工程材料学 铸铁组织性
实验 铸铁组织性
实验目
1观察灰口铸铁中类型石墨形貌基体组织
2观察灰口铸铁中磷晶形态分布
二实验原理
铸铁含碳量214组织中具晶铁碳合金工业铸铁实际简单铁——碳二元合金铁碳硅元素元合金
铸铁中碳渗碳体形式存石墨形式存根碳铸铁中存形态通常铸铁分白口铁灰口铸铁麻口铸铁根铸铁中石墨形态分普通灰口铸铁蠕虫状石墨铸铁球墨铸铁锻铸铁
铸铁中金属基体般珠光体铁素体珠光体+铁素体组成基体析钢亚析钢基体组织相
灰口铸铁金相特点钢基础分布着片状石墨组织根石墨片长度分布基体类型差异决定化学成份铸造条件定
（）灰口铸铁
1灰口铸铁石墨类型
灰口铸铁中石墨数量分布机械性影响便较铸铁中石墨进行分类评级国石墨形成原分布特征分ABCDEF六种类型
A型石墨：石墨片尺寸分布较均匀方性种石墨碳量晶成份接晶成分铁水晶温度范围铁水中奥氏体时析出生成条件具较冷度样造成均匀生核长处结晶生长速度相差分布均匀A型石墨（见图1）
B型石墨：点状石墨卷曲片状石墨包围方性具菊花形态称菊花状石墨（见图2）类石墨特点冷度较首先液相中析出细树枝状奥氏体接着树枝间隙中产生奥氏体石墨晶时石墨片分枝密形成菊花中心点状石墨
非常强烈冷条件结晶初晶产物放出结晶潜热条件减慢包围着初晶产物外层铁水结晶速度着初生产物外呈放射状方通液体金属进行散热外层石墨生长成较粗曲片形致呈放射状分布直遇邻晶团止类石墨常碳硅含量较高冷度较亚晶灰铸铁中出现B型石墨呈聚集分布铸铁强度降低
C型石墨：片状初生石墨较细晶石墨组成石墨相差分布较均匀方性（见图3）种类型石墨出现晶程度较冷速度较慢厚壁铸件中缓慢冷晶结晶前形成初生石墨铁水中充分长形成粗片状石墨着初生石墨析出铁水含碳量逐渐降低晶温度具晶成分铁水发生晶转变析出晶石墨结果形成粗片状初生石墨细晶石墨片混杂分布形式粗石墨片存铸铁机械性显著降低
D型石墨：点状片状石墨方性分布（见图4）较冷条件生成晶石墨类石墨出现碳硅含量较低冷度较亚晶灰口铸铁中结晶时首先形成树枝状奥氏体冷度较分布枝晶间隙中剩余铁水发生晶转变时时生成量石墨核心石墨核心作微生长产生密分枝显微镜石墨呈点片状分布奥氏体树枝间隙中低碳强烈冷外铁水热D型石墨生成条件热会石墨生成核心减少石墨结晶困难需较冷度类石墨密集分布机械性降
E型石墨：初生奥氏体晶间分布着方性短片石墨特征成D型石墨基相E型石墨分布具明显方性（见图5）实际生产中D型E型石墨通常作严格区分分称DE型石墨称冷石墨枝晶石墨E型石墨分布方性较强机械性影响较D型石墨
F型石墨：特点星状（蜘蛛状）短片状石墨混合均匀分布（见图6）F型石墨晶铁水较冷度条件形成块初生石墨片状石墨生长
（二）灰口铸铁基体组织
实际生产中应灰口铸铁珠光体基体着基体中珠光体含量增加细化铸铁强度硬度耐磨性提高珠光体细化程度奥氏体成分晶粒度分解温度关灰口铸铁中珠光体类型组织形成程钢相似重述灰口铸铁基体组织铁素体铁素体＋珠光体珠光体组织（见图1～图9）
图1 A型石墨 100×
图2 B型石墨 100×
图3 C型石墨 100×
图4 D型石墨 100×
图5 E型石墨 100×
图6 F型石墨 100×
磷晶：铸铁常含较磷奥氏体体素体中溶解度古陶纯铁中溶解12含碳35铸铁中溶解03加结晶偏析结果然含磷量述数值总磷晶出现铸铁中含01磷组织中会出现1二元磷晶铸铁中磷晶二元**时碳化物组成磷晶—碳化物复合物数量超铸铁中磷含量10倍题中促进石墨素促进二元磷晶生成促进碳化物形成素促进**磷晶生成二元磷晶：磷化三铁点状铁素体组成（见图10）**磷晶：磷化三铁碳化三铁点状铁素体组
成（见图11）磷晶——碳化物复合物二元**磷晶镶较碳化物条块（见图12）
硝酸酒精溶液浸蚀磷晶白亮磷化三铁基体发表着粒状铁素体时粒状呈鱼骨状规排列基体
图7 灰铸铁正火 400×
图8 灰铸铁铸态 400×
图9 灰铸铁退火 400×
图10 二元磷晶 500×
图11 **磷晶 500×
图12 **磷晶＋复合磷晶 500×
（二）球墨铸铁
图13 球墨铸铁 铸态 400×
（珠光体＋球状石墨）
图14球墨铸铁退火态 400×
（铁素体＋球状石墨）
球墨铸铁组织球状石墨金属基体组成石墨球通常孤立分布金属基体中石墨圆整度越球径越分布越均匀球墨铸铁机械性越高球墨铸铁基体组织铸态变化较般难获单基体组织组织：珠光体+铁素体+球状石墨（见图13）
球墨铸铁组织成钢组织加球状石墨组成机械性取决金属基体钢样通热处理改变基体组织显著改善球墨铸铁性球墨铸铁然碳含量钢高通热处理控制石墨化程度仅获类似低碳钢铁素体基体（退火处理见图14）类似中高碳钢铁素体+珠光体甚珠光体基体组织获相量形态铁素体+珠光体基体组织（正火处理见图15）球墨铸铁热处理获相低碳钢机械性获相中高碳钢机械性钢热处理达外等温淬火目前发挥球墨铸铁材料潜力效种热处理方法球墨铸铁等温淬火获高强度超强度时具较高塑性韧性具备良综合机械性耐磨性热处理变形特点适等温处理球墨铸铁满足日益发展高速马达受力复杂机件性求扩球墨铸铁范围调质处理球墨铸铁具较综合机械性热处理工艺设备等温淬火简单切割加工性较球墨铸铁调质处理组织素氏体+球状石墨代部分铸钢锻钢制造重结构零件连杆曲轴等球墨铸铁进行感应加热表面淬火具良综合机械性外时工作表面具较高硬度耐磨性疲劳强度根某球墨铸铁件需强烈磨损氧化腐蚀介质条件工作需必须进行化学热处理：氮化软氮化渗硼等
图15球墨铸铁正火态 400×
珠光体＋铁素体＋球状石墨
图16蠕虫状石墨＋金属基体 100×
图17 团絮状石墨＋铁素体 100×
珠光体＋铁素体＋蠕虫状石墨＋莱氏体
图18 蠕墨铸铁 100×
（三）蠕墨铸铁
蠕墨铸铁石墨形态蠕虫状球状石墨存混合形态蠕虫状石墨介片状石墨球状石墨间中间石墨形态（见图16）基体组织铁素体力学性介灰铸铁球墨铸铁间铸造性球墨铸铁灰铸铁接形状复杂铸铁蠕墨铸铁制造
外灰铸铁中会出现莱氏体白口化(见图17)
（四）锻铸铁
锻铸铁生产程先浇注成白口铸铁件然退火成灰口组织锻铸铁中石墨呈团絮状分布（见图18）金属基体割裂破坏较石墨尖端引起应力集中金属基体强度塑性韧性较程度发挥作锻铸铁机械性灰铸铁高特塑性韧性高锻铸铁中团絮状石墨数量愈少外形越规分布愈
细均匀机械性愈锻铸铁机械性石墨团形状数量分布关外金属基体组织关系锻铸铁基体铁素体基体珠光体基体两种铁素体基体具定强度较塑性韧性作承受击震动铸件珠光体基体具高强度硬度耐磨性定塑性韧性求高强度硬度耐磨铸件
（五）铸铁金相试样特点
生产实践工作中碰量铸铁工件金相检验铸铁金相试样制备特点作简短说明：铸铁（包括白口铸铁）试样抛光基体表面道痕保证石墨污染脱落重正确显示石墨形态试样磨新砂纸（丛粗细）磨制旧砂纸利磨制石墨会石**落石**落空腔会周围金属变形变腐蚀扩磨面污物充填抛光时防止石**落污染选择短毛纤维柔软丝织物较适宜抛光磨料氧化镁开始抛光时抛光盘外圈提高切削速度注意时转动试样（特球铁）防止出现彗星尾巴着抛光接完成逐步减轻压力试样移抛光盘中心区抛光程中必须保持抛光盘湿度适宜水分少会带良果
正确抛光铸铁试样石墨呈灰色球状石墨见放射状特征
铁素体基体推荐硝酸酒精溶液注意石墨会吸收硝酸腐蚀引起石墨膨胀导致石墨球石墨片局部脱落
三实验方法指导
1实验容步骤
（1）观察灰铸铁锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁金相组织见表1
（2）描绘出种合金钢组织示意图
2实验设备材料
设备：金相显微镜
试样：灰铸铁种石墨形态种基体组织金相试样套球墨铸铁种石墨形态基体组织金相试样套锻铸铁金相组织试样 蠕墨铸铁金相组织试样
表1 常见铸铁组织
编 号
铸 铁 名 称
显 微 组 织
浸 蚀 剂
1
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
2
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
3
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
4
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
5
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
6
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
7
高磷灰口铸铁
片状石墨+细片状珠光体+磷晶
4硝酸酒精
8
锻铸铁
团絮状石墨+铁素体
4硝酸酒精
9
球墨铸铁
球状石墨+金属基体
未浸蚀
10
球墨铸铁
球化良球状石墨+金属基体
未浸蚀
11
球墨铸铁等温淬火态
贝氏体+球状石墨
4硝酸酒精
12
球墨铸铁调质态
回火索氏体+球状石墨
4硝酸酒精
13
球墨铸铁退火态
铁素体+球状石墨
4硝酸酒精
14
球墨铸铁正火态
珠光体+球状石墨
4硝酸酒精
15
球墨铸铁铸态
铁素体+珠光体+球状石墨
4硝酸酒精
16
蠕墨铸铁
蠕状石墨+金属基体
未浸蚀
四实验报告
1实验目
2画出观察试样显微组织示意图标明材料状态显微组织腐蚀剂放倍数
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实验 铸铁组织性
实验目
1观察灰口铸铁中类型石墨形貌基体组织
2观察灰口铸铁中磷晶形态分布
二实验原理
铸铁含碳量214组织中具晶铁碳合金工业铸铁实际简单铁——碳二元合金铁碳硅元素元合金
铸铁中碳渗碳体形式存石墨形式存根碳铸铁中存形态通常铸铁分白口铁灰口铸铁麻口铸铁根铸铁中石墨形态分普通灰口铸铁蠕虫状石墨铸铁球墨铸铁锻铸铁
铸铁中金属基体般珠光体铁素体珠光体+铁素体组成基体析钢亚析钢基体组织相
灰口铸铁金相特点钢基础分布着片状石墨组织根石墨片长度分布基体类型差异决定化学成份铸造条件定
（）灰口铸铁
1灰口铸铁石墨类型
灰口铸铁中石墨数量分布机械性影响便较铸铁中石墨进行分类评级国石墨形成原分布特征分ABCDEF六种类型
A型石墨：石墨片尺寸分布较均匀方性种石墨碳量晶成份接晶成分铁水晶温度范围铁水中奥氏体时析出生成条件具较冷度样造成均匀生核长处结晶生长速度相差分布均匀A型石墨（见图1）
B型石墨：点状石墨卷曲片状石墨包围方性具菊花形态称菊花状石墨（见图2）类石墨特点冷度较首先液相中析出细树枝状奥氏体接着树枝间隙中产生奥氏体石墨晶时石墨片分枝密形成菊花中心点状石墨
非常强烈冷条件结晶初晶产物放出结晶潜热条件减慢包围着初晶产物外层铁水结晶速度着初生产物外呈放射状方通液体金属进行散热外层石墨生长成较粗曲片形致呈放射状分布直遇邻晶团止类石墨常碳硅含量较高冷度较亚晶灰铸铁中出现B型石墨呈聚集分布铸铁强度降低
C型石墨：片状初生石墨较细晶石墨组成石墨相差分布较均匀方性（见图3）种类型石墨出现晶程度较冷速度较慢厚壁铸件中缓慢冷晶结晶前形成初生石墨铁水中充分长形成粗片状石墨着初生石墨析出铁水含碳量逐渐降低晶温度具晶成分铁水发生晶转变析出晶石墨结果形成粗片状初生石墨细晶石墨片混杂分布形式粗石墨片存铸铁机械性显著降低
D型石墨：点状片状石墨方性分布（见图4）较冷条件生成晶石墨类石墨出现碳硅含量较低冷度较亚晶灰口铸铁中结晶时首先形成树枝状奥氏体冷度较分布枝晶间隙中剩余铁水发生晶转变时时生成量石墨核心石墨核心作微生长产生密分枝显微镜石墨呈点片状分布奥氏体树枝间隙中低碳强烈冷外铁水热D型石墨生成条件热会石墨生成核心减少石墨结晶困难需较冷度类石墨密集分布机械性降
E型石墨：初生奥氏体晶间分布着方性短片石墨特征成D型石墨基相E型石墨分布具明显方性（见图5）实际生产中D型E型石墨通常作严格区分分称DE型石墨称冷石墨枝晶石墨E型石墨分布方性较强机械性影响较D型石墨
F型石墨：特点星状（蜘蛛状）短片状石墨混合均匀分布（见图6）F型石墨晶铁水较冷度条件形成块初生石墨片状石墨生长
（二）灰口铸铁基体组织
实际生产中应灰口铸铁珠光体基体着基体中珠光体含量增加细化铸铁强度硬度耐磨性提高珠光体细化程度奥氏体成分晶粒度分解温度关灰口铸铁中珠光体类型组织形成程钢相似重述灰口铸铁基体组织铁素体铁素体＋珠光体珠光体组织（见图1～图9）
图1 A型石墨 100×
图2 B型石墨 100×
图3 C型石墨 100×
图4 D型石墨 100×
图5 E型石墨 100×
图6 F型石墨 100×
磷晶：铸铁常含较磷奥氏体体素体中溶解度古陶纯铁中溶解12含碳35铸铁中溶解03加结晶偏析结果然含磷量述数值总磷晶出现铸铁中含01磷组织中会出现1二元磷晶铸铁中磷晶二元**时碳化物组成磷晶—碳化物复合物数量超铸铁中磷含量10倍题中促进石墨素促进二元磷晶生成促进碳化物形成素促进**磷晶生成二元磷晶：磷化三铁点状铁素体组成（见图10）**磷晶：磷化三铁碳化三铁点状铁素体组
成（见图11）磷晶——碳化物复合物二元**磷晶镶较碳化物条块（见图12）
硝酸酒精溶液浸蚀磷晶白亮磷化三铁基体发表着粒状铁素体时粒状呈鱼骨状规排列基体
图7 灰铸铁正火 400×
图8 灰铸铁铸态 400×
图9 灰铸铁退火 400×
图10 二元磷晶 500×
图11 **磷晶 500×
图12 **磷晶＋复合磷晶 500×
（二）球墨铸铁
图13 球墨铸铁 铸态 400×
（珠光体＋球状石墨）
图14球墨铸铁退火态 400×
（铁素体＋球状石墨）
球墨铸铁组织球状石墨金属基体组成石墨球通常孤立分布金属基体中石墨圆整度越球径越分布越均匀球墨铸铁机械性越高球墨铸铁基体组织铸态变化较般难获单基体组织组织：珠光体+铁素体+球状石墨（见图13）
球墨铸铁组织成钢组织加球状石墨组成机械性取决金属基体钢样通热处理改变基体组织显著改善球墨铸铁性球墨铸铁然碳含量钢高通热处理控制石墨化程度仅获类似低碳钢铁素体基体（退火处理见图14）类似中高碳钢铁素体+珠光体甚珠光体基体组织获相量形态铁素体+珠光体基体组织（正火处理见图15）球墨铸铁热处理获相低碳钢机械性获相中高碳钢机械性钢热处理达外等温淬火目前发挥球墨铸铁材料潜力效种热处理方法球墨铸铁等温淬火获高强度超强度时具较高塑性韧性具备良综合机械性耐磨性热处理变形特点适等温处理球墨铸铁满足日益发展高速马达受力复杂机件性求扩球墨铸铁范围调质处理球墨铸铁具较综合机械性热处理工艺设备等温淬火简单切割加工性较球墨铸铁调质处理组织素氏体+球状石墨代部分铸钢锻钢制造重结构零件连杆曲轴等球墨铸铁进行感应加热表面淬火具良综合机械性外时工作表面具较高硬度耐磨性疲劳强度根某球墨铸铁件需强烈磨损氧化腐蚀介质条件工作需必须进行化学热处理：氮化软氮化渗硼等
图15球墨铸铁正火态 400×
珠光体＋铁素体＋球状石墨
图16蠕虫状石墨＋金属基体 100×
图17 团絮状石墨＋铁素体 100×
珠光体＋铁素体＋蠕虫状石墨＋莱氏体
图18 蠕墨铸铁 100×
（三）蠕墨铸铁
蠕墨铸铁石墨形态蠕虫状球状石墨存混合形态蠕虫状石墨介片状石墨球状石墨间中间石墨形态（见图16）基体组织铁素体力学性介灰铸铁球墨铸铁间铸造性球墨铸铁灰铸铁接形状复杂铸铁蠕墨铸铁制造
外灰铸铁中会出现莱氏体白口化(见图17)
（四）锻铸铁
锻铸铁生产程先浇注成白口铸铁件然退火成灰口组织锻铸铁中石墨呈团絮状分布（见图18）金属基体割裂破坏较石墨尖端引起应力集中金属基体强度塑性韧性较程度发挥作锻铸铁机械性灰铸铁高特塑性韧性高锻铸铁中团絮状石墨数量愈少外形越规分布愈
细均匀机械性愈锻铸铁机械性石墨团形状数量分布关外金属基体组织关系锻铸铁基体铁素体基体珠光体基体两种铁素体基体具定强度较塑性韧性作承受击震动铸件珠光体基体具高强度硬度耐磨性定塑性韧性求高强度硬度耐磨铸件
（五）铸铁金相试样特点
生产实践工作中碰量铸铁工件金相检验铸铁金相试样制备特点作简短说明：铸铁（包括白口铸铁）试样抛光基体表面道痕保证石墨污染脱落重正确显示石墨形态试样磨新砂纸（丛粗细）磨制旧砂纸利磨制石墨会石**落石**落空腔会周围金属变形变腐蚀扩磨面污物充填抛光时防止石**落污染选择短毛纤维柔软丝织物较适宜抛光磨料氧化镁开始抛光时抛光盘外圈提高切削速度注意时转动试样（特球铁）防止出现彗星尾巴着抛光接完成逐步减轻压力试样移抛光盘中心区抛光程中必须保持抛光盘湿度适宜水分少会带良果
正确抛光铸铁试样石墨呈灰色球状石墨见放射状特征
铁素体基体推荐硝酸酒精溶液注意石墨会吸收硝酸腐蚀引起石墨膨胀导致石墨球石墨片局部脱落
三实验方法指导
1实验容步骤
（1）观察灰铸铁锻铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁金相组织见表1
（2）描绘出种合金钢组织示意图
2实验设备材料
设备：金相显微镜
试样：灰铸铁种石墨形态种基体组织金相试样套球墨铸铁种石墨形态基体组织金相试样套锻铸铁金相组织试样 蠕墨铸铁金相组织试样
表1 常见铸铁组织
编 号
铸 铁 名 称
显 微 组 织
浸 蚀 剂
1
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
2
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
3
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
4
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
5
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
6
灰口铸铁
A型石墨+金属基体
未浸蚀
7
高磷灰口铸铁
片状石墨+细片状珠光体+磷晶
4硝酸酒精
8
锻铸铁
团絮状石墨+铁素体
4硝酸酒精
9
球墨铸铁
球状石墨+金属基体
未浸蚀
10
球墨铸铁
球化良球状石墨+金属基体
未浸蚀
11
球墨铸铁等温淬火态
贝氏体+球状石墨
4硝酸酒精
12
球墨铸铁调质态
回火索氏体+球状石墨
4硝酸酒精
13
球墨铸铁退火态
铁素体+球状石墨
4硝酸酒精
14
球墨铸铁正火态
珠光体+球状石墨
4硝酸酒精
15
球墨铸铁铸态
铁素体+珠光体+球状石墨
4硝酸酒精
16
蠕墨铸铁
蠕状石墨+金属基体
未浸蚀
四实验报告
1实验目
2画出观察试样显微组织示意图标明材料状态显微组织腐蚀剂放倍数
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