鑄鐵的結晶

鑄鐵的種類較多，按碳在鑄鐵件的存在形式分白口鑄鐵件、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵。其中白口鑄鐵中的碳以化合態（Fe3C）存在；灰口鑄鐵中的碳以游離態（石墨）存在；麻口鑄鐵中的碳以上述兩種形式存在。灰口鑄鐵以石墨形狀又可分為片狀石墨的灰鑄鐵、球狀石墨的球墨鑄鐵，團絮狀石墨的可鍛鑄鐵和蠕蟲狀石墨的蠕墨鑄鐵。鑄鐵在結晶過程中碳以石墨形式析出的過程稱為石墨化。灰鑄鐵和球墨鑄鐵等有較高含量的碳和硅，在冷卻速度較慢時，鑄鐵的結晶按鐵-石墨相圖進行，碳以石墨形式析出。但對于白口鑄鐵，由于其碳、硅含量較低、冷卻速度很快，所以其結晶將按Fe-Fe3C相圖進行，碳以Fe3C形式析出鑄鐵從液相線開始到固相線結束的結晶過程為一次結晶。白口鑄鐵一次結晶后形成奧氏體加滲碳體（Fe3C）組織。而灰鑄鐵完成一次結晶后得到奧氏體加片狀石墨的組織。由于灰鑄鐵共晶轉變時析出片狀石墨和奧氏體的共晶體近似球狀，又稱這個共晶體為共晶團。同樣球墨鑄鐵一次結晶的組織為奧氏體和球狀石墨，也形成奧氏體加球墨的共晶團。由此可知，共晶團的大小、數目對鑄鐵的組織和性能有很大影響，即共晶團的尺寸愈小、數量愈多，則石墨片或球愈細小，鑄鐵的機械性能愈高。因為石墨本身的機械性能極差，鑄鐵組織中的石墨好似空洞和缺口，尤其是片狀石墨的尖角處，極易成為應力集中處，會降低灰鑄鐵的抗拉強度，并使其塑性近似于零。鑄鐵一次結晶完成后，在隨后的冷卻過程中所發生的組織轉變稱為鑄鐵的二次結晶。主要是奧氏體將發生如下的轉變：固溶在奧氏體中的碳，隨著溫度的下降不斷析出，并沉積在已有共晶石墨上。繼續冷卻到共析溫度以下時，奧氏體將發生共析轉變。轉變產物決定于具體條件，即當鑄鐵的石墨化傾向較大、冷卻速度較慢時，按鐵-石墨相圖進行轉變，石墨能充分析出，奧氏體將轉變為鐵素體和石墨，共析石墨也沉積在已有石墨上；當鑄鐵的石墨化傾較小，冷卻速度較快時，按Fe-Fe3c相圖進行轉變，石墨不易析出，奧氏體將轉變為珠光體；當鑄鐵中的奧氏體在共析轉變時，雖析出一些石墨但不充分時，則會轉變為鐵素體加球光體加石墨。