题目

叙述铸铁的石墨化过程及影响因素，并说明铸铁的组织与石墨化的关系。石墨化过程：渗碳体是介稳定相[1]，而石墨才是稳定相。热力学条件：有利于石墨化的过程动力学条件：主要有成分起伏、结构起伏和原子扩散.有利于渗碳体的形成.为了使石墨化进行,可人为地改变热力学和动力学条件.影响因素：化学成分：1.C和Si：C和Si是基本成分，是↑↑G元素。石墨来源于C。Si含量一般在0.8~3.5%之间，Si的加入对Fe-G相图发生变化。Si的作用①共晶点和共析点碳量随硅含量的↑而↓；②使共晶和共析转变在一温度范围内进行；③↑共晶和共析温度。共析温度提高更多，大约每↑1％Si，可使共析温度↑28℃；④Si促进铸铁石墨化的作用相当于1/3C。2.P元素：↑G化，≈1/3C作用。>0.2%后，出现硬脆Fe3P，呈孤立、细小、均匀分布时，可↑耐磨性。若粗大连续网状分布，将↓强度，↑铸件脆性。除在耐磨铸铁中可达0.5~1.0%外，在普通铸铁中都作为杂质，通常灰铁中P含量控制在＜0.2%。3.Mn元素：↓G化；Mn能与S结合生成MnS，削弱硫的有害作用。铸铁中含锰量一般在0.5~1.4%范围内，如要获得铁素体基体，含锰量应取下限。4.S元素：↑白口；↓铁水流动性，恶化铸造性；形成FeS，分布晶界，使铸铁变脆。S是有害元素，其含量应尽量低，一般将S限制在0.15%以下（________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________冷却速度：化学成分选定后，改变铸铁各阶段冷却速度，可以在很大范围内改变铸态组织。V冷越缓慢，越有利于按Fe-C状态图进行结晶和转变。尤其是共析阶段G化，通常情况下，共析阶段的G化难以完全进行。组织与石墨化的关系：石墨化过程可分为两个阶段：发生在P′S′K′线以上的石墨化为第一阶段；发生在P′S′K′线以下的石墨化为第二阶段，实际是以共析线为界。第一阶段石墨化决定G形态,第二阶段石墨化决定基体组织.石墨化阶段与组织第一阶段第二阶段组织铸铁名称完全进行完全进行F+G不同基体的灰部分进行F+P+G铁、球铁、蠕铁、未进行P+G可锻铁部分进行未进行Ld+P+G麻口铸铁未进行未进行Ld白口铸铁

叙述铸铁的石墨化过程及影响因素，并说明铸铁的组织与石墨化的关系。石墨化过程：渗碳体是介稳定相[1]，而石墨才是稳定相。热力学条件：有利于石墨化的过程动力学条件：主要有成分起伏、结构起伏和原子扩散.有利于渗碳体的形成.为了使石墨化进行,可人为地改变热力学和动力学条件.影响因素：化学成分：1.C和Si：C和Si是基本成分，是↑↑G元素。石墨来源于C。Si含量一般在0.8~3.5%之间，Si的加入对Fe-G相图发生变化。Si的作用①共晶点和共析点碳量随硅含量的↑而↓；②使共晶和共析转变在一温度范围内进行；③↑共晶和共析温度。共析温度提高更多，大约每↑1％Si，可使共析温度↑28℃；④Si促进铸铁石墨化的作用相当于1/3C。2.P元素：↑G化，≈1/3C作用。>0.2%后，出现硬脆Fe3P，呈孤立、细小、均匀分布时，可↑耐磨性。若粗大连续网状分布，将↓强度，↑铸件脆性。除在耐磨铸铁中可达0.5~1.0%外，在普通铸铁中都作为杂质，通常灰铁中P含量控制在＜0.2%。3.Mn元素：↓G化；Mn能与S结合生成MnS，削弱硫的有害作用。铸铁中含锰量一般在0.5~1.4%范围内，如要获得铁素体基体，含锰量应取下限。4.S元素：↑白口；↓铁水流动性，恶化铸造性；形成FeS，分布晶界，使铸铁变脆。S是有害元素，其含量应尽量低，一般将S限制在0.15%以下（________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________冷却速度：化学成分选定后，改变铸铁各阶段冷却速度，可以在很大范围内改变铸态组织。V冷越缓慢，越有利于按Fe-C状态图进行结晶和转变。尤其是共析阶段G化，通常情况下，共析阶段的G化难以完全进行。组织与石墨化的关系：石墨化过程可分为两个阶段：发生在P′S′K′线以上的石墨化为第一阶段；发生在P′S′K′线以下的石墨化为第二阶段，实际是以共析线为界。第一阶段石墨化决定G形态,第二阶段石墨化决定基体组织.石墨化阶段与组织第一阶段第二阶段组织铸铁名称完全进行完全进行F+G不同基体的灰部分进行F+P+G铁、球铁、蠕铁、未进行P+G可锻铁部分进行未进行Ld+P+G麻口铸铁未进行未进行Ld白口铸铁

题目解答

答案

或者化学成分的作用可以概括为：促进石墨化元素： Al 、 C 、 Si 、 Ni 、 Cu; 阻碍石墨化元素： W 、 Mn 、 Mo 、 S 、 Cr 、 Fe 、 Mg 。）

解析

考查要点：本题主要考查铸铁石墨化过程的基本原理、影响石墨化的因素，以及铸铁组织与石墨化阶段的关系。
解题核心：

  1. 石墨化本质：渗碳体（Fe₃C）向石墨（C）的转变，需满足热力学和动力学条件。
  2. 影响因素：化学成分（促进/阻碍石墨化元素）、冷却速度。
  3. 组织关系：石墨化分为两个阶段，第一阶段决定石墨形态，第二阶段决定基体组织，两类元素通过改变相图特征点影响石墨化。

石墨化过程与条件

  1. 热力学条件：石墨是碳的稳定相，渗碳体为介稳相。需通过合金元素调整相图，使石墨化在平衡或亚稳条件下进行。
  2. 动力学条件：
    • 成分起伏：碳的局部富集形成石墨核心。
    • 结构起伏：晶格缺陷或夹杂物作为形核位置。
    • 原子扩散：碳原子向核心扩散生长。

化学成分的影响

促进石墨化元素

  • C、Si：
    • C：石墨来源，含量↑促进石墨化。
    • Si：①降低共晶/共析碳量；②扩大共晶/共析温度范围；③提高共析温度；④相当于1/3C的促进作用。
  • P、Ni、Cu、Al：
    • P：促进石墨化，但过量形成Fe₃P（硬脆相）。
    • Ni、Cu、Al：通过改变相图特征点促进石墨化。

阻碍石墨化元素

  • Mn、S、Cr、W、Mo、Fe、Mg：
    • Mn：与S结合成MnS，减少硫害，但阻碍石墨化。
    • S：促进白口组织，恶化流动性。
    • Cr、W、Mo：提高共析温度，抑制石墨化。

冷却速度的作用

  • 冷却速度慢：有利于按Fe-C相图平衡结晶，促进石墨化。
  • 冷却速度快：易形成渗碳体，抑制石墨化。

铸铁组织与石墨化的关系

  • 第一阶段（高温阶段）：决定石墨形态（片状、球状、蠕虫状）。
  • 第二阶段（低温阶段）：决定基体组织（铁素体、珠光体、渗碳体）。
  • 典型组织类型：
    • 灰口铸铁：铁素体+石墨（两阶段均完全石墨化）。
    • 白口铸铁：渗碳体+珠光体（两阶段均未石墨化）。
    • 麻口铸铁：渗碳体+珠光体+石墨（两阶段部分石墨化）。