什么是铸铁石墨化？

什么是铸铁石墨化？

铸铁的石墨化
1、石墨化过程

铸铁中碳以石墨形态析出的过程叫做铸铁的石墨化。
按Fe-Fe3C双重相图，铸铁在结晶过程中，随着温度的下降，各温度阶段都有石墨析出，石墨化过程是一个原子扩散的过程，温度越低，原子扩散越困难，越不易石墨化。结晶时，若各阶段石墨化能充分或大部分进行，则能获得常用的灰口铸铁，反之将会得到白口铸铁。

铁碳合金双重相图（Fe-Fe3C和Fe-G）

共晶铸铁石墨化

亚共晶铸铁石墨化

过共晶铸铁石墨化
2、影响石墨化的因素
化学成分的影响：

元素
对石墨化影响
C
是形成石墨的基础，增大铸铁中C的浓度，有利于形成石墨
Si
是强烈促进石墨化的元素，Si含量越高，石墨化进行得越充分
S
是强烈阻碍石墨化的元素，S还会降低铸铁的力学性能和流动性。因此，铸铁中含S越少越好
Mn
本身阻止石墨化，但Mn与S化合形成MnS，减弱了S对石墨化的不利影响，故铸铁中允许有适量的Mn。
冷却速度的影响：
缓慢冷却时碳原子扩散充分，易形成稳定的石墨，即有利于石墨化。铸造生产中凡影响冷却速度的因素均对石墨化有影响。如铸件壁越厚，铸型材料的导热性越差，越有利于石墨化。
3、常用灰口铸铁件的性能特点
[力学性能]：常用灰口铸铁中具有石墨存在，而石墨的力学性能几乎为零，可以把铸铁看成是布满裂纹或空洞的钢。石墨不仅破坏了基体的连续性，减少了金属基体承受载荷的有效截面积，使实际应力大大增加；另一方面，在石墨尖角处易造成应力集中，使尖角处的应力远大于平均应力。所以，灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢。石墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对力学性能的影响就越大。但石墨的存在对灰铸铁的抗压强度影响不大，因为抗压强度主要取决于灰铸铁的基体组织，因此灰铸铁的抗压强度与钢相近。

铸铁的抗拉强度与抗压强度

铸铁与钢的拉伸曲线比较
[其他性能]：石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却给灰铸铁带来一系列其它的优良性能。
(1) 良好的铸造性能灰铸铁件铸造成形时，不仅其流动性好，而且还因为在凝固过程中析出比容较大的石墨，减小凝固收缩，容易获得优良的铸件，表现出良好的铸造性能。
(2) 良好的减振性石墨对铸铁件承受振动能起缓冲作用，减弱晶粒间振动能的传递，并将振动能转变为热能，所以灰铸铁具有良好的减振性。
(3) 良好的耐磨性能石墨本身也是一种良好的润滑剂，脱落在摩擦面上的石墨可起润滑作用，因而灰铸铁具有良好的耐磨性能。
(4) 良好的切削加工性能在进行切削加工时，石墨起着减摩、断屑的作用；由于石墨脱落形成显微凹穴，起储油作用，可维持油膜的连续性，故灰铸铁切削加工性能良好，刀具磨损小。
(5) 低的缺口敏感性片状石墨相当于许多微小缺口，从而减小了铸件对缺口的敏感性，因此表面加工质量不高或组织缺陷对铸铁疲劳强度的不利影响要比对钢的影响小得多。
[适用场合]：由于灰铸铁具有以上一系列性能特点，因此被广泛地用来制作各种受压应力作用和要求消震的机床床身与机架、结构复杂的壳体与箱体、承受摩擦的缸体与导轨等。

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铸铁中的碳化石墨形成析出的过程称为石墨化。 一、铸铁的石墨化过程 铸铁中石墨的形成过程称为石墨化过程。铸铁组织形成的基本过程就是铸铁中石墨的形成过程。因此，了解石墨化过程的条件与影响因素对掌握铸铁材料的组织与性能是十分重要的。 根据fe－c合金双重状态图，铸铁的石墨化过程可分为三个阶段： 第一阶段，即液相亚共晶结晶阶段。包括，从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨，从共晶成分的液相中结晶出奥氏体加石墨，由一次渗碳体和共晶渗碳体在高温退火时分解形成的石墨。 中间阶段，即共晶转变亚共析转变之间阶段。包括从奥氏体中直接析出二次石墨和二次渗碳体在此温度区间分解形成的石墨。 第二阶段，即共析转变阶段。包括共折转变时，形成的共析石墨和共析渗碳体退火时分解形成的石墨。 二、影响铸铁石墨化的因素 铸铁的组织取决于石墨化进行的程度，为了获得所需要的组织，关键在于控制石墨化进行的程度。实践证明，铸铁化学成分、铸铁结晶的冷却速度及铁水的过热和静置等诸多因素都影响石墨化和铸铁的显微组织。 1.化学成分的影响 铸铁中常见的c，si、mn、p、s中，c，si是强烈促进石墨化的元素，s是强烈阻碍石墨化的元素。实际上各元素对铸铁的石墨化能力的影响极为复杂。其影响与各元素本身的含量以及是否与其它元素发生作用有关 ，如ti、zr、b、ce、mg等都阻碍石墨化，但若其含量极低（如b、ce＜0.01％，t＜0.08％）时，它们又表现出有促进石墨化的作用。 2.冷却速度的影响 一般来说，铸件冷却速度趋缓慢，就越有利于按照fe-g稳定系状态图进行结晶与转变，充分进行石墨化；反之则有利于按照 fe-fe3c亚稳定系状态图进行结晶与转变，最终获得 白口铁。尤其是在共析阶段的石墨化，由于温度较低，冷却速度增大，原子扩散困难，所以通常情况下，共析阶段的石墨化难以充分进行。 铸铁的冷却速度是一个综合的因素，它与浇注温度、传型材料的导热能力以及铸件的壁厚等因素有关。而且通常这些因素对两个阶段的影响基本相同。 提高浇注温度能够延缓铸件的冷却速度，这样既促进了第一阶段的石墨化，也促进了第二阶段的石墨化。因此，提高浇注温度在一定程度上能使石墨粉化 ，也可增加共析转变。 3.铸铁的过热和高温静置的影响 在一定温度范围内，提高铁水的过热温度，延长高温静置的时间，都会导致铸铁中的石墨基体组织的细化，使铸铁强度提高。进一步提高过热度，铸铁的成核能力下降，因而使石墨形态变差，甚至出现自由渗联体，使强度反而下降，因而存在一个‘临界温度’。临界温度的高低，主要取决于铁水的化学成分及铸件的冷却速度．一般认为普通灰铸铁的临界温度约在1500一1550℃左右，所以总希望出铁温度高些。