临沂金科铸造有限公司培训讲义(铁碳相图)

第一次课:铁碳合金双重相图，铸铁、铸钢的一次结晶、二次结晶过程。

第一章铸铁的结晶及组织的形成第一节铁—碳二重相图

铸铁中的碳可以以渗碳体的形式存在，也可以以石墨的形式存在；这就需要认真研究铁碳双重相图。

一、铁--碳相图的二重性

普通铸铁中虽然含有一定量的硅，但基本上是Fe-C系合金。在Fe-C系中富碳相有石墨和渗碳体两种存在形式，在Fe-C系相图中分别用虚线和实线表示Fe-C(石墨)系和Fe-Fe3C系，前者称为稳定态，后者称为介稳定态。把这两种状态同时表现出来的相图就称为双重相图，如图2.1所示。一般认为，冷却速度低时按Fe-C(石墨)系结晶，而冷却速度快时按Fe-Fe3C系结晶。二、铁--碳双重相图及其分析碳在铸铁中的存在形式：①固溶状态，如：铁素体，奥实体②化合状态，如：Fe3C③游离状态，如：G1、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个三相区石墨与渗碳体1、石墨2、渗碳体

三、铁-碳-硅准二元相图硅的作用：①共晶点、E点、共析点含碳量下降。②共晶、共析转变出现三相区，石墨液相线随硅量增加而显著上升，并扩大石墨液相线和共晶反应线的温度范围。③共析反应起始温度和终了温度上升，共析反应温度范围增大。④硅使奥氏体相区缩小⑤奥实体液相线和固相线温度均随硅量增加而下降。四、铸铁中常见元素对铁碳双重相图的影响铸铁中除碳以外，还含有一定量的硅、锰等合金元素，他们对铁碳双重相图的影响各不相同。因而，在分析铸铁的实际结晶过程及组织时，还必须考虑各元素对相图中各临界点的影响，表1.2给出了一些元素对铁碳双重相图各临界点的温度和成分影响的趋势。1、各元素对相图的影响五、碳当量和共晶度的意义及表达式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：C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12

Cc’%=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：C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12

Cc’%=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：C3.2,Si1.9Mn0.8P0.12S0.12

CE=

C+1/3(Si+P)%=3.2%+1/3(1.9+0.12)%=3.2%+0.67%=3.87%因为3.87<4.26，所以该铸铁是亚共晶例：C3.4,Si2.5Mn0.8P0.15S0.12

CE=

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：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0.89<1，所以该铸铁是亚共晶例：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1.01>1，所以该铸铁是过共晶例：C2.8,Si1.5Mn1.0P0.08S0.10Sc=

C/4.26-1/3(Si+P)%=2.8%/4.26-1/3(1.5+0.08)%=2.8%/4.26-0.53%=2.8%/3.73%=0.75因为0.75<

1，所以该铸铁是亚共晶第二节铸铁的一次结晶过程一次结晶—L→S一、初析石墨的结晶二、初生奥氏体的结晶三、共晶凝固过程铸铁的结晶经历初析、共晶及共析阶段，所得到的各种组织的形成过程，可以归纳为以下四个方面：初析石墨或初析奥氏体的形成、形貌及数量，共晶凝固、共晶团以及共晶后期组织的形成，石墨的形成及其特征，珠光体的形成。一、初析石墨的结晶（过共晶）第二节铸铁的一次结晶过程一次结晶—L→S一、初析石墨的结晶二、初生奥氏体的结晶三、共晶凝固过程铸铁的结晶经历初析、共晶及共析阶段，所得到的各种组织的形成过程，可以归纳为以下四个方面：初析石墨或初析奥氏体的形成、形貌及数量，共晶凝固、共晶团以及共晶后期组织的形成，石墨的形成及其特征，珠光体的形成。二、初析奥氏体的结晶（一）初析奥氏体枝晶的凝固过程（亚共晶）三、共晶凝固过程7（一）稳定系的共晶转变石墨先形核，奥氏体形核，两相组成共晶团。（二）石墨的晶体结构及片状石墨的长大1、石墨的晶体结构石墨的形态：91、分布特征

均匀无向性分布2、形成条件1）共晶成分（亚共晶）2）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1）共晶成分（比A低）2）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、分布特征

晶间无向性分布（点状石墨）2、形成条件1）亚共晶成分2）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1）亚共晶成分（比D低）2）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1）过共晶成分2）冷速较快3、对性能的影响

不好3）根据石墨尺寸的大小，将它分为八级，见表1-7。（三）球状石墨的形成过程（1）球墨石墨的结构球状石墨外貌接近球形，内部呈放射状，有明显偏光效应，其光学金相组织见图1-13。（2）球状石墨的微观分析和结构特征球状石墨的结构：1、多晶体；2、从中心向外呈辐射状发展；3、每个放射角皆由垂直于球的径向面呈相互平行的石墨基面堆集而成。2、球状石墨的形成条件3、球墨铸铁的共晶转变球墨铸铁的转变过程：1、石墨先形核，并单独长大成球；2、奥氏体形核并长大，形成奥氏体环，两相组成共晶团；3、继续结晶主要靠新晶核不断形成并长大。4、球状石墨的形成机理球化机理可以解释以下现象：

①摆脱本身结构上的各向异性所造成各向生长

②速度的不同，而以球状生长

③多晶体，内部具有放射状结构

④提高冷速有利于获得球墨

⑤球化衰退现象球化机理具有以下说法：1）核心说2）过冷说3）表面能说