6、装上记录笔，使笔尖与记录纸恰好接触； 7、试验结束后，取下记录纸。
【实验要求】
1、测定塑性材料的抗拉强度ζ
m 、断后伸长率δ
和截面收缩率ψ；
2、绘制材料的应力-伸长率曲线；
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实验七 铸铁的显微组织
一、实验目的
（1）熟悉常用铸铁的显微组织特征（包括石墨的形态及基体组织） （2）了解浇铸及处理条件对铸铁组织和性能的影响。 二、实验原理
铸铁是碳的质量分数WC＞2.11%的铁碳合金。它是以Fe、C、Si为主要组成元素，并比钢含有较高的S和P等杂质。碳在铸铁中，主要以石墨的形式存在。
石墨化：铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程。 石墨化有两种方式：一种是在冷却过程中，可以从液体和奥氏体中直接析出石墨；另一种是在一定条件下由亚稳定性的Fe3C分解出铁素体和稳定的石墨。
双重相图：实践证明，铸铁在冷却时，冷速越缓，析出石墨的可能性越大，用Fe-G相图说明；冷速赶快，则析出渗碳体的可能性越大，用Fe-Fe3C相图说明。为便于比较和应用，习惯上把这两个相图合画在一起，
图1 Fe－G与Fe－Fe3C双重相图
称之为铁-碳合金双相图。如图1所示。其中虚线表示稳定态（Fe-G）相图，实线表示亚稳定态（Fe-Fe3C）相图，虚线与实线重合的线用实线画出。石墨化以哪一种方式进行，主要取决于铸铁的成分与保温冷却条件。 1、石墨化过程
按照Fe-G相图，铸铁的石墨化过程分为三个阶段：
第一阶段石墨化：①对于过共晶成分合金而言，铸铁液相冷至C'D'线时，结晶出的一次石墨；②各成分铸铁，在1154℃（E'C'F'线）通过共晶反应形成的共晶石墨。即墨。即GⅡ
第三阶段石墨化 在738℃（P'S'K'线）,通过共析转变析出共析石墨。即
AS????FP??G共析
738℃LC????AE??G共晶1154℃
第二阶段石墨化：在1154～738℃温度范围内，奥氏体沿E'S'线析出二次石
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2、影响石墨化的主要因素
（1）化学成分 按对石墨化的作用，可分为促进石墨化的元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co、P等）和阻碍石墨化的元素（Cr、W、Mo、V、Mn、S等）两大类。 ·C和Si是强烈促进石墨化的元素；S是强烈阻碍石墨化的元素，而且还降低铁液的流动性和促进高温铸件开裂；
·适量的Mn既有利于珠光体基体形成，又能消除S的有害作用；
·P是一个促进石墨化不太强的元素，能提高铁液的流动性，但当其质量分数超过奥氏体或铁素铁的溶解度时，会形成硬而脆的磷共晶，使铸铁强度降低，脆性增大。
总之，生产中，C、Si、Mn为调节组织元素，P是控制使用元素，S属于限制元素。
（2）石墨化温度 石墨化过程需要碳、铁原子的扩散，石墨化温度越低，原子扩散越困难，因而石墨化进程越慢，或停止。尤其是第三阶段石墨化的温度较低，常常石墨化不充分。
（3）冷却速度 一定成分的铸铁，石墨化程度取决于冷却速度。冷速越慢，越利于碳原子的扩散，促使石墨化进行。冷速越快，析出渗碳体的可能性就越大。这是由于渗碳体的WC（6.69%）比石墨（100%）更接近于合金的WC（2.5%～4.0%）
影响冷却的因素主要有浇注温度、铸件壁厚、铸型材料等。当其它条件相同时，提高浇注温度，可使铸型温度升高，冷速减慢；铸件壁厚越大，冷速越慢；铸型材料导热性越差，冷速越慢。 二、铸铁的组织与性能
1、铸铁的组织 通常铸铁的组织可以认为是由钢的基体与不同形状、数量、大小及分布的石墨组成的。石墨化程度不同，所得到的铸铁类型和组织也不同。
表1 铸铁经不同程度石墨化后所得到的组织
名 称 灰铸铁 麻口铸铁 白口铸铁
石墨化程度 第一阶段 充分进行 充分进行 充分进行 部分进行 不进行 第二阶段 充分进行 充分进行 充分进行 部分进行 不进行 第三阶段 充分进行 部分进行 不进行 不进行 不进行 显微组织 F＋G F＋P＋G P＋G Le'＋P＋G Le'＋P＋Fe3C 33
2、铸铁的性能 铸铁基体组织的类型和石墨的数量、形状、大小和分布状态决定了铸铁的性能。 （1）石墨的影响
石墨是碳的一种结晶形态，其碳的质量分数WC≈100%，具有简单六方晶格。 由于石墨的硬度为3～5HBS，ζb约为20MPa，塑性和韧性极低，伸长率δ接近于零，从而导致铸铁的力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均不如钢。并且石墨数量越多，尺寸越大，分布越不均匀，对力学性能的削弱就越严重。其中
·片状石墨对基体的削弱作用和引起应力集中的程度最大； ·球状石墨对基体的割裂作用最小； ·团絮状石墨的作用居于二者之中。
但石墨的存在，使铸铁具有优异的切削加工性能、良好的铸造性能和润滑作用、很好的耐磨性能和抗振性能，大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。 （2）基体组织的影响
对同一类铸铁来说，在其它条件相同的情况下，铁素体相的数量越多，塑性越好；珠光体的数量越多，则抗拉强度和硬度越高。由于片状石墨对基体的强烈作用，所以只有当石墨为团絮状、蠕虫状或球状时，改变铸铁基体组织才能显示出对性能的影响。 三、常用铸铁材料 1、普通灰铸铁
普通灰铸铁俗称灰铸铁，简称灰铁。其生产工艺简单，铸造性能优良，在生产中应用最为广泛，约占铸铁总量的80%。
（1）灰铸铁的成分、组织和性能
一般铸铁含WC＝2.7%～3.6%，WSi＝1.0～2.2%，WMn＝0.5%～1.3%，WS＜0.15%，WP＜0.3%。其组织有：铁素体灰铸铁（在铁素体基体上分布着片状石墨）；珠光体+铁素体灰铸铁（在珠光体+铁素体基体上分布着片状的石墨）；珠光体灰铸铁（在珠光体基体上分布着片状的石墨）如图2（a）、（b）、（c）所示。
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a）铁素体灰铸铁 b）铁素体+珠光体灰铸铁 c）珠光体灰铸铁
图2 三种基体的灰铸铁
灰铸铁组织相当于在钢的基体上分布着片状石墨，因此，其基体的强度和硬度不低于相应的钢。石墨的强度、塑性、韧性极低，在铸铁中相当于裂缝和孔洞，破坏了基体金属的连续性，同时很容易造成应力集中。因此，灰铸铁的抗拉强度、塑性及韧性都明显低于碳钢。石墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀，对基体的割裂作用越严重。但是石墨片很细，尤其相互连接时，也会使承载面积显著下降。因此，石墨片长度应以0.03～0.25mm为宜。石墨的存在，使灰铸铁的铸造性能、减摩性、减振性和切削加工性都高于碳钢，缺口敏感性也较低。灰铸铁的硬度和抗压强度主要取决于基体组织，而与石墨的存在基本无关。因此，灰铸铁的抗压强度约为抗拉强度3～4倍。 （2）灰铸铁的孕育处理
浇注时向铁液中加入少量孕育剂（如硅铁、硅钙合金等），改变铁液的结晶条件，以得到细小、均匀分布的片状石墨和细小的珠光体组织的方法，称为孕育处理。
孕育处理时，孕育剂及它们的氧化物使石墨片均匀细化，并使铸铁的结晶过程几乎在全部铁液中同时进行，避免铸件边缘及薄壁处出现白口组织，使铸铁各个部位截面上的组织与性能均匀一致，提高了铸铁的强度、塑性和韧性，同时也降低了灰铸铁的断面敏感性。经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁，表4-24中，HT250、HT300、HT350即属于孕育铸铁，常用于制造力学性能要求较高，截面尺寸变化较大的大型铸件，如汽缸、曲轴、凸轮、机床床身等。 2、球墨铸铁
球墨铸铁是石墨呈球状的灰铸铁，如图3所示。它是在浇注前向砂灰铸铁液
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