金属材料检测技术 铸钢和铸铁件的金相分析 铸钢和铸铁的金相检验.docx

职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库 PAGE 4金属材料检测技术 铸钢和铸铁的金相检验 一、铸钢 形状复杂或体积较大，用压力加工（轧、锻等）方法难以成型、切削加工较困难的工件，以及为实现高合金钢的少、无切削加工，较多采用铸钢制造。铸钢件常以铸态或经热处理以后使用，因此铸钢件通常具有铸造状态的组织和性能特点。 1. 铸钢的分类及常用牌号 铸钢的碳含量的质量分数通常不超过0.6%。多数铸钢件的碳含量处于低碳或中碳范围，但也有属高碳范围的铸钢。 铸钢按其化学成分可分为铸造碳钢和铸造合金钢两类。按使用性能工程与结构用铸钢、铸造特殊钢、铸造工具钢和专业铸造用钢四类。 铸造合金钢常含有一定数量的合金元素，如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Cu等。近几十年来发展的微合金化铸钢，加入了合金含量≤0.1%的Nb、B、Zr、Be、Ti或稀土等。 常用的铸造碳钢有ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640等，它们的碳含量的质量分数（％)依次为≤0.20、≤0.30、≤0.40、≤0.50、≤0.60。 常用的铸造合金钢有钼系钢：ZG15Mo、ZG25Mo、ZG40Mo、ZG40Mo2、ZG50Mo2；铬系及铬钼系钢：ZG40Cr、ZG35CrMo；硅锰系钢：ZG20SiMn、ZG35SiMn、ZG50SiMn；锰钼钢：ZG50MnMo；铬锰硅钢：ZG35CrMoSi。 2. 铸钢组织特点 （1）铸态组织特点 ①晶粒粗大，宏观组织可见粗大树枝晶，显微组织中常有不同程度的魏氏组织。 由于铸钢的浇注温度很高，冷却比较慢，生成的凝固组织为粗大的树枝晶，导致以后形成的奥氏体晶粒很粗大。铸钢晶粒大小与凝固时的冷却速度有关，铸件壁愈厚，晶粒愈粗大，砂型铸造比金属模铸造的晶粒粗大。 宏观组织的粗大树枝晶，是由于钢液凝固时主要以树枝晶方式生长，先结晶的支干部含杂质元素和合金元素较少，最后凝固的部分和树枝晶间则杂质元素和非金属夹杂物偏聚，还因凝固收缩造成枝晶间的不致密。因此，采用金相宏观酸蚀或深侵蚀的方法可使粗大的树枝晶显示出来。 魏氏组织的存在，是由于铸钢在高温形成粗晶粒奥氏体，在冷却时游离铁素体沿晶界析出外，还有一部分铁素体成片状从晶界伸向晶粒内部，或在晶粒内部独自析出，最后得到片状铁素体分布在珠光体上的组织即是魏氏组织。 魏氏组织的形成与钢的碳含量也有关，中等的碳含量的钢容易形成魏氏组织，碳含量越低越易产生魏氏组织。铸钢的碳含量正处于容易形成魏氏组织的范围之内。 魏氏组织的金相形貌：分布在晶界上的魏氏组织铁素体常见为锯齿状或成排分布的羽毛状，从原奥氏体晶界伸向晶内；在原奥氏体晶粒内部的魏氏组织铁素体大多数呈针状或针片状，由于它们是沿着一定晶面形成的，所以常呈三角形分布。 魏氏组织的形貌受到奥氏体化温度和冷却速度的影响。奥氏体化温度越高，魏氏组织铁素体的针越长、越粗，不同位向的铁素体针越易彼此接触，越易形成晶内魏氏组织铁素体片。而冷却速度慢时魏氏组织呈三角形，冷却速度快时魏氏组织呈羽毛状成排分布。 ②成分偏析和组织不均匀。由于铸件的复杂形状，各部位冷却先后次序不同，在不同厚度截面上同时存在着固相、固液共存和液相三种状态，使铸件的凝固结晶是先后通过若干区域来完成的，结果造成了区域性的成分不均匀和组织不一致，在宏观组织中称为宏观偏析。从微观上看则存在枝晶偏析，使晶内与晶界成分也不一样。铸件凝固时的冷却速度越快，宏观和微观偏析的程度越严重。 铸件中非金属夹杂物主要是颗粒状或多角形的脆性金属氧化物，呈球状或颗粒状、块状、不连续的细小点，条状的塑性夹杂硫化物和常呈较大的球状或颗粒状的硅酸盐。其形成是合金元素和杂质元素宏观及微观偏析的结果。这些夹杂物主要分布在树枝间或树枝晶间。 ③存在各种铸造缺陷。它属于铸件的宏观组织缺陷，包括缩孔(残余）、缩松、气孔、夹杂物、热裂纹、由固态收缩引起的冷裂纹及鱼眼状白点发纹等。这些铸造缺陷一旦出现，又未经过压力加工予以改善，将会破坏金属的连续件，恶化钢的性能。因此，都是铸钢宏观组织中必须严格控制的缺陷。 ④铸钢的铸态组织。亚共析铸钢的铸态典型组织是魏氏组织铁素体和粗大的奥氏体晶粒。其中奥氏体在过冷条件下会进一步相变为先共析铁素体、共析组织珠光体，甚至形成一系列如贝氏体或马氏体等非平衡组织。 低、中合金铸钢与铸造碳钢具有相似的宏观组织。但由于化学成分及冷却速度的影响，其铸态组织可由珠光体、细珠光体、贝氏体、马氏体，以及块状或片状铁素体（魏氏组织）组成。 铸钢在凝固过程中，奥氏体沿截面厚度方向长出不同形状的晶粒，表层为细晶区、中心区域为粗大等轴晶区，两者之间为往状晶区。截面越厚、冷却速度越慢，柱状晶和等轴晶越长大，按晶粒度标准评级常大干1级，粗大的二次组织（奥氏体）冷却相