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本文介绍了铸铁中常见的金相组织，通过铸铁金相组织的检查，可以有效反映出铸铁机械性能的好坏，因此金相组织检验在铸铁质量检验起着关键作用。
一、概述
铸铁具有良好的铸造性、耐磨性、消振性和切削加工性，生产工艺简便，成本低廉。因此，其在工程机械中得到广泛应用，如用于制造床身、机架、箱体和轴承座等零件。铸铁一般可分为白口铸铁、灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。其中，灰口铸铁和球墨铸铁的应用最为广泛。
灰口铸铁：铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减震性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂承载铸件和耐磨件。
球墨铸铁：它和灰口铸铁相比，由于其石墨在组织中呈球状，减少了对基体组织的切割作用，因此比灰铸铁具有更高的强度、良好韧性和塑性及切削加工性。其和钢相比除塑性、韧性稍低外，其性能均接近，是兼有钢和铸铁优点的优良材料，在机械工程上应用广泛。在很多场合下其基本可以代替钢材。
铸铁的机械性能是其最基本、最重要的指标，保证了其机械性能也就意味着保证了铸铁产品在使用过程的质量可靠性。铸铁机械性能主要包含硬度、抗拉强度、屈服强度、伸长率、冲击韧性、残余应力等项目，作为使用单位，往往在铸铁的质量检验中不可能做到面面俱到。因此，需要选择一些重要而且能够全面反映铸铁质量的控制手段。铸铁的金相组织检验就是充分有效手段之一。
二、铸铁常见金相组织
铸铁中常见的金相组织除片状石墨和球状石墨外，还有铁素体、珠光体、渗碳体、碳化物等。
（一）石墨
石墨是铸铁中最典型的相，灰口铸铁的石墨为片状，球墨铸铁的石墨为球状，如下图1、2所示。
a）片状石墨
按照GB/T 7216标准，片状石墨可分为A型、B型、C型、D型、E型、F型等6种。
以上6种片状石墨，其中E型石墨呈枝晶分布(如下图3和4所示)，具有强烈的方向性，在使用过程中的应力作用下，裂纹容易沿该处发生，从而大大降低灰铸铁的力学性能，因此，此类型的石墨在灰铸铁中应避免出现的。
下表1列出了E型石墨与A型石墨的抗拉强度对比值。从两者的对比的数据来看，E型石墨的强度远低于A型石墨的强度。
b）球状石墨
按照GB 9441标准，球状石墨可以划分为6个等级。由于球墨铸铁中的石墨是以球状的形式存在，减少了石墨对基体的切割作用，因此，其综合性能远比灰铸铁高。也因此可以认为石墨球化率是衡量铸铁质量最重要的指标。
在这里需要注意的是，说石墨的球化率是衡量铸铁质量的重要指标，并不说明石墨球化率高就代表铸铁的综合性能好，石墨球化率低的，其综合性能就一定差。对于不同牌号，不同球化级别的球墨铸铁而言，球化的不足可以辅于适当的基体组织来使其达到牌号要求(如提高珠光体含量)，因此，对于球化等级的要求，宜视具体情况而定，不可一概而论。如下图5、6是某公司生产的曳引轮本体取样的石墨球化图片，下表2是两个厂家产品本体取样所测得的机械性能数据。其中一个厂家产品的球化率较低，但是其通过提供产品的珠光体含量，一样可以保证良好的机械性能。
（二） 铁素体
铸铁中的铁素体出现形式主要有牛眼状，网状和破碎状三种形态，各种形态的铁素体请分别见图7、8、9所示。铸铁中铁素体的含量直接决定了铸铁的硬度和强度，因此在质量检验过程中需重点确认铁素体含量。
以上三种形态的铁素体均属于正常的铁素体，在使用上来说并没有太大的区别。三种组织形态的强度数据对比如下表3所示。
铁素体分布状形态对铸件力学性能的影响不大，但其含量的多少却对铸铁的强度有很大的影响。如下图10、图11和下表4所示。
（三）珠光体
珠光体含量和珠光体形态是金相组织检验的重点项目。珠光体含量不足会导致铸铁硬度和强度的下降。因此，检验过程中应重点确认珠光体含量。
除珠光体含量外，珠光体的形态也是一个重点控制项目。球状珠光体比片状珠光体的硬度低，因此其耐磨性也低，所以球状珠光体在耐磨性要求高的部件中是要避免出现的。各形态珠光体请见图12、13所示。
（四）渗碳体及碳化物
如下图14所示的组织是渗碳体，渗碳体的存在会增加铸铁的硬度和脆性、明显降低铸铁的塑性和韧性，从而使铸件的加工性变差，同时在加工过程中也容易脆裂，因此在铸铁中应该避免这种组织的出现。
下表5中列出了组织中存在渗碳体与无渗碳体的对比数据。从对比数据可以看出，组织中存在网状渗碳体的产品塑性远低于无网状渗碳体的产品。
碳化物属于硬脆相，其硬度往往可以达到HV1000以上，如下图15所示。细小而分散的游离碳化物存在于基体时，一般不会对铸铁的性能产生很明显的影响，甚至一定程度上还可以增加材料的耐磨性能；但当其以连续大块状的形式存在时，会增加铸件的硬度和脆性，增加机加工难度。
同时，如果组织中存在大块的碳化物，会使得铸铁在实际使用过程中，由于碳化物的剥落，而发生早期的磨损和刮伤，从而缩短其使用寿命。对于在实际使用过程中存在接触摩擦工况的工件，应特别注意避免出现大块状的碳化物。
三、易混淆组织的区分说明
在铸铁检验过程中，由于初学者对各种组织掌握不深，不能准确区分，特别是对于碳化物、铁素体，如果不能准确区分，可能对检验结果作出错误的判断。下面就通过图片和试验数据对这些组织加以区分说明。
铁素体：铁素体常分布于石墨周围。在球墨铸件中常于牛眼状，网状和破碎状等形态存在。经硝酸酒精溶液腐蚀后，呈黄白色，可显示晶界（如下图16所示）。其硬度一般小于200Hv。
碳化物：碳化物在常以游离状分布于组织中，经硝酸酒精浸蚀后呈白亮色（如图17所示），并且与基体组织有明显的相界。其硬度约为1000Hv。
根据上面的描述，我们可以通过仔细观察以上两种组织的形态进行区分，但当组织形态区分不明显的条件下，可以通过其硬度或者成分分析的角度去加于区分。下表5列出了铁素体和碳化物硬度及成分差别。
四、总结
针对铸铁金相组织，像E型石墨、渗碳体、大块碳化物的存在会严重影响铸铁的机械性能，是需要严格控制的组织。
以上是笔者结合自身的工作经验，就铸铁金相组织检验认知与读者进行交流探讨，希望对读者能起到一定的参考作用。当然，也因为笔者能力有限，也希望广大读者对文中的不当之处批评、指正。
参考文献
［1］GB/T 10561-2005 《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》
［2］李炯辉·《金属材料金相图谱》上册、下册，机械工业出版社
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