鑄鐵具有良好的鑄造性、耐磨性、消振性和切削加工性，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便，成本低廉。因此，其在工程機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，如用于制造床身、機(jī)架、箱體和軸承座等零件。鑄鐵一般可分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。其中，灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的應(yīng)用最為廣泛。

灰口鑄鐵：鑄鐵中的碳大部或全部以自由狀態(tài)片狀石墨存在。斷口呈灰色。它具有良好鑄造性能、切削加工性好，減震性，耐磨性好、加上它熔化配料簡(jiǎn)單，成本低、廣泛用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜承載鑄件和耐磨件。

球墨鑄鐵：它和灰口鑄鐵相比，由于其石墨在組織中呈球狀，減少了對(duì)基體組織的切割作用，因此比灰鑄鐵具有更高的強(qiáng)度、良好韌性和塑性及切削加工性。其和鋼相比除塑性、韌性稍低外，其性能均接近，是兼有鋼和鑄鐵優(yōu)點(diǎn)的優(yōu)良材料，在機(jī)械工程上應(yīng)用廣泛。在很多場(chǎng)合下其基本可以代替鋼材。

鑄鐵的機(jī)械性能是其最基本、最重要的指標(biāo)，保證了其機(jī)械性能也就意味著保證了鑄鐵產(chǎn)品在使用過程的質(zhì)量可靠性。鑄鐵機(jī)械性能主要包含硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長率、沖擊韌性、殘余應(yīng)力等項(xiàng)目，作為使用單位，往往在鑄鐵的質(zhì)量檢驗(yàn)中不可能做到面面俱到。因此，需要選擇一些重要而且能夠全面反映鑄鐵質(zhì)量的控制手段。鑄鐵的金相組織檢驗(yàn)就是充分有效手段之一。

二、鑄鐵常見金相組織

鑄鐵中常見的金相組織除片狀石墨和球狀石墨外，還有鐵素體、珠光體、滲碳體、碳化物等。

（一）石墨

石墨是鑄鐵中最典型的相，灰口鑄鐵的石墨為片狀，球墨鑄鐵的石墨為球狀，如下圖1、2所示。

a）片狀石墨

按照GB/T 7216標(biāo)準(zhǔn)，片狀石墨可分為A型、B型、C型、D型、E型、F型等6種。

     以上6種片狀石墨，其中E型石墨呈枝晶分布(如下圖3和4所示)，具有強(qiáng)烈的方向性，在使用過程中的應(yīng)力作用下，裂紋容易沿該處發(fā)生，從而大大降低灰鑄鐵的力學(xué)性能，因此，此類型的石墨在灰鑄鐵中應(yīng)避免出現(xiàn)的。

下表1列出了E型石墨與A型石墨的抗拉強(qiáng)度對(duì)比值。從兩者的對(duì)比的數(shù)據(jù)來看，E型石墨的強(qiáng)度遠(yuǎn)低于A型石墨的強(qiáng)度。

b）球狀石墨

按照GB 9441標(biāo)準(zhǔn)，球狀石墨可以劃分為6個(gè)等級(jí)。由于球墨鑄鐵中的石墨是以球狀的形式存在，減少了石墨對(duì)基體的切割作用，因此，其綜合性能遠(yuǎn)比灰鑄鐵高。也因此可以認(rèn)為石墨球化率是衡量鑄鐵質(zhì)量最重要的指標(biāo)。

在這里需要注意的是，說石墨的球化率是衡量鑄鐵質(zhì)量的重要指標(biāo)，并不說明石墨球化率高就代表鑄鐵的綜合性能好，石墨球化率低的，其綜合性能就一定差。對(duì)于不同牌號(hào)，不同球化級(jí)別的球墨鑄鐵而言，球化的不足可以輔于適當(dāng)?shù)幕w組織來使其達(dá)到牌號(hào)要求(如提高珠光體含量)，因此，對(duì)于球化等級(jí)的要求，宜視具體情況而定，不可一概而論。如下圖5、6是某公司生產(chǎn)的曳引輪本體取樣的石墨球化圖片，下表2是兩個(gè)廠家產(chǎn)品本體取樣所測(cè)得的機(jī)械性能數(shù)據(jù)。其中一個(gè)廠家產(chǎn)品的球化率較低，但是其通過提供產(chǎn)品的珠光體含量，一樣可以保證良好的機(jī)械性能。

（二） 鐵素體

鑄鐵中的鐵素體出現(xiàn)形式主要有牛眼狀，網(wǎng)狀和破碎狀三種形態(tài)，各種形態(tài)的鐵素體請(qǐng)分別見圖7、8、9所示。鑄鐵中鐵素體的含量直接決定了鑄鐵的硬度和強(qiáng)度，因此在質(zhì)量檢驗(yàn)過程中需重點(diǎn)確認(rèn)鐵素體含量。

以上三種形態(tài)的鐵素體均屬于正常的鐵素體，在使用上來說并沒有太大的區(qū)別。三種組織形態(tài)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比如下表3所示。

鐵素體分布狀形態(tài)對(duì)鑄件力學(xué)性能的影響不大，但其含量的多少卻對(duì)鑄鐵的強(qiáng)度有很大的影響。如下圖10、圖11和下表4所示。

（三）珠光體

珠光體含量和珠光體形態(tài)是金相組織檢驗(yàn)的重點(diǎn)項(xiàng)目。珠光體含量不足會(huì)導(dǎo)致鑄鐵硬度和強(qiáng)度的下降。因此，檢驗(yàn)過程中應(yīng)重點(diǎn)確認(rèn)珠光體含量。

除珠光體含量外，珠光體的形態(tài)也是一個(gè)重點(diǎn)控制項(xiàng)目。球狀珠光體比片狀珠光體的硬度低，因此其耐磨性也低，所以球狀珠光體在耐磨性要求高的部件中是要避免出現(xiàn)的。各形態(tài)珠光體請(qǐng)見圖12、13所示。

（四）滲碳體及碳化物

如下圖14所示的組織是滲碳體，滲碳體的存在會(huì)增加鑄鐵的硬度和脆性、明顯降低鑄鐵的塑性和韌性，從而使鑄件的加工性變差，同時(shí)在加工過程中也容易脆裂，因此在鑄鐵中應(yīng)該避免這種組織的出現(xiàn)。

下表5中列出了組織中存在滲碳體與無滲碳體的對(duì)比數(shù)據(jù)。從對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，組織中存在網(wǎng)狀滲碳體的產(chǎn)品塑性遠(yuǎn)低于無網(wǎng)狀滲碳體的產(chǎn)品。

碳化物屬于硬脆相，其硬度往往可以達(dá)到HV1000以上，如下圖15所示。細(xì)小而分散的游離碳化物存在于基體時(shí)，一般不會(huì)對(duì)鑄鐵的性能產(chǎn)生很明顯的影響，甚至一定程度上還可以增加材料的耐磨性能；但當(dāng)其以連續(xù)大塊狀的形式存在時(shí)，會(huì)增加鑄件的硬度和脆性，增加機(jī)加工難度。

同時(shí)，如果組織中存在大塊的碳化物，會(huì)使得鑄鐵在實(shí)際使用過程中，由于碳化物的剝落，而發(fā)生早期的磨損和刮傷，從而縮短其使用壽命。對(duì)于在實(shí)際使用過程中存在接觸摩擦工況的工件，應(yīng)特別注意避免出現(xiàn)大塊狀的碳化物。

三、易混淆組織的區(qū)分說明

在鑄鐵檢驗(yàn)過程中，由于初學(xué)者對(duì)各種組織掌握不深，不能準(zhǔn)確區(qū)分，特別是對(duì)于碳化物、鐵素體，如果不能準(zhǔn)確區(qū)分，可能對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果作出錯(cuò)誤的判斷。下面就通過圖片和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)這些組織加以區(qū)分說明。

鐵素體：鐵素體常分布于石墨周圍。在球墨鑄件中常于牛眼狀，網(wǎng)狀和破碎狀等形態(tài)存在。經(jīng)硝酸酒精溶液腐蝕后，呈黃白色，可顯示晶界（如下圖16所示）。其硬度一般小于200Hv。

碳化物：碳化物在常以游離狀分布于組織中，經(jīng)硝酸酒精浸蝕后呈白亮色（如圖17所示），并且與基體組織有明顯的相界。其硬度約為1000Hv。

根據(jù)上面的描述，我們可以通過仔細(xì)觀察以上兩種組織的形態(tài)進(jìn)行區(qū)分，但當(dāng)組織形態(tài)區(qū)分不明顯的條件下，可以通過其硬度或者成分分析的角度去加于區(qū)分。下表5列出了鐵素體和碳化物硬度及成分差別。

針對(duì)鑄鐵金相組織，像E型石墨、滲碳體、大塊碳化物的存在會(huì)嚴(yán)重影響鑄鐵的機(jī)械性能，是需要嚴(yán)格控制的組織。

以上是筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，就鑄鐵金相組織檢驗(yàn)認(rèn)知與讀者進(jìn)行交流探討，希望對(duì)讀者能起到一定的參考作用。當(dāng)然，也因?yàn)楣P者能力有限，也希望廣大讀者對(duì)文中的不當(dāng)之處批評(píng)、指正。

金相分析標(biāo)準(zhǔn):

　　GB/T7216-2009灰鑄鐵金相檢驗(yàn)

　　GB/T15749-2008定量金相測(cè)定方法

　　GB/T11354-2005鋼鐵零件-滲氮層深度測(cè)定和金相組織檢驗(yàn)

　　GB/T1814-1979鋼材斷口檢驗(yàn)法

　　GB/T226-2015鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法

　　GB/T17359-2012微束分析-能譜法定量分析

　　GB/T224-2008鋼的脫碳層深度測(cè)定法