LTF区铁液的结晶发表评论(0)编辑词条

LTF区铁液的结晶
在LTF区中残余铁液的结晶依熔液化学成分，核心状态及冷却条件(壁厚)的区别可呈现如下几种情况：
1．共晶团继续长大  共晶团中的石墨继续伸向LTF区，并在LTF区发生分枝；与此同时，奥氏体跟随推进，与相邻的共晶团以锯齿形相互穿插，构成共晶团外延生长，见图1。此后LTF区逐渐缩小，直至LTF区的液体全部被耗尽，在LTF区中没形成其他组织。

图1  共晶团在LTF区外延生长
2．析出石墨  如果LTF区体积分数较大，残余熔液中存在石墨核心，新的石墨晶核有可能在碳原子富集区形成与生长。石墨独自存在于LTF区(见图2)；而生成的奥氏体则与共晶团中的奥氏体合成一体，不易区分。

图2  在LTF区析出石墨
3．奥氏体外延生长  当LTF区中熔液的碳量被耗尽或降低到较低数值时，石墨缺乏形核与生长条件，石墨停止生长。但奥氏体却继续外延，向残余熔体伸入，直至将熔液全部消耗为止。此时，共晶团周界较宽，容易清晰辨认，如图3所示。
4．析出碳化物   富集在LTF区的正偏析元素(如Cr、V、Ti)使共晶温度TEG-TEM间隔缩小(见图4)，当这些元素含量偏高时，易促进晶界碳化物生成。此时，铸件厚度对碳化物在LTF区的形成似乎不产生明显的减轻作用，因为壁厚引起的慢冷加重偏析。不含Cr、V、Ti的厚壁铸件不会有晶界碳化物产生，因为慢冷时凝固终点S在TGM线以上。当
加快冷却速度，凝固过程加快，于是凝固终了温度TES很快降到TEM线以下，如图5所示，促使碳化物形成。

图3  奥氏体外延伸向LTF区

图4

图5
碳当量低、正偏析元素高的铁液在共晶团问容易生成共晶碳化物，如图6所示。

图6  碳化物分布在共晶团间
当合金元素含量大时，灰铸铁中的碳化物除分布在共晶团问外，有时还分布在共晶团内的蜂窝结构中，见图7。因为蜂窝内存在有残余液体，凝固较晚，这是由灰铸铁的共晶团内部结构特点所造成的。此外，也分布于奥氏体枝晶问(见图8)。所以，碳化物的分散程度比球墨铸铁大。
如果碳化物形成元素被推移到铸件中心，将在铸件断面中心部生成大量莱氏体，并分布于初生奥氏体枝晶中(见图9)。此时，在铸件内部形成白口凝固，常称为反白口现象。
5．析出磷共晶  P在奥氏体中的固溶度随碳量增加而急剧下降。在碳量高的铸铁中，磷几乎完全不溶于奥氏体。因此，在凝固过程中，磷完全不进入固体而全部残留在最后凝固的剩余液体中。随凝固的进行，磷的浓度越来越高，以至最后结晶出Fe3P或与Fe、C组成磷共晶。
Fe-C-P的相图存在介稳定系与稳定系两种，见图10如果在LTF区中出现Fe3C，

图7  碳化物分布在共晶团内的蜂窝结构中

图8  碳化物(白色小块)分布在奥氏体枝晶间

图9  灰铸铁的反白口组织
则生成介稳定Fe-Fe3C-Fe3P三元共晶；如有石墨析出便形成稳定的Fe-G-Fe3P三元共晶体。一旦LTF区不具备形成石墨(或Fe3C)的条件，此时直接凝固析出的磷共晶为二元磷共晶Fe-Fe3P。以往文献只将Fe-Fe3C-Fe3P称三元磷共晶，却将Fe-G-Fe3P列为二元磷共晶，把其中的石墨(G)划入共晶石墨。实际上，应该存在两种三元磷共晶：Fe-Fe3C-Fe3P及Fe-G-Fe3P。当LTF区的凝固条件利于碳化物及Fe3P同时形成时，即出现二元、三元复合磷共晶类犁。

图10  Fe-O-P液相平衡等温投影
a)介稳定系  b)稳定系
磷共晶常以网状分布在共晶团的周界上。含磷鲛高时，多呈连续网状，如图11。

图11  磷共晶在LTF区的连续网状分布(黑色)
富磷液体的熔点与含磷量的关系，可从图10得出。CL1UE1线和CL2UE1线分别表示Fe-C-P介稳定、稳定系的共晶线。L1, L2，是三相共晶点(温度最低)，所对应的成分与温度为：
共晶点            三元共晶组分                成分(质量分数)                    共晶温度
L1                Fe-Fe3C-Fe3P               P=6.75％，C=1.9％               955℃
L2                Fe-G-Fe3P                        P=8％，C=1.7％                  977℃
在凝固进程中，LTF区内的液体逐渐减少，磷的浓度不断升高，凝固温度便依图12逐渐下降。当达到L1 (或L2)之后重新回升。

图12  Fe-C-P稳定、介稳定系共晶线的垂直截面
(虚线加Te)
6．缩松  由于晶问最后凝固的铁液凝固时空缺的体积得不到补充，便在原位形成小孔洞，即缩松。对于碳当量低的亚共晶灰铸铁(如HT250、HT300)，在铸件的热区部位易生成这种缺陷，精加工后于加工面上可看到分散分布的小黑点。