铸铁的石墨形态对力学性能的影响

铸铁是碳的质量分数大于2.11%、含杂质比钢多的铁碳合金。铸铁常用的化学成分为ωC＝2.5%～4.0%、ωSi＝1.0%～3.5%、ωMn＝0.5%～1.5%、ωP<0.2%、ωs<0.15%，其余为Fe。

铸铁具有许多优良的性能，且生产方法简便，成本低廉。因此，目前铸铁仍是最重要的机械结构材料之一，用于制作机床床身、主轴箱、尾座（架）、减速机箱盖、箱座、内燃机气缸体、缸套、活塞环、凸轮轴、曲轴等零件。在各类机械中，铸铁件约占机器总重量的15%～90%。

根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。

1.灰铸铁

灰铸铁中石墨以片状形式存在，如图1－9所示，断口呈灰色。石墨的力学性能极差，使灰铸铁的抗拉强度比钢的抗拉强度低很多，且断后伸长率接近于零。灰铸铁中石墨含量越多、越粗大，其力学性能越差。但因为存在石墨，又使灰铸铁具有一些优点，如减振性比钢好；石墨能起润滑作用，提高了耐磨性和切削加工性能；有良好的铸造性能，收缩小，不易产生铸造缺陷等。另外，由于灰铸铁熔化过程简单、成本低，因而是用得最广的铸造合金。

2.可锻铸铁

可锻铸铁是将白口铸铁通过石墨化退火或氧化脱碳处理，改变其金相组织成分而获得的有一定韧性的铸铁。可锻铸铁中的石墨呈团絮状，如图1－10所示，对金属基体的割裂作用较小，故其力学性能比灰铸铁好，适宜制作薄壁、形状复杂的小型铸件，但其工艺复杂。可锻铸铁虽有一定的断后伸长率和冲击韧性，但实际上是不能锻造成形的。

图1－9　片状石墨（灰铸铁）

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图1－10　团絮状石墨（可锻铸铁）

3.球墨铸铁

铁液经过球化处理（而不是在凝固后经过热处理），使石墨大部分或全部呈球状而获得的铸铁称为球墨铸铁，如图1－11所示。由于球墨铸铁的石墨呈球状，因而其基体强度利用率高达70%～90%，其抗拉强度、塑性、韧性高，可与钢相媲美。与钢一样，球墨铸铁通过热处理可进一步提高其力学性能，适用于代替钢在静载荷或冲击不大的条件下工作的零件，如曲轴、凸轮轴等。

4.蠕墨铸铁

蠕墨铸铁是20世纪60年代出现的一种新型铸铁，石墨呈蠕虫状，如图1－12所示。它是性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间的一种高强度铸铁。

图1－11　球状石墨（球墨铸铁）

图1－12　蠕虫状石墨（蠕墨铸铁）