灰铸铁基本上是由铁、碳和硅组成的共晶型合金，其中，碳主要以石墨的形态存在。生产优质铸件，控制铸铁凝固时形成的石墨的形态和基体金属组织是至关重要的。孕育处理是生产工艺中重要的环节之一。良好的孕育处理可使灰铸铁具有符合要求的显微组织，从而保证铸件的力学性能和加工性能。 在液态铸铁中加入孕育剂，可以形成大量亚显微核心，促使共晶团在液相中生成。接近共晶凝固温度时，生核处首先形成细小的石墨片，并由此成长为共晶团。每一个共晶团的形成，都会向周围的液相释放少量的热，形成的共晶团越多，铸铁的凝固速率就越低。凝固速率的降低，就有助于按铁－石墨稳定系统凝固，而且能得到 A 型石墨组织。
孕育处理的作用
灰铸铁的力学性能在很大程度上取决于其显微组织。未经孕育处理的灰铸铁，显微组织不稳定、力学性能低下、铸件的薄壁处易出现白口。为保证铸件品质的一致性，孕育处理是必不可少的。 铸铁孕育处理所用的孕育剂，加入量很少，对铸铁的化学成分影响甚小，对其显微组织的影响却很大，因而能改善灰铸铁的力学性能，对其物理性能也有明显的影响。
良好的孕育处理有以下作用：
◆ 消除或减轻白口倾向；
◆ 避免出现过冷组织；
◆ 减轻铸铁件的壁厚敏感性，使铸件薄、厚截面处显微组织的差别小，硬度差别也小；
◆ 有利于共晶团生核，使共晶团数增多；
◆ 使铸铁中石墨的形态主要是细小而且均匀分布的 A 型石墨，从而改善铸铁的力学性能。 孕育良好的铸铁流动性较好，铸件的收缩减少、加工性能改善、残留应力减少。
灰铸铁的显微组织
灰铸铁的力学性能决定于其基体组织和片状石墨的分布状况。 灰铸铁的力学性能主要取决于其基体组织，为了得到高强度，希望基体组织以珠光体为主、尽量减少铁素体含量。如果铁素体量过多，不仅导致铸铁的强度低，而且加工时会使刀具过热，显著降低刀具的寿命。与球墨铸铁不同，对灰铸铁不可能有延性和韧性的要求，只要求其强度，所以一般都以珠光体含量高为好。 灰铸铁中的石墨片，有切割金属基体、破坏其连续性、使其强度降低的作用。从强度考虑，应避免产生长而薄的石墨片和粗大的石墨片，具明显方向性的石墨片影响尤大。控制石墨片的分布状况，是保证灰铸铁性能的关键。 A 型石墨是在铸铁的石墨生核能力较强、冷却速率较低、在过冷度很小的条件下发生共晶转变时形成的。在光学显微镜下观察时，石墨呈均匀分布的弯曲片状，无方向性，其长度则因铸铁的生核条件和冷却速率而不同。高品质的结构铸件，都希望其具有中等长度的 A 型石墨。 B 型石墨在光学显微镜下呈菊花状，共晶团中心部位石墨片比较细小，外围的石墨片较粗大。实际上，中心部位是 D 型石墨，外围是 A 型石墨。B 型石墨的生核条件比 A 型石墨差，共晶转变时的过冷度也比形成 A 型石墨时大，结晶时先在共晶团中心部位产生过冷石墨（D 型），释放的结晶潜热使周边的过冷度降低、形成 A 型石墨。如 B 型石墨为量不多，对铸铁的性能影响不大，一般情况下可允许其存在。 C 型石墨主要出现于碳当量很高（过共晶）、冷却缓慢的铸铁中，有粗大片状初生石墨，也有小片状石墨，有时部分石墨片上有带尖角的块状。过共晶铁液冷却时，通过液相线后，在一定的过冷度下析出初生石墨，并在液相中逐渐长大。由于结晶温度较高，成长时间较长，形成分枝较少的粗大片状。温度降低到共晶温度时， 发生正常的共晶转变，这时产生的石墨是正常的共晶石墨（A 型石墨），结果是在粗大的石墨片之间分布有正常的共晶石墨。因此，C 型石墨是由粗大、块状石墨和 A 型石墨构成的。C 型石墨可使铸铁的热导率 提高，改善其抗热冲击的能力，但对铸铁的力学性能影响较大，一般的结构铸件不应有这种石墨。
亚共晶铸铁中，偶尔也能见到这种石墨。如：用感应电炉熔炼而炉料中生铁块用量过多时，由于原生铁遗传的影响，就可能出现带尖角的块状石墨；孕育剂加入量过大，造成局部硅元素富集，也会产生这种石墨。 D 型石墨是铸铁的碳当量较低、冷却速率较高，在过冷度较大、初生奥氏体枝状晶发达的条件下在奥氏体枝 晶间形成的，石墨片细小而无方向性。D 型石墨常见于碳当量较低的薄壁灰铸铁件中，也称为‘过冷石墨'或‘枝 晶间石墨'。在不加合金元素时，D 型石墨往往伴随有铁索体。如基体组织为珠光体，则铸铁的耐磨性较好，且机械加工后能得到较细的表面粗糙度。 E 型石墨是在碳当量较低、冷却速率也较低的条件下形成的。由于初生奥氏体枝状晶较多、发生共晶转变时过冷度大、石墨核心不太多、共晶团较大，形成的石墨片大于 D 型石墨。由于冷却比较缓慢，奥氏体枝状晶发达，发生共晶转变时液相主要在初生奥氏体枝状晶之间，形成的石墨片沿枝状晶方向生长，具有一定的方向性，对铸铁力学性能的影响较大，要力求避免其产生。可能出现 E 型石墨的铸铁，如冷却速率较高，也会形成 D 型石墨。因此，在高强度薄壁铸铁件中往往会同时见到 D 型石墨和 E 型石墨。 生产优质灰铸铁件，应使其基体组织全部为珠光体，石墨为 A 型，而且石墨片要均匀分布于金属基体中，珠 光体也应细小而均匀。要尽可能的地使组织中的 B 型石墨和 D 型石墨减至很少，不应该有 C 型石墨和 E 型 石墨。为此，必须进行有效的孕育处理并控制铸件的冷却速率。
文章来源自网络，侵删 |
