金属学与热处理 7.0 60 珠光体+铁素体灰铸铁 细晶 ≥5.0 铁 光体灰铸 70 铸件壁厚mm 图87碳硅含量和冷却速度对铸件组织的影响 图88壁厚不均匀的铸件的组织 82常用铸铁 铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中石墨状况主要受铸铁 的化学成分及工艺过程的影响。通常铸铁中石墨形态(片状或球状)在铸造后即形成,也可 将白口铸铁通过退火,让其中部分或全部的碳化物转化为团絮状形态的石墨 821灰铸铁 灰铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁,在各类铸铁的总产量中,灰铸铁占80% 1.灰铸铁的片状石墨形态 石墨的晶体结构为六方点阵和层状结晶,如图89(a)、(b)所示,是一个由低指数面包 围的小面晶体,由铁碳溶液中析出的石墨,其可能的长大方向为A和C,如图89(c)所示。 在铸铁凝固过程中,石墨无论以何种方式生长,其最终形貌首先取决于石墨所处溶体的热 力学条件。在不存在硫等表面活性元素以及其他杂质的情况下,石墨的正常生长形态应该 是球状的,其生长方向是沿着垂直于基面A方向进行的。但是,当铁液中存在硫和其他表 面活性元素时,铁液与石墨的界面能在石墨的两个晶面上都减小,但在棱面上减小的较大, 结果使棱面界面低于基面界面能,石墨沿棱面的方向C生长成片状石墨 基面上碳原子间靠共价键结合,其结合力为419×105~5×105J/mol,结合力强;而基面 层与层之间则靠分子键结合,结合力只有419×103~8.35×10J/mol,结合力较弱,故石墨 的强度很低。由铁液中析出的石墨易形成片状,主要取决于石墨的晶体结构。基面上密排 的碳原子间键力已经饱和,而侧面上碳原子密度小,原子键力未饱和,容易吸收碳原子, 因而石墨沿侧向生长快,这也是石墨生长成片状的原因。铸铁中石墨的生长方式和最终形 貌还受到碳原子的扩散这一动力学因素的限制。在石墨的生长过程中,石墨两侧被奥氏体 包围,碳原子向石墨两侧的扩散受到严重阻碍,而石墨端部直接与铁液接触,能够不断地 得到碳原子的堆砌,生长很快,最终形成片状石墨 由于铸铁的碳当量一般都在共晶点附近,因此石墨往往并非孤立的长大成片状石墨 单晶体,而是作为共晶体的一部分与共晶奥氏体一起长大,呈现花瓣状的空间立体形态(见 图8.10)。在金相显微镜下,花瓣状的石墨呈细条状,每一细条石墨就是花瓣状石墨多晶集·166· 金属学与热处理 ·166· 图 8.7 碳硅含量和冷却速度对铸件组织的影响 图 8.8 壁厚不均匀的铸件的组织 8.2 常 用 铸 铁 铸铁中的石墨形态、尺寸以及分布状况对性能影响很大。铸铁中石墨状况主要受铸铁 的化学成分及工艺过程的影响。通常铸铁中石墨形态(片状或球状)在铸造后即形成，也可 将白口铸铁通过退火，让其中部分或全部的碳化物转化为团絮状形态的石墨。 8.2.1 灰铸铁 灰铸铁是价格最便宜、应用最广泛的一种铸铁，在各类铸铁的总产量中，灰铸铁占 80% 以上。 1. 灰铸铁的片状石墨形态 石墨的晶体结构为六方点阵和层状结晶，如图 8.9(a)、(b)所示，是一个由低指数面包 围的小面晶体，由铁碳溶液中析出的石墨，其可能的长大方向为 A 和 C，如图 8.9(c)所示。 在铸铁凝固过程中，石墨无论以何种方式生长，其最终形貌首先取决于石墨所处溶体的热 力学条件。在不存在硫等表面活性元素以及其他杂质的情况下，石墨的正常生长形态应该 是球状的，其生长方向是沿着垂直于基面 A 方向进行的。但是，当铁液中存在硫和其他表 面活性元素时，铁液与石墨的界面能在石墨的两个晶面上都减小，但在棱面上减小的较大， 结果使棱面界面低于基面界面能，石墨沿棱面的方向 C 生长成片状石墨。 基面上碳原子间靠共价键结合，其结合力为 4.19×105 ～5×105 J/mol，结合力强；而基面 层与层之间则靠分子键结合，结合力只有 4.19×103 ～8.35×103 J/mol，结合力较弱，故石墨 的强度很低。由铁液中析出的石墨易形成片状，主要取决于石墨的晶体结构。基面上密排 的碳原子间键力已经饱和，而侧面上碳原子密度小，原子键力未饱和，容易吸收碳原子， 因而石墨沿侧向生长快，这也是石墨生长成片状的原因。铸铁中石墨的生长方式和最终形 貌还受到碳原子的扩散这一动力学因素的限制。在石墨的生长过程中，石墨两侧被奥氏体 包围，碳原子向石墨两侧的扩散受到严重阻碍，而石墨端部直接与铁液接触，能够不断地 得到碳原子的堆砌，生长很快，最终形成片状石墨。 由于铸铁的碳当量一般都在共晶点附近，因此石墨往往并非孤立的长大成片状石墨 单晶体，而是作为共晶体的一部分与共晶奥氏体一起长大，呈现花瓣状的空间立体形态(见 图 8.10)。在金相显微镜下，花瓣状的石墨呈细条状，每一细条石墨就是花瓣状石墨多晶集