1.2.3 鑄鐵

鑄鐵是碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金，并含有較多的硅、錳、硫、磷等雜質(zhì)元素。鑄鐵中碳主要以石墨的形式存在，石墨化程度不同，所得鑄鐵類型、組織、性能也不同。

鑄鐵的力學(xué)性能比鋼差，但接近共晶成分的鑄鐵熔點低、流動性好，所以具有優(yōu)良的鑄造性能，有良好的減磨性、消振性和切削加工性，并且生產(chǎn)工藝及設(shè)備簡單，價格低廉，因此鑄鐵在工業(yè)中使用廣泛。

1.鑄鐵的分類

（1）按照碳在鑄鐵中的存在形式不同分類

1）灰口鑄鐵。碳全部或大部分以石墨的形式存在，沒有萊氏體組織，其斷口呈暗灰色。工業(yè)上使用的鑄鐵大部分是這類鑄鐵。

2）白口鑄鐵。這類鑄鐵的石墨化過程全部被抑制，碳除微量溶于鐵素體外，全部以Fe₃C的形式存在，其斷口呈銀白色，硬而脆，難以切削加工，因此在工業(yè)中很少直接使用。白口鑄鐵主要用作煉鋼原料和生產(chǎn)可鍛鑄鐵的毛坯。

3）麻口鑄鐵。這類鑄鐵的石墨化過程只得到部分實現(xiàn)，碳一部分以石墨的形式存在，另一部分以Fe₃C的形式存在，其斷口呈黑白相間麻點，硬而脆，難以切削加工，所以工業(yè)中很少用。

（2）按照鑄鐵中石墨形態(tài)的不同分類

1）灰鑄鐵。其石墨呈片狀，力學(xué)性能較差，但生產(chǎn)工藝簡單，價格低廉，鑄造性能優(yōu)良，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛。

2）可鍛鑄鐵。其石墨呈團絮狀，力學(xué)性能比灰鑄鐵高，但生產(chǎn)周期長，成本較高，一般用于制造一些重要的小型鑄件。

3）球墨鑄鐵。其石墨呈球狀，力學(xué)性能最高，強度接近碳鋼，生產(chǎn)工藝比可鍛鑄鐵簡單，可代替部分碳鋼和合金鋼制造某些重要零件。

4）蠕墨鑄鐵。其石墨呈蠕蟲狀，力學(xué)性能介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。

2.灰鑄鐵

（1）灰鑄鐵的組織和性能 灰鑄鐵的顯微組織特征是：片狀石墨分布在各種基體組織上。灰鑄鐵按基體組織的不同，分為鐵素體灰鑄鐵、鐵素體+珠光體灰鑄鐵、珠光體灰鑄鐵三種。

灰鑄鐵組織相當于在鋼的基體上分布著片狀石墨，由于石墨的強度、塑性、韌性極低，在鑄鐵中相當于裂縫和孔洞，破壞了基體金屬的連續(xù)性，同時片狀石墨的尖端處造成應(yīng)力集中，因此灰鑄鐵的力學(xué)性能明顯低于鋼，屬于脆性材料，不宜鍛造與沖壓，焊接性能也較差。但灰鑄鐵的抗壓強度受石墨的影響較小，其抗壓強度與鋼接近，因此適宜做受壓件，不宜做受拉件。由于石墨的存在，灰鑄鐵的鑄造性、減摩性、減振性和切削加工性都優(yōu)于非合金鋼，且缺口的敏感性較低，因此在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。

（2）灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途 灰鑄鐵的牌號由“HT+數(shù)字”組成。其中，“HT”是漢字“灰鐵”的拼音字首；“數(shù)字”表示抗拉強度值（MPa）。常用灰鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途見表1-8。

從表1-8中可以看出，灰鑄鐵的強度與鑄件壁厚有關(guān)，強度隨壁厚增加而降低，這主要是由于壁厚增加使冷卻速度降低，造成基體組織中鐵素體增多，而珠光體減少的緣故。

（3）灰鑄鐵的熱處理 由于熱處理僅能改變灰鑄鐵的基體組織，不能改變石墨的形狀和分布，對提高灰鑄鐵的力學(xué)性能作用不大，因此灰鑄鐵的熱處理主要用于消除鑄件的內(nèi)應(yīng)力和改善其切削加工性能。常用的熱處理方法有去應(yīng)力退火（時效處理）、軟化退火（石墨化退火）和表面淬火。

3.球墨鑄鐵

球墨鑄鐵是在鑄鐵液出爐前加入球化劑和孕育劑，使鑄鐵中的石墨全部或大部分呈球狀分布的一種鑄鐵。

（1）球墨鑄鐵的組織與性能 球墨鑄鐵因化學(xué)成分、冷卻速度和熱處理方法不同，得到鐵素體、鐵素體+珠光體和珠光體等不同的基體組織。鐵素體球墨鑄鐵的塑性、韌性好；珠光體球墨鑄鐵的抗拉強度、硬度高；鐵素體+珠光體球墨鑄鐵的性能介于二者之間。承受靜載荷的零件用球墨鑄鐵取代非合金鋼是安全可靠的，目前球墨鑄鐵在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。

（2）球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途 球墨鑄鐵的牌號由“QT+數(shù)字-數(shù)字”組成。其中，“QT”是漢字“球鐵”的拼音字首；后面的第一組“數(shù)字”表示其抗拉強度值（MPa）;第二組“數(shù)字”表示其斷后伸長率數(shù)值。常用球墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途見表1-9。

（3）球墨鑄鐵的熱處理 因球狀石墨對基體的割裂作用小，所以球墨鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于基體組織，因此通過熱處理改變基體組織可顯著改善球墨鑄鐵的力學(xué)性能。其熱處理的方法與鋼基本相同，主要有退火、正火、調(diào)質(zhì)處理和等溫淬火。

4.可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火后得到的具有團絮狀石墨的鑄鐵。

（1）可鍛鑄鐵組織和性能 可鍛鑄鐵根據(jù)退火后獲得的基體組織不同，分為黑心可鍛鑄鐵（又稱為鐵素體可鍛鑄鐵）、珠光體可鍛鑄鐵和白心可鍛鑄鐵。

可鍛鑄鐵中石墨為團絮狀，與灰鑄鐵相比，可鍛鑄鐵有較好的強度和塑性，特別是低溫沖擊性能較好；與球墨鑄鐵相比，具有成本低、質(zhì)量穩(wěn)定、鐵液處理簡便和利于組織生產(chǎn)的特點；可鍛鑄鐵的耐磨性和減振性優(yōu)于普通非合金鋼，切削性能與灰鑄鐵接近，適于制作形狀復(fù)雜的薄壁中小型零件和工作中有振動、韌性要求較高的零件。可鍛鑄鐵因其較高的強度、塑性和沖擊韌度而得名，但實際上并不能進行鍛造。

（2）可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途 常用的兩種可鍛鑄鐵的牌號由“KTH+數(shù)字-數(shù)字”或“KTZ+數(shù)字-數(shù)字”組成。其中，“KT”是漢字“可鐵”的拼音字首，用“KTH”表示“黑心可鍛鑄鐵”，用“KTZ”表示“珠光體可鍛鑄鐵”；符號后的第一組“數(shù)字”表示抗拉強度值（MPa）;第二組“數(shù)字”表示斷后伸長率數(shù)值。常用可鍛鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途見表1-10。

5.蠕墨鑄鐵

蠕墨鑄鐵是通過在鑄鐵液中加入適量的蠕化劑和孕育劑得到的，其生產(chǎn)方法與球墨鑄鐵基本相同。

（1）蠕墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途 蠕墨鑄鐵中的石墨大部分呈蠕蟲狀，其組織介于相同基體組織的球墨鑄鐵和灰鑄鐵之間，其強度、韌性、疲勞強度、耐磨性及耐熱疲勞性比灰鑄鐵高，斷面敏感性也小，但塑性、韌性比球墨鑄鐵低。蠕墨鑄鐵的鑄造性、減振性、導(dǎo)熱性及切削加工性優(yōu)于球墨鑄鐵，抗拉強度接近球墨鑄鐵。

蠕墨鑄鐵的牌號由“RuT+數(shù)字”組成。其中，“RuT”是漢字“蠕鐵”的拼音字首；“數(shù)字”表示其抗拉強度值（MPa）。常用蠕墨鑄鐵的牌號、力學(xué)性能及用途見表1-11。

（2）蠕墨鑄鐵的熱處理 蠕墨鑄鐵的熱處理主要是為了調(diào)整其基體組織，以滿足不同的力學(xué)性能要求。常用的熱處理工藝有正火和退火，正火的目的是為了增加珠光體量，提高強度和耐磨性；退火的目的是為了獲得85%以上的鐵素體基體或消除薄壁處的自由滲碳體。