3、磷对铸铁组织与性能的影响磷完全溶于铁水。结晶时，从Fe-C-P三元状态图(图3.9)可以看出，Fe-Fe3C和Fe
-Fe3P也有共晶点e3，图中Ee1，、Ee2：和Ee3三线皆下斜汇集于最低点E发生共晶反应。E点为三元共晶点，其成分为6.8
9％P，2.40％C，90.71％Fe，共晶温度为950℃。（二）合金元素的影响第一组如镍、铜、钴、铝等元
素，一般都有促进一次结晶石墨化的作用。在这些合金元素中，如镍、铜等又能阻碍珠光体分解，稳定珠光体，因此可使珠光体数量增多和细
化强化铸铁基体，在铸铁中既能提高强度和硬度(见图3.10)，又能防止白口的产生。第二组如铬、钼、钒等都以渗碳体为
基础形成固溶体，如(Fe，Cr)3C，（Fe，Mo)3C，(Fe，v)3C也可以形成一些特殊碳化物(见图3.11)。因为这些
合金元素能增强铁和碳的结合力，故强烈地阻碍石墨化。第三组如钛等元素在铸铁中多形成特殊碳化物，如
TiC等。钛在灰铸铁中一般加入量很小，它有轻微促进石墨化的作用，有的资料指出，钛可促使高碳硅铸铁中粗大片状石墨细化，因而有利于
提高铸铁的强度。因它还能提高铸铁的耐磨性(加入量0.1%Ti以下)，所以可用于有润滑下的耐磨铸铁。（三）炉料的影响
遗传性：铁液的主要化学成分不变，更换炉料后，铸铁的组织（石墨化程度、白口倾向以及石墨形态甚至基体组织）都会发生变化，炉
料与铸件组织之间的这种关系，习惯上称为炉料的遗传性。消除炉料遗传性的措施有两种：1）提高铁液的过
热温度；2）用两种以上的原生铁进行配料，可减弱炉料的遗传性。铸铁中各元素的影响小结：二、铸铁的金相组织及控制
（一）铸铁的一次结晶过程L→S1、初析奥氏体的结晶初生奥氏体的形核过程奥氏体枝晶中的成分偏析1、分配
系数KP2、偏析系数KL影响奥氏体枝晶数量及粗细的因素1、Si/C↗，奥氏体↗，冷速一定时，C
↗,枝晶细化2、S↗,枝晶粗化3、合金元素的影响2、共晶凝固过程（1）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。石墨的晶体结构石墨的形态：1、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、对性能的影响不好祝贺山东旭光德瑞高新材料股份有限公司铸元素专场报告会胜利召开李长龙教授山东建筑大学
材料学院18615268209E-maillichalo@163.com铸铁的化学成分及控制、铸铁的金相组织及控制、
铸铁的力学性能及控制序铸铁是应用最为广泛的一种铸造合金，铸铁的产量约占铸造合金总产量的75%以上。
铸铁的定义：以铸造生铁为主要原料，经配料、化铁炉熔化，并浇注成形的高碳系铁碳合金，称为铸铁。
铸铁的成分范围：2.4～4.0%C，0.6～3.0%Si，0.2～1.2%Mn，0.04～1.2%P，0.04～0
.20%S。有时还加入各种合金元素，以获得具有各种性能的合金铸铁。铸铁合金的种类：根据碳在铸
铁中的存在形态不同，可将铸铁分为白口铸铁、麻口铸铁和灰口铸铁，而灰口铸铁中根据石墨的形态不同分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和可锻铸
铁，现对各种铸铁作一简单介绍。灰铸铁的定义：在铸铁的金相组织中，碳以片状石墨的形式存在，这种铸铁称为灰铸铁。
1、白口铸铁碳除少量溶于铁素体外，绝大部分以碳化物的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，金相组织
为珠光体+莱氏体。图1.1为亚共晶白口铸铁金相组织。普通白口铸铁的化学成分一般为：2.8%～3.0%碳，0.5%
～1.3%硅，0.4%～0.9%锰，它在白口铸铁的发展中被认为是第一代。第二代白口铸铁：普通白口铸铁中加入5%镍
、3%铬，由于镍、铬合金化的作用，得到马氏体基体和大约50%游离渗碳体的组织，这种白口铸铁含，由于硬度增高，抗磨性有了很大的改善
，随着技术的进步，对白口铸铁的力学性能提出了更高的要求，出现了不同合金元素、不同组合的合金白口铸铁，如中
锰铸铁、低合金白口铸铁、中合金白口铸铁、高合金白口铸铁等。2、麻口铸铁麻口铸铁具有白口和灰
口的混合组织，断口呈灰、白色交错。其金相组织为珠光体+铁素体+石墨+渗碳体。这种铸铁由于既不利于机械加工，又无特殊优异的使用性能，
故一般很少使用。3、灰铸铁在铸铁的金相组织中，碳主要以石墨的形式存在，这种铸铁称为灰口铸铁。
石墨呈片状形式存在于基体组织中，断口呈暗灰色，这种灰口铸铁称为灰铸铁，其金相组织为：珠光体+片状石墨，见图1.2。
灰铸铁的化学成分一般为：2.6%～3.6%C，1.2%～3.0%Si，0.4%～1.2%Mn，P≦0.3%，S≦0.15
%。它大量地应用于各种机械零件，是应用最广泛的铸造材料。4、球墨铸铁铁液在浇注之前，经球化
处理和孕育处理，碳主要以球状石墨的形态存在于铸铁中。断口呈银白色，图1.6为铁素体球墨铸铁。图1.7为铸态球墨铸铁
的金相组织。球墨铸铁的化学成分：3.4%～4.0%C，2.4%～2.8%Si，0.2%～0.8%Mn，P≦
0.06%，S≦0.06%。球墨铸铁基体强度的利用率可达70%～90%，因而抗拉强度不仅高于其它铸铁，甚至还高
于碳钢。球墨铸铁已成功地用于制造一些受力复杂，强度、硬度、韧性、耐磨性要求较高的零件，如柴油机、汽车拖拉机及压缩机的曲轴、凸
轮轴、中压阀门，齿轮，连杆，农机、农具等零件。5、蠕墨铸铁铁液在浇注之前，经蠕化处理和孕育处
理，碳主要以蠕虫状石墨的形态存在于铸铁中。断口呈银白色，图1.5为蠕墨铸铁的金相组织。蠕墨铸铁的化学成分：
3.4%～3.8%C，2.4%～2.8%Si，0.5%～0.8%Mn，P≦0.08%，S≦0.06%。
蠕墨铸铁强度较高，致密性好，耐急冷急热性能好，可用来代替孕育铸铁件，发动机气缸盖、排气管、钢锭模等零件。6
、可锻铸铁可锻铸铁因具有较高的塑性和韧性而得名，其实是不可锻的。可锻铸铁的生产过程为：先铸成全白口铸件，再进行
石墨化退火处理。其金相组织为：珠光体+铁素体+絮状石墨，断口中心呈暗绒色，表层呈灰白色，故称为黑心可锻铸铁。
图1.3为铁素体可锻铸铁。图1.4为珠光体-—铁素体可锻铸铁。可锻铸铁的化学成分一般为：
2.2%～2.8%C，0.7%～1.4%Si，0.5%～0.7%Mn，P≦0.3%，S≦0.15%。
铁素体可锻铸铁具有一定的强度和较高的韧性，多用于制造承受冲击和振动的零件，如：汽车拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座、
机床上的把手、低压阀门、管件以及纺织机械和农机零件、农具等。珠光体可锻铸铁的强度高、韧性高，耐磨性好，常用来制造曲轴、凸轮轴
、连杆及齿轮等重要零件。一、铸铁的化学成分及控制铸铁的化学成分是很复杂的，在铸铁中除铁以外
，主要元素有碳、硅、锰、磷、硫等五种，其它还有随炉料和熔炼过程中进入铸铁内的许多微量元素和各种杂质，以及有时为了使铸铁获得某些
特殊性能而加入的一些合金元素如铬、铜、镍、钼、钒等。所有这些元素都对铸铁的结晶组织和力学性能有着很大的影响。（一）五大元素
的影响1、碳和硅对铸铁组织与力学性能的影响碳和硅是灰铸铁中最主要的两个元素，它们对铸铁的组
织与性能起着决定性的作用。碳在铸铁中是促进石墨化的元素。增加含碳量，可使铸铁的石墨化程度增加，形成石墨的碳量增
加，石墨也变得粗大，基体中珠光体数量减少，铁素体增加。适当降低含碳量，提高铸铁的强度。硅的影响：
总之，碳、硅都是促进石墨化的重要元素，它们对铸铁的组织与性能有着决定性的影响。图3.6显示了碳硅量（碳当量）对石墨的作
用。提高铸铁的碳当量，可使石墨数量增多，石墨粗大，共晶团颗粒增大。降低碳当量，可减少石墨的数量，使石墨细化。若碳当量过低，因
增大了铸铁的结晶范围，使晶间石墨增多。2、硫和锰对铸铁组织与性能的影响硫在铸铁中因能增强Fe-C原子间的结合力，所以促使铸铁按介稳定系统进行结晶，能较强烈的阻碍石墨化。特别当冷却速度较高，碳硅量较低时，硫阻碍石墨化的作用就更显著，铸铁白口化的倾向也越大。3.5.3生产孕育铸铁的主要条件（1）选择合理的化学成分孕育铸铁的成分选择和普通灰铸铁一样，要和铸件的壁厚密切结合起来考虑。一般为：碳当量选择在灰口和麻口之间。 |
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