铸铁金相性能及缺陷方面的知识

1、金相、机械性能方面：

铸铁组织：

铁素体：是碳在α-Fe中的固溶体，其性能接近于纯铁。

奥氏体：是碳在γ-Fe中的固溶体，其强度低、塑性好。

石墨：

（1）灰铸铁石墨：

A型石墨：均匀分布五方向性石墨，是理想的灰铸铁石墨。

B型石墨：片状和点状石墨聚集成菊花状，常在C、Si含量较高、冷却速度较大的近共晶或过共晶成分铸件中形成。开始过冷较大，成核条件。

C型石墨：初生的粗大直片状石墨。可以增加热导率，降低弹性模量，降低热应力，从而提高抗热冲击能力。过共晶成分形成（缓冷条件）。

D型石墨：细小卷曲的片状石墨在枝晶间无方向性分布。

不加合金往往伴随有铁素体的产生。石墨形核条件差，冷却速度大而造成过冷时形成，因而保留初生奥氏体的形态，石墨细小而分支发。

E型石墨：片状石墨在枝晶二次分支晶呈方向性分布。往

往在珠光体上得，其耐磨性像珠光体加A型石墨组织一样。容

易在CE较低（亚共晶层度大）奥氏体枝晶多而发达的铸铁中形

成，由于枝晶间共晶液少，析出共晶石墨只好沿枝晶方向分布，

故有方向性。

F型石墨：初生的星状与蜘蛛状石墨。过共晶成分快速冷却形成。

（2）球墨铸铁石墨：

球状石墨：球墨铸铁想要得到的理想石墨形态。

不规则状石墨：是指那些仍保持个体完整，但是外形很不规则、近视球状的石墨。球化元素残留量不足，稀土加入量过

多，强过共晶成分

异态球型石墨：包括开花型石墨、雪花型石墨、碎块型石墨、球虫型石墨、球片型石墨、蟹型石墨。

开花型石墨、雪花型石墨：都是由相互无联系的快形石墨组成。从形貌上看都是有石墨爆裂而生成，但爆裂程度不同。

在显微镜下观察区别：开花型石墨像是由很多个单晶体组成的花团，外表具有明显的螺旋生长的特征，它的外周大体保持圆整，雪花状石墨的爆裂程度较大，但是碎裂的石墨通过一个核心联系起来，外形已经不能保持圆整。

碎块状石墨：形状很不规则，在光学显微镜下呈厚度多变的条状、点状和扇状。

球虫状石墨和片状石墨：形貌相似，由球状石墨表面生长

出蠕虫状或片状石墨。

蟹状石墨：不规则的团状石墨表面，伸长出许多片状石墨分支，而形成蟹状，

渗碳体：是铁与碳的化合物，其晶格复杂、硬度高、脆性大，完全没有塑性和韧性。

珠光体：铸铁中铁素体和渗碳体常按一定比例组合在一起的混合物组织。

莱氏体：铸铁在共晶转变时形成的渗碳体和奥氏体的共晶体。

磷共晶：会增加铸铁的脆性，一般视为有害组织。

硫化物：少量会增加石墨形核，多了会形成硫化物夹渣。

影响组织的因素：

（1）化学成分：有促进石墨化元素和组织石墨化元素，会影响石墨的析出和形态。Mn、Cu、Mo等元素会影响珠光体的形成，

从而影响性能。P过量会形成磷共晶，增加铸件脆性。铬、

钒、钨都是缩小γ区元素，铅会促使魏氏石墨的形成。控制

化学成分至关重要，要从原辅材料的源头控制，一些有害的

合金元素主要是来至废钢，所以控制使用废钢纯净度，就可

以很大程度上杜绝有害元素的加入。

（2）冷却速度：冷却速度大，过冷度很大，形成细小的过冷石墨，但过冷度大会增加白口倾向，对铸件硬度影响很大。提高共

晶时的冷却速度，使石墨细化，并降低共析是的冷却速度，

可增加基体中铁素体的量。基体中的珠光体的比例随共析转

变冷速的提高而增加，珠光体的弥散度也随过冷度的增加而

增加。

（3）炉料构成：铸铁炉料具有遗传性（组织遗传、元素遗传），炉料的缺陷（如白口、气体元素和合金元素）会带到铸件里

面。可以通过过热和高温静置的方式减小或降低炉料的遗性。

（4）熔炼方式：冲天炉熔炼和电炉熔炼不同，电路熔炼可以得到更加纯净的铁液，可控性更强。

（5）铁液过热和高温静置：过热和高温静置可以净化液态金属，增加铸铁结晶是的过冷度，从而导致铸铁珠光体增加，细化

金属机体和石墨。过高的过热温度和长时间高温静置也有不

好，会烧损铁液中的一些化学成分，减少晶核，从而使组织

粗大。

（6）孕育、球化处理：孕育处理改善铸铁性能，降低白口倾向，增加石墨形核。球化处理会促进石墨成球。孕育和球化都会

衰退，衰退后就达不到理想的效果。

（7）热处理：热处理是利用加热的方法，有规律的改变铸铁的机体组织，从而使其具有和获得组织相应的性能，以满足需求。

热处理是改善铸件性能的手段。

总之：要想得到理想的铸件，就必须从影响组织的因素入手，控制好原辅材料的纯净度至关重要，目前主要的控制手段就是把控加入炉料的纯净度，回炉料和腐蚀较严重的废钢必须经过抛丸处理后使用，

球铁和灰铁的回炉料不能混合使用，把控加入合金元素的纯净度，从而降低有害元素的加入量，以保证铸件的质量稳定。精确定点测量铁液的温度从而控制浇注温度，控制出铁量，准确称量孕育剂球化剂。浇注过程也至关重要，要防止二次浇注等。

2、铸铁的冶金缺陷及其防止：

（1）针孔（氢气引起的）：它们属于皮下气孔，一般在机加工后才显露出来，在灰铁和球体都会出现，常以圆球状出现在铸件表皮之下。由于气孔的内壁被石墨所覆盖，因此检查的时候气孔内壁是黑色和发亮的。有几种因素能够引起单个的氢或成片的氢气针孔，最主要的原因就是铁液中的Al或钛与来自型砂、潮湿的工具，或潮湿的耐火材料中的水汽发生反应。水汽的其它来源可能是湿的空气或者被有污染的炉料、铁锈，型砂中积聚的死粘土也会使型砂的水分升高。

（2）氮气孔：系统中氮含量高是造成裂隙状氮气孔的主要原因。氮气孔和裂隙状氮气孔一般形状不规则（与圆的的氢气孔相比较），垂直于铸件表面，可深入铸件表面以下几个mm。

（3）缩孔、缩松：缩孔的内壁表面有点型的树枝张枝晶，但是内壁没有石墨膜，石墨膜的出现一般与铸件的气孔缺陷有关。

灰铸铁产生缩孔的机理：

在共晶凝固过程中，石墨的析出将产生体积膨胀，以及凝固层冷却所引起的体积减小，将阻止铸件产生缩孔，或者减少铸件产生缩孔的可能性。因此当灰铸铁的液态收缩和凝固收缩的综合大于石墨析出