灰铸铁金相分析

第一部分铸铁的金相组织分析一、钢和铁的区别1化学成分钢：C%2.10%铁：C%2.10%2金相组织钢：珠光体(P)+铁素体(F)+化合物(Fe3C)铁：珠光体(P)+铁素体(F)+化合物(Fe3C)+石墨(G)区别：基体是相同的，钢无石墨，铁有石墨。二、FeIC双重相图1、各点的温度、含碳量、意义2、各线的名称、意义3、各面的名称、意义1）5个单相区2）7个两相区3）3个三相区三、铸造的优点1、重量：非常小、非常大的零件；2、尺寸：非常短、非常长的零件；3、结构：非常复杂，无法加工的零件；4、可以利用某些合金的特性；5、可以实现小无车削加工。四、铸铁的金相检验铸铁是应用最为广泛的一种铸造合金，铸铁的产量约占铸造合金总产量的75%以上。1、铸铁的定义：铸铁是以铸造生铁为主要原料，经配料、化铁炉熔化，并浇注成形的高碳系铁碳合金，称为铸铁。2、铸铁的化学成分范围：铸铁的成分范围大致为：2.4～4.0%C，0.6～3.0%Si，0.2～1.2%Mn，0.08～0.12%P，0.08～0.15%S。有时还加入各种合金元素，以获得具有各种性能的合金铸铁。3、铸铁中的元素：基本元素：FeCSiMnPS合金元素：CrMoMn增加硬度CuNi增加强度SiRESbSnBVNbTi增加强度的元素一定增加硬度；增加硬度的元素开始增加时，增加强度，当增加到一定程度时继续增加，强度不但不增加，反而下降，硬度继续增加。4、基本计算1）共晶点碳量考虑各元素对相图中共晶点的影响后，共晶点的实际含碳量，称为共晶点碳量。Cc’%=4.26%-1/3(Si+P)%比较方法:过共晶C%=Cc’%共晶亚共晶例1：C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12Cc’%=4.26%-1/3(Si+P)%=Cc’%=4.26%-1/3(1.9+0.12)%=4.26%-0.67%=3.59%因为3.2%3.59%，所以该铸铁是亚共晶例2：C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12Cc’%=4.26%-1/3(Si+P)%=Cc’%=4.26%-1/3(2.5+0.15)%=4.26%-0.88%=3.38%因为3.4%3.38%，所以该铸铁是过共晶2）碳当量比较方法:过共晶CE=4.26共晶亚共晶例1：C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12CE=C+1/3(Si+P)%=3.2%+1/3(1.9+0.12)%=3.2%+0.67%=3.87%因为3.874.26，所以该铸铁是亚共晶。例2：C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12CE=C+1/3(Si+P)%=3.4%+1/3(2.5+0.12)%=3.4%+0.88%=4.28%因为4.28%4.26%，所以该铸铁是过共晶。3）共晶度比较方法:过共晶Sc=1共晶亚共晶例1：C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12Sc=C/4.26-1/3(Si+P)%=3.2%/4.26-1/3(1.9+0.12)%=3.2%/4.26-0.67%=3.2%/3.59%=0.89因为0.891，所以该铸铁是亚共晶例2：C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12Sc=C/4.26-1/3(Si+P)%=3.4%/4.26-1/3(2.5.9+0.12)%=3.4%/4.26-0.88%=3.4%/3.38%=1.01因为1.011，所以该铸铁是过共晶5、铸铁的分类1）白口铸铁（1）白口铸铁的基本组织碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以碳化物的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，金相组织为珠光体+莱氏体。图1.1为亚共晶白口铸铁金相组织。（2）白口铸铁的特点是硬而脆，很难加工。在实际生产中，可利用白口铸铁硬度高的特点，制造一些高耐磨性的零件和工具。例如：农具（如犁铧等），球磨机的衬板和磨球，抛丸机的叶片以及电厂灰渣泵及磨煤机的磨损件等。另外还可铸成具有一定深度的白口表面层，而心部则为灰口组织的“冷硬铸铁件”，最常见的冷硬铸铁件有轧辊和矿车车轮等（3）白口铸铁的金相检验a、白口层深度b、白口区的石墨c、白口组织2）麻口铸铁麻口铸铁具有白口和灰口的混合组织，断口呈灰、白色交错。其金相组织为珠光体(P)+铁素体(F)+化合物(Fe3C)+石墨(G)。这种铸铁由于既不利于机械加工，又无特殊优异的使用性能，故一般很少使用。3）灰口铸铁：在铸铁的金相组织中，碳以石墨的形态存在，这种铸铁称为灰口铸铁。根据石墨的形态不同又分为：石墨形态：片状—灰铸铁蠕虫状—蠕墨铸铁球状—球墨铸铁絮状—可锻铸铁石墨的形态：五、灰铸铁1、灰铸铁的定义：在铸铁的金相组织中，碳以片状石墨的形式存在，这种铸铁称为灰铸铁。2、灰铸铁的分类：3、灰铸铁的生产4、灰铸铁的牌号：其中：HT100HT150HT200为普通灰铸铁HT250HT300HT350为孕育铸铁5、灰铸铁的化学成分一般为：2.8%～3.9%C，1.2%～3.0%Si，0.4%～1.2%Mn，P≦0.3%，S≦0.15%。该铸铁大量地应用于各种机械零件，是应用最广泛的铸造材料。6、孕育铸铁1）孕育铸铁的熔制原理：就是在低碳硅的铁液中，若不进行孕育处理，铸铁中就会出现晶间石墨或麻口、白口组织；若在炉前加入少量孕育剂进行孕育处理，孕育剂熔入铁液中，促进石墨核心形成，使铸铁中的石墨少而细小，弯曲并均匀分布，同时基体组织中基本都是细珠光体，从而使铸铁的强度进一步提高。孕育处理：已成为生产重要灰铸铁件不可缺少的手段。孕育铸铁作用的机理说法很多，下面介绍一些主要论点。（1）核心学说孕育剂加入铁液后，能在较短的时间内促使大量的石墨非自发形核。如SiFe、SiCa等孕育剂加入铁液后，大量迅速地形成大量的弥散性很强的质点，其中很多质点符合石墨成核条件，从而形成石墨核心。硅铁加入铁液后，形成石墨核心的过程如图3.20所示。（2）温度起伏、浓度起伏学说孕育剂加入铁液后，首先要吸热熔化，造成铁液局部温度降低，形成所谓的温度起伏，另外孕育剂的熔化，使铁液出现大量、分散的高硅区，硅大大降低了碳在铁液中的溶解度，促使碳原子的析出，形成所谓的浓度起伏。这样在铁液中出现了强烈的温度起伏和浓度。在温度起伏和浓度起伏的双重作用下，在总体过冷度不大的情况下，结晶就开始了。2）孕育剂（1）孕育剂的种类a、75SiFe74～79%Sib、Si-Ba合金60～65%Si，4～6%Bac、Si-Sr合金73～78%Si，0.6～1.2%Srd、Si-Ca合金60～65%Si，25～30%Cae、Si-Zr合金f、稀土合金目前，孕育剂已经商品化，用的最多的是FeSi75合金，近几年发展了增加锶、铈、钡、钛、锆、稀土等特效孕育剂。（2）孕育剂的加入量与铁液成分、温度及氧化程度、铸件壁厚、冷却速度、孕育剂的类型及孕育方法有关。一般情况下，铁液要求牌号越高，则需要加入孕育剂的量越大。孕育剂的加入量一般为0.2%～0.7%。如果选用强效孕育剂，加入量可适当降低。（3）孕育方法a、一次冲入法：在出铁的同时，在出铁槽的上方将一定粒度的孕育剂（粒度大小随浇包大小而定，一般为5～10mm）均匀地加入，这种方法称为一次孕育法。此法的优点是：操作方便，简单易行。缺点是：孕育剂消耗大；容易发生孕育衰退。b、瞬时孕育法：尽量缩短从孕育到凝固的时间，可最大程度地防止孕育衰退，最大程度地发挥孕育的效果。六、灰铸铁的金相检验1、灰铸铁金相组织中石墨的检验1）石墨分布（1）分布特征均匀无向性分布（2）形成条件a、共晶成分（亚共晶）b、冷速较慢（3）对性能的影响好（1）分布特征菊花状分布（2）形成条件a、共晶成分（比A低）b、冷速较快（3）对性能的影响较好1、分布特征板条状分布2、形成条件1）过共晶成分2）冷速慢3、对性能的影响不好（1）（2）a、b、（3）（1）分布特征晶间无向性分布（点状石墨）（2）形成条件a、亚共晶成分b、冷速快（3）对性能的影响不好（现在观点：好）（1）分布特征晶间有向性分布（2）形成条件a、亚共晶成分（比D低）b、冷速较慢（3）对性能的影响不好（1）分布特征星状分布（2）形成条件a、过共晶成分b、冷速较快（3）对性能的影响不好2）根据石墨尺寸的大小，将A型石墨分为八级，见下表。2、灰铸铁基体组织的检验1）珠光体数量：2）碳化物的分布形态和数量1-6级碳1碳3碳5碳10碳15碳20碳化物的形态：3）磷共晶类型分布形态和数量二元磷共晶Fe—Fe3P三元磷共晶Fe—Fe3P—Fe3C1-6级磷1磷2磷4磷6磷8磷10磷共晶的形态：4）灰铸铁共晶团的检验七、金相试样的制备：1、浇注金相试样直径20、长度20-30。2、从铸件上提出具体位置由供需双方确定。3、镶嵌试样4、金相试样的制备1）切平、磨平。2）倒角。3）在砂纸上磨平。砂纸号100、150、200、280、400、6004）当磨制的平面上划痕是一个方向时，就换更细一个号的砂纸，每换一个号的砂纸要进行清洗，且旋转90度。5）清洗、抛光