铸铁组织与性能

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1、1铸铁的组织与性能铸铁生产技术的基础就是要研究与认识：（1）铸铁的组织对铸铁的性能有什么影响？为什么说，控制了铸铁的组织就是控制了铸铁的性能？（2）既然铸铁的组织如此重要，那么就必须对其形成过程和形成条件进行研究与认识，从而达到控制组织的目的。（3）在生产实践中，影响铸铁组织的不仅有化学成分与冷却速度，还有铁液温度、炉料、气体、孕育等因素。因此，作为铸造技术人员必须具备两方面的基础知识：一是要了解与认识铸铁组织对铸铁性能的影响规律，即什么样性能的铸铁需要什么样的铸铁组织来保证；二是要了解对铸铁组织有影响的因素有哪些，如何控制这些因素达到要求的铸铁组织，从而

2、满足铸件性能要求。1.1铸铁性能的分类图1是以灰铸铁为例进行的铸铁性能分类情况，由图1可见，铸铁的性能包括物理性能、力学性能、使用性能和工艺性能，这些性能的与其组织息息相关。图1灰铸铁性能分类1.1铸铁的组织既然铸铁的性能是由铸铁的组织所决定的，因此，控制了铸铁的组织就控制了它的性能。铸铁的组织由石墨、基体、共晶团和晶界夹杂物4部分组成（见表1）。表1铸铁中的组织名称类型石墨片状石墨、蠕虫状石墨、团絮状石墨、球状石墨片状石墨还有A、B、C、D、E、F共6种分布类型基体铁素体、珠光体、奥氏体、奥铁体、渗碳体、马氏体共晶团以每个石墨核心为中心形成的一个“石墨—

3、奥氏体”两相共生共长的共晶晶粒称为共晶团。片状石墨的灰铸铁抛光腐蚀后方能检验共晶团数；球墨铸铁则以球墨数代表共晶团数，一个石墨球代表一个共晶团。晶界夹杂物共晶物（磷共晶、硫共晶）、碳化物、非金属夹杂物1.3铸铁组织对性能的影响情况1.3.1石墨对性能的影响在铸铁组织中，石墨对性能的影响最大。4种类型的石墨可分为6种分布形状（见图2），其应用的典型铸铁类型见表2。图2石墨的分类示意图Ⅰ片状石墨Ⅱ聚集的片状石墨及蟹状石墨Ⅲ蠕虫状石墨Ⅳ团絮状石墨Ⅴ团状石墨Ⅵ球状石墨表2铸铁中的6种石墨形状石墨类型石墨形状名称典型铸铁类型Ⅰ片状石墨灰铸铁Ⅱ聚集的片状石墨蟹状石墨快

4、速冷却的过共晶灰铸铁Ⅲ蠕虫状石墨蠕墨铸铁Ⅳ团絮状石墨可锻铸铁Ⅴ团状石墨球墨铸铁蠕墨铸铁Ⅵ球状石墨球墨铸铁蠕墨铸铁（1）石墨形态对力学性能的影响铸铁与钢最大的不同就是铸铁中有石墨。石墨对基体的割裂削弱了铸铁的强度，其中片状石墨削弱程度最大、球状石墨削弱程度最小；石墨形状越趋于球状的铸铁，强度越高。所以，在铸铁中，灰铸铁强度最低，球墨铸铁强度最高（见表3）。由表3可知，石墨形态对铸铁力学性能起着决定性的作用。表3不同形态石墨铸铁的力学性能类别基体抗拉强度/MPa硬度（HBW）弹性模数/GPa片状石墨的灰铸铁珠光体200~400187~26983.3~137.2

5、蠕虫状石墨的蠕墨铸铁珠光体+铁素体400~450180~240120~160团絮状石墨的可锻铸铁珠光体~600195~290163~180球状石墨的球墨铸铁珠光体700~800225~360156.8~176.4（2）石墨大小、数量及分布状态对力学性能的影响①灰铸铁中的石墨灰铸铁中的石墨有A、B、C、D、E、F共6种分布类型，其中以无方向性、均匀分布的强度最高，含有D、E过冷石墨则强度降低，出现粗大的C型石墨时性能最差。石墨数量在片状时对铸铁的强度影响最大，所以灰铸铁的碳当量对力学性能的影响很关键。灰铸铁的碳当量越高，片状石墨数量就越多，对基体削弱程度也越

6、大。图3为石墨数量对灰铸铁抗拉强度的影响情况，表4为各牌号灰铸铁的石墨数量。表4各牌号灰铸铁的石墨量牌号HT100HT150HT200HT250HT300HT350石墨量*（%）12~157~116~94~73~62~4*指石墨的体积分数。图3石墨数量对灰铸铁抗拉强度的影响石墨的长度对力学性能也有影响。片状石墨的尖锐前端使基体产生应力集中，对铸铁的抗拉强度、疲劳强度皆产生了不利的影响。石墨长度越长，影响加剧（见图4、图5）。图4石墨长度与抗拉强度的关系图5石墨长度对弯曲疲劳强度的影响有的铸件需要在反复加热与冷却的条件下使用，因此要求其具有良好的热疲劳强度，

7、这就要求铸件的组织除了珠光体基体外，石墨数量要多，石墨长度要长，且石墨分布呈A型。图6、图7、图8分别为石墨数量、石墨长度、石墨分布类型对灰铸铁热疲劳强度的影响情况。图6灰铸铁的石墨量对热疲劳性能的影响图7石墨片平均长度与热疲劳性能的关系图8石墨分布类型与热疲劳性能的关系②蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁常被用作要求热疲劳强度良好的铸件，但其组织并不是蠕化率越高越好；相反的是，蠕化率低的蠕铁热疲劳强度反而好于蠕化率高的蠕铁。表5为蠕化率对蠕墨铸铁耐热疲劳强度的影响，由表5可知，不控制组织是难以控制性能的。表5蠕化率与热疲劳强度的关系类别热循环温度和产生首次裂纹的循

8、环数/次250~500℃250~700℃250~950℃蠕墨铸铁（