铸铁的分类及其性能特点

铸铁的分类及其性能特点

一、铸铁的分类

铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合金。工业用铸铁是以铁、碳、硅为主要组成元素并含有锰、磷、硫等杂质的多元合金。普通铸铁的成分大致为2.0~4.0%C、0.6~3.0%Si、0.2~1.2%Mn\0.1~1.2%P、0.08~0.15%S。有时为了进一步提高铸铁的性能或得到某种特殊性能，还加入Cr、Mo、V、Al等合金元素或提高Si、Mn、P等元素含量，这种铸铁称作合金铸铁。

碳在铸铁中，除少量溶于基体外，绝大部分是以石墨或碳化物的形式存在于铸铁中。根据碳的存在形式不同，可将铸铁区分为白口铸铁和灰口铸铁两大类。

1.白口铸铁碳全部以渗碳体形式存在的铸铁称白口铸铁，断口呈银白色。这种铸铁组织中含有大量渗碳体和莱氏体共晶，因而其性能既硬又脆，所以不宜用作结构材料，一般都用作炼钢原料。

2.灰口铸铁碳全部或大部分以石墨形式存在的铸铁，称作灰口铸铁，其断口呈灰暗色。生产中多用来铸造各种机械零件。

按石墨的形态不同，灰口铸铁又可分为普通灰口铸铁，可锻铸铁及球墨铸铁。

（1）普通灰口铸铁其中碳大部分或全部以片状形式的石墨存在于铸铁中它也常简称为灰铸铁。一般情况下，其石墨片都比较粗大。但若在铁水浇注前，向铁水中加入一些能起形核作用的所谓孕育剂（通常是加入硅铁），将增加并加快石墨的形核，从而使石墨细化并且分布均匀。这种处理称作孕育处理，经过这种处理的灰口铸铁即称孕育铸铁。

（2）可锻铸铁它是由一定成分的白口铸铁经石墨化退火后形成。其中的碳全部或大部以团絮状石墨形式存在于铸铁中。它又称韧性铸铁或马铁。可锻铸铁实际上并不可锻，只不过具有一定塑而已。

（3）球墨铸铁简称球铁，其中的碳全部或大部分以球状石墨形式存在于铸铁中。它是灰口铸铁中机械性能最好的一种。

二、灰口铸铁的组织及性能特点

1.铸铁的石墨化过程在铸铁的冷凝过程中，原则上碳既可以渗碳体的形式析出，形成白口铸铁；也可以石墨的形式析出，形成灰口铸铁。析出石墨碳的过程，即称为石墨化。

至于碳究竟以哪种形式析出，主要取决于铸铁的化学成分及冷却速度。铝、碳及硅是最强烈促进石墨化的元素，而铬、硫及锰等是阻碍石墨化的元素。铸铁冷凝时，冷却速度愈慢，则愈易石墨化，反之愈易形成渗碳体。

一般的铁碳合金结晶时，照例是不易析出石墨的，但当含有足量的碳及硅时，在合金结晶时，就可能从液相中直接析出石墨碳（称为初生石墨）。合金在共晶线与共析线之间冷却时，既可以从奥氏体中直接析出石墨附着在初生石墨上，使之长大；也可能先析出渗碳体，而这渗碳体在缓慢的冷却过程中或恒温保温下，分解成铁素体和石墨。在这温度范围内的石墨化，常称作第一阶段石墨化。同理，在共析线以下冷却时，既可以由奥氏体直接共析分解为石墨和铁素体，也可以先形成珠光体，然后珠光体中的渗碳体再在保温过程中分解为石墨和铁素体，这称之为第二阶段石墨化。

石墨化过程有赖于碳原子的扩散，所以第一阶段石墨化由于温度较高，扩散条件较好，容易进行得比较完全。而第二阶段石墨化则由于温度角度，扩散条件较差，往往不能充分进行。在冷速较大时，只能部分石墨化或根本不能进行。

2.灰口铸铁的组织特点灰口铸铁的组织，简言之，可以看做由钢的基体和石墨夹杂物所共同组成。由于石墨的强度和塑性与钢相比，几近于零。因此可将铸铁看作是布满裂缝及孔洞的钢。石墨的存在起着割裂基体的作用，减少了基体承受载荷的有效面积，特别当石墨呈片状时，将石墨片的尖端引起应力集中。因而使得铸铁的强度和塑性大大低于具有同样基体的钢，其降低的程度取决于石墨的数量、形态、大小及分布。

显然，石墨的数量愈多，尺寸愈大，愈接近片状，分布愈不均匀，则对基体的破坏作用必然愈大，因而强度及塑性即愈低，这就是普通灰口铸铁机械性能较差的根本原因。孕育铸铁由于其石墨片比较细小，分布比较均匀，故强度有所提高。在可锻铸铁及球铁中，石墨分别呈团絮状及球状，对基体的破坏作用较小，因而不仅强度得以进一步提高，而且还具有一定的塑性。

3.灰口铸铁的性能特点灰口铸铁的机械性能取决于铸铁中石墨的形状、大小、数量和分布以及其基体组织。一般说来，由于石墨的存在使得铸铁强度低并且脆性大。但是随着石墨形态、大小及分布的改善，其机械性能也可相应改善。下表列举了各种灰口铸铁及铸钢的某些机械性能指示，可资比较。

各种灰口铸铁与铸钢的机械性能比较

的关系不大，所以铸铁的抗压强度与钢基体相近。

尽管同钢相比，铸铁的机械性能较差，但是铸铁具有优良的铸造性能，良好的切削加工性能及优良的耐磨性和消震性。再加上生产简单，成本低廉，所以目前铸铁仍然是最主要的机械制造材料之一。特别是随着铸铁成分及铸造工艺的改进，球墨铸铁的应用以及各种热处理工艺在铸铁零件上的运用，近年来铸铁在品种与性能上都有了可观的增加和提高，在机械制造中的应用更趋广泛。