铸铁的分类和应用

第1页铸铁的分类和应用铸铁是一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。在这些合金中，碳含量超过了在共晶温度时能保留在奥氏体固溶体中的量，工业和生活用铸铁含碳量常在2.5%--4.0%。铸铁是由新生铁、废钢铁、回炉铁、铁合金等各种金属炉料进行合理搭配熔制出的。铸铁的组分主要是铁，此外还含有少量的碳、硅、锰、磷、硫，也可根据需要含有其他合金元素。铸铁的分类方法较多，主要有：（1）按铸铁的断口特征分类为：灰口铸铁（灰铸铁）、白口铸铁、麻口铸铁。（2）按铸铁的石墨形态分类为：灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。（3）按铸铁的化学成分分类为：普通铸铁、合金铸铁。（4）按铸铁的共晶度分类为：亚共晶铸铁、共晶铸铁、过共晶铸铁。（5）按铸铁的特殊性能分类为：耐磨铸铁、抗磨铸铁、耐蚀铸铁、耐热铸铁、无磁性铸铁等。此外，还可按铸铁的基体组织分类（如铁素体球墨铸铁、珠光体球墨铸铁、贝氏体球墨铸铁等）；按铸铁的制取工艺分类（如孕育铸铁、冷硬铸铁等）；按铸铁的合金成分分类（如铝铸铁、镍铸铁、铬铸铁、钨铸铁、硼铸铁等）。灰铸铁（灰口铸铁）：碳分主要以片状石墨形式出现的铸铁，断口呈灰色，基体形式为：铁素体、珠光体、珠光体加铁素体。灰铸铁的化学成分一般为：C2.7%--3.8%Si1.1--2.7%，Mn0.5%--1.4%，P＜0.3%，S＜0.15%。由于灰铸铁具有一定的强度和良好的减震性、耐磨性，以及优良的切削加工性和铸造工艺性，并且生产简便、成本低，因此在工业生产和民用生活中得到最广泛的应用。孕育铸铁：仍属灰铸铁范畴，是铁液经孕育处理后，获得的亚共晶灰铸铁。孕育铸铁的碳主要以细片状石墨形式出现，基体形式为珠光体、铁素体。孕育前的铁液（原铁水）成分一般选择在位于铸件组织图上的麻口区内或白口区域的边缘地带，通常控制为：C2.8%--3.3%，Si0.6%--1.4%，Mn0.8%--1.4%，P＜0.15%，S＜0.12%。经孕育处理后的孕育铸铁，Si常被调整到1.2%--1.8%，共晶团被显著地细化，石墨的尺寸及分布得到改善，从而提高了强度，因此孕育铸铁又常称为高强度灰铸铁。孕育铸铁的抗拉强度可达200--400Mpa，抗弯强度可达450--600Mpa，但延伸率和冲击韧性仍较低，故常用于动载荷较小，静力强度要求较高的重要铸件，如机床床身、发动机缸体等。球墨铸铁：是铁液经过球化剂处理而不是经过热处理，使石墨大部或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。但球墨铸铁经过一定的热处理却可改变基体的形式，球墨铸铁的基体形式为：铁素体、珠光体、铁素体加珠光体、贝氏体、奥氏体加贝氏体。球化前的铁液（原铁水）成分一般选择在共晶点附近，以不出现石墨漂浮为前提，通常希望为高碳、低硅、低磷硫，亦即C3.5%--3.9%，Si1.0%--2.0%，Mn0.3--0.9%，P＜0.1%，S＜0.08%。经球化处理后的铁液还需要进行孕育处理，以消除球化元素所造成的白口倾向，并同时细化石墨球，球化孕育处理后的球墨铸铁，Si常被调整到1.8%--3.3%，镁残余量（Mg残）控制在0.03%--0.08%，稀土氧化物残余量（RE残）控制在0.02%--0.04%，都不希望太高。球墨铸铁是二十世纪40年代末发展起来的一种新型结构材料，除有类似于灰铸铁的良好减震性、耐磨性、切削加工性和铸造工艺性外，还具有比普通灰铸铁高得多的强度、塑性和韧性，抗拉强度可达1200--1450Mpa，延伸率可达17%，冲击值可达60J/cm2，因此已用于生产受力复杂，强度、韧性、耐磨性等要求较高的零件，如汽车、拖拉机、内燃机等的曲轴、第2页凸轮轴，还有通用机械的中压阀门等。蠕墨铸铁：是铁液经过蠕化处理，大部分石墨为蠕虫状石墨的铸铁。蠕墨铸铁的基体形式为：铁素体、珠光体、铁素体加珠光体。蠕化前的铁液（原铁水）成分的选择与球墨铸铁的原铁液成分的选择相似，碳当量一般控制在4.3%--4.6%，同样希望为高碳、低硅、低磷硫，亦即C3.5%--3.9%，Si1.1%--2.0%，Mn0.4%--0.8%，P＜0.1%，S＜0.1%。经蠕化处理后的铁液也需要进行孕育处理，主要是消除蠕化元素所引起的白口组织，并细化石墨，使共晶团数量增多。蠕化孕育处理后的蠕墨铸铁，Si常被调整到2.0%--3.0%，加镁钛蠕化剂时，镁残余量（Mg残）控制在0.015%--0.03%，钛残余量（Ti残）控制在0.08%--0.1%；加稀土镁钛蠕化剂时，稀土氧化物残余量（RE残）控制在0.001%--0.002%，镁残余量控制在0.015%--0.035%，钛残余量（Ti残）控制在0.06%---0.13%。蠕墨铸铁是二十世纪60年代开发的一种新型铸铁材料，抗拉强度可达500Mpa，比灰铸铁强度高，且比球墨铸铁铸造性能好，此外还有良好的导热性等，因此已用于生产柴油机缸盖、电动机外壳、驱动箱箱体、制动器鼓轮、液压件阀体、冶金钢锭模等。可锻铸铁（又称马铁、玛钢、韧铁）：是白口铸铁通过石墨化或氧化脱碳可锻化处理，改变其金相组织或成分，而获得的有较高韧性的铸铁。可锻铸铁由于处理工艺的不同又可分为黑心可锻铸铁和白心可锻铸铁。黑心可锻铸铁是白口铸铁在中性气氛中热处理，使碳化铁分解成絮状石墨与铁素体，正常断口呈黑绒状并带有灰色外圈的可锻铸铁，其中：基体主要为珠光体的黑心可锻铸铁称为可锻铸铁，基体主要为铁素体的黑心可锻铸铁称为铁素体可锻铸铁；白心可锻铸铁是白口铸铁在氧化气氛中退火，产生几乎是全部脱碳的可锻铸铁。可锻铸铁的原铁液（原铁水）成分一般选择在亚共晶范围，以保证铸坯获得纯白口组织且不析出初生石墨又有良好铸造性能为前提，在选择时要综合考虑碳硅含量和锰硫含量的配合关系，通常希望：C+Si=3.6%--4.6%，Mn=（2.5-3.5）S，对于黑心可锻铸铁：C2.3%-2.8%，Si1.1%--2.2%，Mn0.4%--1.2%，P≤0.20%，S≤0.25%；对于白心可锻铸铁：C2.8%--3.4%，Si0.3%--1.0%，Mn0.2%--0.8%，P≤0.20%，S≤0.25%。可锻铸铁的原铁液通常要进行孕育处理，普遍采用的孕育剂有：铝、铋、铝铋、硼铋、硼铋铝等，用纯铝孕育时，加铝0.005%---0.012%，用纯铋孕育时，加铋0.006%---0.01%，用铝铋复合孕育时，加铝0.005%---0.0015%，加铋0.01%--0.02%；用硼铋复合孕育时，加硼0.0015%-0.0025%，加铋0.01%--0.02%，用硼铋铝复合孕育时，加硼0.001%--0.0025%，加铋0.006%--0.01%，加铝0.008%--0.012%。可锻铸铁经热处理后，抗拉强度可达300--700Mpa，延伸率可达2%---16%，强度高于灰铸铁，韧性接近铸钢，铸造性能又优于铸钢，因此已广泛用于汽车、拖拉机、农业机具及铁道零件，还用于电力线路工具、管路连接件、五金工具及家庭用具等。耐磨铸铁：是在润滑条件下而不易磨损的铸铁。主要通过加入某些合金元素在铸铁中形成一定数量的硬化相。通常：用于机床件和通用件的耐磨铸铁有：磷系耐磨铸铁、钒钛系耐磨铸铁、铬钼铜系耐磨铸铁、稀土系耐磨铸铁、锑系耐磨铸铁、硼系耐磨铸铁等。用于活塞环的耐磨铸铁有：钨系耐磨铸铁、钼铜系耐磨铸铁、镍铬系耐磨铸铁、磷系耐磨铸铁等。用于汽缸套的耐磨铸铁有：磷系耐磨铸铁、铬钼铜系耐磨铸铁等。抗磨铸铁：是在摩擦条件下而不易磨损的铸铁。通常有：普通白口铸铁、合金白口铸铁、中锰球墨铸铁等。普通白口铸铁主要用于农用犁铧、粉碎机锤片、磨粉机磨片等。合金白口铸铁主要用于杂质泵叶轮和泵体、抛丸机滑板和叶片。中锰球墨铸铁主要用于球磨机磨球、农机耙片和犁铧等。冷硬铸铁（激冷铸铁）：是铸件某些部分通过激冷凝固速度较快，全部或大部碳呈化合态的铸铁，冷硬铸铁的组织是由外层的白口组织和心部的灰口组织（片状石墨或球状石墨）第3页共生组成。冷硬铸铁的制取，一方面是通过控制化学成分造成较大的激冷性，另一方面是在工艺上采取激冷的措施。冷硬铸铁常用于轧辊，特别是冶金轧辊，此外，还用于柴油机挺杆、拖拉机带轮、碾砂机走轮等。耐热铸铁：是在高温下其氧化或变形符合使用要求的铸铁。可在铸铁中加入某些合金元素以提高铸铁在高温时的抗氧化性和抗生长性。通常，耐热铸铁按加入合金元素不同可分为三类：含硅耐热铸铁、含铝耐热铸铁、含铬耐热铸铁，主要用于烧结机台车、石油炼炉管板、电炉炉门、锅炉炉篦、烟道挡板、换热器等。耐蚀铸铁：是有一定抗腐蚀能力的铸铁。如高硅耐酸铸铁、高硅钼抗氯铸铁、铝铸铁、高铬铸铁、镍铸铁、抗碱铸铁等，主要用于石油、化工、化肥等设备中的许多零件。无磁性铸铁：是具有低导磁率的铸铁。基体组织为奥氏体，常称为奥氏体铸铁，可分为片状石墨奥氏体铸铁和球状石墨奥氏体铸铁，主要用于油开关盖、变压器尾箱、电机夹圈、磁铁支架、潜水艇零件等。