常用標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵砝碼的牌號、組織與性能

鑄鐵砝碼中的石墨形態(tài)、尺寸以及分布狀況對性能影響很大。鑄鐵中石墨狀況主要受鑄鐵的化學(xué)成分及工藝過程的影響。通常，鑄鐵中石墨形態(tài)（片狀或球狀）在鑄造后即形成；也可將白口鑄鐵通過退火，讓其中部分或全部的碳化物轉(zhuǎn)化為團(tuán)絮狀形態(tài)的石墨。工業(yè)上使用的鑄鐵很多，按石墨的形態(tài)和組織性能，可分為普通灰口鑄鐵、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和特殊性能鑄鐵等。
一、鑄鐵砝碼 灰口鑄鐵
灰口鑄鐵是價格*、應(yīng)用zui廣泛的一種鑄鐵，在各類鑄鐵的總產(chǎn)量中，灰口鑄鐵占80%以上。
1、灰口鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征
在生產(chǎn)中，為澆注出合格的灰鑄鐵件，一般應(yīng)根據(jù)所生產(chǎn)的鑄鐵牌號、鑄鐵壁厚、造型材料等因素來調(diào)節(jié)鑄鐵的化學(xué)成分，這是控制鑄鐵組織的基本方法。
灰口鑄鐵的成分大致范圍為：2.5～4.0%C，1.0～3.0%Si，0.25～1.0%Mn，0.02～0.20%S，0.05～0.50%P。具有上述成分范圍的液體鐵水在進(jìn)行緩慢冷卻凝固時，將發(fā)生石墨化，析出片狀石墨。其斷口的外貌呈淺煙灰色，所以稱為灰口鑄鐵。
普通灰口鑄鐵的組織是由片狀石墨和鋼的基體兩部分組成的。根據(jù)不同階段石墨化程度的不同，灰口鑄鐵有三種不同的基體組織。

2、鑄鐵砝碼 灰口鑄鐵的牌號、性能及用途
灰口鑄鐵灰口鑄鐵的牌號、性能及用途。牌號中“HT"表示“灰鐵"二字漢語拼音的大寫字頭，在“HT"后面的數(shù)字表示zui低抗拉強(qiáng)度值。在同一牌號中，隨鑄件壁厚的增加，其抗拉強(qiáng)度降低。因此，根據(jù)零件的性能要求選擇鑄鐵牌號時，必須同時注意到零件的壁厚尺寸。
灰口鑄鐵的性能與普通碳鋼相比，具有如下特點：
（1）機(jī)械性能低，其抗拉強(qiáng)度和塑性韌性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼。這是由于灰口鑄鐵中片狀石墨（相當(dāng)于微裂紋）的存在，不僅在其處引起應(yīng)力集中，而且破壞了基體的連續(xù)性，這是灰口鑄鐵抗拉強(qiáng)度很差，塑性和韌性幾乎為零的根本原因。但是，灰口鑄鐵在受壓時石墨片破壞基體連續(xù)性的影響則大為減輕，其抗壓強(qiáng)度是抗拉強(qiáng)度的2.5～4倍。所以常用灰口鑄鐵制造機(jī)床床身、底座等耐壓零部件。
（2）耐磨性與消震性好。由于鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油，所以耐磨性好。同樣，由于石墨的存在，灰口鑄鐵的消震性優(yōu)于鋼。
（3）工藝性能好。由于灰口鑄鐵含碳量高，接近于共晶成分，故熔點比較低，流動性良好，收縮率小，因此適宜于鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜或薄壁鑄件。另外，由于石墨使切削加工時易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵的可切削加工性優(yōu)于鋼。

3．鑄鐵砝碼灰口鑄鐵的孕育處理
HT250、HT300、HT350屬于較高強(qiáng)度的孕育鑄鐵（也稱變質(zhì)鑄鐵），這是普通鑄鐵通過孕育處理而得到的。由于在鑄造之前向鐵液中加入了孕育劑（或稱變質(zhì)劑），結(jié)晶時石墨晶核數(shù)目增多，石墨片尺寸變小，更為均勻地分布在基體中。所以其顯微組織是在細(xì)珠光體基體上分布著細(xì)小片狀石墨。鑄鐵變質(zhì)劑或孕育劑一般為硅鐵合金或硅鈣合金小顆?；蚍?，當(dāng)加入鑄鐵液內(nèi)后立即形成SiO2的固體小質(zhì)點，鑄鐵中的碳以這些小質(zhì)點為核心形成細(xì)小的片狀石墨。
鑄鐵經(jīng)孕育處理后不僅強(qiáng)度有較大提高，而且塑性和韌性也有所改善。同時，由于孕育劑的加入，還可使鑄鐵對冷卻速度的敏感性顯著減少，使各部位都能得到均勻一致的組織。所以孕育鑄鐵常用來制造機(jī)械性能要求較高、截面尺寸變化較大的鑄件。

二、鑄鐵砝碼 球墨鑄鐵
灰口鑄鐵經(jīng)孕育處理后雖然細(xì)化了石墨片，但未能改變石墨的形態(tài)。改變石墨形態(tài)是大幅度提高鑄鐵機(jī)械性能的根本途徑，而球狀石墨則是zui為理想的一種石墨形態(tài)。為此，在澆注前向鐵水中加入球化劑和孕育劑進(jìn)行球化處理和孕育處理，則可獲得石墨呈球狀分布的鑄鐵，稱為球墨鑄鐵，簡稱“球鐵"。

重慶大學(xué)精品課程－工程材料

（a）珠光體+鐵素體基球墨鑄鐵； （b）鐵素體基球墨鑄鐵

1、球墨鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征
球墨鑄鐵常用的球化劑有鎂、稀土或稀土鎂，孕育劑常用的是硅鐵和硅鈣。球墨鑄鐵的大致化學(xué)成分范圍是：3.6～3.9%C，2.0～3.2%Si，0.3～0.8%Mn，<0.1%P，<0.07%S，0.03～0.08%Mg殘。由于球化劑的加入將阻礙石墨化，并使共晶點右移造成流動性下降，所以必須嚴(yán)格控制其含量。
球墨鑄鐵的顯微組織由球形石墨和金屬基體兩部分組成。隨著成分和冷卻速度的不同，球鐵在鑄態(tài)下的金屬基體可分為鐵素體、鐵素體加珠光體、珠光體三種。

2、球墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途
球墨鑄鐵的牌號、機(jī)械性能及用途。牌號中的“QT"表示“球鐵" 二字漢語拼音的大寫字頭，在“QT"后面兩組的數(shù)字分別表示zui低抗拉強(qiáng)度和zui低延伸率。

與灰口鑄鐵砝碼相比，球墨鑄鐵具有較高的抗拉強(qiáng)度和彎曲疲勞極限，也具有相當(dāng)良好的塑性及韌性。這是由于球形石墨對金屬基體截面削弱作用較小，使得基體比較連續(xù)，且在拉伸時引起應(yīng)力集中的效應(yīng)明顯減弱，從而使基體的作用可以從灰口鑄鐵的30～50%提高到70～90%。另外，球鐵的剛性也比灰口鑄鐵好，但球鐵的消震能力比灰口鑄鐵低很多。
由于球鐵中金屬基體是決定球鐵機(jī)械性能的主要因素，所以球鐵可通過合金化和熱處理強(qiáng)化的方法進(jìn)一步提高它的機(jī)械性能。因此，球鐵可以在一定條件下代替鑄鋼、鍛鋼等，用以制造受力復(fù)雜、負(fù)荷較大和要求耐磨的鑄件。如具有高強(qiáng)度與耐磨性的珠光體球鐵常用來制造內(nèi)燃機(jī)曲軸、凸輪軸、軋鋼機(jī)軋輥等；具有高韌性和塑性的鐵素體球鐵常用來制造閥門、汽車后橋殼、犁鏵、收割機(jī)導(dǎo)架等。

三、鑄鐵砝碼 蠕墨鑄鐵
蠕墨鑄鐵是近年來發(fā)展起來的一種新型工程材料。它是由液體鐵水經(jīng)變質(zhì)處理和孕育處理隨之冷卻凝固后所獲得的一種鑄鐵。通常采用的變質(zhì)元素（又稱蠕化劑）有稀土硅鐵鎂合金、稀土硅鐵合金、稀土硅鐵鈣合金或混合稀土等。

1、蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征
蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)介于片狀和球狀石墨之間?；铱阼T鐵中石墨片的特征是片長、較薄、端部較尖。球鐵中的石墨大部分呈球狀，即使有少量團(tuán)狀石墨，基本上也是互相分離的。而蠕墨鑄鐵的石墨形態(tài)在光學(xué)顯微鏡下看起來像片狀，但不同于灰口鑄鐵的是其片較短而厚、頭部較圓（形似蠕蟲）。所以可以認(rèn)為，蠕蟲狀石墨是一種過渡型石墨。
蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分一般為：3.4～3.6%C，2.4～3.0%Si，0.4～0.6%Mn，≤0.06%S，≤0.07%P。對于珠光體蠕墨鑄鐵，要加入珠光體穩(wěn)定元素，使鑄態(tài)珠光體量提高。

2、蠕墨鑄鐵的牌號、性能特點及用途
蠕墨鑄鐵的牌號、機(jī)械性能及用途。牌號中“RuT"表示“蠕鐵" 二字漢語拼音的大寫字頭，在“RuT"后面的數(shù)字表示zui低抗拉強(qiáng)度。表中的“蠕化率"為在有代表性的顯微視野內(nèi)，蠕蟲狀石墨數(shù)目與全部石墨數(shù)目的百分比。由于蠕墨鑄鐵的組織是介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間的中間狀態(tài)，所以蠕墨鑄鐵的性能也介于兩者之間，即強(qiáng)度和韌性高于灰口鑄鐵，但不如球墨鑄鐵。蠕墨鑄鐵的耐磨性較好，它適用于制造重型機(jī)床床身、機(jī)座、活塞環(huán)、液壓件等。
蠕墨鑄鐵的導(dǎo)熱性比球墨鑄鐵要高得多，幾乎接近于灰口鑄鐵，它的高溫強(qiáng)度、熱疲勞性能大大優(yōu)于灰口鑄鐵，適用于制造承受交變熱負(fù)荷的零件，如鋼錠模、結(jié)晶器、排氣管和汽缸蓋等。蠕墨鑄鐵的減震能力優(yōu)于球墨鑄鐵，鑄造性能接近于灰口鑄鐵，鑄造工藝簡便，成品率高。

四、鑄鐵砝碼 可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火而獲得的一種高強(qiáng)度鑄鐵，又叫瑪鋼。白口鑄鐵中的滲碳體在退火過程中分解出團(tuán)絮狀石墨，所以明顯減輕了石墨對基體的割裂。與灰口鑄鐵相比，可鍛鑄鐵的強(qiáng)度和韌性有明顯提高。

1．可鍛鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征
可鍛鑄鐵的制作過程是：先鑄造成白口鑄鐵，再進(jìn)行“可鍛化"退火將滲碳體分解為團(tuán)絮狀石墨，得到鐵素體基體加團(tuán)絮狀石墨或珠光體（亦或珠光體及少量鐵素體）基體加團(tuán)絮狀石墨。鐵素體基體＋團(tuán)絮狀石墨的可鍛鑄鐵斷口呈黑灰色，俗稱黑心可鍛鑄鐵，這種鑄鐵件的強(qiáng)度與延性均較灰口鑄鐵的高，非常適合鑄造薄壁零件，是zui為常用的一種可鍛鑄鐵。珠光體基體或珠光體與少量鐵素體共存的基體加團(tuán)絮狀石墨的可鍛鑄鐵件斷口呈白色俗稱白心可鍛鑄鐵，這種可鍛鑄鐵應(yīng)用不多。
由于生產(chǎn)可鍛鑄鐵的先決條件是澆注出白口鑄鐵，若鑄鐵沒有*白口化而出現(xiàn)了片狀石墨，則在隨后的退火過程中，會因為從滲碳體中分解出的石墨沿片狀石墨析出而得不到團(tuán)絮狀石墨。所以可鍛鑄鐵的碳硅含量不能太高，以促使鑄鐵*白口化；但碳、硅含量也不能太低，否則使石墨化退火困難，退火周期增長?？慑戣T鐵的化學(xué)成分大致為：2.5~3.2%C，0.6~1.3%Si，0.4~0.6%Mn，0.1~0.26％P，0.05~1.0%S。

2．可鍛鑄鐵砝碼的牌號、性能特點及用途
可鍛鑄鐵的牌號、機(jī)械性能及用途。牌號中的“KT"表示“可鐵"二字漢語拼音的大寫字頭，“H"表示“黑心"，“Z"表示珠光體基體。牌號后面的兩組數(shù)字分別表示zui低抗拉強(qiáng)度和zui低延伸率?？慑戣T鐵不能用鍛造方法制成零件，只是因為石墨的形態(tài)改造為團(tuán)絮狀，不如灰口鑄鐵的石墨片分割基體嚴(yán)重，因而強(qiáng)度與韌性比灰口鑄鐵高。
可鍛鑄鐵的機(jī)械性能介于灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間，有較好的耐蝕性，但由于退火時間長，生產(chǎn)效率極低，使用受到限制，故一般用于制造形狀復(fù)雜，承受沖擊，并且壁厚<25mm的鑄件（如汽車、拖拉機(jī)的后橋殼、輪殼等）。可鍛鑄鐵亦適用于制造在潮濕空氣、爐氣和水等介質(zhì)中工作的零件，如管接頭、閥門等。

3．可鍛鑄鐵的石墨化退火
可鍛鑄鐵的石墨是通過白口鑄件退火形成的。通常是先形成的白口鑄件加熱到900~980℃溫度，一般保溫60－80小時，爐冷使其中滲碳體分解讓“*階段石墨化"充分進(jìn)行形成團(tuán)絮狀石墨。待爐冷至770－650℃再長時間保溫讓“第二階段石墨化"充分進(jìn)行，這樣處理后獲得“黑心可鍛鑄鐵"。若取消第二階段的770－650℃長時間保溫，只讓*階段石墨化充分進(jìn)行爐冷后便獲得珠光體基體或珠光體與少量鐵素體共存的基體加團(tuán)絮狀石墨的“白心可鍛鑄鐵"。
可鍛鑄件的問題是：可鍛化退火時間太長，生產(chǎn)效率太低，退火后在600~400℃之間緩冷后鑄鐵件脆性大。解決問題的辦法是：避免退火后在600~400℃之間緩冷；向鑄鐵液中引入少量Bi、B元素并可適當(dāng)提高硅的含量可有效地縮短退火時間。我國有的廠家已將可鍛化退火時間縮短到20h。

五、鑄鐵砝碼 特殊性能鑄鐵
工業(yè)上除了要求鑄鐵有一定的機(jī)械性能外，有時還要求它具有較高的耐磨性以及耐熱性、耐蝕性。為此，在普通鑄鐵的基礎(chǔ)上加入一定量的合金元素，制成特殊性能鑄鐵（合金鑄鐵）。它與特殊性能鋼相比，熔煉簡便，成本較低。缺點是脆性較大，綜合機(jī)械性能不如鋼。
1．耐磨鑄鐵
有些零件如機(jī)床的導(dǎo)軌、托板，發(fā)動機(jī)的缸套，球蘑機(jī)的襯板、磨球等，要求更高的耐磨性，一般鑄鐵滿足不了工作條件的要求，應(yīng)當(dāng)選用耐磨鑄鐵，耐磨鑄鐵根據(jù)組織可分為下面幾類。
（1）耐磨灰口鑄鐵
在灰口鑄鐵中加入少量合金元素（如磷、釩、鉻、鉬、銻、稀土等）可以增加金屬基體中珠光體數(shù)量，且使珠光體細(xì)化，同時也細(xì)化了石墨。由于鑄鐵的強(qiáng)度和硬度升高，顯微組織得到改善，使得這種灰口鑄鐵具有良好的潤滑性和抗咬合抗擦傷的能力。耐磨灰口鑄鐵廣泛用于制造機(jī)床導(dǎo)軌、汽缸套、活塞環(huán)、凸輪軸等零件。
（2）中錳球墨鑄鐵
在稀土-鎂球鐵中加入5.0～9.5%Mn，控制3.3～5.0%Si，其組織為馬氏體+奧氏體+滲碳體+貝氏體+球狀石墨，具有較高的沖擊韌性和強(qiáng)度，適用于同時承受沖擊和磨損條件下使用，可代替部分高錳鋼和鍛鋼。中錳球鐵常用于農(nóng)機(jī)具耙片、犁鏵、球蘑機(jī)磨球等零件。

2．耐熱鑄鐵
普通灰口鑄鐵的耐熱性較差，只能在小于400℃左右的溫度下工作。耐熱鑄鐵是指在高溫下具有良好的抗氧化和抗生長能力的鑄鐵。所謂熱生長是指氧化性氣氛沿石墨片邊界和裂紋滲入鑄鐵內(nèi)部，形成內(nèi)氧化以及因滲碳體分解成石墨而引起體積的不可逆膨脹。結(jié)果將使鑄件失去精度和產(chǎn)生顯微裂紋。
在鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等合金元素，使之在高溫下形成一層致密的氧化膜：SiO、AlO、CrO等，使其內(nèi)部不再繼續(xù)氧化。此外，這些元素還會提高鑄鐵的臨界點，使其在所使用的溫度范圍內(nèi)不發(fā)生固態(tài)相變，以減少由此造成的體積變化，防止顯微裂紋的產(chǎn)生。
耐熱鑄鐵按其成分可分為硅系、鋁系、硅鋁系及鉻系等。其中鋁系耐熱鑄鐵脆性較大，而鉻系耐熱鑄鐵的價格較貴，所以我國多采用硅系和硅鋁系耐熱鑄鐵。

3．耐蝕鑄鐵
提高鑄鐵耐蝕性的主要途徑是合金化。在鑄鐵中加入硅、鋁、鉻等合金元素，能在鑄鐵表面形成一層連續(xù)致密的保護(hù)膜，可有效地提高鑄鐵的抗蝕性。而在鑄鐵中加入鉻、硅、鉬、銅、鎳、磷等合金元素，可提高鐵素體的電極電位，以提高抗蝕性。另外，通過合金化，還可獲得單相金屬基體組織，減少鑄鐵中的微電池，從而提高其抗蝕性。
目前應(yīng)用較多的耐蝕鑄鐵有高硅鑄鐵（STSi15）、高硅鉬鑄鐵（STSi15Mo4）、鋁鑄鐵（STA15）、鉻鑄鐵（STCr28）抗堿球鐵（STQNiCrR）等。