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1 铸铁组织 1

1.1 铁碳合金相图和铁碳硅合金相图 1

1.1.1 铁碳合金相图 1

1.1.2 铁碳硅三元合金相图 3

1.1.3 铸铁实际相变温度和成分 3

1.2 合金热力学基础简要回顾 6

1.2.1 合金相变的能量条件 6

1.2.2 自由能-成分曲线 6

1.2.3 过冷 7

1.2.4 铸铁凝固组织形成过程中各相自由能变化 7

1.2.5 新相形核 9

1.2.6 溶液中组元活度 10

1.2.7 铁水中碳的活度 10

1.3 基本组成相 12

1.3.1 石墨 12

1.3.2 渗碳体 18

1.3.3 奥氏体（γ相） 20

1.3.4 铁素体 21

1.3.5 珠光体 22

1.3.6 贝氏体 23

1.3.7 磷共晶 23

1.4 铸铁组织的近代物理检测技术 25

1.4.1 电子显微镜 25

1.4.2 X射线衍射技术鉴定物相和探查晶体取向 26

1.4.3 微区分析 27

1.4.4 图像分析仪对材料组织进行定量分析 28

参考文献 29

2 液态铸铁结构 30

2.1 液态金属结构 30

2.2 合金的液态结构 32

2.3 液态铸铁结构 32

2.4 液态铸铁中的非匀质物质 34

参考文献 35

3 铸铁凝固 36

3.1 石墨生成 36

3.1.1 片状石墨生长 36

3.1.2 球状石墨生长 39

3.1.3 蠕虫状石墨生长 41

3.2 初生相析出 42

3.2.1 初生渗碳体析出 42

3.2.2 初生奥氏体析出 43

3.3 共晶转变 47

3.3.1 共生区 47

3.3.2 共晶组织基本类型 49

3.3.3 铁碳合金共晶的非平衡凝固 49

3.3.4 共晶团的形成 50

3.3.5 片状石墨共晶团的生长速度 52

3.3.6 共晶石墨的生长 53

3.3.7 片状石墨共晶生长界面形貌 55

3.3.8 球墨铸铁共晶凝固 57

3.3.9 渗碳体共晶转变 60

3.4 反白口现象 62

3.5 铸铁凝固过程热分析 63

3.5.1 铸铁冷却曲线 63

3.5.2 微分热分析曲线 64

3.5.3 根据冷却曲线判断铸铁组织 65

3.5.4 热分析技术的其他应用 66

3.6 铸铁显微组织的计算机模拟 67

参考文献 69

4 固态相变 70

4.1 先共析相析出 70

4.2 共析转变 71

4.2.1 片状珠光体的层间距 73

4.2.2 珠光体转变动力学 73

4.3 铸铁热处理 74

4.3.1 铸铁热处理特点 75

4.3.2 铸铁在加热过程中的组织转变 76

4.3.3 铸铁在冷却过程中的组织转变 76

4.4 灰铸铁件热处理实践 79

4.4.1 消减内应力处理 79

4.4.2 石墨化退火 80

4.4.3 正火 80

4.4.4 淬火与回火 81

参考文献 82

5 孕育处理 83

5.1 孕育处理概说 83

5.2 铸铁孕育理论探讨 84

5.2.1 孕育剂改变铁水中碳活度促进石墨化 84

5.2.2 成为石墨形核基质的基本条件 85

5.3 石墨形核基质 87

5.3.1 硫化物作为石墨形核基质 87

5.3.2 碳化物作为石墨形核基质 89

5.3.3 二氧化硅作为石墨形核基质 91

5.3.4 石墨微粒作为石墨形核基质 92

5.4 孕育衰退现象 93

5.5 孕育剂 94

5.5.1 石墨化孕育剂 95

5.5.2 稳定化孕育剂 98

5.6 孕育剂的选用 99

5.7 合理孕育 99

5.7.1 铁水化学成分的影响 100

5.7.2 熔炼方法和炉料的影响 100

5.7.3 铁水温度的影响 101

5.7.4 孕育剂加入方法的影响 101

5.8 孕育效果评定 102

参考文献 103

6 熔炼 104

6.1 铸铁中的氧 104

6.1.1 氧对铸铁石墨化的影响 104

6.1.2 氧在铁水中的行为 105

6.2 铁水中的氮和氢 107

6.2.1 氮在铁水中的行为 108

6.2.2 铁水中的氢 110

6.3 冲天炉熔炼 111

6.3.1 合理送风 112

6.3.2 燃料 112

6.3.3 炉渣 113

6.3.4 熔炼过程中铁水成分变化 114

6.4 感应炉熔炼 117

6.4.1 坩埚式感应电炉结构 117

6.4.2 感应炉炉衬耐火材料 118

6.4.3 炉衬捣固和烧结 119

6.4.4 感应炉熔炼作业中的一些问题 120

参考文献 123

7 铸铁中的合金元素 124

7.1 合金元素对凝固过程的影响 125

7.2 合金元素对固态相变的影响 127

7.3 碳化物形成元素的影响 128

7.3.1 铬 128

7.3.2 钒 130

7.3.3 钼 131

7.3.4 钛 133

7.3.5 锰 134

7.3.6 铌 135

7.4 促进石墨化元素的影响 136

7.4.1 镍 136

7.4.2 铜 138

7.4.3 硅 139

7.5 微量元素的作用 139

7.5.1 氮 139

7.5.2 锡 140

7.5.3 锑 141

7.5.4 碲 142

7.5.5 铋 143

参考文献 143

8 灰铸铁 144

8.1 灰铸铁中的常存元素 144

8.1.1 碳 144

8.1.2 硅 145

8.1.3 碳当量 145

8.1.4 共晶度 146

8.1.5 锰 146

8.1.6 硫 147

8.1.7 磷 147

8.2 灰铸铁牌号及建议化学成分 148

8.3 灰铸铁力学性能 149

8.3.1 灰铸铁的断裂 149

8.3.2 拉伸性能 151

8.3.3 压缩性能 153

8.3.4 弹性模量与滞弹性 154

8.3.5 弯曲性能和扭转性能 156

8.3.6 冲击性能 157

8.3.7 疲劳性能 158

8.3.8 断裂韧性 158

8.3.9 硬度 159

8.3.10 低温力学性能 160

8.3.11 灰铸铁强度的提高 161

8.4 铸铁的物理性质 162

8.4.1 密度 162

8.4.2 线胀系数 162

8.4.3 质量热容 163

8.4.4 熔化潜热 163

8.4.5 热导率 163

8.4.6 电导率 164

8.4.7 磁性能 164

8.5 铸铁的工艺性能 165

8.5.1 铸铁件凝固方式 166

8.5.2 铸铁的收缩性质 167

8.5.3 收缩产生的体积缺陷 169

8.5.4 铸造应力 171

8.5.5 铁水流动性与充型能力 172

8.5.6 铸件断面敏感性 176

8.5.7 焊接性能 178

8.5.8 切削性能 180

8.6 D型石墨铸铁 181

参考文献 183

9 球墨铸铁 184

9.1 球墨铸铁显微组织 184

9.1.1 基体 184

9.1.2 石墨 185

9.2 化学成分 187

9.2.1 常存元素对组织的影响 187

9.2.2 球墨铸铁件化学成分的选择 189

9.3 球墨铸铁力学性能 189

9.3.1 球墨铸铁拉伸断裂 189

9.3.2 拉伸性能 191

9.3.3 压缩强度 193

9.3.4 弹性模量 193

9.3.5 扭转、剪切、弯曲强度 193

9.3.6 硬度 193

9.3.7 冲击功 194

9.3.8 疲劳强度 196

9.3.9 断裂韧性 198

9.3.10 低温力学性能 198

9.4 球化处理 199

9.4.1 球化元素与干扰元素 199

9.4.2 常用的球化剂 201

9.4.3 球化处理的几种方法 205

9.4.4 球化处理后铁水温度和成分的变化 211

9.4.5 球化衰退现象 212

9.4.6 球化剂加入量 213

9.5 孕育处理 213

9.6 异态石墨 214

9.6.1 不规则石墨 214

9.6.2 爆裂状石墨 215

9.6.3 碎块石墨 215

9.6.4 片状石墨和刺状石墨 216

9.7 球墨铸铁件铸造 217

9.7.1 球墨铸铁凝固特征 217

9.7.2 球墨铸铁件缩孔的形成 218

9.7.3 铸件补缩 220

9.7.4 球墨铸铁铁水流动性与浇注系统 221

9.7.5 球墨铸铁件特有的铸造缺陷 221

9.8 热处理 226

9.8.1 部分奥氏体化正火 226

9.8.2 淬火 226

9.8.3 等温淬火 226

9.8.4 奥贝球铁 227

9.8.5 高强韧球墨铸铁的氢损伤 231

参考文献 233

10 蠕墨铸铁 234

10.1 蠕虫状石墨的形态特征 234

10.2 蠕墨铸铁显微组织 234

10.3 蠕虫状石墨的产生 235

10.4 蠕化剂 235

10.5 蠕化处理 236

10.6 铸件化学成分选择 237

10.7 蠕墨铸铁热处理 237

10.8 蠕墨铸铁性能特点 238

10.9 蠕墨铸铁的应用 239

参考文献 240

11 白口铸铁 241

11.1 白口铸铁组织的形成 241

11.2 非合金白口铸铁化学成分 242

11.3 非合金白口铸铁变质处理 243

11.4 非合金白口铸铁热处理 244

11.5 合金白口铸铁 244

11.6 合金白口铸铁中的碳化物 245

11.7 锰、钨、硼白口铸铁 246

11.8 铬白口铸铁 247

11.9 高铬铸铁 248

11.9.1 高铬铸铁的碳化物共晶 248

11.9.2 高铬铸铁基体 250

11.9.3 高铬铸铁中的合金元素 251

11.9.4 高铬铸铁热处理基础 255

11.9.5 热处理实践 258

11.9.6 高铬铸铁件基本铸造性能 262

11.9.7 铸造 263

11.9.8 高铬铸铁件成分选择 266

11.9.9 显微组织对高铬铸铁工作性能的影响 269

11.9.10 高铬铸铁碳化物鉴别 270

11.10 镍铬白口铸铁 271

11.10.1 镍铬白口铸铁组织和成分 272

11.10.2 Km TB Ni4Cr2铸铁 273

11.10.3 KmTB Cr 9Ni5铸铁 275

11.10.4 镍铬合金白口铸铁的应用 278

参考文献 278

12 可锻铸铁 279

12.1 黑心可锻铸铁组织的形成 279

12.1.1 渗碳体分解 279

12.1.2 团絮状石墨在固相中形核 280

12.1.3 石墨的生长 281

12.1.4 基体组织 282

12.2 可锻铸铁铸坯 282

12.2.1 可锻铸铁化学成分 282

12.2.2 可锻铸铁铸坯变质处理 284

12.3 可锻铸铁的组织与力学性能 284

12.4 石墨化退火 286

12.5 珠光体可锻铸铁 287

12.6 球墨可锻铸铁 288

12.7 白心可锻铸铁 289

参考文献 290

13 耐蚀铸铁 291

13.1 金属腐蚀 291

13.2 金属耐蚀性 291

13.3 铸铁的腐蚀 292

13.4 耐蚀铸铁 294

13.5 低合金耐蚀铸铁 294

13.5.1 铜 294

13.5.2 镍 295

13.5.3 铬 295

13.5.4 铝 295

13.6 高合金耐蚀铸铁 295

13.7 高硅耐蚀铸铁 295

13.7.1 高硅耐蚀铸铁的化学成分 297

13.7.2 高硅耐蚀铸铁耐蚀性能 298

13.7.3 高硅耐蚀铸铁件的铸造 301

13.8 高镍奥氏体耐蚀铸铁 303

13.8.1 化学成分、组织和力学性能 303

13.8.2 高镍奥氏体铸铁的抗蚀能力 304

13.8.3 高镍奥氏体铸铁件生产工艺 306

13.9 高铬耐蚀铸铁 307

13.9.1 显微组织 308

13.9.2 耐蚀性 308

13.9.3 工艺性 308

13.10 铝耐蚀铸铁 309

参考文献 310

14 耐热铸铁 311

14.1 铸铁在高温下的性状变化 312

14.1.1 铸铁氧化 312

14.1.2 铸铁热生长 313

14.1.3 铸铁高温静载强度 313

14.1.4 蠕变 314

14.1.5 热疲劳 315

14.2 硅系耐热铸铁 317

14.2.1 成分、组织与常温力学性能 317

14.2.2 耐热性能 318

14.2.3 高温力学性能 318

14.2.4 应用 319

14.3 铝系耐热铸铁 319

14.3.1 化学成分、组织、常温力学性能 319

14.3.2 抗氧化性与高温强度 320

14.3.3 高铝铸铁应用 321

14.4 铬系耐热铸铁 322

14.5 高镍奥氏体耐热铸铁 323

14.5.1 成分和性能 323

14.5.2 高镍奥氏体铸铁的生产与应用 325

参考文献 326

15 冷硬铸铁 327

15.1 化学成分对冷硬层组织和性能的影响 328

15.1.1 常存元素的影响 328

15.1.2 合金元素的影响 330

15.2 冷硬铸铁应用实例——冷硬铸铁轧辊 332

参考文献 335