鑄鐵

英文名：cast iron

含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業(yè)用鑄鐵一般含碳量為2.5%～3.5%。碳在鑄鐵中多以石墨形態(tài)存在，有時(shí)也以滲碳體形態(tài)存在。除碳外，鑄鐵中還含有1%～3%的硅，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、硅是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。鑄鐵可分為：

①灰口鑄鐵。含碳量較高（2.7%～4.0%），碳主要以片狀石墨形態(tài)存在，斷口呈灰色，簡稱灰鐵。熔點(diǎn)低（1145～1250℃），凝固時(shí)收縮量小，抗壓強(qiáng)度和硬度接近碳素鋼，減震性好。由于片狀石墨存在，故耐磨性好。鑄造性能和切削加工較好。用于制造機(jī)床床身、汽缸、箱體等結(jié)構(gòu)件。其牌號以“HT”后面附兩組數(shù)字。例如：HT20-40（第一數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示最低抗彎強(qiáng)度）。

②白口鑄鐵。碳、硅含量較低，碳主要以滲碳體形態(tài)存在，斷口呈銀白色。凝固時(shí)收縮大，易產(chǎn)生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受沖擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和制作耐磨損的零部件。

③可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理后獲得，石墨呈團(tuán)絮狀分布，簡稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用于制造形狀復(fù)雜、能承受強(qiáng)動(dòng)載荷的零件。

④球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)球化處理后獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。碳全部或大部分以自由狀態(tài)的球狀石墨存在，斷口成銀灰色。比普通灰口鑄鐵有較高強(qiáng)度、較好韌性和塑性。其牌號以“QT”后面附兩組數(shù)字表示，例如：QT45-5（第一組數(shù)字表示最低抗拉強(qiáng)度，第二組數(shù)字表示最低延伸率）。用于制造內(nèi)燃機(jī)、汽車零部件及農(nóng)機(jī)具等。

⑤蠕墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經(jīng)蠕化處理后獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。力學(xué)性能與球墨鑄鐵相近，鑄造性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。用于制造汽車的零部件。

⑥合金鑄鐵件。普通鑄鐵加入適量合金元素（如硅、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鋁、硼、釩、錫等）獲得。合金元素使鑄鐵的基體組織發(fā)生變化，從而具有相應(yīng)的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用于制造礦山、化工機(jī)械和儀器、儀表等的零部件。

灰鑄鐵的組織與性能

Wc=2.5%~3.6%

1、灰鑄鐵的組織

（1）鐵素體灰鑄鐵——石墨化過程充分進(jìn)行；

（2）鐵素體珠光體灰鑄鐵——第一、二階段石墨化過程充分進(jìn)行，第三階段石墨化過程部分進(jìn)行；

（3）珠光體灰珠鐵——第一、二階段石墨化過程充分進(jìn)行，第三階段石墨化過程完全沒有進(jìn)行；

2、灰鑄鐵的性能

1）灰鑄鐵的性能主要取決于基體的性能和石墨的數(shù)量、形狀、大小、分布狀況。其中以細(xì)晶粒的珠光體基體和細(xì)片狀石墨組成的灰鑄鐵的性能最優(yōu)，應(yīng)用范圍最廣。

2）灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度和塑性大大低于具有相同基體的鋼，但石墨片對灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度影響不大，所以灰鑄鐵廣泛用作承受壓載荷的零件，如機(jī)座、軸承座等。

3）灰鑄鐵具有良好的鑄造性能、切削加工性能，而且石墨的存在可以起到減磨、減震作用。

變質(zhì)處理（孕育處理）——孕育鑄鐵

1、變質(zhì)處理：澆注前向鐵液中加入變質(zhì)劑，促進(jìn)晶粒細(xì)化。

常用變質(zhì)劑為含硅75%的硅鐵，加入量一般為鐵液重量的0.4%左右。

2、性能：孕育鑄鐵的強(qiáng)度有很大提高，并且塑性、韌性也有所提高。

灰鑄鐵的熱處理

灰鑄鐵的熱處理僅能改變其基體組織，改變不了石墨形態(tài)，因此，熱處理不能明顯改變灰鑄鐵的力學(xué)性能，并且灰鑄鐵的低塑性又使快速冷卻的熱處理方法難以實(shí)施，所以灰鑄鐵的熱處理受大一定的局限性。其熱處理主要用于消除應(yīng)力和改善切削加工性能等。

1、消除內(nèi)應(yīng)力退火（時(shí)效處理）——低溫退火。將鑄件置于100~200℃的爐中，緩慢升溫至500~600℃，保溫4~8h緩冷。

2、改善切削性能的退火——高溫退火，降低硬度將鑄件加熱至850~900℃，保溫2~5h，緩冷至400~500℃出爐空冷。

3、表面淬火——提高硬度和耐磨性

灰鑄鐵的牌號及用途

1、共六個(gè)牌號：HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350

例如見圖所示：

1、化學(xué)成分：Wc=2.4%~2.8%

2、制造方法：可鍛鑄鐵是一定成分的白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火而得到的具有團(tuán)絮狀結(jié)果的石墨的鑄鐵。

3、石墨化退火工藝：900~1000℃保溫15 h后隨爐緩慢冷卻至650℃以下出爐空冷，可得到F基體的可鍛鑄鐵。

球墨鑄鐵的主要成分

——與灰鑄鐵相比，主要特點(diǎn)是高C、高Si、低S。

球墨鑄鐵的顯微組織

——基體+球狀石墨?；w有F、P、F+P、B下四種。

球墨鑄鐵組織示意圖，如圖所示：

球墨鑄鐵的生產(chǎn)方法

——對鐵液進(jìn)行球化處理和孕育處理而得到。

球墨鑄鐵的性能

——球狀石墨對基體的割裂作用影響最小，因而具有很高的強(qiáng)度、良好的韌性、塑性和切削加工性。

球墨鑄鐵牌號的表示方法

如圖所示：

球墨鑄鐵的熱處理

（1）退火——目的是為了獲得鐵素體基體組織和 消除鑄造應(yīng)力；

（2）正火——目的是為了獲得P或P+F基體，細(xì)化組織、提高強(qiáng)度和耐磨性；

（3）調(diào)質(zhì)——為了得到良好的綜合力學(xué)性能；

（4）等溫淬火——為了獲得B下基體的球墨鑄鐵。

化學(xué)成分

Wc=2.4%~2.8%

制造方法

可鍛鑄鐵是一定成分的白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火而得到的具有團(tuán)絮狀石墨的鑄鐵。

石墨化退火工藝

900~1000℃保溫15 h后隨爐緩冷至650℃以下出爐空冷，可得到F基體的可鍛鑄鐵。

可鍛鑄鐵的種類

1）鐵素體可鍛鑄鐵（黑心可鍛鑄鐵）——較高的塑性和韌性；

2）珠光體可鍛鑄鐵——較高強(qiáng)度、硬度和耐磨性。

可鍛鑄鐵的性能

團(tuán)絮狀石墨大大減輕了石墨對基體金屬的割裂作用及應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以可鍛鑄鐵的強(qiáng)度比灰鑄鐵高，塑性韌性也有很大提高。

應(yīng)用范圍

但由于退火周期長，工藝復(fù)雜，成本高，只適 用于大批量生產(chǎn)薄壁零件。