鑄鐵石墨形成機(jī)理探討PPT

1、關(guān)于鑄鐵石墨形成機(jī)理探討第一張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.鑄鐵的分類及石墨化過(guò)程2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理4.蠕墨鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第二張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形態(tài)不同，通?？蓪㈣T鐵分為白口鑄鐵（Fe3C）、灰口鑄鐵(石墨)及麻口鑄鐵?；铱阼T鐵中，根據(jù)石墨的形態(tài)不同分為 普通灰鑄鐵 可鍛鑄鐵 球墨鑄鐵 蠕墨鑄鐵 1.鑄鐵的分類及石墨化過(guò)程1.1鑄鐵的分類第三張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1、石墨為穩(wěn)定相，具有特殊的簡(jiǎn) 單六方晶格，石墨的強(qiáng)度、硬 度和塑性都很差。 2、可以直接析出石墨； 3、F

2、e3C在一定條件下分解為 鐵素體和石墨， 即：Fe3C3Fe+G（石墨）。 1.2.1 鑄鐵中的石墨1.2 石墨化過(guò)程及其影響因素：石墨結(jié)構(gòu)第四張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 鐵碳合金的結(jié)晶實(shí)際上存在兩種相圖，即Fe3C-Fe和Fe-G相圖，鐵碳合金結(jié)晶條件不同可以全部或部分地按照其中的一種或另一種相圖進(jìn)行結(jié)晶。1.2.2 Fe-G相圖1.2石墨化過(guò)程及其影響因素：第五張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月兩個(gè)相圖的比較：FeFe3C相圖FeG相圖共晶溫度11481154共析溫度727738S點(diǎn)0.77%0.68%E點(diǎn)2.11%2.08%C點(diǎn)4.30%4.26%第六張，PPT共

3、二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.2.3 石墨化過(guò)程 鑄鐵組織中石墨的形成叫“石墨化” 過(guò)程。第一階段: Lc AE+G 共晶石墨 第二階段: A G 二次石墨 第三階段: AS Fp+G 共析石墨1.2石墨化過(guò)程及其影響因素：第一階段第二階段第三階段第七張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 第一、二階段石墨化完全進(jìn)行 C主要以石墨存在 第三階段石墨化完全進(jìn)行 F基體+石墨 第三階段石墨化部分進(jìn)行 P+F基體+石墨 第三階段石墨化沒有進(jìn)行 P基體+石墨 第一、二階段石墨化部分進(jìn)行 第三階段石墨化沒有進(jìn)行 石墨與Fe3C共存 第一、二階段石墨化沒有進(jìn)行 第三階段石墨化沒有進(jìn)行 C以Fe3C

4、形式存在冷速慢快灰口鑄鐵麻口鑄鐵白口鑄鐵1.2.4 石墨化程度與鑄鐵分類1.2石墨化過(guò)程及其影響因素：第八張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 碳當(dāng)量，時(shí)間 有利于石墨化 冷速慢 促進(jìn)石墨化 冷速快 抑制石墨化1.2.5 影響石墨化的因素 化學(xué)成分：C、Si促進(jìn)石墨化元素 Mn、S阻礙石墨化元素 冷卻速度： WC+Wsi(%)1.2石墨化過(guò)程及其影響因素：第九張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月A型D型C型B型F型E型金相組織特點(diǎn)及對(duì)性能的影響灰鑄鐵主要石墨形態(tài)2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第十張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月A型石墨 A型石墨是在石墨的成核能力較強(qiáng)，冷卻速

5、度較慢，共晶轉(zhuǎn)化在很小的過(guò)冷度下進(jìn)行時(shí)形成的片狀石墨。 1.低的過(guò)冷度2.足夠的形核核心有論文認(rèn)為，共晶度較小的情況下，強(qiáng)脫氧元素Al和Zr在孕育前進(jìn)行0.007%0.010%的預(yù)處理對(duì)石墨形態(tài)控制明顯有利2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第十一張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月B型石墨 B型石墨呈放射狀，其實(shí)質(zhì)上是中心部分由D型石墨組成，放射狀的外圍則為A型石墨。 共晶團(tuán)的中心部分形成過(guò)冷（D型）石墨，隨著結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，在共晶轉(zhuǎn)變中釋放出結(jié)晶潛熱向周圍散出，導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)冷度降低，故外層石墨生長(zhǎng)速率延緩，石墨片又逐漸長(zhǎng)成了片狀，而且沿著熱流的方向長(zhǎng)成了輻射狀。再進(jìn)一步向外發(fā)展時(shí)，由于熱流已不

6、再有明顯的輻射方向性，故外圍又長(zhǎng)成了蜷曲的片狀A(yù)TYPE石墨。B型=A型+D型2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第十二張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月C型石墨 C型石墨是在碳當(dāng)量很高（過(guò)共晶），冷卻速度很慢的情況下出現(xiàn)的粗大石墨形態(tài)。 容易產(chǎn)生C型石墨的兩種情況： 一是生鐵遺傳性因素引起形成C型石墨，電爐本身過(guò)熱溫度低，生鐵中的粗大石墨不能完全熔化。 二是部分增碳劑進(jìn)入鑄件型腔隨其余鐵水一起結(jié)晶凝固，這部分石墨就起到了過(guò)共晶成分鐵液先析出的初生石墨的作用。2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第十三張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月D型石墨 D型石墨形態(tài)特征是在奧氏體枝晶間分布著大量細(xì)小而無(wú)

7、一定方向性的近似點(diǎn)狀石墨。 這是由于鐵水缺乏形核因子或孕育效果的影響、或鑄件本身壁薄同時(shí)澆注后冷卻速度非?？?，造成結(jié)晶過(guò)冷度變大，這樣的情況下鑄件中先析出了奧氏體，同時(shí)過(guò)冷度較大，導(dǎo)致奧氏體枝晶生長(zhǎng)，將鐵液分割，但二次枝晶發(fā)育不完全，因此石墨無(wú)一定的方向性。過(guò)冷石墨2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第十四張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月E型石墨 E型石墨形態(tài)特征是在奧氏體枝晶間分布著大量細(xì)小片狀石墨呈方向性分布。 E型石墨的形成機(jī)理與D型石墨相似，但是過(guò)冷度較D型較小，奧氏體枝晶細(xì)密，同時(shí)二次枝晶近于同時(shí)完成。二次枝晶具有方向性，與結(jié)晶潛熱方向相同。同時(shí)由于過(guò)冷度不是很大，石墨生長(zhǎng)成為片狀

8、。2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第十五張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F型石墨 F型石墨是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中所特有的，其特點(diǎn)是在星型石墨上分布著許多小的石墨片（這些小石墨片呈A型分布）。 F型石墨實(shí)質(zhì)上亦是過(guò)共晶石墨，是高碳鐵水在較大過(guò)冷條件下生長(zhǎng)的。星型石墨可以認(rèn)為是相當(dāng)于C型中的初生石墨，小片狀A(yù)型石墨在其上沿結(jié)晶潛熱方向生長(zhǎng)。F型=A型+C型2.灰鑄鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理第十六張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.1 球鐵主要石墨形態(tài)第十七張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.2 球墨鑄鐵微觀凝固過(guò)程球墨鑄鐵凝固過(guò)程主要分

9、為三個(gè)階段 (1)石墨初始形態(tài)形成階段 大量的石墨球首先在液相中析出(2)奧氏體殼層形成階段 隨著熔體溫度的下降，先析出石墨長(zhǎng)大，由于石墨的生長(zhǎng)速度大于 C 在液體中的擴(kuò)散速度，較大的石墨球周圍出現(xiàn)貧碳層，在石墨周圍有奧氏體殼層形成。(3)石墨和奧氏體離異生長(zhǎng)階段 隨著奧氏體殼層的形成，奧氏體外延生長(zhǎng)，并在液相中長(zhǎng)大；奧氏體的結(jié)晶析出又會(huì)促進(jìn)新的石墨球狀初始形態(tài)在液相中形成。第十八張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.2 球墨鑄鐵微觀凝固過(guò)程目前主要的物理模型來(lái)解釋球墨鑄鐵的凝固過(guò)程多球模型（大多數(shù)）單球模型G. Rivera 等人提出的一個(gè)新的凝固模型。在模

10、型中每個(gè)凝固單元為有枝晶結(jié)構(gòu)和許多石墨球的一個(gè)共晶奧氏體晶粒。第十九張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.2 球墨鑄鐵微觀凝固過(guò)程球墨鑄鐵凝固的特點(diǎn)為糊狀凝固 這是由于球墨鑄鐵的成分在共晶點(diǎn)附近，凝固斷面上液-固兩相區(qū)寬，當(dāng)包圍石墨的奧氏體臨近接觸時(shí)，尚未凝固的液態(tài)金屬被分割成一個(gè)個(gè)小的連續(xù)熔池，失去了補(bǔ)縮通道，呈現(xiàn)出糊狀狀態(tài)。糊狀凝固是球墨鑄鐵的固有屬性。這也是產(chǎn)生縮松的根本原因。 與灰鑄鐵凝固的主要區(qū)別在于球墨鑄鐵的凝固方式為非共晶共長(zhǎng)方式。 石墨長(zhǎng)大進(jìn)入共晶階段后，奧氏體殼已經(jīng)形成，C 原子由鐵水通過(guò)固態(tài)的奧氏體殼擴(kuò)散到石墨球上，同時(shí) Fe 原子由石墨-

11、奧氏體界面處擴(kuò)散出去，這一過(guò)程比 C 原子在鐵水中的擴(kuò)散速度要慢的多，因此球墨鑄鐵的共晶凝固時(shí)間長(zhǎng)。第二十張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.3 石墨的球化機(jī)理 石墨核心探究 石墨球核心形貌各異，有球形、片狀以及錐形。石墨球異質(zhì)核心多數(shù)為單核心，但也存在少量雙重和多重核心結(jié)構(gòu)。核心的尺寸在微米級(jí)別，約為0.67 m。 石墨球核心物質(zhì)主要是硫化物、氧化物及碳化物，它們中的一種或多種化合物共同構(gòu)成石墨球異質(zhì)核心。MgS、 MnS、 CaS、FeS、SiO2、MgO、SiC、TiC第二十一張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.3

12、石墨的球化機(jī)理 自球鐵問(wèn)世以來(lái)，出現(xiàn)了很多解釋球化現(xiàn)象的理論，但是到目前為止球狀石墨的形成機(jī)理還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，以下為主要的幾種理論。石墨結(jié)構(gòu)第二十二張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.3 石墨的球化機(jī)理 沿a面長(zhǎng)大速度快會(huì)增大片狀面積，沿c面長(zhǎng)大速度快會(huì)增大石墨厚度。當(dāng)vavc最終會(huì)形成片狀石墨，當(dāng)va=vc 或vavc則會(huì)形成球狀石墨。 表面活性元素如氧、硫等富集吸附在石墨棱面降低了該面界面張力和界面能，加速石墨沿棱面a軸的生長(zhǎng)速度，球化元素能夠脫硫脫氧，遏制促進(jìn)c軸生長(zhǎng)速度，從而形成球狀石墨。界面能說(shuō)第二十三張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3

13、.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.3 石墨的球化機(jī)理 與界面能說(shuō)相同，同樣認(rèn)為活性元素阻礙了石墨的球狀生長(zhǎng)，但強(qiáng)調(diào)了Mg、稀土元素具有脫氧脫硫的作用之外，還具有使C軸生長(zhǎng)強(qiáng)烈分支的作用。促使石墨呈“小角簇”螺旋晶方式生長(zhǎng)。 位錯(cuò)學(xué)說(shuō)第二十四張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.3 石墨的球化機(jī)理 鐵液中存在氣泡，這些氣泡界面是最容易形成石墨結(jié)晶的位置。由于石墨的晶格結(jié)構(gòu)，沿氣泡界面形成板狀晶，如果板狀晶的生長(zhǎng)前沿相互干涉，則該處形成石墨的晶界，再向氣泡內(nèi)側(cè)進(jìn)一步生長(zhǎng)板狀晶；上述過(guò)程反復(fù)進(jìn)行。形成了球狀石墨。 氣泡學(xué)說(shuō)第二十五張，PPT共二十八頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.球鐵石墨特點(diǎn)及形成機(jī)理3.3 石墨的球化機(jī)理 鐵液經(jīng)過(guò) Mg 處理后表面張力有很大的增加。增加鐵水表面張力可以促使石墨球的形成。但不能解釋經(jīng)過(guò)鋁脫氧處理后的鐵水，石墨不呈球形。但說(shuō)明一定的表面張力是得到球狀石墨的必要條件。 表面張力學(xué)說(shuō) 現(xiàn)在的研究人員研