可锻铸铁的化学成分和组织

一、可锻铸铁的化学成分和组织

可锻铸铁的生产过程分两个步骤:①首先浇注获得具有白口组织的铸件;②将白口铸件加热至高温长时间保温进行石墨化退火，使渗碳体分解为团絮状石墨。如果浇注时不能保证全部得到白口组织，在随后的退火过程中，从渗碳体分解出来的石墨将沿着原来的片状石墨析出，也将生长为片状形态，这样就不能完全保证最终得到团絮状石墨。

可锻铸铁成分控制的原则是既要保证铸件在一般冷却条件下获得白口组织，又要有利于退火时渗碳体的分解和石墨的团絮化。为此，可锻铸铁的成分必须具有较低的碳当量，一般为w_C=2．4%～2．8%和w_Si=0．8%～1．4%，锰含量一般为w_Mn=0．3%～0．6%，珠光体可锻铸铁的锰含量可适当提高至w_Mn=1．0%～1．2%，此外，w_Cr≤0．06%，w_S≤0．18%，w_P≤0．20%。为了保证可锻铸铁在铸态冷凝时白口化，而退火时又能尽快地石墨化，生产中还对其进行孕育处理。常用硼-铋、铝-铋等作为复合孕育剂。

可锻铸铁根据化学成分、热处理工艺、性能和组织不同可分为黑心可锻铸铁(铁素体可锻铸铁)、珠光体可锻铸铁及白心可锻铸铁三类。目前我国生产以黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁为主。

可锻铸铁的显微组织取决于石墨化退火工艺。黑心可锻铸铁是将白口铸铁在中性介质中加热至950～1000℃长时间保温，使珠光体全部转变为奥氏体，渗碳体在此温度下完全分解，形成团絮状石墨(第一阶段石墨化);然后将铸件从高温随炉缓慢冷却，以便从奥氏体中析出二次石墨(中间阶段石墨化);当温度降至共析温度范围(750～720℃)时，以极缓慢的速度(3～5℃/h)通过该温度区间，析出共析石墨(第二阶段石墨化)，最终得到铁素体基体的可锻铸铁。这种铸铁具有如下的断口特征:心部由于在铁素体基体上分布着大量的团絮状石墨而呈暗灰色;表层因长时间退火脱碳而呈灰白色，故有“黑心可锻铸铁”之称。黑心可锻铸铁石墨化退火工艺如图8-6所示。

图8-6　黑心铁素体可锻铸铁石墨化退火工艺曲线

如果铸铁在第一阶段和中间阶段石墨化之后，冷速较快，使共析渗碳体来不及分解，则退火后的组织为珠光体基体上分布着团絮状的石墨，称为珠光体可锻铸铁。铁素体可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的显微组织如图8-7所示。

图8-7　可锻铸铁显微组织

白心可锻铸铁(亦称脱碳可锻铸铁)是将白口铸铁在900～1000℃的氧化性介质中长时间退火得到的。白口铸铁在氧化性介质中长时间退火氧化脱碳后，其正常组织应为铁素体，石墨量很少。但实际生产中却往往因脱碳不完全而使其组织分布不均匀，铸件中心由于脱碳不充分，基体组织为珠光体(并有少量渗碳体)，表层由于易氧化，脱碳充分为铁素体。铸件由中心到表面，珠光体和团絮状石墨的量都逐渐减少，而铁素体量逐渐增多，在最外层没有石墨。这种铸铁的断口特征是中心呈灰白色，表层呈暗灰色，故称“白心可锻铸铁”。我国以生产铁素体可锻铸铁为主，同时也生产一部分珠光体可锻铸铁。至于白心可锻铸铁，由于其韧性较差，退火周期太长，同时为了充分脱碳，铸件又不能太厚，故应用较少。