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老陆聊铸铁组织。话说不爱听课朋友，不要听到铸铁组织，听到铁素体、珠光体、奥氏体、共晶团、共析，就怕的不要不要的。其实，这没有什么可怕的，也不难。要学好铸铁组织成分知识，记住这两点： 一、掌握规律性，虽然铸铁的组织成分列成化学名单，是一串的专业术语。但是，只要你在学习中记住那种组织成分和那种组织的相关性，了解系统知识也就不难了。比如铁素体，你就记住，铸铁在什么情况下生成铁素体？哪些元素会增加铸铁中铁素体数量？哪些元素会减少铁素体的数量？铁素体对铸铁的力学性能有哪些影响？ 学问，什么是学问呢？就是要把自己心中疑问解答出来，这就是学习了！先插播一个广告，然后大家看含金量铸铁知识概念，把这个弄懂了，弄透了，再学铸造知识就会容易很多。 9月16日，废钢铸造技术培训在河南省濮阳市新华书店进行，想使用大比例废钢做铸造件的朋友，请报名吧，报名微信18338026098.
铸铁组织概述 1.3.2 基体组织 a. 基体组织的分类 铸铁的基体组织随着凝固时的冷却速度以及合金元素的含量、热处理而变化。铸铁由铁素体、珠光体、渗碳体、奥氏体、马氏体、贝氏体等各种基体构成，还存在各种夹杂物 （ⅰ）铁素体 铁素体也称为α铁或α固溶体，是含有极微量的碳，密度7.9，抗拉强度200～400MPa，布氏硬度HB90～150的体心立方晶格的软质铁。铸铁中的铁素体中固溶了硅，叫做硅铁素体，硅含量越高，抗拉强度、硬度也越高。铸铁中铁素体多出现在石墨近旁，和渗碳体一样难于被腐蚀，光学显微镜下可见白色，用5%硝酸酒精溶液腐蚀后出现晶界，因此能够与渗碳体区分。 （ⅱ）渗碳体 渗碳体是三个铁原子和一个碳原子组成的斜方晶化合物，密度7,7，布氏硬度HB550。是铸铁组织中最硬脆的组织。在铸铁中，作为介稳定系凝固时奥氏体的共存相及其后共析相变时铁素体的共存相出现。
（ⅲ）珠光体 介稳定系共析转变时奥氏体分解（相变）为铁素体与渗碳体，这两相呈立体板状交互重叠生成，在光学显微镜下可见層状或织锦状（参见图1.22）。是密度7.8，抗拉强度800～900MPa,布氏硬度HB200～240的极其强韧的组织。 球墨铸铁中通常有铁素体和珠光体共存，被称为牛眼组织。图1.14为铁素体和珠光体共存组织。 （ⅳ）奥氏体 奥氏体也称为γ-Fe或γ固溶体，最大约固溶2%的碳，密度7.7，布氏硬度HB110～250，面心立方晶，非磁性。奥氏体在共析相变时转变为铁素体和石墨或者是铁素体和渗碳体，因此在常温下一般不呈现奥氏体，但是一旦大量添加镍或锰，如后面所述，在常温下铸铁中也会呈现奥氏体。
（ⅴ）马氏体 通常，钢经过淬火后出现的组织是马氏体。铸铁以奥氏体不能发生共析相变的冷却速度快速冷却时，在200℃以下，伴随着大体积膨胀发生相转变。这时生成的相被称为马氏体，是密度7.6, 抗拉强度1000～2000MPa，布氏硬度HB280～420的成竹叶状极硬的组织。
（ⅵ）贝氏体 在铸铁中添加钼、镍、铜，或者实施等温相变处理，就会从铁素体和高碳奥氏体转变成贝氏体。对钢实施等温淬火，就会获得铁素体和微细渗碳体混合的贝氏体组织。铸铁含有硅，抑制了渗碳体的形成，就从奥氏体析出了铁素体和高碳奥氏体。因此与钢中出现的贝氏体组织不同。这个组织也被称为奥氏铁素体，是极其强韧的组织。
b.其他基体组织 （i）斯氏体 在含磷高的铸铁中，Fe-C系共晶凝固后在奥氏体晶界上析出Fe3P-Fe3C-Fe(α)的三元共晶斯氏体（图1.16）12）。斯氏体极其坚硬，呈网目状析出，所以有提高耐磨性的效果。此外，斯氏体的溶点低，为955℃，在其他相凝固后仍为液态，所以含磷高的铸铁流动性得以改善。 （ii）硫化锰 硫化锰是锰与硫的化合物（MnS），在光学显微镜下可见灰色小结晶。硫阻碍铸铁的石墨化，锰和硫反应生成MnS，中和了硫的危害。 （iii）碳化钛 碳化钛（TiC）是钛和碳的化合物。含钛多的铸铁在光学显微镜下可以看到红色小结晶，即碳化钛。碳化钛固溶了氮，也可以碳氮化钛Ti（C，N）存在。 c．基体组织的形成过程 铸铁的基体组织，在不添加大量合金元素，不进行热处理的情况下，一般是形成铁素体、珠光体或者二者的混合组织。下面用图1.1的Fe-C状态图说明基体组织的生成过程。 含硅量少的铸铁在室温下形成含有一次渗碳体的珠光体组织，不出现铁素体。在图1.1所示的Fe-C状态图上，稳定系共晶凝固完了后的铸铁组织仅由石墨和奥氏体组成。在冷却过程中，沿着ES(Acm)线变化，在奥氏体晶界析出一次渗碳体(Fe3C),冷却到共析温度时，以晶界的一次渗碳体为核心生成珠光体，珠光体在基体中扩大，到室温下形成了石墨、一次渗碳体、珠光体的组织。 但是实际上使用的铸铁含有百分之几的硅，即使获得全部珠光体组织，在基体中也不会出现一次渗碳体。 含有适量硅的铸铁的基体组织是铁素体和珠光体的混合组织。在这样的铸铁中，共晶凝固后的冷却过程中不会从奥氏体中析出一次渗碳体，而会沿着E’S’(Agr) 线析出石墨，他在共晶凝固时形成的石墨上析出。冷却到共析转变温度时，在石墨周围大量铁素体核心生成，在基体中成长起来，在奥氏体和铁素体的境界上生成珠光体，冷却到室温就形成了铁素体和珠光体的基体组织（图1.1713））。硅含量更多的铸铁，或者冷却速度很慢的铸铁，在奥氏体和铁素图的境界不析出珠光体，就形成了仅有铁素体的组织（图1.1813））。 这样，按照稳定系凝固的铸铁的基体组织，在其后的共析转变中是铁素体化，还是珠光体化，或者形成铁素体和珠光体混合组织。这个就是状态图的共析转变是按照稳定系还是按照介稳定系的问题了。它取决于铸件的冷却速度以及含硅量等化学成分。 1.4 铸铁的凝固 1.4.1 灰铸铁的凝固 图1.19是Fe-C系平衡状态图上（在图中用虚线表示）含碳量约3%的亚共晶成分灰铸铁的共晶凝固（固相-液相转变）和共析转变（固相-固相转变）的模式示意图。铸铁从液态（a点）随温度下降达到液相线（b点），初晶奥氏体呈树枝状晶析出，然后按照图1.19模式图①那样结晶出奥氏体直到共晶温度为止，奥氏体的成长一直持续进行。过共晶成分的情况下，作为初晶，铁液中首先析出初晶石墨，达到共晶温度为止，初晶石墨的结晶一直持续进行。冷却达到共晶温度（C点）时，片状石墨和奥氏体同时析出，即共晶凝固开始。 共晶凝固如图1.19②所示,奥氏体和石墨形成共晶团集团，伴随凝固的进行而长大，直到相邻的共晶团集团连接起来，生长终止。共晶团从整体看是个球体，凝固进行时铁液中析出大量共晶团，共晶团相互接触，铁液逐渐消失，凝固就结束了。 图1.20表示一个共晶团内的石墨的立体构造14），共晶团内石墨片反复多次分支，其间填充着奥氏体。通常在显微镜下观察到石墨组织如图1.20所示的（平面）圆圈内。共晶团成为铸铁共晶凝固时的形核及成长的衡量单位。实施孕育，促进非均质晶核生成，使共晶团变小，共晶团数量增加。在翰林铸铁中，磷偏析在共晶团境界上，所以用共晶团境界腐蚀液（sdeto腐蚀液）腐蚀后可以观察共晶团，如图1.21所示。 共晶凝固结束时，如图1.19③所示形成奥氏体和石墨的混合组织，一旦达到共析转变温度（图1.19,d点），奥氏体立即转变为珠光体（图1.19④）。常温下，如图1.22所示，成为片状石墨和珠光体组织构成的一般铸铁组织。
a 铸铁的组织图 铸铁是按照Fe-C状态图的稳定系共晶结晶析出石墨凝固成灰铸铁，还是按照介稳定系共晶结晶析出渗碳体凝固成白口铁，进一步在凝固后的共析转变中是按稳定系铁素体化还是按介稳定系珠光体化，这取决于铸件的冷却速度和碳硅等化学成分。 Maurer在1400℃（1673K）融化了不同碳硅含量的铸铁，在1250℃(1523K)用干型浇铸了直径75mm的圆棒，研究其金相组织绘出了Maurer组织图（图1.23）。在这里试样的铸铁组织分为五类：白口铁（Ⅰ）、麻口铁（Ⅱa）、珠光体灰铸铁（Ⅱ）、铁素体和珠光体混合的灰铸铁（Ⅱb）、以及全部铁素体的灰铸铁（Ⅲ）。 区域Ⅰ表示因碳硅含量少，按照介稳定系凝固的白口铁的成分范围。区域Ⅱa表示最初按照稳定系凝固，然后按照介稳定系凝固的麻口铁的成分范围。区域Ⅱ表示按照稳定系凝固，随后在共析转变时按照介稳定系生成珠光体组织的灰铸铁成分范围。区域Ⅱb表示共析转变最初是按照稳定系进行，在石磨周围析出了铁素体，所后又按照介稳定系进行析出了珠光体，形成了铁素体和珠光体共存的混合组织灰铸铁的成分范围。区域Ⅲ是共晶转变和共析转变都是按照稳定系进行，基体组织全部是铁素体的灰铸铁成分范围。用AB,AB’,AD’,AC线划分出这几个区域。 这个组织图是在一定的铸型条件下制作的，采用变化试样直径的砂型，冷却速度变化，分界线也会变动，加速冷却，分界线向右移动，放缓冷却，分界线向左移动。图1.23中的AB”线是浇铸直径10mm试样时不生成白口铁的成分界线。AD”线是浇铸直径90mm试样时基体中不生成铁素体的成分界线。因此画有阴影线的区域就是浇铸10～90mm试样时获得全部珠光体，机械性能良好的灰铸铁的成分范围。。各种组织境界线收敛于A点。 1.4.2 球墨铸铁的凝固
图1.24表示在Fe-C系平衡状态图上亚共晶成分球墨铸铁的凝固过程。铸铁液冷却到液相线（b点）析出初晶奥氏体，以后如图中的模式图①所示，成长为树枝状晶。冷却到共晶温度（C点）时，在初晶奥氏体近旁结晶出球状石墨。如②所示，奥氏体直接包围石墨。其后，碳通过奥氏体壳扩散使球状石墨成长。石墨析出和奥氏体包围的共晶凝固过程在共晶温度范围内进行。这个被奥氏体壳包围的石墨相当于一个共晶团。 灰铸铁的情况下，共晶团中的石墨前端与铸铁液接触，铁液中碳通过液体扩散，使石墨成长。而在球墨铸铁中，碳通过包围石墨球的奥氏体壳进行固体扩散，使石墨的生长。与前者相比，后者的扩散速度非常慢，球墨铸铁的铁液很容易过冷。球墨铸铁比灰铸铁更容易白口化，是由于两种铸铁凝固过程中的共晶团成长过程不同所致。 在共晶结晶后期，共晶团相互接触，铁液消失，共晶凝固结束了，如③所示，成为奥氏体和石墨的组织。冷却到共析转变温度时，基体组织的生成过程如前所述，珠光体在石墨间隙的奥氏体中析出，铁素体在石墨上直接析出。铁素体和珠光体共存的情况下，首先在石墨的周围析出铁素体，其次从铁素体和奥氏体的境界处析出珠光体成为④所示的铁素体和珠光体的混合组织（牛眼组织，图1.14）。这好像公牛的眼睛，被称为牛眼组织。
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