第二章 铸铁的结晶凝固特性.pptVIP

* 铸铁能否进行石墨化除了取决于热力学条件外，还取决于和石墨化有关的动力学条件。 从结晶的形核和长大过程的动力学条件来看都是有利于渗碳体的形成,且当过冷度增大时,动力学的影响表现得更强烈. 金属结晶过程中，浓度起伏 是在均匀的合金液体中存在的短程的、时起时伏的成分不均匀现象。 * 硅也是铸铁中的重要元素，对组织和性能影响较大 以准二元相图为例（等Ｓｉ％量截面），对比Ｆｅ－Ｇ相图 * 10％后奥氏体区可能消失——高硅耐酸铸铁 * 两个系统：稳定系和介稳定系 五个要素（温度和Ｃ％） ＋、－（注：有些元素对两系统的影响不一） * 通过ＣＥ和Ｓｃ可判断力学性能及铸造性能的优劣。 * 上节：相图，成分 本节：各相如何形核与长大 画相图 * 液相线温度以上，铁液处于全液态 冷却到液相线温度以下时，奥氏体枝晶开始析出并长大 共晶反应后，液相中形成共晶团，而向奥氏体枝晶还继续长大 * * 钢筋混凝土 A-奥氏体，i-铁水；c-中心，e-边缘 * * 石墨化元素在初期尽量溶于奥氏体中以降低奥氏体中含碳量 * * 凝固率：铁液中出现固相的体积百分数 * 合金元素对初析奥氏体枝晶的影响还有待于深入研究，尤其是对成核的研究更少。 * 热处理法和着色法皆是利用奥氏体与其周围组织的成分不均匀性 * * * 要点：初生相、新共晶团的生成 * 要点：初生相、新共晶团的生成 * （δ →0） * 细化共晶团－－孕育处理 * 球铁生产过程要求脱Ｓ脱Ｏ，在防表面活性元素在石墨表面富集而a向生长成片状 * * 芯部——Ｃａ－Ｍｇ或Ｃａ－Ｍｇ－Ｓｒ的硫化物，外壳——具有尖晶石结构的Ｍｇ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｔｉ氧化物 * * Q2.为什么是共生共长？ ——与晶体形态有关 石墨（0001）面可作为γ（111）基面而促使γ形核 石墨片的端部始终凸出在外，伸向熔体之中（即领先相），保持着领先向熔体内生长和分枝的态势。 共晶团——以Ｇ为中心，两相共生的晶粒 要点：初生相+新共晶团的生成 ①灰铸铁共晶团结构特点 同一个共晶团内，石墨相连 不同共晶团间，石墨相互嵌插 →影响力学性能（切割基体） （２）共晶团的结构和影响因素 ②共晶团大小对性能的影响 共晶团细化→晶界夹杂↓，白口倾向↓ →性能↑ 石墨析出→共晶石墨化膨胀→（若铸型刚度不够）易缩孔缩松→强度↓ 耐压件不易做，要求—— 　共晶团细化＋铸型刚度大＋工艺出品率高 ③影响共晶团的因素 形核核心 孕育处理→可供形核的核心↑ →细化 长大速度 过冷度↑ →抑制共晶团生长→细化 小　结 亚共晶灰铸铁在稳定系的一次结晶过程 　——初生奥氏体的形成 　——石墨与奥氏体共生共长的共晶转变 若为过共晶成分，则包括先析出石墨相及随后的共晶转变，不同之处在于共晶团可依附在初晶石墨上析出，故组织为粗大的初生石墨及较多和较粗的共晶石墨。 ２、石墨的晶体结构及片状长大 （１）晶体结构 ——六方晶格结构 　　　密排面（0001） 　　　密排方向［1010］ 　　　晶向a［1010］ 　　　晶向c［0001］　 （２）石墨的生长—— 晶体结构——a向（密排方向） 石墨与铁液界面能—— c向（界面能小） 晶体缺陷——a向+c向（螺旋位错，旋转晶界） 杂质元素——a向（Ｓ、Ｏ等表面活性元素） 石墨形态取决于两向生长速度 a向c向　　　　　a向c向　　　a向＝c向 　片状　　　　　　蠕虫状　　　　球状 三种石墨形态金相组织 片状石墨组织 蠕虫状石墨组织 球状石墨组织 ３、球状石墨的形成过程 （１）形成条件 真空熔炼中无杂质则易形成球状石墨； 一般铸铁Ｓ，Ｏ0.02％易形成球状石墨； 铁水中加Mg、RE时易形成球状石墨； 铁水中有干扰元素，易得到异形石墨； 快冷也易得到球状石墨； 充分孕育后，球状石墨变多，变小，变圆整； …… 实践现象 归纳条件—— 杂质元素含量要低（尤其是Ｓ和Ｏ） 加入Mg，RE（有一定残留量） 较快的冷却速度（石墨核心↑） （２）形核 生产中观察和试验表明： 球状石墨是在共晶之前的熔体中直接产生的。 证据： 离心浇注时，石墨球可分离出来； 厚大铸件顶面有大量的石墨球； 液淬试验 …… （３）长大 直接在熔体中长大 ↓ 在奥氏体包围下形成牛眼状 ↓ 继续长大（慢） （４）一次结晶 熔体中石墨形核→长大→被奥氏体包围→离异共晶 共晶两相的形成在时间和场合上都不一致 （５）形成机理 核心说　（核心为双层的硫氧化物） 过冷说　（ ↑过冷→ ↑结晶速度→ ↓两向生长差异） 表面能说（球化元素对表面能的影响） 吸附说　（吸附球化元素后沿c向择优生长） 位错说　（两向生长） 气泡说　（石墨在球化后铁液中气泡内结晶成球状） 目前看法： 形核—— 　　气泡说，核心说