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铸铁wc＞2.11%的合金称为铸铁，铸铁中常含有硅、锰等元素以及硫、磷等杂质。力学性能如抗拉强度、塑性、韧性等均较低，减磨性及耐磨性很高，优异的消振性以及低的缺口敏感性。生产成本低廉，铸造性能好，且具有优良的切削加工性。一、铸铁的分类1.根据碳在铸铁中存在形式分类（1）灰口铸铁碳全部或大部分以游离状态的石墨形式存在于铸铁中，断口呈暗灰色，故称灰口铸铁，应用最广泛的一类铸铁。（2）白口铸铁碳以Fe3C的形式存在于铸铁中，断口呈银白色，组织硬而脆，难以切削加工。很少直接用来制造机械零件，可利用它硬而耐磨的特性，制成耐磨零件。2.根据铸铁中石墨的形态进行分类灰口铸铁中，根据石墨的形态不同分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。三、铸铁的石墨化及其影响因素（一）铸铁的石墨化过程①铸铁在冷却过程中即可以从液态中或奥氏体中直接析出Fe3C；②可以直接析出石墨，形成的Fe3C在一定条件下也可以分解为铁素体和石墨，即Fe3C→3Fe+G（石墨）。图为Fe—G（石墨）系和Fe—Fe3C系的双重相图，虚线表示Fe—G系，虚线在实线的上方或左上方，表明Fe—G系比Fe—Fe3C系更为稳定。（3）麻口铸铁碳一部分以石墨形式存在，一部分以Fe3C形式存在，断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的石墨，故称为麻口铸铁。脆性大，工业上很少使用。铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化过程。可分为两个阶段：第一阶段，从过共晶的铁液中直接析出的初生（一次）石墨、在共晶转变过程中形成的共晶石墨及奥氏体冷却析出的二次石墨；第二阶段，共析转变过程中形成的共析石墨。石墨化过程是一个原子扩散过程。第一阶段的石墨化温度较高，原子容易扩散，进行得完全；第二阶段石墨化温度较低，扩散困难，进行不充分，只能部分进行。冷却速度增大，第二阶段的石墨化便完全不能进行。第二阶段石墨化进行的程度不同，获得的铸铁组织也不同。①第二阶段石墨化进行的充分时，组织为铁素体和石墨；②第二阶段石墨化部分进行，形成铁素体+珠光体为基体，其上分布石墨的组织；③第二阶段石墨化完全被抑制不能进行时，组织为珠光体和石墨组成。当冷速过快，两个阶段的石墨化均被抑制，会得到白口铸铁。若第一阶段石墨化部分进行，得到麻口铸铁。（二）影响铸铁石墨化的因素1.冷却速度的影响在化学成分相同的情况下，缓慢冷却有利于石墨化的充分进行，易得到灰铸铁；冷却速度加快，不利于石墨化，甚至使石墨化来不及进行，得到白口铸铁。2.化学成分的影响碳和硅对铸铁的石墨化有决定性作用。含碳量越多越易形成石墨晶核，而硅促进石墨成核。综合考虑碳和硅对铸铁的影响，将硅量折合成相当的碳量，把实际的含碳量与折合成的碳量之和称为碳当量。根据碳当量不同确定其组织。三、常用普通铸铁（一）灰铸铁见表3-14，“HT”表示“灰铸”，后面的数字表示最低抗拉强度值。灰铸铁的化学成分范围是：Wc2.5%～4.0%,WSi1.0%～3.0%,WMn0.5%～1.3%,WP≤0.3%，WS≤0.15%。灰铸铁的组织是片状石墨和钢的基体组成，根据共析阶段石墨化进行的程度不同可分为铁素体、铁素体+珠光体、珠光体三种。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和疲劳强度都比钢低得多，原因有两个方面：①石墨本身的强度和塑性几乎为零，石墨就像金属基体中的孔洞和裂缝，石墨的存在就等于减小了金属基体的有效承载面积；②石墨割断了金属基体的连续性，石墨本身可看成是一条条裂纹，在外力作用下裂纹尖端将导致严重的应力集中，形成断裂源。灰铸铁的硬度和抗拉强度决定于基体。压缩载荷时铸铁的抗压强度和钢差不多。石墨很软，具有消振性。在所有铸铁中，灰铸铁的消振性最好。还具有耐磨性，在干摩擦的情况下，石墨本身能起润滑作用；在有润滑的摩擦情况下，石墨使工作表面保持良好的润滑条件。孕育铸铁是在浇注前向铸铁中加入少量的硅铁、硅钙粉等孕育剂，进行孕育处理，使之得到细片状石墨的灰铸铁。（二）可锻铸铁利用铸铁的优良铸造性能先铸成白口铸铁铸件，然后经过石墨化退火处理，将Fe3C分解为团絮状的石墨，即获得可锻铸铁。团絮状石墨对金属基体的割裂作用大为减弱，使强度、塑性、韧性较灰铸铁都有明显提高。可锻铸铁并不可锻造。获得可锻铸铁的条件：①获得全白口组织的铸铁铸件；②铸态组织无片状石墨。成分：C、Si含量的大致范围为：Wc2.0%～2.6%，WSi1.1%～1.6%。可锻铸铁的牌号、组织性能及应用举例见表3-15。牌号中“KT”表示“可锻”二字的汉语拼音的字头，“KTH”表示黑心可锻铸铁，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁，后面的两组数字表示最低抗拉强度和最低伸长率。例如，KTH300—06。白口铸铁经高温石墨化退火，完成共晶渗碳体的分解以及随后自奥氏体中析出二次石墨，称为石墨化的第一阶段；把奥氏体发生共析转变形成铁素体+石墨，称为石墨化的第二阶段。在退火中，如果这两个阶段都进行得很完全，将得到铁素体+团絮状石墨组织，即铁素体可锻铸铁。因其断口心部为铁素体基体上分布大量得石墨而呈灰黑色，表层因退火时脱碳而呈灰白色，又称黑心可锻铸铁。如果完成了石墨化的第一阶段并析出二次石墨后，以较快速度冷却，使第二阶段石墨化不能进行，将得到珠光体可锻铸铁。铁素体可锻铸铁具有较高的塑性和韧性，比钢的铸造性能好，所以生产中应用较多。珠光体可锻铸铁的强度和耐磨性比铁素体可锻铸铁高，可用来制造强度和耐磨性要求较高的零件。可锻铸铁的石墨化退火工艺曲线。加热到900～980℃，白口铸铁的组织转变为奥氏体和渗碳体。经充分保温，渗碳体分解成奥氏体加石墨。石墨在各个方向上的长大速度几近相似。呈团絮状。在720～760℃，奥氏体中析出二次石墨，依附在原有的石墨上使其继续长大。在760～720℃共析转变区间:①应以极缓慢的冷却速度（3～5℃/h）通过；②冷至略低于共析转变温度范围作长时间保温,保证奥氏体转变为铁素体+石墨，得到铁素体可锻铸铁。随炉缓冷至800～880℃，使奥氏体析出二次石墨，然后出炉空冷，得到珠光体可锻铸铁。（三）球墨铸铁球墨铸铁是石墨呈球状分布的灰口铸铁，简称球铁。与片状石墨和团絮状石墨相比，圆球状石墨对基体的割裂和应力集中作用最小，球墨铸铁是各种铸铁中力学性能最好的一种。①与可锻铸铁相比较，具有生产工艺简单、生产周期短、不受铸件尺寸限制等特点；②球墨铸铁可以像钢一样进行各种热处理以改善金属基体组织，进一步提高力学性能，在很多场合下可以代替钢使用。生产球墨铸铁要进行脱硫处理、球化处理（浇注前必须先往铁液中加入能促使石墨结晶成球状的球化剂）和孕育处理（球化处理后立即加入石墨化元素而进行的处理）。“QT”是“球铁”二字汉语拼音的字头，后面两组数字分别表示其抗拉强度和伸长率的最小值。球铁组织可看成是由球状石墨与钢的基体所组成。常见基体组织有铁素体、铁素体+珠光体和珠光体，也可获得贝氏体、马氏体、托氏体、索氏体和奥氏体等基体组织。球墨铸铁与一般铸铁相似的优良铸造工艺性、切削加工性，耐磨性和消振性。由于石墨呈球状，使其强度和塑性有了很大的提高。球铁的一个突出的优良性能是，屈服强度和抗拉强度的比值（屈强比）约为钢的两倍，对于承受静载荷的零件，可用球铁代钢，以减轻机器质量；球墨铸铁其力学性能取决于石墨的大小和基体的组织。球径越小，性能越好。珠光体球铁的抗拉强度比铁素体球铁的高约一倍。回火马氏体为基的球铁具有高强度、高硬度；下贝氏体为基的球铁具有良好的综合力学性能。球墨铸铁因为基体利用率提高到70%～90%，使热处理改变基体的作用大为突出。球铁像钢一样进行各种热处理。（四）蠕墨铸铁蠕墨铸铁的化学成分与球铁的成分要求基本相似，即高碳、低硫、一定的硅、锰含量。成分范围如下：Wc3.5%～3.9%，WSi2.2%～2.8%,WMn0.4%～0.8%,WP和WS均小于0.1%，碳当量为4.3%～4.6%。蠕墨铸铁的制取是在具有上述成分的铁液中加入适量的蠕化剂进行蠕化处理后获得。蠕化处理后还要进行孕育处理，以获得良好的蠕化效果。我国目前采用的蠕化剂主要有镁钛合金、稀土镁、硅铁和硅钙合金。蠕墨铸铁中石墨是一种过渡型石墨。在光学显微镜下的形状形似蠕虫状，故得名蠕墨铸铁。蠕墨铸铁较球墨铸铁在性能上的优越性在于具有良好的抗热疲劳性能以及优良的导热性能；铸造性能、减振能力也优于球铁。广泛用来制造缸盖、气缸套、电机壳、机床床身、液压阀等。牌号用“蠕墨”二字的汉语拼音字母“RuT”加数字表示，数字代表最小抗拉强度值。如RuT420。四、特殊性能铸铁在铸铁中加入某些元素，以形成具有特殊性能的铸铁（又称合金铸铁）。（一）耐磨铸铁耐磨铸铁零件按工作条件大致可分为两种类型：一种是在润滑条件下工作；另一种使在无润滑的干摩擦条件下工作。灰铸铁制成的摩擦对，要求摩擦因数小磨损量低，彼此不损害对方偶件，在润滑条件下工作。例如在灰铸铁的基础上提高磷含量，使其达到WP0.4%～0.6%，得到高磷铸铁，在高磷铸铁的基础上加入铜和钛，得到的磷铜钛耐磨铸铁等就是常用的这类耐磨铸铁。白口铸铁多半是在干摩擦情况下，破坏摩擦对偶而保全自身并具有较长的工作寿命。欲提高白口铸铁的耐磨性，可通过在铸铁中加入Cr、Ni、Mo、V等元素，提高淬透性，得到铸态下具有马氏体组织的白口铸铁。含锰量WMn5%～7%，含硅量WSi3.3%～5%的中锰合金铸铁，组织为马氏体+贝氏体+部分奥氏体+碳化物，具有很高的硬度和耐磨性的同时又有一定的韧性。（二）耐蚀铸铁耐蚀铸铁的耐蚀原理：①通过向铸铁中加入Si、Al、Cr、Cu、Ni、P等合金元素，提高基体的电极电位；②使基体成为单相，减少石墨数量并形成球状石墨；③在铸铁表面形成一层致密的保护膜。耐蚀铸铁可分为高硅耐蚀铸铁、高铝耐蚀铸铁及高铬耐蚀铸铁等。最常用的是高硅耐蚀铸铁，含硅量15%～17%，组织为硅合金铁素体+石墨+Fe3Si2，有优良的耐酸性，在硝酸、硫酸等有氧酸中均有很好的抗蚀性，在碱性介质中工作的零件，可采用Al—Si合金铸铁。高铬耐蚀铸铁中铬的含量高达WCr26%～36%,能形成Cr2O3保护膜，具有优良的耐蚀性、耐热性。