實驗十鐵碳合金的顯微組織及分析II（鑄鐵） 實驗十鐵碳合金的顯微組織及分析（II）——鑄鐵實驗目的認識白口鑄鐵、灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、麻口鑄鐵、展性鑄鐵等的顯微組織特征。掌握石墨形態及鑄鐵基體組織變化的原因。了解各類鑄鐵的制備方法和性能特點。二、實驗設備及材料1．光學顯微鏡2．實驗設備及樣品（1）普通灰口鑄鐵（鐵素體、鐵素體+珠光體）（2）變質灰口鐵（未浸蝕）（3）球墨鑄鐵（鐵素體+珠光體）（4）展性鑄鐵（鐵素體+珠光體）（5）麻口鐵三、實驗內容畫出六塊樣品的組織示意圖，直徑50mm的半圓，標出各相關參數。注意： ?石墨形態的變化機制；?基體組織的形成機制；?兩者變化對鑄鐵性能的綜合影響。四、課堂討論1、鑄鐵的分類根據碳在鑄鐵中的存在形式不同，鑄鐵可分為以下幾類：（1）白口鑄鐵：碳少量溶于鐵素體，絕大部分以滲碳體的形式存在。（2）灰口鑄鐵：碳全部或者大部分以片狀的石墨形式存在。（3）展性鑄鐵：由白口鑄鐵經石墨化退火后制成，碳以團絮狀石墨形式存在。（4）球墨鑄鐵：鐵液在澆鑄前經球化處理，碳主要以球狀石墨形式存在。（5）冷硬鑄鐵：鐵液注入放有冷鐵的模中制成。（6）蠕墨鑄鐵：鐵液在澆筑前經蠕化處理，碳主要以介于片狀和球狀之間的石墨形式存在。2、為什么石墨會有不同的形態？化學成分、冷卻速度和凝固條件的不同使得石墨在鑄鐵組織中呈現不同的形態。3、如何得到不同形態的石墨？結合相圖與實驗得到的經驗，調整冷卻速度等影響石墨形成的因素，方能得到不同形態是石墨。4、什么是球化處理、孕育處理？球化處理是鑄鐵在鑄造時處理合金液體的一種工藝，用來獲得球狀石墨，從而提高鑄鐵的機械性能，形成的鑄鐵中碳主要以球狀石墨形式存在，稱為球墨鑄鐵。孕育處理是指在凝固過程中，向液態金屬中添加少量其它物質，促進形核、抑制生長，達到細化晶粒的目的。5、石墨的形態不同對力學性能的影響。石墨數量越多，尺寸越大，石墨對基體的削弱作用也愈大。如果組織中的石墨呈現無規則的片狀，會使鑄鐵的力學性能下降，這種鑄鐵叫做灰口鑄鐵，灰口鑄鐵的石墨越均勻，越細越好。如果組織中的石墨呈現團絮狀，對基體的割裂作用要比灰口鑄鐵小的多，韌性和強度都高于灰口鑄鐵，這樣的鑄鐵叫做展性鑄鐵。如果組織中石墨成球狀，可減少應力的集中，其強度，韌性更高，叫做球墨鑄鐵。6、石墨化的三階段。按照鐵碳相圖可將鑄鐵的石墨化分為三個溫度階段。第一階段：鑄鐵的液相中結晶出一次石墨（過共晶合金）和通過共晶反應結晶出共晶石墨。中間階段：奧氏體中直接析出二次石墨，或通過滲碳體在共晶溫度和共析溫度之間發生分解而形成石墨。第二階段：從鑄鐵的共析轉變中析出石墨。或者通過滲碳體在共析溫度附近及其以下溫度發生分解形成石墨。7、如何得到不同的基體組織？這些組織對性能有何影響？灰口鑄鐵內基本組織主要有三種，鐵素體(F)、鐵素體+珠光體(F+P)和珠光體(P)。鐵素體是由奧氏體直接轉變或由奧氏體發生共析轉變得到。珠光體是奧氏體(奧氏體是碳溶解在γ－Fe中的間隙固溶體)發生共析轉變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。隨冷卻速度的減小，鑄鐵組織基體依次改變為珠光體、鐵素體+珠光體、鐵素體。鐵素體相當于工業純鐵，強度低但韌性很好。珠光體相當于含碳0.7%左右的鋼，強度比較高，同時也具有較好的韌性。滲碳體硬度很高，但非常脆。通常鑄鐵中不會只有一種組織，同時存在幾種基體組織，其性能也就介于幾種單純組織的性能之間。8、麻口鐵是如何形成的？麻口鑄鐵，是介于白口鑄鐵和灰鑄鐵之間的一種鑄鐵，其斷口呈灰白相間的麻點狀。麻口鑄鐵中的碳既以滲碳體形式存在，又以石墨狀態存在，斷口來雜著白亮的游離滲碳體和暗灰色的石墨。鑄鐵凝固時增大冷卻速度不僅導致第二階段滲碳體并且中間階段甚至第一階段石墨化也未能或未能充分進行，則會得到含有二次滲碳體甚至萊氏體的麻口鐵。五、實驗結果1、手機拍攝的實驗室顯微鏡觀察結果Figure3變質灰口鑄鐵FigureFigure3變質灰口鑄鐵Figure1鐵素體基灰口鑄鐵FigureFigure2鐵素體+珠光體基灰口鑄鐵Figure6Figure6麻口鐵Figure5鐵素體+珠光體基展性鑄鐵Figure4鐵素體+珠光體基球墨鑄鐵2、實驗結果繪制見附圖。六、思考與總結常用灰口鑄鐵中具有石墨存在，而石墨的力學性能幾乎為零，可以把鑄鐵看成是布滿裂紋或空洞的鋼。石墨不僅破壞了基體的連續性，減少了金屬基體承受載荷的有效截面積，使實際應力大大增加；另一方面，在石墨尖角處易造成應力集中，使尖角處的應力遠大于平均應力。所以，灰鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性遠低于鋼。石墨片的數量越多、尺寸越大、分布越不均勻，對力學性能的影響就越大。但石墨的存在對灰鑄鐵的抗壓強度影響不大，因為抗壓強度主要取決于灰鑄鐵的基體組織，因此灰鑄鐵的抗壓強度與鋼相近。石墨雖然降低了灰鑄鐵的力學性能，但卻給灰鑄鐵帶來一系列其它的優良性能。（1）良好的鑄造性能灰鑄鐵件鑄造成形時，不僅其流動性好，而且還因為在凝固過程中析出比容較大的石墨，減小凝固收縮，容易獲得優良的鑄件，表現出良好的鑄造性能。（2）良好的減振性石墨對鑄鐵件承受振動能起緩沖作用，減弱晶粒間振動能的傳遞，并將振動能轉變為熱能，所以灰鑄鐵具有良好的減振性。（3）良好的耐磨性能石墨本身也是一種良好的潤滑劑，脫落在摩擦面上的石墨可起潤滑作用，因而灰鑄鐵具有良好的耐磨性能。（4）良好的切削加工性能在進行切削加工時，石墨起著減摩、斷屑的作用；由于石墨脫落形成顯微凹穴，起儲油作用，可維持油膜的連續性，故灰鑄鐵切削加工性能良好，刀具磨損小。（5）低的缺口敏感性片狀石墨相當于許多微小缺口，從而減小了鑄件對缺口的敏感性，因此