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铸铁的金相组织

2013/1/16 9:11:18

^{铸铁的金相组织}

铸铁的主要合金元素是碳。碳在铸铁内的形式是决定铸铁材料性质的主要因素。其它合金元素的加入量以及制造过程之变量亦能有效地控制铸铁之机械性质，但是其控制的主因是维系在这些因素如何影响碳的凝固模式的作用上。

在熔液状态下，有大量的碳会溶解在铁液中，且溶解的碳量随着熔液温度的上升而增加。在凝固过程中，碳的溶解度显着下降，因此析出碳。

在固态状况下，碳可能以三种不同的型式存在；以石墨型式，或以碳化物型式──一种铁、碳化合物，或固溶在铁中，碳的存在型式是决定机械性质的主要因素，其受到碳及其它元素之含量，以及冷却速度的影响。

如果冷却速度快，或铸铁中含有碳化物稳定元素，如：铬，其含量超过石墨化元素（如碳和硅）之量，则碳将以碳化物型式存在。碳化物是－－铁和碳的化合物，其化学组成是Fe₃C。碳化物的硬度很高，材质很脆，不容易被加工。惟有当铸件需要非常高的耐磨性时，此碳化物才是需要的。当铸铁中不含碳化物稳定元素，碳化物可在大约1600-1800F(871-982C)温度范围退火数小时而分解为铁和石墨。

铸铁内通常含有石墨，而石墨的形状又是决定铸铁性质的重要因素。灰口铸铁的石墨形状呈现长、细的片状。此种片状石墨使得脆弱的石墨平面延伸整个铸铁，因而降低灰口铸铁的强度。

在展性铸铁中，石墨以不规则的形状存在，即所谓的回火碳。此种石墨形状使得石墨妨碍金属基地连续性的程度降低。展性铸铁内之回火碳是白口铸铁经长时间高温退火所形成的。退火处理使得碳化物分解为铁和石墨。

球状石墨铸铁是经由镁处理所获致的。球状石墨组织使石墨阻碍金属基地的连续性降至最低程度。结果提高了材料的强度和延伸性。本书的主要目的就是以图例说明球墨铸铁之典型金相组织。

虽然上面谈到在凝固过程中会有大量的碳析出，但是在高温时仍会有大量的碳固溶在铁中。此残留碳在铁基地内的最后分布情形决定了大部份球墨铸铁的性质。如同在凝固过程中有大量的碳原子析出一样，在1400-1500F(760-815C)的温度范围，碳的固溶度显着地下降。在上述温度范围的冷却过程中，碳原子会重新排列组合。在高温状态下的沃斯田铁变态会为低温的肥粒铁，在此变态过程中，碳从沃斯田铁中析出，而形成各种不同的型式，其主要决定于铸铁中所含的合金元素及冷却速度。

当低合金铸铁由1450F(788C)以上温度徐冷时，在基地内之碳原子会渗透至既存的球状石墨颗粒上，而形成石墨。结果，铸铁的组织包含肥粒铁和球状石墨。当冷却速度较快，或是含有一些合金元素时，肥粒铁之大量变态将受到阻碍。因此，碳将局部析出而形成波来铁。波来铁是由肥粒铁和雪明碳铁层层排列的组织。适中的冷却速度将形成各种不同比例的肥粒铁和波来铁。

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