面为六方形轮廓的长杆棒状晶体。
初生、M7C3生长时四周不存在奥氏体的影响。
较大过冷也不易生成孪晶，所以不形成分枝，完全以单晶方式沿［0001］方向生长，晶粒尺寸远比共晶碳化物粗大。
金属工艺学课后答案
金属工艺复习资料上册P112、画出低碳钢拉伸曲线图，并指出缩颈现象发生在拉伸图上哪一点？若没有出现缩颈现象，是否表示试样没有发生塑性变形？答：b 点发生缩颈现象。
若没有出现缩颈现象，试样并不是没有发生塑性变形，而是没有产生明显的塑性变形。
5、下列符号所表示的力学性能指标的名称、含义和单位是什么？σ：强度，表示材料在外加拉应力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力，单位MPa。
σs：屈服强度，指金属材料开始发生明显塑性变形时的应力，单位 MPa。
σb：抗拉强度，指金属材料在拉断前可能承受的最大应力，单位 MPa。
σ0.2：屈服强度，试样在产生 0.2%塑性变形时的应力，单位 MPa。
σ-1：疲劳强度，表示金属材料在无数次的循环载荷作用下不致引起断裂的最大应力，单位MPa。
δ：伸长率，试样产生塑性变形而发生破坏是的最大伸长量。
αk：冲击韧性，金属材料在一次性、大能量冲击下，发生断裂，断口处面积所承受的冲击功，单位是 J/cm2HRC：洛氏硬度，无单位。
HBS：布氏硬度，无单位。
表示金属材料在受外加压力作用下，抵抗局部塑性变形的能力。
HBW：布氏硬度，无单位。
P231、什么是过冷现象，过冷度指什么？答：过冷现象：实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度），过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度之差。
2、金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响？细化晶粒的途径有哪些？答：同一成分的金属，晶粒越细，其强度硬度，硬度越高，而且塑性和韧性也越好。
途径：（1）提高冷却速度，以增加晶核的数目（增加自身晶核）。
（2）在金属浇注之前，向金属液内加入变质剂进行变质处理以增加外来晶核（增加外来晶核）。
（3）采用机械，超声波振动，电磁搅拌（减小晶核体积）。
5.试绘简化的贴碳合金钢的部分，标出各特性点和符号，填写各区组织名称这个在书上，图不会画。
P291 、什么是退火？什么是正火？两者的特点和用途有什么不同？答：将钢加热，保温，然后随炉冷却。
第二篇 第二章 常用合金铸件的生产
思考：某产品上的灰铸铁件壁厚有5mm、25mm两种，力学 性能全部要求抗拉强度为220MPa，若全部选用HT200,是否 正确？
二、可锻铸铁
可锻铸铁又称玛铁（钢）。它是将白口铸铁经石墨化 退火而成的一种铸铁。抗拉强度得到显著提高，且有着相 当高的塑性与韧性(但不可锻)。
（3）缺口敏感性小 由于石墨已使金属基体形成了大量缺口， 因此，外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微，从而增加了
零件工作的可靠性。
（4）铸造性能优良，切削加工性好 灰铸铁的含碳量近于共 晶，流动性好。由于铸铁在结晶过程中伴有石墨析出，石墨 的析出所产生的体积膨胀抵消了部分铁的收缩，故收缩率甚 小。
2．影响铸铁组织和性能的因素
铸铁中的碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。在铁碳合金中 ，碳有两种存在形式：其一是渗碳体，其中w（C）=6．69% ；其二是石墨，用符号G表示，其w（C）=100%。石墨具有特 殊的简单六方晶格，如图所示。
一、灰铸铁
金属基体+片状石墨
(1)灰铸铁的化学成分 灰铸铁的化学成分大致是： w(C)=2.5%～4.0%，w(Si)=1.0%～2.5%，w(Mn)=0.5%～1.4%， w(S)≤0.15%，w(P)≤0.3%。 (2)灰铸铁的显微组织 由于化学成分和冷却条件的综合影 响，灰铸铁在室温下的显微组织有三种类型：铁素体(F)＋ 片状石墨(G)；铁素体(F)+珠光体(P)＋片状石墨(G)；珠光 体(P)＋片状石墨(G)。
灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，并与钢相近。
图 2-12 灰铸铁的显微组织
铸造性能好，价格低、 生产简单，强度低， 减磨，耐磨，减振， 石墨膨胀，作承受压 力的机床底座，床身 和不重要的构件、零 件如：端盖、凸轮等 导轨、缸体
铸铁的结晶及组织形成
具有较好的塑性，用于制造承受较 大变形的零件，如管接头、法兰等。
04
铸铁的生产工艺
熔炼与浇注工艺
熔炼
熔炼是铸铁生产的第一步，通过将生铁、废钢等原材料加热至熔点后进行熔化， 形成铁水。熔炼过程中需控制原材料的成分和温度，以确保获得优质的铁水。
浇注
浇注是将熔炼好的铁水注入模具中，形成所需形状的铸件。浇注时需控制浇注 温度和速度，以避免产生缺陷和收缩。
刹车盘和制动鼓
铸铁具有较好的耐热性和耐磨性，适用于刹车盘 和制动鼓的制造。
农业机械中的应用
拖拉机底盘
铸铁具有高强度和耐久性，适用于拖拉机底盘的制造。
农机具
铸铁可以用于制造各种农机具，如犁、耙、播种机等。
建筑行业中的应用
水泥搅拌机
铸铁可以用于制造大型水泥搅拌机， 承受高强度的工作负载。
建筑构件
铸铁可以用于制造建筑中的各种构件， 如梁、柱、板等。
珠光体
由铁素体和渗碳体的层片 状混合物构成，具有较高 的强度和硬度，但塑性和 韧性较差。
贝氏体
一种过渡态组织，由铁素 体和碳化物组成，其性能 介于珠光体和马氏体之间。
铸铁的碳化物形成
碳化物是一种化合物，由铁和碳组成，其硬度高、耐磨性好，通常在铸铁中以颗粒 状或网状形式存在。
铸铁中的碳化物形成是由于在冷却过程中，碳原子在铁原子晶格中偏聚形成的。
3
密度
铸铁的密度较大，具有较高的质量稳定性。
铸铁的化学性能
抗氧化性
铸铁的抗氧化性较好，能在较高 温度下保持较好的稳定性。
耐腐蚀性
铸铁的耐腐蚀性因成分和环境条 件而异，需根据具体使用场合选 择合适的铸铁类型。
铸铁的用途与分类
普通灰铸铁
过共晶白口铸铁结晶过程
过共晶白口铸铁结晶过程
本文将介绍共晶白口铸铁的结晶过程。
共晶白口铸铁是一种铸造材料，具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，广泛应用于机械、汽车和航空等领域。
共晶白口铸铁的主要成分是铁、碳、硅和锰。
在铸造过程中，铁和碳的比例会影响铸件的质量和性能。
一般来说，铸件中碳的含量越高，硬度和脆性也会增加。
因此，在铸造过程中需要控制碳的含量，以达到最佳的性能。
在共晶白口铸铁的结晶过程中，铁和碳会形成共晶组织。
当铁和碳混合时，会形成类似于珠子的小球状结构，这些小球状结构被称为共晶组织。
共晶组织的形成是由于铁和碳在铸造过程中的化学反应。
除了共晶组织外，共晶白口铸铁还包含一些其他的组织，例如珠光体和渗碳体。
这些组织的形成也受到铸造温度和冷却速度的影响。
总的来说，共晶白口铸铁的结晶过程是一个复杂的过程，需要控制多个参数才能获得理想的结构和性能。
通过对结晶过程的深入研究，可以进一步提高共晶白口铸铁的质量和性能，以满足不同领域的需求。
- 1 -。
第二章 铸铁的结晶及组织形成
1. 碳 在 铸铁中三种存在形式 (l) 固溶于金属基体。碳在高温奥氏体中的最大溶解度为2.0%, 在铁素体和 珠光体中的最大溶解度分别为 0.02% 和 0.77%, 其余则以高碳相形式存在 ;
(2) 在快速凝固的条件下 , 除少量碳固溶于金属基体外 , 大部分碳将与铁 结合成化合物Fe3C，如白口铁 ;
石墨晶体结构的特点石墨晶体结构的特点表面活性元素的选择性吸附表面活性元素的选择性吸附石墨的晶体缺陷石墨的晶体缺陷由于杂质元素的干扰由于杂质元素的干扰石墨晶体在生长过程石墨晶体在生长过程中会出现若干缺陷中会出现若干缺陷这种缺陷对石墨晶体生这种缺陷对石墨晶体生长影响的明显例证是长影响的明显例证是10101010面上出现面上出现22222828角的旋转台阶角的旋转台阶见见图图3939碳原子碳原子在一在一个完整的晶面上堆积比个完整的晶面上堆积比工业铁水中不可避免地存在一定数量的氧硫等表面活性元素工业铁水中不可避免地存在一定数量的氧硫等表面活性元素它们能它们能够优先向柱面上吸附够优先向柱面上吸附因为氧硫和碳能形成因为氧硫和碳能形成ccs共价键共价键这样这样柱面就变成原子密度最大的结晶面柱面就变成原子密度最大的结晶面根据平面晶生核理论根据平面晶生核理论原子密度最原子密度最大的结晶面的界面能最低大的结晶面的界面能最低碳原子必然优先在界面能最低的晶面上生长碳原子必然优先在界面能最低的晶面上生长就是说存在就是说存在氧硫等表面活性元素更容易满足氧硫等表面活性元素更容易满足vvaavvc条件条件促使石墨促使石墨按片状方式生长
碳相，对应这些组织给了下列的称谓。
① 结晶过程全部以V2凝固，其组织接上述V2分析（也就 是按Fe－Fe3C状态图分析）。名谓：白口铸铁。 ② 结晶过程全部以V1凝固，其组织按上述V1分析（也就 是Fe－G状态图分析）。名谓：铁素体灰铸铁。
过共晶白口铸铁的结晶过程
过共晶白口铸铁的结晶过程过共晶白口铸铁是一种重要的材料，在机械、航空、汽车等领域中得到广泛应用。
它的制备过程包括液相区凝固和固态区凝固两个阶段，而结晶过程是整个制备过程中最为关键的一个环节。
1. 液相区凝固液相区凝固是过共晶白口铸铁中结晶过程的第一步。
在凝固前，合金中的成分在液相区是均匀分布的。
然而，随着凝固的进行，液相中富含碳和硅的区域渐渐分离出来，形成了初生晶核。
这些初生晶核的数目和大小是决定整个结晶过程的关键。
2. 固态区凝固固态区凝固是过共晶白口铸铁中结晶过程的第二步。
在这个阶段，初生晶核逐渐生长并变成完整的晶粒，同时新的晶核也在液体中生成。
这个过程中，晶粒的形状和大小也受到很多因素的影响，例如合金成分、冷却速率和晶界能量等。
3. 共晶组织形成通过液相区凝固和固态区凝固的过程，过共晶白口铸铁中最终形成了一种典型的共晶结构。
这种结构由铁素体和珠光体共同组成，其中铁素体为基体，珠光体则分布其中。
共晶组织的形成是材料性能优异的关键之一，它能够让过共晶白口铸铁拥有良好的强度、韧性和耐蚀性等特性。
4. 影响结晶过程的因素结晶过程中，许多因素都能够影响材料的结晶速率和晶粒形状。
首先是合金成分，不同的成分会导致不同的晶格形态和晶界能量，从而影响结晶过程；其次是冷却速率，冷却速度的快慢直接影响晶粒的大小和形状；最后是热处理过程，通过热处理可以对过共晶白口铸铁的组织和性能进行调整和改善。
总之，过共晶白口铸铁的结晶过程是一个复杂的过程，涉及很多因素。
只有综合考虑到这些因素，并合理地进行材料制备，才能够制备出质量优良的过共晶白口铸铁材料。
亚共晶白口铸铁结晶过程简述
亚共晶白口铸铁结晶过程简述亚共晶白口铸铁是一种铸铁合金，在工业生产中应用广泛。
通常情况下，亚共晶白口铸铁是通过将铁水注入预定形状的铸型中，然后在合适的条件下等待铸造结晶完成的。
在整个结晶过程中，铸铁的化学成分和形态分布会发生变化，这些变化将影响铸铁的力学性能和物理性质。
下面我们将对亚共晶白口铸铁的结晶过程进行简要介绍。
亚共晶白口铸铁的结晶过程可以分为凝固前期、中期和后期三个阶段。
这三个阶段各自有着不同的特征和变化过程。
在凝固前期，即液态铸铁开始冷却刚刚凝固的那段时间，产生的结晶核相对较少，且这些结晶核通常比较小，位于铸件的上层和表面。
随着时间的推移和温度的下降，这些结晶体开始融合并逐渐增大。
一些局部凸起的结晶可能会因为合并而变得更加突出。
随着结晶核数量的增加和合并，铸件内部开始形成几乎完整的晶体组织，这时候进入了结晶中期。
在这一阶段，形成的晶体多为一些基本形状比较规则的块状晶体，这是因为铸件内部的结晶进程处于相互竞争和阻碍的状态，无法形成更复杂的晶体形态。
在中期阶段，亚共晶白口铸铁的铸体结构开始外形确定，细小柱块状晶体逐渐增多，柱状晶体与网状碳化物共同构成铸体中所应具有的基本结构单元——铸体组织。
同时，晶体的形态和大小差异较大，这些不同的晶体形态可以为铸铁提供不同的力学性质和物理性质。
在后期阶段，铸铁的结晶即将完成，这时候增长的结晶体尺寸已经达到了平衡状态。
经过全面组织晶化处理后，最终的铸造结构得以形成，铸铁的物理性能、机械性能和综合性能得到了较大的提升。
总的来说，亚共晶白口铸铁的结晶过程是一个复杂的动态变化过程，涉及到多个因素的作用和影响。
在铸造生产中，合理操作、精细控制和科学冷却就是确保结晶过程平稳进行和铸铁性质优良的关键。
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铸 铁 及 熔 炼
Fe+Fe3C与Fe+G相图的不同处:
1)共晶: L(C4.26%)→2.1%C+G 共晶温度1153度 L(C4.3%)→ 2.14%C+Fe3C 共晶温度1147度 2)共析: Y(C0.69%)→a+G 共析温度736度
Y(C0.76%)→a+Fe3C 共析温度727度 从相图可以明显看出,当冷却速度慢时,可以得到G,冷却速度快时则可以 得到Fe3C.
3. Fe- P状态图如图 2.11所示。磷在αFe中的最大溶解度为2.8%，温度下降时溶 解度减小，从α- Fe中析出的磷不是单质而 是化合物Fe3P。在1050℃时α- Fe和 Fe3P形成二磷共晶Fe-Fe3P，共晶点含 10.5%P，这样高的含磷量完全是晶界局部 偏析的结果。 实践证明，Fe- P熔体对冷却度十分敏感，
Si、Ni促进石墨析出； Cr Mo促进Fe3C析出
四）对共晶、共析碳量的影响
共晶点共析点向左、右移动，移动的多少与元素 各类及含量有关。 五） 影响石墨共晶的临界过冷度
T TE / (1 KG / KC )
KE 与 KC 分别为与石墨共晶与渗碳体共晶生长速 度有关的常数
五、碳当量和共晶度的意义及表达 式
铸 铁 及 熔 炼
铸铁的实际成分不仅含 Fe 、 C 还有 Si 、 Mn、S 、 P 等 , 其中 Fe 、
C 、 Si 是主要元素 , 因 此 , 与其用 Fe-C 状态图还不如用 Fe-C-Si 三元素状态图来说明铸铁的组织变化更加确切。
三元系状态图是立体图 , 结构复杂 , 绘制困难 , 使用不便。为了便于
共晶
A+G
中间
A脱 +G
共析
P+G
④ 二次结晶共析阶段按V3凝固，其它过程按V1凝固。
名谓： 珠光体+铁素体灰铸铁 L
共晶
A+G
中间
A脱 +G
共析
P+F+G
⑤ 一次结晶及二次结晶中间阶段按V3凝固，共析阶段按V2凝 固：名谓：麻口铁
L
V1
V2
A+G
A+G+Ld A+Fe3C V3
中间
A+G A+Fe3C
3. 硅显著改变 Fe-C 系的临界温度和各临界点的含碳量 和改变铸铁的组织 的作用:
铸 铁 及 熔 炼
(1) 奥氏体液相线和固相线温度均随硅量增加而下降 , 意味着增加硅量可 提高铁水的过热度 ( 浇注温度与凝固点之差 ) 和流动性 , 改善铁水的铸造 性能。 (2) SI的加入出现了三相共存区,说明共晶和共析转变是在一个温度范围内 进行的,且共析转变温度范围随硅量的增加而扩大.随着含硅量提高 , 共析 反应起始温度和终了温度上升 , 共析反应温度范围扩大 , 如图 2.10 所 示 , 这表明硅促使奥氏体在更高的温度分解或转变。更高的共析反应温度 有利于 Fe 、 C 原子的扩散和聚集 , 促进奥氏体向铁素体转变 , 即提高基 体铁素体化的能力。 (3) 硅使 r 相区缩小 , 即减少碳在奥氏体中的溶解度 , 促使碳从奥氏体中 析出。换言之 , 硅降低了奥氏体的稳定性 , 使其转变更加容易。当 SI>10%,奥氏体趋于消失.
二） 影响形核及生长方式 1、对初生奥氏体的影响 La、Ce等表面活性元素能促使分枝细化
2、对石墨共晶的影响
Cu ∆TE 上升 生长速度下降 细化晶粒
V 、Ti 形成碳氮化合物细化共晶团
碱土族、稀土具有表面活性使石墨球化 3、对渗碳体、共晶结构的影响 Cr%>12%时，M7C 形成特殊碳化物 V%>10%时 VC
1. 碳 在 铸铁中三种存在形式 (l) 固溶于金属基体。碳在高温奥氏体中的最大溶解度为2.0%, 在铁素体和 珠光体中的最大溶解度分别为 0.02% 和 0.77%, 其余则以高碳相形式存在 ;
(2) 在快速凝固的条件下 , 除少量碳固溶于金属基体外 , 大部分碳将与铁 结合成化合物Fe3C，如白口铁 ;
铸 铁 及 熔 炼
当冷却速度很快或孕育不佳时，共晶反应 温度降至945℃，共晶点含磷量从10.5% 增加到12.5%。
三、常见元素对铁碳相图上个临界 点的影响
影响：1 促进灰口或白口
2 形核及生长
3 二次结晶 4 共晶、共析点的移动 5 影响石墨共晶的临界过冷度 一） 促进灰口或白口的元素：
灰口 Si Al Ni Co Cu←→Mn Mo Sn Cr V Sb Te 白口
第二章 铸铁的结晶及组织形 成
§第一节 铁碳双重相图 §第二节 铸铁的结晶过程 §第三节 铸铁的组织影响因素
重点：铁碳相图的二重性、铸铁的一次、 二次结晶过程 难点：铁碳合金在结晶过程的影响因素
铸 铁 及 熔 炼
§第一节 铁碳双重相图
概要 一、 Fe-C 及 Fe-C-Si 状态图 二、Fe- P 和 Fe- C-P状态图
（1）一次结晶 亚共晶铸铁： L 共晶铸铁： L V1 V2 V1 A+G A+Fe3C A+G
L +A初晶
V2
过共晶铸铁： V1 L V2
A+Fe3C
A+G初晶 V1 V2 A+Fe3C初晶 V1 A+G
A+Fe3C+G初晶
A+G+Fe3C初晶
V2
A+Fe3C
（2）二次结晶 中间阶段（A脱碳）：
二、Fe- P 和 Fe- C-P状态图
1. 磷作为杂质元素主要由炉料（如生铁、 回炉料）带入，只是为了提高耐磨性或需要 特别提高流动性时才有意加入适量的磷。铸 铁含磷量一般少于0.2%，高磷铸铁含 （0.4%～1.0%）P。 2. 磷共晶是一种硬脆相如数量过多将增大 材料的脆性，并且由于磷共晶比金属基体有 更大的体收缩而使铸铁产生显微疏松缺陷。
Байду номын сангаас
铸 铁 及 熔 炼
(4) 硅减少共晶点和共析点的含碳量 , 本质上是促进液态石墨化
和固态石墨化 , 因为共晶 点含碳量是碳在铁水中的最大溶解 度 , 共析点含碳量是共析反应温度下碳在奥氏体中的最大 溶解 故硅既是促进共晶石墨化元素也是促进共析石墨化元素。
度。溶解度减小意味着碳的析出能力增大 , 或石墨化能力提高。
碳相，对应这些组织给了下列的称谓。
① 结晶过程全部以V2凝固，其组织接上述V2分析（也就 是按Fe－Fe3C状态图分析）。名谓：白口铸铁。 ② 结晶过程全部以V1凝固，其组织按上述V1分析（也就 是Fe－G状态图分析）。名谓：铁素体灰铸铁。
③ 二次结晶共析阶段按V2凝固，其它过程按V1凝固。
名谓： 珠光体灰铸铁。 L
Fe—C合金中各元素对某性能的影响可以折算成含碳量的 增减，我们把各元素对某性能的影响折算成含碳量的 增减以后所得到的含碳量称为碳当量。 例如，不同元素对共晶点的影响可用下式来表示：
SC C / CC C / [4.28 0.3( Si P)] CE=C+0.3(Si+P)+0.4S0.03Mn≈C+0.3(Si+P) ≈C+Si/3
研究 , 通常用一定含硅量的 Fe-C 状态图或 Fe-C-Si 状态图的某一个截 面图来分析铸铁的组织变化。
图 2.9 所示为含 2.4%Si 的 Fe-C 状态图 , 显然这是变了形的 Fe-C 状 态图。也就是说硅改变了 Fe-C 状态图的 形状 , 改变了 Fe-C 系合金的 结晶过程 , 使液相线、固相线及各临界点的位置发生了变化。
V1 A+G A+Fe3C
A
V2
共析阶段：
V1 A V2 F+Fe3C F+G
V3也是生产实践中实际存在的一种介于V1—V2之间的可变
的冷速，它可能发生在一次结晶，二次结晶的全过程，也可能
发生在某个过程或发生在某个过程的某个阶段，且发生的程度 也不尽一致。针对实际发生的不同冷速所形成的不同种类的高
共析
+G+Ld
A+G+Ld+Fe3C
P+G＋Ld+Fe3C
§1 白口铸铁的一次结晶过程
白口铸铁的一次结晶按照Fe－Fe3C状态图来描述。 介稳定系Fe－C合金的共晶组织为渗碳体/奥氏体共晶团， 即莱氏体共晶。莱氏体中的奥氏体和渗碳体以片状协同生 长方式，同时在侧向上以奥氏体为分隔晶体的蜂窝结构生 长，即共晶渗碳体的（0001）面是共晶团的基础，排列的 很整齐的奥氏体芯棒沿[001]方向嵌入渗碳体基体，形成 蜂窝状共晶团。 亚共晶白口铁中出生相为奥氏体，奥氏体呈树枝状生长， 形成沿散热方向得到主要发展的树枝晶粒。随温度下降， 奥氏体晶粒不断增大，残留液相成分逐渐富碳接近共晶成 分，至共晶温度以下，发生共晶转变，最后形成树枝状出 生奥氏体和莱氏体组成。 过共晶白口铁出生相为渗碳体，呈锯齿状边缘的板状式生 长，随温度下降，渗碳体奥氏体晶粒不断增大，残留液相 成分逐渐富碳接近共晶成分，至共晶温度以下，发生共晶 转变，最后形成渗碳体和莱氏体。莱氏体中的奥氏体经共 析转变为珠光体。
铁水含碳量与共晶点含碳量之比称为共晶度。
铸 铁 及 熔 炼
铸 铁 及 熔 炼
铸 铁 及 熔 炼
铸 铁 及 熔 炼
§第二节 铸铁的结晶过程
§1 §2 §3 §4
白口铸铁的一次结晶过程 灰铸铁的一次结晶过程 球墨铸铁的一次结晶过程 铸铁的二次结晶过程
冷却速度对铸铁组织的影响
铸件凝固过程中的冷却速度主要取决于：