灰铸铁
- 灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁，其产量占铸铁总产量80%以上。根据石墨的形态，灰口铸铁可分为：普通灰铸铁，石墨呈片状；球墨铸铁，石墨呈球状；可锻铸铁，石墨成团絮状；蠕墨铸铁，石墨呈蠕虫状。
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灰铸铁的热处理后只能改变基体组织，不能改变石墨的形态，因而不可能明显提高灰铸铁件的力学性能。灰铸铁的热处理主要用于消除铸件内应力和白口组织，稳定尺寸，改善切削加工性能，提高表面硬度和耐磨性等。
消除内应力退火
用以消除铸件在凝固过程中因冷却不均匀而产生的铸造应力，防止铸件产生变形和裂纹。其工艺是将铸件加热到 500～600℃，保温一段时间后随炉缓冷至150～200℃以下出炉空冷，有时把铸件在自然环境下放置很长一段时间，使铸件内应力得到松弛，这种方法叫“自然时效”，大型灰铸铁件可以采用此法来消除铸造应力 。
石墨化退火
以消除白口组织，降低硬度，改善切削加工性能。方法是将铸件加热到850～900℃，保温 2～5小时，然后随炉缓冷至400～500℃，再出炉空冷，使渗碳体在保温和缓冷过程中分解而形成石墨。
表面淬火
提高表面硬度和延长使用寿命。如对于机床导轨表面和内燃机汽缸套内壁等灰铸铁件的工作表面，需要有较高的硬度和耐磨损性能，可以采用表面淬火的方法。常用的方法有高（中）频感应加热表面淬火和接触电阻加热表面淬火。
按GB/T 9439－1988规定，根据直径30mm单铸试棒的抗拉强度，将灰铸铁分为六个牌号。灰铸铁的牌号是由“HT”（“灰铁”两字汉语拼音字首）和最小抗拉强度σb 值（用φ30mm试棒的搞拉强度）表示。例如牌号HT250表示φ30mm试棒的最小抗拉强度值为250MPa的灰铸铁。设计铸件时，应根据铸件受力处的主要壁厚或平均壁厚选择铸铁牌号。
| 铸铁类别 |
牌号 |
铸件壁厚/mm |
力学性能 |
应用 |
|
| σb/MPa≥ |
HBS |
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| 铁素体 灰铸铁 |
HT100 |
2.5～10 |
130 |
10～166 |
适用于载荷小、对摩擦和磨损无特殊要求的不重要铸件，如防护罩、盖、油盘、手轮、支架、底板、重锤、小手柄等 |
| 10～20 |
100 |
93～140 |
|||
| 20～30 |
90 |
87～131 |
|||
| 30～50 |
80 |
82～122 |
|||
| 铁素体—珠光体 灰铸铁 |
HT150 |
2.5～10 |
175 |
137～205 |
承受中等载荷的铸件，如机座、支架、箱体、刀架、床身、轴承座、工作台、带轮、端盖、泵体、阀体、管路、飞轮、电机座等 |
| 10～20 |
145 |
119～179 |
|||
| 20～30 |
130 |
110～166 |
|||
| 30～50 |
120 |
105～157 |
|||
| 珠光体 灰铸铁 |
HT200 |
2.5～10 |
220 |
157～236 |
承受较大载荷和要求一定的气密性或耐蚀性等较重要铸件，如汽缸、齿轮、机座、飞轮、床身、气缸体、气缸套、活塞、齿轮箱、刹车轮、联轴器盘、中等压力阀体等 |
| 10～20 |
195 |
148～222 |
|||
| 20～30 |
170 |
134～200 |
|||
| 30～50 |
160 |
129～192 |
|||
| HT250 |
4.0～10 |
270 |
175～262 |
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| 10～20 |
240 |
164～247 |
|||
| 20～30 |
220 |
157～236 |
|||
| 30～50 |
200 |
150～225 |
|||
| 孕育铸铁 |
HT300 |
10～20 |
290 |
182～272 |
承受高载荷、耐磨和高气密性重要铸件，如重型机床、剪床、压力机、自动车床的床身、机座、机架，高压液压件，活塞环，受力较大的齿轮、凸轮、衬套，大型发动机的曲轴、气缸体、缸套、气缸盖等 |
| 20～30 |
250 |
168～251 |
|||
| 30～50 |
230 |
161～241 |
|||
| HT350 |
10～20 |
340 |
199～298 |
||
| 20～30 |
290 |
182～272 |
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| 30～50 |
260 |
171～257 |
|||
（摘自GB/T 9439－1988）
灰铸铁碳量较高（为2.7%~4.0%），可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；珠光体一铁素体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。
铁素体灰铸铁是在铁素体的基体上分布着多而粗大的石墨片，其强度、硬度差，很少应用；
珠光体灰铸铁是在珠光体的基体上分布着均匀、细小的石墨片，其强度、硬度相对较高，常用于制造床身、机体等重要件；
珠光体—铁素体灰铸铁是在珠光体和铁素体混合的基体上，分布着较为粗大的石墨片，此种铸铁的强度、硬度尽管比前者低，但仍可满足一般机体要求，其铸造性、减震性均佳，且便于熔炼，是应用最广的灰铸铁。
灰铸铁显微组织的不同，实质上是碳在铸铁中存在形式的不同。灰铸铁中的碳有化合碳（Fe3C)和石墨碳所组成。化合碳为0.8%时，属珠光体灰铸铁；化合碳小于0.8%时，属珠光体—铁素体灰铸铁；全部碳都以石墨状态存在时，则为铁素体灰铸铁。
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的...
灰铸铁5000-10000元/吨（2017年）。灰铸铁是铸铁的一种。碳以片状石墨形式存在于铸铁中。断口呈灰色。有良好的铸造、切削性能， 耐磨性好。用于制造机架、箱体等。灰铸铁石墨呈片状，有效承...
灰铸铁价格是18元左右一公斤，价格走势是比较稳定的，灰铸铁这种铸铁中的碳大部分或全部以自由状态的片状石墨形式在，其断口呈暗灰色，有一定的力学性能和良好的被切削性能，主要是用于制造机床床身、汽缸、箱体等...
力学性能
灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重，在石墨尖角处易造成应力集中，使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢，但抗压强度与钢相当，也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时，基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响，铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大，强度和硬度最低，故应用较少；珠光体基体灰铸铁的石墨片细小，有较高的强度和硬度，主要用来制造较重要铸件；铁素体一珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大，性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。
其他性能
灰铸铁具有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性。
灰铸铁性能的影响因素
①化学成分的影响。生产中主要是控制碳和硅的质量分数。碳、硅质 量分数过低，铸铁易出现白口组织，机械性能和铸造性能都很低; 碳、硅 质量分数过高时，石墨片过多且粗大，甚至在铁水中表面出现石墨的漂浮， 降低铸件的性能和质量。因此，灰铸铁中的碳、硅含量一般控制在2%～ 4%C; 1.0%～2.0%Si; 0.5%～1.4%Mn。
②冷却速度的影响： 在一定的铸造工艺条件下，铸件的冷却速度对石 墨化程度影响很大。铸件的不同壁厚随着壁厚的增加，冷却速度减慢，碳 原子有充分扩散时间，则有利于石墨化过程充分进行，室温组织易形成灰 铁组织; 但薄壁零件在冷却过程中冷速过快，容易形成白口铁组织。
灰铸铁是铸铁的一种。碳以片状石墨形式存在于铸铁中。断口呈灰色。有良好的铸造、切削性能， 耐磨性好。用于制造机架、箱体等。灰铸铁石墨呈片状，有效承载面积比较小，石墨尖端易产生应力集中， 所以灰铸铁的强度、塑性、韧度都低于其他铸铁。但具有优良的减振性、 低的缺口敏感性和高的耐磨性。
第2章灰铸铁
第2章灰铸铁
1 第二章 普通灰铸铁 第一节 铁－碳双重相图 合金相图是分析合金金相组织的有用工具。 铸铁是以铁元素为基的含有碳、 硅、锰、磷、硫等元素的多元铁合金，但其中对铸铁的金相组织起决定作用的 主要是铁、碳和硅，所以，除根据铁－碳相图来分析铸铁的金相组织外，还必 须研究铁－碳－硅三元合金的相图。 一、铁－碳相图的二重性 从热力学的观点看，在一定的条件下，高温时的渗碳体能自动分解成为奥 氏体和石墨，这表明渗碳体的自由能较高，亦即在这个条件下一定成分的铸铁 以奥氏体和石墨的状态存在时具有较低的能量，是处于稳定平衡的状态，说明 了奥氏体加渗碳体的组织，虽然亦是在某种条件下形成，在转变过程中也是平 衡的，但不是最稳定的。 从结晶动力学（晶核的形成与长大过程） 的观点来看，以含 C 4.3% 的共晶 成分液体在低于共晶温度的凝固为例：在液体中形成含 C 6.67% 的渗碳体晶核 要比形成含 C 100%
浅谈灰铸铁
浅谈灰铸铁
浅谈灰铸铁 灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁， 因断裂时断口呈暗灰色， 故称为 灰铸铁。主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁， 其产量占铸铁总产量 80%以上。灰铸铁的金相组织由金属基体和片状 石墨组成。金属基体主要有铁素体， 珠光体及珠光体与铁素体混合组 织三种，石墨片以不停数量，大小，形状分布于基体中。 组成成分 灰铸铁碳量较高（为 2.7%~4.0%），可看成是碳钢的基体加片状石 墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类：铁素体基体灰铸铁；珠光体 一铁素体基体灰铸铁；珠光体基体灰铸铁。 铁素体灰铸铁是在铁素体的基体上分布着多而粗大的石墨片， 其强 度、硬度差，很少应用； 珠光体灰铸铁是在珠光体的基体上分布着均匀、 细小的石墨片， 其 强度、硬度相对较高，常用于制造床身、机体等重要件； 珠光体—铁素体灰铸铁是在珠光体和铁素体混合的基体上， 分布着 较为粗大的石墨片，此种铸铁的强度、
高牌号灰铸铁一般是指HT250以上的灰铸铁。在生产过程中，大体可分为以下形式：一种是孕育铸铁；另一种是合金铸铁（这里主要介绍稀土灰铸铁）。下面就此两种高牌号灰铸铁浅谈一下自己的看法和认识。
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一、孕育铸铁
在灰铸铁中，石墨是以片状形式存在的，片状石墨的存在，严重地破坏了铁基体的性能。为了提高机械性能，就必须减少石墨片的数量。孕育铸铁实质上就是通过减少石墨片数量并加入适量的孕育剂使共晶团细化的方法来获得较高的力学性能。
灰铸铁中，主要元素为C、Si、Mn、S、P。其中C、Si、P是促进石墨化元素，而Mn、S为阻碍石墨化元素。为了减少石墨片的数量，就必须降低C、Si、P的含量，同时提高Mn、S的含量，故其碳当量CE=C+1/3（Si+P）一般来说都较低，都属于亚共晶铸铁Sc＜1，但是由于碳在铸铁中以两种形式存在，一种是游离态的石墨；另一种是化合态的渗碳体，如果碳当量过低，那么铸铁在冷却过程中碳就会全部形成渗碳体，而使铸铁成为白口铸铁，力学性能不佳。所以在生产孕育铸铁过程中，首先要进行化学成分分析，来选择合适的碳当量，使碳元素在凝固过程中除形成渗碳体外，还要有少量石墨存在，以便使铸铁的内部组织出现珠光体，而获得高的力学性能。
在实际生产孕育铸铁时，由于在原铁液中还要加入硅基孕育剂，故在选择原铁水成分时一般是选择其碳当量CE在白口区或麻口区边缘的附近，这就要视所生产的孕育铸铁的牌号而定，然后稍加入孕育剂就会使灰口铸铁基体呈现细致的珠光体。
对于Mn和S元素，它们都是有利于形成珠光体的元素，在铁液中Mn和S元素还会发生反应，生成MnS渣滓，故在生产孕育铸铁时，还需要增加Mn元素的含量。而对于S元素，就要视铸件的实际结构状况，在铸件不产生裂纹的情况下，可以放宽对其的控制范围，某些情况下，甚至于是人为提高其含量。
至于孕育剂的加入方式，一种是在出铁时加入，还有在浇注过程中随流孕育或型内孕育，这就要视具体情况灵活掌握。由于孕育方式的不同，孕育剂的加入量也会有所变化。
孕育过程是对原铁水短时间的一种作用，故对铁水的浇注时间必须加以限制，如果浇注时间过长就会失去孕育效果，使铸件的力学性能降低。
二、稀土合金铸铁
在生产孕育铸铁时，需配入大量的废钢，如果利用冲天炉进行熔炼有时可能会有困难，况且由于铸造业的发展，废钢供不应求，有时会直接影响生产。为此我们必须考虑一种新的生产方案，在不用或少用废钢的情况下生产高牌号灰口铸铁，那么这种工艺就是利用稀土合金进行对高牌号灰口铸铁的熔炼。首先我们来了解一下稀土合金的作用：
（1）稀土元素是强脱硫剂。
（2）残留在铁水中的稀土元素会使灰口铸铁的石墨形态发生明显改变。
（3）稀土能使铸铁结晶过冷度加大，妨碍凝固过程石墨化，增加白口倾向。
孕育铸铁碳当量较低，均属于亚共晶铸铁，而稀土灰铁则不然，其属于是共晶或过共晶铸铁。因为在亚共晶铸铁中加入稀土元素，凝固时共晶石墨要在奥氏体枝晶间析出，由于稀土对铸铁结晶时的过冷作用大，这种枝晶间石墨常以过冷石墨析出，故机械性能恶化。而对于共晶或过共晶铸铁情况就有所不同，稀土元素在加入后会使铸铁组织发生明显的变化。在加入少量稀土合金时，石墨仍为片状，只不过分布稍均匀而已，继续增加稀土合金达到一定数值时，石墨形状会发生急剧的变化。变成短而粗的蠕虫状，并有少量球团状石墨，继续增加稀土元素，则蠕虫状石墨比例将会减少，而球团状石墨逐渐增多。达到一定程度时，则由于它的过冷作用强，在基体中会出现部分莱氏体组织，这种组织上的变化必然引起机械性能的变化。如果在此基础上增加稀土量，则基体中莱氏体量就会增多，机械性能将有所下降。
综上所述，要想利用稀土元素熔炼高牌号灰口铸铁，其所必备的两个条件是：
其一，原铁液必须是共晶或过共晶成分，其碳当量CE=4.3%-4.8%。
其二，用稀土合金处理后的铁水中，必须残留一定量的稀土元素，经多次测定，残留Re=0.06%-0.1%。
因为稀土是强脱硫剂，故加入稀土合金处理后的铁水一般含S量都比较低，大约在0.01%-0.02%左右。
此外在熔炼稀土灰铁时，为了增加基体中珠光体的含量，通常还需要配以一定数量的Mn，Mn一般取在0.5%-1.5%之间。
实际生产中，为了确保稀土灰铁的质量，必须要对处理后的铁水进行炉前取样检验，通常采用三角试块。试样断口以顶部及两侧有轻微缩凹，断口呈银灰色，组织致密，中心有轻微缩松并且试样尖端有一定白口宽度者为最佳。如果三角试块顶部及两侧有较大缩凹，中心缩松明显，断口呈银灰色，白口宽度亦很大，则说明稀土合金加入过量，应降低其加入量，同时要强化孕育；反之，则说明稀土合金加入量不足，应适当加大稀土合金加入量，以便使断口的白口宽度达到一定的数值。
经过多次试验，利用稀土合金熔炼高牌号灰口铸铁是完全可行的，其抗拉强度一般均≥350MPa。
以上是生产高牌号灰口铸铁的两种方法，当然还有其他熔炼高牌号灰口铸铁的方法，如加入一定量的Cu、Ni、Cr等合金元素对铸铁实施合金化。不管怎样，我们只有在工作中不断探索，不断认识新事物，才能提高我们的专业知识水平，更好地为生产服务。
内容简介
《高性能灰铸铁材质控制技术与应用》是李平博士和李锋军博士两位作者结合自己的切身体会和国内外的灰铸铁研究成果，融会贯通，归纳阐释精心写成。《高性能灰铸铁材质控制技术与应用》总结和论述了生产高性能灰铸铁件的技术要点和最新的发展动向，对从事灰铸铁件研究和生产工作的铸造工作者有较大的帮助。相信《高性能灰铸铁材质控制技术与应用》的出版，将对推动灰铸铁生产质量的提高，为我国的铸造业在由铸造大国向铸造强国的发展过程中发挥良好的作用，作出一定贡献
参编姚青李红莉牛艳娥 主审王晓江机械工业出版社本书以灰铸铁铸件生产工艺过程为教学载体，按照“认知铸造车间—生产一个灰铸铁铸件—编制一套铸造工艺规程—组织一次生产工艺方案论证会议”四个阶段组织安排教学内容，基于工作过程系统地设计了课程大纲、教学方案及教学内容。 全书共14个情境、40个情景、75项工作任务，内容包括认知铸造车间和职业领域、铸造用砂处理、制芯及造型、熔炼及浇注、落砂、清理、铸件检验、铸件热处理及检验、铸件表面处理、制订铸造工艺规程、选用和设计铸造工艺装备、填写铸造工艺卡及编写检验项目书、撰写设计说明书、生产工艺方案论证会议。 本书适合职业院校材料成型与控制技术专业使用，也适合金属材料类专业热加工、机械类专业热加工实训及铸造企业员工培训使用。
高牌号灰铸铁知识介绍