铸件的⾦相检测
第三章铸件的⾦相检测
⼀、铸件⾦相检测的意义；
暗访摄像包⼆、铸铁的材质分类；
1. 灰⼝铸铁；
2. 球墨铸铁；
3. 蠕墨铸铁；
三、铸件的⾦相检测；
1. 铸件的实体取样；
2. 实体取样设备的操作及点检；
3. ⾦相试样的制作；
4. ⾦相检测及⾦相检测设备的应⽤与保养；
4.1⾦相检测设备的介绍；
4.2 OLYMPUS⾦相显微镜及⾦相影像分析软件的应⽤；
4.3基恩⼠体式显微镜的应⽤；
4.4Leica CTR6000⾦相显微镜及其图像分析的应⽤；
四、铸件中常见的冶⾦缺陷；
五、XX各种材质⾦相⽰例；
铸件的⾦相检测
⼀、⾦相检测的意义：
铸铁⼒学性能的⾼低是由其⾦相组织所决定的，所以铸件⾦相的检测对铸件材质的检测具有重要意义。
铸铁是以铁元素为基的含有碳、硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合⾦，但其中对铸铁的⾦相组织起决定作⽤的主要是铁、碳和硅，故合⾦相图是分析合⾦⾦相组织的有⽤⼯具。
---详细资料《⾦属学与热处理》
1、合⾦相图中的基本相
在铁碳合⾦相相中的基本相主要有⽯墨、铁素体，珠光体，马⽒体，渗碳体，奥⽒体等等，以下分别介绍。 铁素体：是碳溶于α铁中的间隙固溶体，为体⼼⽴⽅晶格，常⽤符号为F或α。
珠光体：是铁素体和渗碳体组成的混合物，可分为⽚层状珠光体和球状珠光体，常⽤符号为P。
马⽒体：是奥⽒体组织经过热处理降温到190~170℃时冷却转变⽽来，常⽤符号为M。
渗碳体：是铁与碳形成的间隙化合物，常⽤符号为C m。
奥⽒体：是溶于γ铁中的间隙固溶体，常⽤符号为A。
⽯墨：是碳以游离状态存在的⼀种形式，它与天然⽯墨没有什么差别，常⽤符号为G。
2、铁－碳双重相图及其分析
对铸铁合⾦长期使⽤与研究的结果，⼈们得到了如图2﹣1所⽰的铁碳合⾦双重相图，即Fe－Fe3C介稳定系相图与Fe－C（⽯墨）稳定系相图，分别以实线和虚线表⽰。表2﹣1为图中各临界点的温度及含碳量。 图2-1 铁－碳相图
G－⽯墨Fe3C－渗碳体
洗手液机表2﹣1 铁碳相图各临界点的温度、成分
从这⾥看出，在稳定平衡的Fe－C相图中的共晶温度和共析温度都⽐介稳定平衡的⾼⼀些。共晶温度⾼出6℃，共析温度⾼出9℃，这是容易理解的。如图2﹣2的⽰意图所⽰，共晶成分的液体的⾃由能和共晶莱⽒体(奥⽒体加渗碳体)的⾃由能都是随着温度的上升⽽减低的，这⼆条曲线的交点就是共晶温度T c。已知稳定平衡的奥⽒体加⽯墨两相组织的⾃由能总是⽐莱⽒体的低些，即这条曲线⼀定在莱⽒ 体曲线的下⽅，因⽽它和液体曲线的交点T c1(表⽰稳定系的共晶温度)就⼀定⽐T c⾼些。关于共析转变温度问题，亦与共晶温度的讨论相似。
图2﹣2 铸铁中各种组成体的⾃由能随温度⽽变的⽰意图由于共晶转变和共析转变都是恒温转变，所以稳定平衡相图中的共晶线E′C′F′要和BC线交于C′，与JE线交于E′。显然C1和E1的含碳量(分别为4.26%及2.10%)就要⽐C、E的(分别为4.30%及
2.14%)低些；稳定平衡共析线P′S′K′要和GS线交于S′，其含碳量
(0.69%)要⽐S(0.760%)低些，和GP线交⼲P′，其含碳量⽐P点(0.034%)略低，可以略⽽不计。因此，E′C′F′、E′S′、P′S′K′各线由于转变温度较⾼，含碳量较低，就分别落在ECF，ES和PSK的上⽅或左上⽅。⽯墨的熔点D′⾼达4000℃左右，所以C′D′线亦在CD线的左上⽅。分别把这些线段画在Fe－Fe3C相图上，就构成了双重相图。逃生系统
在共晶温度时和⽯墨平衡的奥⽒体中的合碳量(相当于E′)⽐和渗碳体平衡的奥⽒体中的合碳量(相当于E) 亦要低些。
在铸造⽣产实际中，经常会碰到这样的问题：⽤相同化学成分的铁液，浇注不同壁厚的铸件时，或⽤
冷却速度不同的铸型时，会得到灰⼝或⽩⼝断⾯的铸件，这和双重相图有何联系？简要地说，这是由于冷却速度不同⽽导致共晶凝固温度的⾼、低不同所致，如在T c1以下，T c 以上凝固时，⼀般可得灰⼝，如过冷⾄T c以下凝固时，则有可能进⾏奥⽒体加渗碳体的结晶(形成⽩⼝断⽽)。这样就把双重相图和⽣产实际问题联系起来了。
另外，除冷却速度外．化学成分对铸铁组织的形成亦会发⽣很⼤的影响，其中尤以硅(除碳以外)的影响为最⼤，因此，必须要使⽤Fe-C-Si三元相图才能解释，但为简便计，常⽤三元相图的等硅切⾯图分析问题。
3、铁⼀碳⼀硅准⼆元相图
铸铁中硅的含量⼀般在0.8%-3.5%的范围内变动(特殊铸铁除外)。⽬前还是常⽤⼀定含硅量的铁⼀碳⼀硅三元垂直截⾯图来分析铸铁中碳、硅含量对结晶过程和组织的影响。
在铁⼀碳⼀硅三元合⾦中，⾼碳相亦有可能以⽯墨和渗碳体两种形式出现，相应地就有铁⼀⽯墨⼀硅和铁⼀渗碳体⼀硅两种准⼆元相图。
对⽐Fe—G和Fe—G—Si准⼆元相图，硅的作⽤有如下各点：
1) 共晶点和共析点含碳量随硅量的增加⽽减少。铁⼀⽯墨⼆元共晶合⾦含C4.26%，共析合⾦含C 0.6
9%，在三元系中含
Si2.08%时，其共晶和共析点含碳量则相应为3.65％及0.65%左右；含Si4.2%时则相应为3.15%及0.6%左右。E′点的合碳量也随着硅的增⾼⽽减少，亦就是碳在液体共晶合⾦以及奥⽒体固溶体中的溶解度减少了。
2) 硅的加⼊使相图上出现了共晶和共析转变的三相共存区(共晶区：液相、奥⽒体加⽯墨；共析区：奥⽒体、铁素体加⽯墨)。这说明铁⼀碳⼀硅三元合⾦的共析和共晶转变，不象铁碳⼆元合⾦那样在⼀个恒定的温度完成，⽽是在⼀个温度范围内进⾏，并且共析转变温度范围随着硅量的增加⽽扩⼤。
3)共晶和共析温度范围改变了，硅对稳定系和介稳定系的共晶温度的影响是不同的。随着含硅量的增加，两个共晶温度的差别扩⼤，即含硅量越⾼，奥⽒体加⽯墨的共晶温度⾼出奥⽒体加渗碳体的共晶温度越多。由于硅的增⾼，共析转变的温度提⾼更多，因此，有利于铁素体基体的获得。 4)硅量的增加，还缩⼩了相图上的奥⽒体区。硅量超过10%以后，奥⽒体区趋于消失。这对研究⾼硅耐酸铸铁的凝固过程及组织有参考意义。
以上各点，对分析铸铁的凝固过程、组织形成以及制定热处理⼯艺，都有实际意义。
⼆、铸铁的材质分类：
铸铁的材质多种多样，按⽯墨形态可将其分为：灰⼝铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等，以下分别作详细介绍:
1、灰⼝铸铁
1.1灰铸铁的⾦相组织特点
灰铸铁的⾦相组织由⾦属基体和⽚状⽯墨所组成。主要的⾦属基体形式有珠光体、铁素体、及珠光体加铁素体三种。⽯墨⽚可以不同的数量、⼤⼩、形状分布于基体中。此外，还有少量⾮⾦属夹杂物，如硫化物、磷化物等。
灰铸铁的⾦属基体与碳钢的⼀般基体相⽐没有多⼤区别，但由于灰铸铁内的硅、锰含量较⾼，它们能固溶于铁素体中使铁素体得到强化，硅的作⽤更⼤些。因此，铸铁中的⾦属基体部分的强度性能⽐碳钢的要⾼。
⽯墨是灰铸铁中的碳以游离状态存在的⼀种形式，它与天然⽯墨没有什么差别，其特性是软⽽脆，强度和密度极低，故常把灰铸铁看作为有⼤量微⼩裂纹或孔洞的碳钢。
灰铸铁内⽯墨的存在就构成了区别于其它结构材料的组织特点。
普通灰铸铁的⾦属基体是由珠光体与铁素体按不同⽐例组成的，其分布特征是铁素体⼤多出现在⽯墨的周围。⾼强度灰铸铁则主要是珠光体基体或索⽒体基体。
1.2灰铸铁的性能特点
在灰铸铁组织中，⽯墨与⾦属基体是决定铸铁性能的主要因素。⼀般说来，⽯墨是这两个因素中的主要⽅⾯。⽯墨的作⽤有⼆重性，有使⼒学性能降低的⼀⾯，但⼜能赋予铸铁具有若⼲优良性能的⼀⾯。灰铸铁的性能有如下的特点：
1.2.1强度性能较差
由于⽯墨⼏乎没有强度，⼜因为⽚端好像是存在于铸铁中的裂⼝，所以，⼀⽅⾯由于它在铸铁中占有⼀定量的体积，使⾦属基体承受负荷的有效⾯积减⼩；另⼀⽅⾯，在承受负荷时造成应⼒集中现象。前者成为⽯墨的缩减作⽤，后者称为⽯墨的缺⼝作⽤。
1.2.2硬度特点
在铸铁中，布⽒硬度和抗拉强度的⽐值很分散。同⼀个硬度时，抗拉强度有⼀个范围。同样，同⼀强度时，硬度亦有⼀个范围，这是因为强度性能受⽯墨影响较⼤，⽽硬度基本上只反映基体情况所致。
1.2.3较低的缺⼝敏感性
农用保水剂灰铸铁中由于有⼤量的⽯墨⽚存在，等于在内部存在有⼤量的裂⼝，因⽽就减少了对外来缺⼝对⼒学性能影响的敏感性。铸铁⽯墨⽚越粗⼤，对缺⼝越不敏感。随着⽯墨的细化或形状的改善，对缺⼝的敏感性就会提⾼。
1.2.4良好的减震性
灰铸铁内由于存在⼤量的⽚状⽯墨，它割裂了基体，因⽽阻⽌了振动的传播，并能把它转化为热能⽽发散。
1.2.5良好的减摩性
飓风数据这是因为在⽯墨被磨掉的地⽅形成⼤量的显微“⼝袋”，可以存储润滑油以保证使⽤过程
中油膜的连续性，并且⽯墨本⾝也是良好的润滑剂。
1.3灰铸铁中⽚状⽯墨的分类
由于凝固条件不同（指化学成分、冷却速度、形核能⼒等），灰铸铁中的⽚状⽯墨可出现不同的分布及尺⼨。GB7216—87把灰铸铁的⽯墨分为6种（见表2—2和图2—4），把⽯墨的长度分为8级。
表2—2 ⽯墨分布分类
图2—4 ⽚状⽯墨分布图
⽚状（A型）b) 菊花状（B型）c) 块⽚状（C型）d) 枝晶点状（D型）e)枝晶⽚状（E型）f) 星状（F型）
⽯墨长度分为⼋级，在未腐蚀的情况下放⼤100倍观察，分类如下：
备注：ISO标准将⽯墨分为五种类型将国标中F型归⼊C型中，⽯墨尺⼨也分为⼋级，如下图。
ISO945标准⽯墨类型图
ISO945标准⽯墨尺⼨等级图
1.4 XX灰铸铁材质分类（每种材质具体要求参见客户标准）：
分类包含材质代号
普通FC FC200、GG-25、G2500、PMS A.2.02/03、40028、40009、40033、40000、40800、1E0018、E4.01.132、CLASS 30A、CLASS 30B、CLASS 30C、0217-00
FC250、GG-30、G3000、PMS A.2.04、JED011M3、40001、40036、N-20170、EN-GJL-250、CLASS 35B、HES-03002、铸铁、0219-00、0219-95、
VIG 250/190A+SR
FC300、GG-35、G3500、CLASS 40B
低P NiCrMo CM-40051、FC-30NiCrMo ⾼P NiCrMo CM-40054
FC-CrMoCu PMS A.2.05
FC(含Cr) FC300(件号:708-2L-31411)、JED 011M3(⽑坯件号:9125600106、9125600116、9125600136)
1.5 灰铸铁材质⾦相检测⽰例：
灰铸铁的⾦相检测以客户材质规范的⾦相要求为依据，对⽯墨的类型，尺⼨等级基体的类型及含量进⾏分析：
如铸铁材质的检测：
⾦相要求：⽯墨：主要为A型，B、D or E型⽯墨应不⼤于10%，⽯墨等级应在3~5级；
基体：珠光体为主，铁素体和碳化物含量不超过5%；
注：⾦相检查点的壁厚应不⼩于15mm.
在材质检测时，要注意在腐蚀前观察⽯墨形态，腐蚀后观察基体组织即观察珠光体含量是否符合客户材质要求，并根据
GB/ISO/ASTM等相关标准作出判定，也可具体参见XX的⾦相对照图谱，如：
⽯墨类型:A
No.4~6
No Etching 100X
珠光体:99%
Etched 100X
2、球墨铸铁
2.1球墨铸铁的组织与性能特点
球墨铸铁的正常组织是细⼩圆整的⽯墨球加⾦属基体，在铸态条件下，⾦属基体通常是铁素体与珠光体的混合组织，由于⼆次结晶条件的影响，铁素体通常位于⽯墨球的周围，形成“⽜眼”组织，通过不同的热处理⼿段，可很⽅便地调整球铁的基体组织，以满⾜各种服役条件的要求。表3—1列出球墨铸铁的牌号及⼒学性能。
表3—1 球墨铸铁的⼒学性能
2.1.1 珠光体球墨铸铁
珠光体球墨铸铁是以珠光体基体为主，余量为铁素体的球墨铸铁，⼀般可在铸态或采⽤正⽕处理获得。
珠光体球铁的性能特点为强度和硬度较⾼，具有⼀定的韧性，⽽且具有⽐45号锻钢较优良的屈／强⽐、低的缺⼝敏感性和好的耐磨性。
2.1.2铁素体球墨铸铁的性能及应⽤
铁素体球墨铸铁指基体以铁素体为主，其余为珠光体的球墨铸铁，其性能特点为塑性和韧性较⾼，强度较低。
2.1.3混合基体型球墨铸铁的性能及应⽤
这种铸铁由于有较好的强度和韧性的配合，多⽤于汽车、农业机械、冶⾦设备及柴油机中⼀些部件，通过铸态控制或热处理⼿段可调整和改善组织中珠光体和铁素体的相对数量及形态与分布，从⽽可在⼀定范围内改善和调整其强度和韧性的配合。
2.1.4奥⽒体—贝⽒体球墨铸铁的性能及应⽤
与普通基体的球墨铸铁相⽐，它具有强度、塑性和韧性都很⾼的综合⼒学性能，显著优于珠光体球墨铸铁，也优于传统的经调质处理的球墨铸铁。还具有⽐普通球墨铸铁⾼的冲击韧性及抗点蚀疲劳能⼒，尤其具有⾼的弯曲疲劳性能和良好的耐磨性。
2.2球墨铸铁的球化分级及评定：
2.2.1⽯墨⾯积率的计算
⾯积率可以⽤图像分析仪直接测定，也可以⽤其他近似⽅法测定，确定外接圆时，⼀般以⽯墨的最⼤投影长为直径。
车型识别系统⽯墨⾯积率按下式计算：
按⽯墨的⾯积率划分⽯墨形态，⾯积率⼤于或等于0.81为球状⽯墨，⾯积率0.80-0.61
位团状⽯墨，⾯积率0.60-0.41为团絮状⽯墨，⾯积率0.40-0.10为蠕⾍状⽯墨，⾯积率⼩于0.10为⽚状⽯墨。根据⽯墨形态及其分布和球化率，将球划分为六级，如下表：
球化分级图
图1 图2
图3 图4
图5 图6
2.2.1⽯墨球化率的计算
计算公式：
根据下表将⽯墨的⾯积率换算成每颗⽯墨的球状修正系数，按上⾯的公式即可算出⽯墨的球化率。
2.2.2⽯墨⼤⼩分级
球墨铸铁的⽯墨⼤⼩分为六级，见下表：
⽯墨⼤⼩分级图
图7 图8
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