表2.1-15抗磨白口鑄鐵牌號(hào)及化學(xué)成分(摘自GB/T8263-1999)

表2.1-16抗磨白口鑄鐵力學(xué)性能及應(yīng)用舉例(摘自GB/T8263-1999)

注：

1.牌號(hào)中的"DT"和" GT"，分別為“低碳”和“高碳”的拼音字母的首位字母，表示含碳全的高低。

2.鑄鐵的熱處理規(guī)范和金相組織，參見(jiàn)GB/T8263-1999。

3.鑄件在清理鑄件或處理鑄件缺陷過(guò)程中，不能采用火焰切割、電弧切割、電焊切割和補(bǔ)焊。

碳在鐵水中的活度是影響鑄鐵凝固組織的重要因素。白口鑄鐵的碳當(dāng)量較低。在碳活度度低的鐵水中，碳原子活動(dòng)能力差，在鐵水中擴(kuò)散速率低，移位量（特別是鐵原子）很小，鐵水結(jié)晶過(guò)冷度大于灰鑄鐵。與石墨的形成比較，石墨含碳量接近100%，形成石墨需要碳原子和鐵原子做較大的遷移，特別是鐵原子在結(jié)晶過(guò)程中的擴(kuò)散速率和自擴(kuò)散量是碳、鐵原子進(jìn)行點(diǎn)陣重組、形成新相的控制性因素。如果鐵水碳活度低，鐵原子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受阻或進(jìn)行緩慢以致不能為構(gòu)成石墨晶體提供足夠的空位，則鐵、碳原子傾向于發(fā)生即位反應(yīng)（化合）生成含碳量為6.67%滲碳體。

    碳在鐵水中的活度很大程度上取決于化學(xué)成分。鐵水中石墨化元素（例如硅）含量低或含有較多碳化物形成元素都會(huì)降低鐵水的碳活度，為白口鑄鐵的生成創(chuàng)造條件。

    從熱力學(xué)角度來(lái)看，形成滲碳體共晶比形成石墨共晶需要較高的相變驅(qū)動(dòng)力，只有當(dāng)鐵水過(guò)冷到較低的溫度，才能獲得形成滲碳體所需的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力。從動(dòng)力學(xué)角度看，形成兩種共晶時(shí)，在不同溫度下的晶體生長(zhǎng)速度是不同的。生長(zhǎng)速度高的晶體是優(yōu)先生成的相組分，只有當(dāng)生長(zhǎng)速度高于兩條曲線交點(diǎn)時(shí)，滲碳體才能成為優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)晶體。這個(gè)交點(diǎn)溫度略低于滲碳體共晶轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)鐵水以較快速度冷卻時(shí)，就能促使?jié)B碳體在較低溫度下形核和生長(zhǎng)；實(shí)踐證實(shí)，鐵水冷卻速度、鐵水過(guò)冷 度和滲碳體共晶生成傾向，幾乎是成比例增加的。

    高冷速、高過(guò)冷度是促進(jìn)鐵水產(chǎn)生白口組織的重要條件。

    在非平衡條件下凝固時(shí)，亞共晶成分鐵水在共晶轉(zhuǎn)變前都已經(jīng)存在一些先共晶奧氏體。近代，甚至共晶成分鐵水和稍過(guò)共晶成分鐵水中也可能存在先共晶奧氏體。先共晶奧氏體表面的晶體缺陷可以容納一些由周?chē)惶艰F液擴(kuò)散而來(lái)的碳原子，這些晶體缺陷部位也可能成為滲碳體形核位置。先共晶滲碳體和共晶滲碳體可能在這些位置上依附奧氏體晶體生長(zhǎng)。也就是說(shuō)，先共晶滲碳體可能直接在先共晶奧氏體外的熔液中形核和生長(zhǎng)。當(dāng)鐵水溫度降低到低于滲碳體共晶轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度時(shí)，滲碳體形核位置顯著增加，滲碳體晶體將成批地在奧氏體表面析出。它將沿[010]晶向優(yōu)先生長(zhǎng)，大量生長(zhǎng)使鄰近晶體的熔液碳濃度降低，為共晶奧氏體的形成創(chuàng)造了條件。這說(shuō)明在兩相共生長(zhǎng)的過(guò)程中，滲碳體晶體起相的作用，即共晶滲碳體引領(lǐng)共晶奧氏體生長(zhǎng)。形成滲碳體共晶。

    滲碳體與奧氏體生長(zhǎng)方式不同。滲碳體是逐層生長(zhǎng)，晶體基本上是二維分枝；奧氏體則沿?cái)U(kuò)展表面能的原子密排面(111)生長(zhǎng)，基本上為三維分枝。因此有些滲碳體晶體生長(zhǎng)時(shí)要穿過(guò)奧氏體晶體，這部分滲碳體晶體是不穩(wěn)定的。


    滲碳體晶體逐層二維分枝生長(zhǎng)的結(jié)晶速度很快，在過(guò)共晶成分鐵水里孤立生長(zhǎng)時(shí)，通常形成粗大的條狀晶體，即先共晶滲碳體。

    在形成滲碳體共晶溫度下，滲碳體的生長(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于奧氏體，因而在共晶組織中占有較大體積分?jǐn)?shù)。滲碳體共晶作為生長(zhǎng)中的相，一方面以[010]晶向?yàn)閾駜?yōu)方向生長(zhǎng)，使?jié)B碳體形成長(zhǎng)片狀；另一方面，也在橫向(c軸方向)生長(zhǎng)，形成包覆型共晶，這種形態(tài)的共晶組織稱為萊氏體。滲碳體與奧氏體傾向于形成包覆型共晶。因?yàn)樾纬蛇@種共晶與形成層片狀共晶相比較，前一種方式的生長(zhǎng)雖然需要在晶體單位面積上提供較多能量，但兩相的接觸面積卻小得多。總的來(lái)說(shuō)，形成這種非正常共晶所增加的總界面能小于層狀共晶。因而，滲碳體共晶的形態(tài)多數(shù)呈包覆狀。此情況下共晶奧氏體多以圓柱體形狀嵌入滲碳體。共晶體斷面呈蜂窩狀。這是萊氏體共晶特有的非正常共晶形態(tài)。多數(shù)非合金白口鑄鐵和低合金白口鑄鐵有這種共晶組織狀態(tài)。

    當(dāng)?shù)吞籍?dāng)量的亞共晶白口鑄鐵開(kāi)始凝固時(shí)，如果鐵水中已有相當(dāng)數(shù)量的先共晶奧氏體，而且鐵水過(guò)冷度較大（在更快冷速下進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變），則傾向于形成含有板條狀滲碳體的共晶組織。