冷却过程中的组织变化：探究与分析

铸铁件热处理后的冷却，主要分为以下3个阶段：

1）在临界温度以下冷却，随着温度的降低，过饱和的碳从奥氏体中析出。缓慢冷却时，析出反应按稳定系进行，碳以石墨形态析出；冷却速度加快，反应也可能按准稳定系进行析出渗碳体。

2）冷却到共析转变临界温度范围内，奥氏体开始转变成铁素体和石墨，形成奥氏体、铁素体和石墨三相组织共存。随温度降低，时间延长，铁素体数量增多。直至低于Ar₁下限温度时，奥氏体全部分解为铁素体和石墨。

3）冷却到共析转变临界温度以下慢冷时，奥氏体转变成铁素体和石墨；快冷时，将产生过冷奥氏体，在不同的温度和冷却速度下转变成不同的组织。

图15-6 低Cu-Mn-Mo球墨铸铁奥氏体等温转变动力学曲线

A—奥氏体 B—贝氏体 F—铁素体 P—珠光体 G—石墨 Ms—马氏体转变开始温度

注：图中的百分数为转变产物的体积分数，其试件的化学成分（质量分数）为：C3.5%、Si2.9%、Mn0.265%、P0.08%、Mo0.194%、Cu0.62%，奥氏体化880℃×20min。

①奥氏体等温转变。和钢的奥氏体等温转变过程相似，铸铁的过冷奥氏体等温转变可分为三个温度区域。即高温转变区（Ar₁至550℃左右），在此温度区间，奥氏体发生扩散分解，形成珠光体组织；中温转变区（500℃左右至Ms点），过冷奥氏体的等温转变产物为贝氏体；低温转变区（Ms点以下），过冷奥氏体转变为马氏体。

铸铁的过冷奥氏体等温转变曲线如图15-5～图15-7所示。

②奥氏体连续冷却转变。几种球墨铸铁的过冷奥氏体连续冷却转变曲线示于图15-8～图15-14。奥氏体温度为900℃，保温20min。图中曲线下端数字为硬度值（10HV）。

图15-7 灰铸铁奥氏体转变动力学曲线

a）亚共晶铸铁 b）过共晶铸铁

图15-8 含w（Si）2.71%非合金化球墨铸铁连续冷却转变曲线和半冷时间-硬度曲线

注：试样成分为（质量分数）：C3.59%、Si2.71%、Mn0.29%、P0.024%、S0.007%、Cr0.04%、Ni0.03%、Mo0.022%、Mg0.024%。

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图15-9 含w（Si）3.45%非合金化球墨铸铁连续冷却转变曲线和半冷时间-硬度曲线

注：试件成分（质量分数）为：C3.54%、Si3.45%、Mn0.31%、P0.024%、S0.005%、Cr0.04%、Ni0.04%、Mo0.022%、Mg0.023%。

图15-10 含w（Mo）0.25%铝球墨铸铁连续冷却转变曲线和半冷时间-硬度曲线

注：试件成分（质量分数）为：C3.33%、Si2.69%、Mn0.32%、P0.022%、S0.008%、Mo0.25%。

图15-11 含w（Mo）0.75%钼球墨铸铁连续冷却转变曲线和半冷时间-硬度曲线

注：试件成分（质量分数）为：C3.33%、Si2.57%、Mn0.31%、P0.024%、S0.008%、Mo0.75%。

图15-12 含w（Mo）0.5%Ni0.61%镍钼球墨铸铁连续冷却转变曲线和半冷时间-硬度曲线

注：试件成分（质量分数）为：C3.39%、Si2.45%、Mn0.32%、P0.023%、S0.011%、Ni0.61%、Mo0.50%。

图15-13 含w（Mo）0.5%Ni2.37%镍钼球墨铸铁连续冷却转变曲线和半冷时间-硬度曲线

注：试件成分（质量分数）为：C3.33%、Si2.40%、Mn0.32%、P0.024%、S0.08%、Ni2.37%、Mo0.5%。

图15-14 钼硼球墨铸铁连续冷却转变曲线和半冷时间-硬度曲线

注：试件成分（质量分数）为：C3.61%、Si2.75%、Mn0.35%、S0.003%、Mo0.24%、B0.0024%、Cr0.07%、Cu0.07%、Al0.020%、Mg0.040%。