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鑄件中灰鑄鐵的使用

鑄件中灰鑄鐵的使用
鑄件中灰鑄鐵的簡單介紹：
灰鑄鐵基本上是由鐵、碳和硅組成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形態存在。生產上等鑄件，控制鑄鐵凝固時形成的石墨的形態和基體金屬組織是至關重要的。孕育處理是生產工藝中*重要的環節之一。良好的孕育處理可使灰鑄鐵具有符合要求的顯微組織，從而保證鑄件的力學性能和加工性能。
在液態鑄鐵中加入孕育劑，可以形成大量亞顯微核心，促使共晶團在液相中生成。接近共晶凝固溫度時，生核處首先形成細小的石墨片，并由此成長為共晶團。每一個共晶團的形成，都會向周圍的液相釋放少量的熱，形成的共晶團越多，鑄鐵的凝固速率就越低。凝固速率的降低，就有助于按鐵－石墨穩定系統凝固，而且能得到A型石墨組織。
鑄件中灰鑄鐵的使用及原理
一孕育處理的作用
灰鑄鐵的力學性能在很大程度上取決于其顯微組織。未經孕育處理的灰鑄鐵，顯微組織不穩定、力學性能低下、鑄件的薄壁處易出現白口。為保證鑄件品質的一致性，孕育處理是必不可少的。
鑄鐵孕育處理所用的孕育劑，加入量很少，對鑄鐵的化學成分影響甚小，對其顯微組織的影響卻很大，因而能改善灰鑄鐵的力學性能，對其物理性能也有明顯的影響。良好的孕育處理有以下作用：
◆消除或減輕白口傾向；
◆ 避免出現過冷組織；
◆減輕鑄鐵件的壁厚敏感性，使鑄件薄、厚截面處顯微組織的差別小，硬度差別也小；
◆有利于共晶團生核，使共晶團數增多；
◆使鑄鐵中石墨的形態主要是細小而且均勻分布的A型石墨，從而改善鑄鐵的力學性能。孕育良好的鑄**動性較好，鑄件的收縮減少、加工性能改善、殘留應力減少。
二．灰鑄鐵的顯微組織
灰鑄鐵的力學性能決定于其基體組織和片狀石墨的分布狀況。灰鑄鐵的力學性能主要取決于其基體組織，為了得到高強度，希望基體組織以珠光體為主、盡量減少鐵素體含量。如果鐵素體量過多，不僅導致鑄鐵的強度低，而且加工時會使刀具過熱，顯著降低刀具的壽命。與球墨鑄鐵不同，對灰鑄鐵不可能有延性和韌性的要求，只要求其強度，所以一般都以珠光體含量高為好。
灰鑄鐵中的石墨片，有切割金屬基體、破壞其連續性、使其強度降低的作用。從強度考慮，應避免產生長而薄的石墨片和粗大的石墨片，具明顯方向性的石墨片影響尤大。控制石墨片的分布狀況，是保證灰鑄鐵性能的關鍵。
A型石墨是在鑄鐵的石墨生核能力較強、冷卻速率較低、在過冷度很小的條件下發生共晶轉變時形成的。在光學顯微鏡下觀察時，石墨呈均勻分布的彎曲片狀，無方向性，其長度則因鑄鐵的生核條件和冷卻速率而不同。高品質的結構鑄件，都希望其具有中等長度的A型石墨。
B型石墨在光學顯微鏡下呈菊花狀，共晶團中心部位石墨片比較細小，外圍的石墨片較粗大。實際上，中心部位是D型石墨，外圍是A型石墨。B型石墨的生核條件比A型石墨差，共晶轉變時的過冷度也比形成A型石墨時大，結晶時先在共晶團中心部位產生過冷石墨（D型），釋放的結晶潛熱使周邊的過冷度降低、形成A型石墨。如B型石墨為量不多，對鑄鐵的性能影響不大，一般情況下可允許其存在。
C型石墨主要出現于碳當量很高（過共晶）、冷卻緩慢的鑄鐵中，有粗大片狀初生石墨，也有小片狀石墨，有時部分石墨片上有帶尖角的塊狀。過共晶鐵液冷卻時，通過液相線后，在一定的過冷度下析出初生石墨，并在液相中逐漸長大。由于結晶溫度較高，成長時間較長，形成分枝較少的粗大片狀。溫度降低到共晶溫度時，發生正常的共晶轉變，這時產生的石墨是正常的共晶石墨（A型石墨），*終的結果是在粗大的石墨片之間分布有正常的共晶石墨。因此，C型石墨是由粗大、塊狀石墨和A型石墨構成的。C型石墨可使鑄鐵的熱導率提高，改善其抗熱沖擊的能力，但對鑄鐵的力學性能影響較大，一般的結構鑄件不應有這種石墨。
亞共晶鑄鐵中，偶爾也能見到這種石墨。如：用感應電爐熔煉而爐料中生鐵塊用量過多時，由于原生鐵遺傳的影響，就可能出現帶尖角的塊狀石墨；孕育劑加入量過大，造成局部硅元素富集，也會產生這種石墨。
D型石墨是鑄鐵的碳當量較低、冷卻速率較高，在過冷度較大、初生奧氏體枝狀晶發達的條件下在奧氏體枝晶間形成的，石墨片細小而無方向性。D型石墨常見于碳當量較低的薄壁灰鑄鐵件中，也稱為‘過冷石墨’或‘枝晶間石墨’。在不加合金元素時，D型石墨往往伴隨有鐵索體。如基體組織為珠光體，則鑄鐵的耐磨性較好，且機械加工后能得到較細的表面粗糙度。
E型石墨是在碳當量較低、冷卻速率也較低的條件下形成的。由于初生奧氏體枝狀晶較多、發生共晶轉變時過冷度不大、石墨核心不太多、共晶團較大，形成的石墨片大于D型石墨。由于冷卻比較緩慢，奧氏體枝狀晶發達，發生共晶轉變時液相主要在初生奧氏體枝狀晶之間，形成的石墨片沿枝狀晶方向生長，具有一定的方向性，對鑄鐵力學性能的影響較大，要力求避免其產生。
可能出現E型石墨的鑄鐵，如冷卻速率較高，也會形成D型石墨。因此，在高強度薄壁鑄鐵件中往往會同時見到D型石墨和E型石墨。
生產上等灰鑄鐵件，應使其基體組織全部為珠光體，石墨為A型，而且石墨片要均勻分布于金屬基體中，珠光體也應細小而均勻。要盡可能的地使組織中的B型石墨和D型石墨減至*少，不應該有C型石墨和E型石墨。為此，鑄件中灰鑄鐵的使用必須進行有效的孕育處理并控制鑄件的冷卻速率。

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