成分与组织特点

工业上常用铸铁的成分（质量分数）一般为含碳2.5%~4.0%、含硅1.0%~3.0%、含锰0.5%~1.4%、含磷0.01%~0.5%、含硫0.02%~0.2%。

铸铁中的碳主要是以石墨（G）形式存在的，所以铸铁的组织是由钢的基体和石墨组成的。铸铁的基体有珠光体、铁素体、珠光体加铁素体三种，它们都是钢中的基体组织。因此，铸铁的组织特点，可以看作是在钢的基体上分布着不同形态的石墨。

铸铁的性能特点

分布于基体上的石墨可视为空洞或裂纹。由于石墨的存在，减少了铸件的有效承载面积，且受力时石墨尖端处产生应力集中，大大降低了基体强度的利用率。因此，铸铁的抗拉强度、塑性和韧性比碳钢低。

但铸铁具有了一些碳钢所没有的性能，如良好的耐磨性、消振性、低的缺口敏感性以及优良的切削加工性能。液态铸铁流动性好，此外由于石墨结晶时体积膨胀，所以铸造收缩率低，其铸造性能优于钢。

铁碳合金双重相图

石墨化过程

☆  石墨化方式  铸铁组织中石墨的形成过程称为石墨化过程。

   石墨化有以下两种方式：

   1、从液态和固态中直接析出石墨。

  2、渗碳体在一定条件下分解出石墨。

☆  石墨化过程  铸铁的石墨化过程可分为三个阶段：

       第一阶段 （液相—共晶阶段）：从液体中直接析出石墨

L→L_C+G_I

L_C，→ A_E+G共晶

      第二阶段（共晶—共析阶段）：过饱和奥氏体沿着E’S’线冷却时析出的二次石墨GⅡ，其反应式可写成

A_E，→ A_S +G_Ⅱ

  第三阶段（共析阶段）：在共析转变阶段，由奥氏体转变为铁素体和共析石墨G共析，其反应式可写成

A_S，→ F_P+G共析

石墨化过程是原子扩散过程，所以石墨化的温度愈低，原子扩散愈难，因而愈不易石墨化。显然，由于石墨化程度的不同，将获得不同基体的铸铁组织。

温度高，冷却速度极其缓慢，原子扩散能力强，前两阶段石墨化容易进行。前一阶段决定是白口、灰口铸铁，后阶段决定铸铁组织。

影响石墨化的因素

影响铸铁石墨化的主要因素是化学成分和结晶过程中的冷却速度。

☆  化学成分的影响  主要为碳、硅、锰、硫、磷的影响，具体影响见教材。

☆  冷却速度的影响  在化学成分相同的情况下，铸铁结晶时冷却速度慢，有利于石墨化过程的进行，冷却速度快，不利于石墨化过程的进行。

  根据上述影响石墨化的因素可知，当铁液的碳当量较高，结晶过程中的冷却速度较慢时，易于形成灰铸铁。相反，则易形成白口铸铁。

表7.1    铸铁组织与石墨化进行程度之间的关系

              

按石墨化程度分类

☆  白口铸铁  它是第一、第二、三阶段的石墨化过程全部被抑制，而完全按照Fe-Fe3C相图进行结晶而得到的铸铁，其中的碳几乎全部以Fe3C形式存在，断口呈银白色，故称为白口铸铁。

☆  灰口铸铁  它是第一、二阶段石墨化过程充分进行而得到的铸铁，其中碳主要以石墨形式存在，断口呈灰银白色，故称灰口铸铁，是工业上应用最多最广的铸铁。

☆  麻口铸铁  它是第一阶段石墨化过程部分进行而得到的铸铁，其中一部分碳以石墨形式存在，另一部分以Fe3C形式存在，其组织介于白口铸铁和灰口铸铁之间，断口呈黑白相间构成麻点，故称为麻口铸铁。

按灰口铸铁中石墨形态分类

根据灰口铸铁中石墨存在的形态不同，可将铸铁分为以下四种。

☆  灰铸铁：铸铁组织中的石墨呈片状。这类铸铁力学性能较差，但生产工艺简单，价格低廉，工业上应用最广。

☆  可锻铸铁：铸铁中的石墨呈团絮状。其力学性能好于灰铸铁，但生产工艺较复杂，成本高，故只用来制造一些重要的小型铸件。

☆  球墨铸铁：铸铁组织中的石墨呈球状。此类铸铁生产工艺比可锻铸铁简单，且力学性能较好，故得到广泛应用。

☆  蠕墨铸铁：铸铁组织中的石墨呈短小的蠕虫状。蠕墨铸铁的强度和塑性介于灰铸铁和球墨铸铁之间。此外，它的铸造性、耐热疲劳性比球墨铸铁好，因此可用来制造大型复杂的铸件，以及在较大温度梯度下工作的铸件。