【材料课件】亚共晶白口铁组织
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。
白口组织
Fe-C相图知识
铁碳相图和铁碳合金(一)钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。
因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。
Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。
所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC 和FeC-C四个部分。
由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。
化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。
因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。
Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。
这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。
图1 铁碳双重相图【说明】图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。
纯铁的同素异晶转变如下：由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。
碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。
纯铁纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。
工业纯铁的显微组织见图2。
图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织铁的固溶体碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。
高清金相图谱之白口铸铁与灰铸铁（80张，彩色）
高清金相图谱之白口铸铁与灰铸铁（80张，彩色）白口铸铁是由化学成分中的碳以碳化物形式存在、铸态组织不含石墨、断口呈白色的铸铁，组织与碳含量的关系如图所示。
铁碳合金亚稳定凝固相图及组织白口铸铁可分为3类：（1）CE<>，Sc<>（共晶度Sc指铸铁含碳量与共晶点实际碳量的比值）的为亚共晶白口铸铁，高温组织为枝晶状奥氏体和莱氏体（连续的渗碳体上分布着岛状奥氏体），室温时组织为珠光体和莱氏体；（2）CE=4.3%，Sc=1的共晶白口铸铁；（3）CE>4.3%，Sc>1的为过共晶白口铸铁，组织为初晶渗碳体（大板条状）和莱氏体。
灰铸铁灰铸铁是石墨呈片状分布，断裂时断口呈暗灰色的铸铁。
根据化学成分在Fe-C相图上的位置，灰铸铁分为亚共晶、工具、过共晶三种。
灰铸铁的凝固组织包括初生奥氏体、初生石墨、共晶体（共晶石墨+共晶奥氏体）以及共晶晶粒边界区生长的组织。
详细介绍请查看“一文了解铸铁”。
金相赏析材料亚共晶白口铸铁放大倍数400X处理工艺铸态平衡冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明大块黑色区域为珠光体，枝晶状不明显，分布在麻点状的共晶莱氏体基体上，在枝晶珠光体边缘有一圈纯色组织为析出的二次渗碳体组织。
材料亚共晶白口铸铁放大倍数400X处理工艺铸造快速冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明大块蓝黑色枝晶状区域为先析出奥氏体转变成的珠光体，分布在麻点状的共晶莱氏体基体上，枝晶珠光体边缘纯色组织为析出的二次渗碳体。
材料共晶白口铸铁放大倍数500X处理工艺铸造平衡冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明由圆粒状或条状分布的珠光体(黑色)与渗碳体基体(黄色)构成的机械混合物，平衡冷却时粒状珠光体较多，也称蜂窝状莱氏体。
材料共晶白口铸铁放大倍数200X处理工艺铸造快速冷却浸蚀剂4%硝酸酒精溶液组织说明由圆粒状或条状分布的珠光体(黑色)与渗碳体基体(其它色)构成的机械混合物，快速冷却时条状珠光体明显，也称板条状莱氏体。
铁碳合金的平衡 结晶过程及组织
E(2.11C%)~ K(6.69C%)
共晶白口铁C
过共晶白口铁(CK之间)
2.11~4.3 4.3
4.3~6.69
二、典型合金的平衡结晶过程
曲工
线业
和纯 平铁
(C<0.02%)
衡
结
晶
过 程
的 冷
却
组织：F或F+ Fe3C Ⅲ ，Fe3C Ⅲ 通常沿 晶界析出。 性能：σb 、HBS↓，δ 、Ak↑
组织：P+ Fe3CⅡ 组织特征：Fe3CⅡ呈网状分布于层片状P周围 性能特点：硬度高，塑、韧性低
P Fe3C Ⅱ
T12钢退火组织 （4%硝酸酒精浸蚀）
共 线晶 和白 平口 衡铁 结的 晶冷 过却 程曲
共晶白口铸铁（Wc =4.3%）
高温组织：高温莱氏体（Ld→ A+Fe3C ） 室温组织：低温莱氏体（L’d →P+Fe3CⅡ +Fe3C ） 性能：硬而脆
晶界
F
工业纯铁的室温平衡组织 250×
共 和析 平钢 衡的 结冷 晶却 过曲 程线
组织：P 组织特征：Fe3C片状分布于F基体上，呈 贝壳状 性能：良好的综合力学性能（具有强度较高 和一定的塑、韧性）
共析钢的室温平衡组织 1000 ×
亚 和共 平析 衡钢 结的 晶冷 过却 程曲
线
亚共析钢 （0.0218% < Wc <0.77%）
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第三节 铁碳合金的平衡 结晶过程及组织
一、铁碳合金的分类
名称
C含量%
工业纯铁(P以左)
<0.0218
钢P(0.02C%） 亚共析钢(PS之间) ~E(2.11C%)
铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共析钢的详细分析 ppt课件
铁素体 奥氏体 渗碳体 珠光体 莱氏体 珠光体：共析反应的产物，是F与Fe3C片层相间的两 相混合物 莱氏体：共晶反应的产物，高温莱氏体是A与Fe3C两 相混合物, 室温莱氏铁碳体相图是对析共钢珠析的钢详光,细亚分共体析析钢与和过F共e3C的两相混合物
温度下降,
Fe3CⅡ量增加。 到4点， A 成
分沿ES线变化
到S点，余下的
A 转变为P。
铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共 析钢的详细分析
℃
+
1点以上：L 1～2点：LA 2～3点：A
+
3～4：AFe3CⅡ 4～4'：AP
+
Ⅱ
4'点以下： 室温组织：P+Fe3CⅡ 400× Ⅱ P+Fe3CⅡ
铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共 析钢的详细分析
(一) 共析钢的结晶过程 合金液体在 1-2
点间转变为A。 到S点发生共析 转变： AS⇄FP+Fe3C, A 全部转变为 珠光体。
铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共 析钢的详细分析
℃
+
1点以上：L
+
1～2点：LA
2～3点：A
+
3～3'点： AP 3'点以下：P
铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共 析钢的详细分析
是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体 大，1148℃时最大为2.11%。
组织为不规则多面体 晶粒，晶界较直。强 度低、塑性好，钢材 热加工都在A 区进行.
碳钢室温组织中无奥
氏体。
铁碳相图对共析钢,亚共析钢和过共 析钢的详细分析
共晶白口铸铁组织转变过程
共晶白口铸铁组织转变过程共晶白口铸铁是一种常见的铸造材料，具有优良的机械性能和耐磨性能，广泛应用于机械制造、汽车制造、航空航天等领域。
其组织转变过程对于铸铁的性能和质量具有重要影响。
本文将从组织转变的基本原理、影响因素和控制方法等方面进行探讨。
一、组织转变的基本原理共晶白口铸铁的组织由铁素体和珠光体两部分组成。
其中，铁素体是由纯铁和碳组成的固溶体，珠光体则是由铁素体和渗碳体组成的共晶组织。
在铸造过程中，铸件冷却后，铁素体和珠光体的比例会发生变化，从而影响铸铁的性能和质量。
组织转变的基本原理是在一定条件下，铸铁中的碳原子会从铁素体中扩散到珠光体中，形成渗碳体，使铸铁的珠光体比例增加。
这个过程称为共晶转变。
共晶转变的速度和程度受到多种因素的影响，如铸件的尺寸、形状、冷却速度等。
二、影响因素1.铸件的尺寸和形状铸件的尺寸和形状对于共晶转变有着直接的影响。
一般来说，大尺寸、复杂形状的铸件共晶转变速度较慢，珠光体比例较低；而小尺寸、简单形状的铸件共晶转变速度较快，珠光体比例较高。
2.冷却速度铸件的冷却速度也是影响共晶转变的重要因素。
快速冷却可以促进共晶转变，使珠光体比例增加；而慢速冷却则会导致珠光体比例减少。
3.合金成分合金成分对于共晶转变也有着一定的影响。
通常情况下，含硅量和含锰量越高的铸铁，共晶转变速度越慢，珠光体比例越低。
4.浇注温度浇注温度是铸件冷却速度的主要决定因素之一。
浇注温度越高，铸件的冷却速度越慢，共晶转变速度也就越慢，珠光体比例也就越低。
三、控制方法1.优化铸件设计优化铸件设计是控制共晶转变的重要方法之一。
通过合理设计铸件的尺寸和形状，可以使共晶转变速度达到最优状态，从而得到理想的珠光体比例。
2.调整冷却速度调整冷却速度也是控制共晶转变的有效方法之一。
在铸造过程中，可以通过调整浇注温度、冷却介质等方式来控制铸件的冷却速度，从而控制共晶转变速度。
3.调整合金成分调整合金成分也可以影响共晶转变速度。
KEY3-11 白口铸铁的结晶过程
2
2′
P
3
L
S
Le
γ Fe3CⅡ
3
Le’
P
Fe3CⅡ
成分点E点和C点 之间的铁碳合金， 以合金6为例来进 行分析
Fe3C γ Fe3CⅡ
3’
亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程
当合金冷却到1点温度，合金成分线与液相线相交，发生匀晶反 应结晶出奥氏体，称为一次奥氏体；
1点～2点温度之间，液相越来越少，奥氏体越来越多，到2点温 度1148℃时，奥氏体的成分变为E点2.11%，剩余液相的成分变为 C点4.3%；
4.3%的液相在1148℃发生共晶反应转变为高温莱氏体，与此同时， 一次奥氏体不发生变化；
在2～3点之间，随温度的下降，奥氏体（包括一次奥氏体和莱氏 体中的奥氏体）中析出二次渗碳体，到3点温度727℃时，奥氏体 的成分为S点0.77%， 0.77%的奥氏体在3点温度发生共析反应， 得到珠光体，同时高温莱氏体转变为低温莱氏体 有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺 ）
共晶白口铸铁的室温组织
100%的低温莱氏体，用符号Le′表示。
如图所示为共晶白口铸铁 的显微照片，从图中可以 看出，低温莱氏体呈豹纹 状，其中呈黑色的斑点状 或条块状为珠光体，白亮 色基体为渗碳体。
共晶白口铸铁的显微组织
亚共晶白口铸铁的平衡结晶过程
L
Ⅵ
1
2
1
E 1148℃ C γ
（2.11）
（4.30）
金属材料及热处理
KEY 3-11
白口铸铁的结晶过程
白口铸铁的平衡结晶过程
Ⅰ ⅡⅢ Ⅳ Ⅵ Ⅴ Ⅶ
白口铸铁（ 2.11%～6.69%C）
白口铸铁的含碳量在2.11%～6.69%之间，位于铁碳合金相图E 点成分以右
共晶白口铸铁室温金相组织
共晶白口铸铁室温金相组织共晶白口铸铁是一种常见的金属材料，具有特殊的金相组织。
本文将从室温金相组织的角度来介绍共晶白口铸铁。
共晶白口铸铁是由铸铁中的铁素体和渣晶相构成的。
在室温下，共晶白口铸铁的金相组织呈现出一种特殊的结构，即铁素体和渣晶相呈现出交错排列的形式。
铁素体是铸铁中的一种组织形态，由铁和碳元素组成。
它具有良好的塑性和韧性，是共晶白口铸铁中的主要相。
而渣晶相则是由一些其他元素和杂质组成，它们在铁素体晶粒的界面上形成一种类似于渣滓的结构。
渣晶相的存在对共晶白口铸铁的性能产生了一定的影响。
共晶白口铸铁的金相组织在室温下具有一定的特点。
首先，铁素体和渣晶相呈现出明显的交错排列结构，这种结构使得共晶白口铸铁具有一定的强度和韧性。
其次，铁素体晶粒的大小和形状对共晶白口铸铁的性能也有一定的影响。
晶粒较大的铁素体具有较好的塑性和韧性，而晶粒较小的铁素体则具有较高的硬度和强度。
因此，共晶白口铸铁的金相组织对其力学性能起着重要的影响。
共晶白口铸铁的金相组织也受到一些因素的影响。
首先，共晶白口铸铁的化学成分对其金相组织起着重要的影响。
不同的化学成分会导致铁素体和渣晶相的比例发生变化，从而影响共晶白口铸铁的金相组织。
其次，共晶白口铸铁的冷却速率也会影响其金相组织。
快速冷却会导致铁素体和渣晶相呈现出细小的结构，而缓慢冷却则会导致晶粒的尺寸增大。
共晶白口铸铁的金相组织对其性能具有重要的影响。
首先，金相组织的不均匀性会导致共晶白口铸铁的性能不一致。
例如，局部区域的晶粒较大会导致该区域的强度降低。
其次，金相组织的稳定性也会影响共晶白口铸铁的性能。
例如，共晶白口铸铁在高温下会发生相变，从而导致金相组织的改变，进而影响其力学性能。
共晶白口铸铁的室温金相组织是由铁素体和渣晶相构成的。
铁素体和渣晶相呈现出交错排列的结构，对共晶白口铸铁的性能起着重要的影响。
共晶白口铸铁的金相组织受到化学成分和冷却速率等因素的影响，金相组织的不均匀性和稳定性也会影响共晶白口铸铁的性能。
Fe-Fe3C相图分析ppt课件
wL'd 1wFe3CI 71%
Q
精选版课件ppt
1 C 2 3
4
D F
K K’
24
白口铸铁的相及组织
• 白口铸铁的室温相为
α+Fe3C
• 亚共晶白口铁的金相组织
P + Fe3CⅡ + L’d
共晶白口铁的金相组织 L’d =P + Fe3CⅡ + Fe3C(共晶）
• 过共晶白口铁的金相组织
Fe C + L’d 3 I
复习
Fe-Fe3C相图 点 线 相区
工业纯铁的结晶过程分析
相 组织组成物
精选版课件ppt
1
A
δH
B JNΒιβλιοθήκη γGα PS
Q
L
C E
精选版课件ppt
D F
K
2
工业纯铁
室温相：Ｆ+Fe3C 室温组织：Ｆ+Fe3CⅢ 组织特点： 在缓慢冷却条件下，Fe3CⅢ以断续
沿Ｆ晶界析出。
精选版课件ppt
3
钢的结晶 过程分析
1）力学性能与物理性能
温
Ｌ
度
强度
能性
成分
精选版课件ppt
电导率
成分 37
2)工艺性能
铸造
压力加工
焊接性
切削加工性能
热处理
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38
温度
温度
A
B
A
B
流动性
流动性
缩孔体积
A
B
A
B
分散
分散
缩孔体积
集中
集中
A
精选版课件ppt
39