铸铁冷却速度快有利于石墨化

时间：2022-10-05 百科知识版权反馈

【摘要】：铸铁基体组织的类型是和石墨化的程序分不开的。铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化。铸铁的化学成分和结晶过程中的冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素。碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的含量越高，石墨化程序越充分。硅能减弱碳和铁的亲和力，不利于渗碳体的析出，从而促进了石墨化。磷也是促进石墨化的元素，但其作用较弱。

铸铁基体组织的类型是和石墨化的程序分不开的。石墨的晶体结构为简单的六方晶格，同一层上原子间距为1.42×10Å[1]，结合力较强；而层与层之间的面间距为3.4Å，依靠较弱的金属键结合，易滑移，故石墨的强度、塑性和韧性较低。石墨的晶体结构如图7-1所示。

图7-1 石墨的晶体结构

铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出，可锻铸铁中的石墨则完全是由渗碳体分解而得到。铸铁的化学成分和结晶过程中的冷却速度是影响铸铁石墨化的主要因素。

化学成分的影响

铸铁是以铁、碳为主并含有硅、锰、硫、磷等杂质元素的合金，这些元素对铸铁石墨化过程有着不同程度的影响。

碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的含量越高，石墨化程序越充分。硅能减弱碳和铁的亲和力，不利于渗碳体的析出，从而促进了石墨化。

磷也是促进石墨化的元素，但其作用较弱。形成的Fe3P常以共晶体形式分布在晶界上，增加铸铁的脆性，所以一般铸铁中含磷量应严格控制。

硫是强烈阻止石墨化的元素，不仅使碳以渗碳体形式存在，促进铸铁白口化，还会降低铁水的流动性和促进高温铸件开裂，所以硫在铸铁中是有害元素，含硫量越低越好。

锰是阻碍石墨化的元素，但锰和硫能形成Mn S，减弱了硫对石墨化的阻碍作用。因此铸铁中的含锰量允许在较高的范围内，为0.6％～1.3％。

冷却速度的影响

在生产过程中，铸铁的冷却速度越缓慢，或在高温下越长时间保温，越有利于碳原子扩散和石墨化过程的充分进行，越容易得到石墨化组织；冷却速度快，碳原子来不及扩散，阻碍石墨化，促进白口化，铸铁容易产生白口组织。

在其他条件一定的情况下，冷却速度与铸件的壁厚有关，壁厚越大，冷却速度越小，越有利于石墨化。例如，金属型铸造铸铁冷却速度快，砂型铸造铸铁冷却速度慢；薄壁铸件冷却速度快，而厚壁铸件冷却速度慢。