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1 铸铁组织1

1.1 铁碳合金相图和铁碳硅合金相图1

1.1.1 铁碳合金相图1

1.1.2 铁碳硅三元合金相图3

1.1.3 铸铁实际相变温度和成分3

1.2 合金热力学基础简要回顾6

1.2.1 合金相变的能量条件6

1.2.2 自由能-成分曲线6

1.2.3 过冷7

1.2.4 铸铁凝固组织形成过程中各相自由能变化7

1.2.5 新相形核9

1.2.6 溶液中组元活度10

1.2.7 铁水中碳的活度10

1.3 基本组成相12

1.3.1 石墨12

1.3.2 渗碳体18

1.3.3 奥氏体（γ相）20

1.3.4 铁素体21

1.3.5 珠光体22

1.3.6 贝氏体23

1.3.7 磷共晶23

1.4 铸铁组织的近代物理检测技术25

1.4.1 电子显微镜25

1.4.2 X射线衍射技术鉴定物相和探查晶体取向26

1.4.3 微区分析27

1.4.4 图像分析仪对材料组织进行定量分析28

参考文献29

2 液态铸铁结构30

2.1 液态金属结构30

2.2 合金的液态结构32

2.3 液态铸铁结构32

2.4 液态铸铁中的非匀质物质34

参考文献35

3 铸铁凝固36

3.1 石墨生成36

3.1.1 片状石墨生长36

3.1.2 球状石墨生长39

3.1.3 蠕虫状石墨生长41

3.2 初生相析出42

3.2.1 初生渗碳体析出42

3.2.2 初生奥氏体析出43

3.3 共晶转变47

3.3.1 共生区47

3.3.2 共晶组织基本类型49

3.3.3 铁碳合金共晶的非平衡凝固49

3.3.4 共晶团的形成50

3.3.5 片状石墨共晶团的生长速度52

3.3.6 共晶石墨的生长53

3.3.7 片状石墨共晶生长界面形貌55

3.3.8 球墨铸铁共晶凝固57

3.3.9 渗碳体共晶转变60

3.4 反白口现象62

3.5 铸铁凝固过程热分析63

3.5.1 铸铁冷却曲线63

3.5.2 微分热分析曲线64

3.5.3 根据冷却曲线判断铸铁组织65

3.5.4 热分析技术的其他应用66

3.6 铸铁显微组织的计算机模拟67

参考文献69

4 固态相变70

4.1 先共析相析出70

4.2 共析转变71

4.2.1 片状珠光体的层间距73

4.2.2 珠光体转变动力学73

4.3 铸铁热处理74

4.3.1 铸铁热处理特点75

4.3.2 铸铁在加热过程中的组织转变76

4.3.3 铸铁在冷却过程中的组织转变76

4.4 灰铸铁件热处理实践79

4.4.1 消减内应力处理79

4.4.2 石墨化退火80

4.4.3 正火80

4.4.4 淬火与回火81

参考文献82

5 孕育处理83

5.1 孕育处理概说83

5.2 铸铁孕育理论探讨84

5.2.1 孕育剂改变铁水中碳活度促进石墨化84

5.2.2 成为石墨形核基质的基本条件85

5.3 石墨形核基质87

5.3.1 硫化物作为石墨形核基质87

5.3.2 碳化物作为石墨形核基质89

5.3.3 二氧化硅作为石墨形核基质91

5.3.4 石墨微粒作为石墨形核基质92

5.4 孕育衰退现象93

5.5 孕育剂94

5.5.1 石墨化孕育剂95

5.5.2 稳定化孕育剂98

5.6 孕育剂的选用99

5.7 合理孕育99

5.7.1 铁水化学成分的影响100

5.7.2 熔炼方法和炉料的影响100

5.7.3 铁水温度的影响101

5.7.4 孕育剂加入方法的影响101

5.8 孕育效果评定102

参考文献103

6 熔炼104

6.1 铸铁中的氧104

6.1.1 氧对铸铁石墨化的影响104

6.1.2 氧在铁水中的行为105

6.2 铁水中的氮和氢107

6.2.1 氮在铁水中的行为108

6.2.2 铁水中的氢110

6.3 冲天炉熔炼111

6.3.1 合理送风112

6.3.2 燃料112

6.3.3 炉渣113

6.3.4 熔炼过程中铁水成分变化114

6.4 感应炉熔炼117

6.4.1 坩埚式感应电炉结构117

6.4.2 感应炉炉衬耐火材料118

6.4.3 炉衬捣固和烧结119

6.4.4 感应炉熔炼作业中的一些问题120

参考文献123

7 铸铁中的合金元素124

7.1 合金元素对凝固过程的影响125

7.2 合金元素对固态相变的影响127

7.3 碳化物形成元素的影响128

7.3.1 铬128

7.3.2 钒130

7.3.3 钼131

7.3.4 钛133

7.3.5 锰134

7.3.6 铌135

7.4 促进石墨化元素的影响136

7.4.1 镍136

7.4.2 铜138

7.4.3 硅139

7.5 微量元素的作用139

7.5.1 氮139

7.5.2 锡140

7.5.3 锑141

7.5.4 碲142

7.5.5 铋143

参考文献143

8 灰铸铁144

8.1 灰铸铁中的常存元素144

8.1.1 碳144

8.1.2 硅145

8.1.3 碳当量145

8.1.4 共晶度146

8.1.5 锰146

8.1.6 硫147

8.1.7 磷147

8.2 灰铸铁牌号及建议化学成分148

8.3 灰铸铁力学性能149

8.3.1 灰铸铁的断裂149

8.3.2 拉伸性能151

8.3.3 压缩性能153

8.3.4 弹性模量与滞弹性154

8.3.5 弯曲性能和扭转性能156

8.3.6 冲击性能157

8.3.7 疲劳性能158

8.3.8 断裂韧性158

8.3.9 硬度159

8.3.10 低温力学性能160

8.3.11 灰铸铁强度的提高161

8.4 铸铁的物理性质162

8.4.1 密度162

8.4.2 线胀系数162

8.4.3 质量热容163

8.4.4 熔化潜热163

8.4.5 热导率163

8.4.6 电导率164

8.4.7 磁性能164

8.5 铸铁的工艺性能165

8.5.1 铸铁件凝固方式166

8.5.2 铸铁的收缩性质167

8.5.3 收缩产生的体积缺陷169

8.5.4 铸造应力171

8.5.5 铁水流动性与充型能力172

8.5.6 铸件断面敏感性176

8.5.7 焊接性能178

8.5.8 切削性能180

8.6 D型石墨铸铁181

参考文献183

9 球墨铸铁184

9.1 球墨铸铁显微组织184

9.1.1 基体184

9.1.2 石墨185

9.2 化学成分187

9.2.1 常存元素对组织的影响187

9.2.2 球墨铸铁件化学成分的选择189

9.3 球墨铸铁力学性能189

9.3.1 球墨铸铁拉伸断裂189

9.3.2 拉伸性能191

9.3.3 压缩强度193

9.3.4 弹性模量193

9.3.5 扭转、剪切、弯曲强度193

9.3.6 硬度193

9.3.7 冲击功194

9.3.8 疲劳强度196

9.3.9 断裂韧性198

9.3.10 低温力学性能198

9.4 球化处理199

9.4.1 球化元素与干扰元素199

9.4.2 常用的球化剂201

9.4.3 球化处理的几种方法205

9.4.4 球化处理后铁水温度和成分的变化211

9.4.5 球化衰退现象212

9.4.6 球化剂加入量213

9.5 孕育处理213

9.6 异态石墨214

9.6.1 不规则石墨214

9.6.2 爆裂状石墨215

9.6.3 碎块石墨215

9.6.4 片状石墨和刺状石墨216

9.7 球墨铸铁件铸造217

9.7.1 球墨铸铁凝固特征217

9.7.2 球墨铸铁件缩孔的形成218

9.7.3 铸件补缩220

9.7.4 球墨铸铁铁水流动性与浇注系统221

9.7.5 球墨铸铁件特有的铸造缺陷221

9.8 热处理226

9.8.1 部分奥氏体化正火226

9.8.2 淬火226

9.8.3 等温淬火226

9.8.4 奥贝球铁227

9.8.5 高强韧球墨铸铁的氢损伤231

参考文献233

10 蠕墨铸铁234

10.1 蠕虫状石墨的形态特征234

10.2 蠕墨铸铁显微组织234

10.3 蠕虫状石墨的产生235

10.4 蠕化剂235

10.5 蠕化处理236

10.6 铸件化学成分选择237

10.7 蠕墨铸铁热处理237

10.8 蠕墨铸铁性能特点238

10.9 蠕墨铸铁的应用239

参考文献240

11 白口铸铁241

11.1 白口铸铁组织的形成241

11.2 非合金白口铸铁化学成分242

11.3 非合金白口铸铁变质处理243

11.4 非合金白口铸铁热处理244

11.5 合金白口铸铁244

11.6 合金白口铸铁中的碳化物245

11.7 锰、钨、硼白口铸铁246

11.8 铬白口铸铁247

11.9 高铬铸铁248

11.9.1 高铬铸铁的碳化物共晶248

11.9.2 高铬铸铁基体250

11.9.3 高铬铸铁中的合金元素251

11.9.4 高铬铸铁热处理基础255

11.9.5 热处理实践258

11.9.6 高铬铸铁件基本铸造性能262

11.9.7 铸造263

11.9.8 高铬铸铁件成分选择266

11.9.9 显微组织对高铬铸铁工作性能的影响269

11.9.10 高铬铸铁碳化物鉴别270

11.10 镍铬白口铸铁271

11.10.1 镍铬白口铸铁组织和成分272

11.10.2 Km TB Ni4Cr2铸铁273

11.10.3 KmTB Cr 9Ni5铸铁275

11.10.4 镍铬合金白口铸铁的应用278

参考文献278

12 可锻铸铁279

12.1 黑心可锻铸铁组织的形成279

12.1.1 渗碳体分解279

12.1.2 团絮状石墨在固相中形核280

12.1.3 石墨的生长281

12.1.4 基体组织282

12.2 可锻铸铁铸坯282

12.2.1 可锻铸铁化学成分282

12.2.2 可锻铸铁铸坯变质处理284

12.3 可锻铸铁的组织与力学性能284

12.4 石墨化退火286

12.5 珠光体可锻铸铁287

12.6 球墨可锻铸铁288

12.7 白心可锻铸铁289

参考文献290

13 耐蚀铸铁291

13.1 金属腐蚀291

13.2 金属耐蚀性291

13.3 铸铁的腐蚀292

13.4 耐蚀铸铁294

13.5 低合金耐蚀铸铁294

13.5.1 铜294

13.5.2 镍295

13.5.3 铬295

13.5.4 铝295

13.6 高合金耐蚀铸铁295

13.7 高硅耐蚀铸铁295

13.7.1 高硅耐蚀铸铁的化学成分297

13.7.2 高硅耐蚀铸铁耐蚀性能298

13.7.3 高硅耐蚀铸铁件的铸造301

13.8 高镍奥氏体耐蚀铸铁303

13.8.1 化学成分、组织和力学性能303

13.8.2 高镍奥氏体铸铁的抗蚀能力304

13.8.3 高镍奥氏体铸铁件生产工艺306

13.9 高铬耐蚀铸铁307

13.9.1 显微组织308

13.9.2 耐蚀性308

13.9.3 工艺性308

13.10 铝耐蚀铸铁309

参考文献310

14 耐热铸铁311

14.1 铸铁在高温下的性状变化312

14.1.1 铸铁氧化312

14.1.2 铸铁热生长313

14.1.3 铸铁高温静载强度313

14.1.4 蠕变314

14.1.5 热疲劳315

14.2 硅系耐热铸铁317

14.2.1 成分、组织与常温力学性能317

14.2.2 耐热性能318

14.2.3 高温力学性能318

14.2.4 应用319

14.3 铝系耐热铸铁319

14.3.1 化学成分、组织、常温力学性能319

14.3.2 抗氧化性与高温强度320

14.3.3 高铝铸铁应用321

14.4 铬系耐热铸铁322

14.5 高镍奥氏体耐热铸铁323

14.5.1 成分和性能323

14.5.2 高镍奥氏体铸铁的生产与应用325

参考文献326

15 冷硬铸铁327

15.1 化学成分对冷硬层组织和性能的影响328

15.1.1 常存元素的影响328

15.1.2 合金元素的影响330

15.2 冷硬铸铁应用实例——冷硬铸铁轧辊332

参考文献335