球墨铸铁的石墨形态及大小.pptx
铸铁 PPT课件
1
3.1 铸铁的特点及分类
一、铸铁的分类
（一）、根据碳在铸铁中的存在形式分类
分为三类： 1、白口铸铁：碳除少量溶入铁素体中外，其余全部以渗碳体 （Fe3C)形式存在。 断口白亮。
组织中以莱氏体作为基体（Fe--Fe3C相图） 2、麻口铸铁：碳一部分以渗碳体（Fe3C)形式存在，又有少量 游离石墨（G)析出 3、灰口铸铁：碳全部或绝大部分以游离石墨（G)析出，断口呈 暗灰色。
1、普通铸铁
灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁
2、特殊性能铸铁 耐蚀铸铁、耐热铸铁和耐磨铸铁。
4
3.1 铸铁的特点及分类
二、特点 铸铁是含硅的高碳铁基合金, 普通铸铁碳含量大于
2.11% （一般在2.5~4%之间）, 硅含量在1%～ 3% 之间, 具有良好的铸造性能、耐磨性能、吸振性能和 价廉等优点。是机器制造、交通运输、石油化工、基 本建设和国防工业最主要的铸造材料
组织：钢的基体+石墨
(工业上使用的铸铁大部分为灰口铸铁）
2
3.1 铸铁的特点及分类
一、铸铁的分类
（二）、灰口铸铁分类（根据铸铁中石墨形态）
1、灰铸铁：石墨呈片状 2、可锻铸铁：石墨呈团絮状
3、球墨铸铁：石墨呈球状
4、蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状
3
3.1 铸铁的特点及分类
一、铸铁的分类
（三）、按照用途分类
13
3.3 耐蚀铸铁
耐蚀铸铁主要有:高硅、高铬和高镍铸铁三大类
一、高硅铸铁
作为耐蚀材料, 最常用的高硅铸铁中的含硅量为14%～ 16%。 在适当的介质条件下, 其表面会形成一层致密的保护膜, 膜主要 由二氧化硅（SiO2钝化膜）构成。当含硅量低于14% 时, 耐蚀 性受氧化铁膜控制; 含硅量高于14% 时, 耐蚀性受二氧化硅膜控 制。因此铸铁中必须含有不低于14%～ 16% 的硅才具有优良的 耐蚀性。耐蚀性能随含硅量的增加而提高, 但过高的含硅量会生 成介稳定的脆性相(Fe5Si2 ) , 使材料更脆, 为此最高含硅量可达 18%。
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11.2.4 影响铸铁结晶的因素
冷却速度的影响 冷速慢有利于按Fe－C相图进行结晶，石墨化 越容易进行。 冷速快有利于 形成白口铁
不同C+Si含量，不同壁厚（冷却速度）铸件的组织
11.3 灰铸铁
概述 灰铸铁中石墨呈片状，断口呈灰色，是使
用最多的铸铁，占铸铁总量的80％以上。 灰铸铁分为：普通灰铁和孕育灰铁－通过孕育 处理，使石墨的片层变细，强度高于普通灰铁 牌号表示：HT100，HT150，HT200 属普通灰铁
11.2.4 影响铸铁结晶的因素
为综合考虑C，Si，P对铸铁组织及石墨化的影 响，引入了两个参量：碳当量和共晶度。
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
球墨铸铁
一、铸铁中碳的分布形式与石墨的形态
2.石墨形态：片状，蟹状，蠕虫状，团絮状，不规则形状，球形
片状
蟹状
球形
蠕虫状
团絮状
二、铸铁的分类
按石墨存在的形式及石墨形态分类
灰口铸铁 C全部或大部分以游离的片状石墨形式存在，断口呈灰色
球墨铸铁 C全部或大部分以游离的球形石墨形式存在
蠕墨铸铁 C全部或大部分以游离的蠕虫状石墨形式存在
球化剂：Mg，稀土－硅铁合金，稀土－ 硅铁－镁合金（应用最广泛）
孕育处理：由于球化处理只能在铁液中 有石墨核心时，才能促进石墨生成球 形，而常用的球化剂都强烈阻碍石墨 化，因此，在球化处理同时，必须进 行孕育处理（石墨化处理），获得球 径小，数量多，圆度好，分布均匀的 球状石墨
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其外形近似圆球状， 在放大100倍的金相显 微镜下观察，其周界呈 比较圆滑的圆形或椭圆 形，如图1（a）所示。
其外形似团 状，周界有明显 的凹凸不平，如 图1（b）所示。
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团虫状外形比团状更 不规则，边缘明显向外 伸长，呈团虫状，如图1 （c）所示。
团虫状
在各种石墨形态中，以 圆球状石墨最好，它对金属 基体的割裂作用最小；而团 状和团虫状石墨就比球状石 墨差，当团虫状石墨大量出 现会使铸铁的力学性能急剧 降低。
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球墨铸铁中允许出现的石墨形态，除了主 要是球状石墨为主，还可以有少量非球状石墨， 如团状、团絮状、蠕虫状。球墨铸铁金相检验 标准将球化分为六级，见图2和表1。
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图 2 球墨铸铁的球化等级 ×100
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表1 球化分级
球化级别
1级 2级 3级 4级 5级 6级
说明
球化率/%
石墨呈球状，少量团状，允许极少量团絮状；
95
石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状；
级别
6级 7级 8级
石墨直径 （100×）/mm
实际石墨大小
>3~6 >1.5~3 1.5
>0.03~0.06 >0.015~0.03
0.015
注：石墨大小在6级~8级时，可使用×200，或×500放大倍数。
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球墨铸铁
球墨铸铁球墨铸铁是指铁液经球化处理后，使石墨大部或全部呈球状形态的铸铁。
与灰铸铁比较，球墨铸铁的力学性能有显著提高。
因为它的石石墨呈球状，对基体的切割作用最小，可有效地利用基体强度的70％～80％灰铸铁—般只能利用基体强度的30％。
球墨铸铁还可以通过合金化和热处理，进一步提高强韧性、耐磨性、耐热性和耐蚀性等各项性能。
球墨铸铁自1947年问世以来，就获得铸造工作者的青睐，很快地投入了工业性生产。
而且，各个时期都有代表性的产品或技术。
20世纪50年代的代表产品是发动机的球墨铸铁曲轴，20世纪60年代是球墨铸铁铸管和铸态球墨铸铁，20世纪70年代是奥氏体-贝氏体球墨铸铁，20世纪80年代以来是厚大断面球墨铸铁和薄小断面轻量化、近终型球墨铸铁。
如今，球墨铸铁已在汽车、铸管、机床、矿山和核工业等领域获得广泛的应用。
据统计，2000年世界的球墨铸铁产量已超过1500万吨o球墨铸铁的牌号是按力学性能指标划分的，国标GB/T 1348－1988《球墨铸铁件》中单铸试块球墨铸铁牌号，见表1。
球墨铸铁中常见的石墨形态有球状、团状、开花、蠕虫、枝晶等几类。
其中，最具代表性的形态是球状。
在光学显微镜下观察球状石墨，低倍时，外形近似圆形；高倍时，为多边形，呈辐射状，结构清晰。
经深腐蚀的试样在SEM中观察，球墨表面不光滑，起伏不平，形成一个个泡状物。
经热氧腐蚀或离子轰击后的试样在SEM中观察，球墨呈年轮状纹理，且被辐射状条纹划分成多个扇形区域；经应力腐蚀即向试样加载应力后观察，呈现年轮状撕裂和辐射状开裂。
球墨是垂直0001面向各个方向生长的，从而形成很多个从核心向外辐射的角锥体二维为扇形区域，0001面即呈年轮状排列。
在SEM中看到的年轮状及辐射状条纹或裂纹，就是球墨晶体学特征的反映。
球墨铸铁一般为过共晶成分，因此球状石墨的长大，应包括两个阶段：①先共晶结晶阶段，球墨核心形成后，在铁液及贫碳富铁的奥氏体晕圈中长大。
②共晶结晶阶段，球墨周围形成奥氏体外壳，即球墨-奥氏体共晶团。
铸铁石墨化学习.pptx
第16页/共35页
(2) 球墨铸铁的牌号、组织和性能 QT420-10、QT600-2、QT800-2 球墨铸铁牌号用“QT”标明，其后两组 数值表示最低抗拉强度极限和延伸率 不同基体的球墨铸铁，性能差别很大。珠光体球墨铸铁的抗拉强度比铁 素体基体高50%以上，而铁素体球墨铸铁的延伸率为珠光体基的3-5倍
第7页/共35页
优点
因石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能 优异
铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨 胀，减少了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力
石墨有良好的润滑作用，并能储存润滑油，使铸件有 很好的耐磨性能。
石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振 性能
大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感
F+G片
F+P+G片 第10页/共35页
P+G片
（2）影响灰铸铁组织和性能的因素
1）成分对铸铁的影响 锰：阻碍石墨化的元素，能溶于铁素体和渗碳体中，增强铁、碳原子间的结 合力，扩大奥氏体区，阻止共析转变时的石墨化，促进珠光体基体的形成。 锰还能与硫生成MnS，减少硫的有害作用。锰质量分数一般为0.5%～1.4%。 磷：是促进石墨化的元素。铸铁中磷含量增加时，液相线降低，从而提高了 铁水的流动性。在铸铁中，磷质量分数大于0.3%时，常常形成二元或三元磷 共晶体，其性能硬而脆，降低铸铁的强度，但提高其耐磨性。所以，要求铸 铁有较高强度时，要限制磷含量（一般在0.12%以下），而耐磨铸铁则要求有 一定的磷含量（可达0.3%以上）。
不同牌号球墨铸铁石墨数量对照表
不同牌号球墨铸铁石墨数量对照表
下面是一个不同牌号球墨铸铁石墨数量对照表的示例。
请注意，这只是一个示例，实际的数据可能会根据不同的生产条件、元素含量等因素有所不同。
这个表格中，包含了不同牌号球墨铸铁的石墨数量、石墨长度和石墨形态。
其中，石墨数量表示单位面积内的石墨个数，石墨长度表示单个石墨的平均长度，石墨形态则描述了石墨的形状。
在实际应用中，这些数据可以帮助我们了解不同牌号球墨铸铁的性能特点，从而更好地选择和使用材料。
石墨的球化率及球化级别精编版
石墨的球化率及球化级别图131001 100×图131002 100×图131003 100×图131004 100×图131003 100×图131004 100×图号：131001～131006 浸蚀剂：未浸蚀材料名称：球墨铸铁处理情况：铸态组织说明：图131001：图中石墨呈球状，少数团状，球化率为≥95%，球化级别为1级。
图131002：图中石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率为90%～＜95%，球化级别为2级。
图131003：图中石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，球化率为80%～＜90%，球化级别为3级。
图131004：图中石墨大部分呈团絮状和团状，少量蠕虫状，球化率为70%～＜80%，球化级别为4级。
图131005：图中石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状，球化率为60%～＜70%，球化级别为5级。
图131006：图中石墨呈聚集分布的蠕虫状和片状及球状、团状、团絮状，球化级别为6级。
球化率及球化级别按照GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评定，该标准将球化级别分为6级。
首先观察整个受检面，之后，从最差的区域开始，连续观察5个视场，以其中3个最差视场的多数对照级别图谱评定。
提高球化率的关键是球化处理和孕育处理。
球化处理方法：采用稀土镁合金的凹坑冲入法，简单易行，但烟尘较大。
采用低稀土镁合金盖包处理，镁的收得率可达50%以上，且可解决烟尘问题。
孕育处理可采用二次或三次孕育，球化包内孕育剂可用75硅铁，浇包内可加抗衰退(例如含钡)孕育剂。
倘有必要，再用随流孕育或型内孕育。
5级球化和6级球化的石墨都是以蠕虫状石墨为主， 5级球化是蠕虫状石墨呈分散分布；6级球化是蠕虫状石墨呈聚集分布。
两者主要区别如下：(1) 宏观组织聚集分布时，断口上出现稀疏的小黑点，蠕虫状石墨聚集程度增加时，黑点增大，数量也随之增加和密集；蠕虫状石墨分散分布时，其数量较聚集分布为少，断口不会出现小黑点。
铸铁石墨形成机理探讨 ppt课件
麻口铸铁
第三阶段石墨化没有进行→ 石墨与Fe3CⅡ共存
第一、二阶段石墨化没有进行
白口铸铁
快
第三阶段石墨化没有进行→ C以Fe3C形式存在
ppt课件
10
1.2石墨化过程及其影响因素：
1.2.5 影响石墨化的因素
化学成分：C、Si促进石墨化元素 Mn、S阻碍石墨化元素
冷却速度：
WC
+
↑碳当量，↑时间 → 有利于石墨化
F型=A型+C型
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18
3.球铁石墨特点及形成机理 3.1 球铁主要石墨形态
ppt课件
19
3.球铁石墨特点及形成机理
3.2 球墨铸铁微观凝固过程
球墨铸铁凝固过程主要分为三个阶段
(1)石墨初始形态形成阶段
大量的石墨球首先在液相中析出
(2)奥氏体壳层形成阶段
随着熔体温度的下降，先析出石
墨长大，由于石墨的生长速度大于 C
Wsi (%)
冷速慢 → 促进石墨化
冷速快→ 抑制石墨化
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11
金 2.灰相铸组铁织石特墨点特及点对及性形能成的机影理响 灰铸铁主要石墨形态
A型 D型
B型
C型
E型
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F型122.灰铸铁石墨点及形成机理A型石墨A型石墨是在石墨的成核能力较强，冷却速度较慢，共晶 转化在很小的过冷度下进行时形成的片状石墨。
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
1.铸铁的分类及石墨化过程
1.1铸铁的分类
根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为白 口铸铁（Fe3C）、灰口铸铁(石墨)及麻口铸铁。 灰口铸铁中，根据石墨的形态不同分为
石墨的球化率及球化级别[1]
![石墨的球化率及球化级别[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/197945f8f121dd36a32d82a0.png)
石墨的球化率及球化级别图131001100×图131002100×图131003100×图131004100×图131003100×图131004100×图号：131001～131006浸蚀剂：未浸蚀材料名称：球墨铸铁处理情况：铸态组织说明：图131001：图中石墨呈球状，少数团状，球化率为≥95%，球化级别为1级。
图131002：图中石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状，球化率为90%～＜95%，球化级别为2级。
图131003：图中石墨大部分呈团状和球状，余为团絮状，球化率为80%～＜90%，球化级别为3级。
图131004：图中石墨大部分呈团絮状和团状，少量蠕虫状，球化率为70%～＜80%，球化级别为4级。
图131005：图中石墨呈分散分布的蠕虫状和球状、团状、团絮状，球化率为60%～＜70%，球化级别为5级。
图131006：图中石墨呈聚集分布的蠕虫状和片状及球状、团状、团絮状，球化级别为6级。
球化率及球化级别按照GB/T9441-1988《球墨铸铁金相检验》评定，该标准将球化级别分为6级。
首先观察整个受检面，之后，从最差的区域开始，连续观察5个视场，以其中3个最差视场的多数对照级别图谱评定。
提高球化率的关键是球化处理和孕育处理。
球化处理方法：采用稀土镁合金的凹坑冲入法，简单易行，但烟尘较大。
采用低稀土镁合金盖包处理，镁的收得率可达50%以上，且可解决烟尘问题。
孕育处理可采用二次或三次孕育，球化包内孕育剂可用75硅铁，浇包内可加抗衰退(例如含钡)孕育剂。
倘有必要，再用随流孕育或型内孕育。
5级球化和6级球化的石墨都是以蠕虫状石墨为主，5级球化是蠕虫状石墨呈分散分布；6级球化是蠕虫状石墨呈聚集分布。
两者主要区别如下：(1) 宏观组织聚集分布时，断口上出现稀疏的小黑点，蠕虫状石墨聚集程度增加时，黑点增大，数量也随之增加和密集；蠕虫状石墨分散分布时，其数量较聚集分布为少，断口不会出现小黑点。
铸铁
• 珠光体数量 分8级 级 • 碳化物的分布和数量 分6级 级
球墨铸铁检验项目
• 石墨形态：6级 石墨形态： 级 石墨大小： 级 石墨大小：8级 • 珠光体粗细：3级 粗片状珠光体、片状 珠光体粗细： 级 粗片状珠光体、 珠光体、 珠光体、细片状珠光体 • 珠光体数量：A、B两组 各12级 珠光体数量： 、 两组 级 • 分散分布铁素体数量：分块状（A）及网 分散分布铁素体数量：分块状（ ） 状（B）检验
• • • • • • 磷共晶数量：（各种磷共晶） 磷共晶数量：（各种磷共晶）分5级 控制＜2% ：（各种磷共晶 级 控制＜ 渗碳体数量：（各种形态的渗碳体） ：（各种形态的渗碳体 渗碳体数量：（各种形态的渗碳体）分5级 控制 ＜5% 级 球化不良：除球状石墨外， 球化不良：除球状石墨外，还有较多蠕虫状石墨 残量、氧化） （硫、残量、氧化） 球化衰退：石墨呈蠕虫状（铁水放置时间长、残量减少） 球化衰退：石墨呈蠕虫状（铁水放置时间长、残量减少） 石墨漂浮：石墨大量聚集，呈开花状（壁厚、碳当量高、 石墨漂浮：石墨大量聚集，呈开花状（壁厚、碳当量高、 高温停留长） 高温停留长）
灰铸铁金相检验
• 石墨长度 分8级 级 • 珠光体的粗细分为 级：100倍下 珠光体的粗细分为4级 倍下
索氏体型珠光体（难分辨） 索氏体型珠光体（难分辨） 细片状珠光体（片间距≤1mm） 细片状珠光体（片间距 ） 中片状珠光体（片间距 ～ 中片状珠光体（片间距>1～2mm） ） 粗片状珠光体（片间距 粗片状珠光体（片间距>2mm） ）
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其外形近似圆球状， 在放大100倍的金相显 微镜下观察，其周界呈 比较圆滑的圆形或椭圆 形，如图1（a）所示。
其外形似团 状，周界有明显 的凹凸不平，如 图1（b）所示。
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团虫状外形比团状更 不规则，边缘明显向外 伸长，呈团虫状，如图1 （c）所示。
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球墨铸铁的石墨形态及大小
制作人：牛艳娥 榆林职业技术学院
球墨铸球铁墨铸铸铁件铸生件产生产技技术术课课程程
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CONTENTS
01
石墨的形态
02
石墨的球化分级
03
石墨的大小
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90
石墨大部分呈团状，余为团絮状，允许有极少量蠕虫状
80
石墨大部分呈团絮状或团状，余为球、团状、团絮状；
60
石墨呈聚集分布的蠕虫状、片状及球状、团状、团絮状。
50
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石墨的大小
球墨铸铁金相检验标准将石墨球大小分为六级， 见图3和表2。石墨球的大小对球墨铸铁力学性能的影 响也很大。减小石墨球径，增加石墨球在单位面积上 的个数可以明显地提高球墨铸铁强度、塑性和韧性。 更重要的是，石墨球径的减小，使单位面积上球墨数 增多，可使抗疲劳强度提高。因此，细化石墨也就成 为提高抗疲劳强度的一个重要要求。
团虫状
在各种石墨形态中，以 圆球状石墨最好，它对金属 基体的割裂作用最小；而团 状和团虫状石墨就比球状石 墨差，当团虫状石墨大量出 现会使铸铁的力学性能急剧 降低。
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球墨铸铁中允许出现的石墨形态，除了主 要是球状石墨为主，还可以有少量非球状石墨， 如团状、团絮状、蠕虫状。球墨铸铁金相检验 标准将球化分为六级，见图2和表1。
级别
6级 7级 8级
石墨直径 （100×）/mm
实际石墨大小
>3~6 >1.5~3 1.5
>0.03~0.06 >0.015~0.03
0.015
注：石墨大小在6级~8级时，可使用×200，或×500放大倍数。
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观
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图3 球墨铸铁的石墨大小分级 ×100
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表2 石墨球大小分级
级别
3级 4级 5级
石墨直径（100×） 实际石墨大小
/mm
>25~50 >12~25 >6~12
0.>25~0.50 >0.12~0.25 >0.06~0.12
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注意
与灰铸铁一样，石墨是球 墨铸铁的重要组织，其形态及 大小直接影响球墨铸铁的性能。
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（a）球状
（b）团状
（c）团虫状
图1 球墨铸铁中的石墨形态 ×100
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图 2 球墨铸铁的球化等级 ×100
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表1 球化分级
球化级别
1级 2级 3级 4级 5级 6级
说明
球化率/%
石墨呈球状，少量团状，允许极少量团絮状；
95
石墨大部分呈球状，余为团状和极少量团絮状；