铸铁石墨化的过程及影响因素

铸铁中石墨的形成过程称为石墨化。铸铁中的碳以两种形式存在，即化合态的渗碳体（Fe3C）和游离态的石墨（C）。碳究竟以哪种形式存在，取决于化学成分和冷却速度。

图3-38　常见铸铁制造的汽车零件

1.影响石墨化的因素

1）化学成分

铸铁中影响石墨化的元素主要是碳、硅、锰、硫、磷。其中，碳和硅是强烈促进石墨化的元素，铸铁中碳和硅的质量分数越高，石墨化程度就越充分。锰是阻碍石墨化的元素，但锰能和硫化合形成硫化锰，减弱了硫对石墨化的不利影响。从某种意义上说，锰是间接促进石墨化的元素。所以，铸铁中允许有适量的锰。硫是强烈阻碍石墨化的元素，硫还会降低铁水的流动性，引起铸铁产生热裂，所以，铸铁中硫含量越低越好。磷也是促进石墨化的元素，但作用不强烈，且磷的存在对铸铁的性能有不利影响，应严格控制磷含量。

2）冷却速度

铸铁在结晶过程中，冷却速度对石墨化影响很大。冷却速度越慢，越有利于石墨化。影响冷却速度的因素主要有造型材料的性能、浇注温度的高低、铸件壁厚的大小等。

由于石墨化程度的不同，铸铁的组织有以下几种。

石墨化非常充分时，铸铁的最终组织为铁素体基体上分布着石墨（F+C）；石墨化比较充分时，铸铁的最终组织为珠光体基体上分布着石墨或铁素体与珠光体基体上分布着石墨（P+C或F+P+C）；石墨化不太充分时，铸铁的最终组织为莱氏体与珠光体基体上分布着石墨；当石墨化未进行时，铸铁的最终组织为莱氏体、珠光体和渗碳体。如图3-39所示为化学成分（碳、硅含量）和冷却速度（壁厚）对石墨化的影响所示。可见，铸件壁越薄，碳、硅含量越低，越易形成白口组织（即碳以化合态的渗碳体的形式存在）。

2.铸铁的分类

根据石墨化程度及试样断口色泽的不同，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁。(www.xing528.com)

图3-39　化学成分和冷却速度对石墨化的影响

1）白口铸铁

白口铸铁中的碳全部或大部分以化合态渗碳体的形式存在，因其断口呈白亮色，故称白口铸铁。白口铸铁硬度高，脆性大，很难切削加工，故很少直接用来制造机械零件，主要用作炼钢原料及可锻铸铁的毛坯。有时利用它硬而耐磨的特性铸造出表面有一定深度的白口层，中心为灰口铸铁的铸件，称为冷硬铸铁件。冷硬铸铁应用于一些耐磨的零件，如犁铧及球磨机的磨球等。EQ1092发动机中的气门挺杆，为了得到表层的高硬度和耐磨性，常用激冷的方法使表层获得白口铸铁的组织，而心部由于冷却速度较慢仍为灰口铸铁组织。

2）灰口铸铁

灰口铸铁中碳主要以石墨的形式存在，因其断口呈暗灰色而得名。灰口铸铁由于有一定的力学性能和良好的切削加工性能，因此是工业生产中应用最广泛的一种铸铁。

根据石墨形态不同，灰口铸铁又分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁，石墨形状分别为片状、球状、团絮状及蠕虫状，如图3-40所示。

图3-40　灰口铸铁中石墨的形状

3）麻口铸铁

碳一部分以石墨的形式存在，另一部分以渗碳体的形式存在，断口呈灰白相间的麻点。这类铸铁脆性大，硬度高，难以加工，工业上很少应用。

此外，为了进一步提高铸铁的性能或得到某种特殊性能，向铸铁中加入一种或多种合金元素（Cr、Cu、W、Al、B等），而得到合金铸铁（特殊性能铸铁），如耐磨铸铁、耐热铸铁、耐蚀铸铁等。