铸铁材料的分类

铸铁材料的分类、石墨的结构和特点二

第二节灰铸铁

一、灰铸铁的成分、组织与性能特点

1．灰铸铁的化学成分

铸铁中碳、硅、锰是调节组织的元素，磷是控制使用的元素，硫是应限制的元素目前生产中，灰铸铁的化学成分范围一般为：wC=2.7%~3.6%，wSi=1.0%~2.5%，wMn=0.5%~1.3%，wP≤0.3%，wS≤0.15%

2．灰铸铁的组织

灰铸铁是第一阶段和第二阶段石墨化过程都能充分进行时形成的铸铁

它的显微组织特征是片状石墨分布在各种基体组织上

由于第三阶段石墨化程度的不同，可以获得三种不同基体组织的灰铸铁

a）铁索体灰铸铁b）珠光体灰铸铁

c）铁索体珠光体灰铸铁

图7.4 灰铸铁的显微组织

3．灰铸铁的性能特点

（1）力学性能：灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性和弹性模量远比相应基体的钢低石墨片的数量愈多，尺寸愈粗大

分布愈不均匀，对基体的割裂作用和应力集中现象愈严重，则铸铁的强度、塑性与韧性就愈低

由于灰铸铁的抗压强度σbc、硬度与耐磨性主要取决于基体，石墨的存在对其影响不大，故灰铸铁的抗压强度一般是其抗拉强度的3~4倍同时，珠光体基体比其它两种基体的灰铸铁具有较高的强度、硬度与耐磨性

（2）其它性能石墨虽然会降低铸铁的抗拉强度、塑性和韧性，但也正是由于石墨的存在，使铸铁具有一系列其它优良性能

①铸造性能良好由于灰铸铁的碳当量接近共晶成分，故与钢相比，不仅熔点低，流动性好，而且铸铁在凝固过程中要析出比容较大的石墨，部分地补偿了基体的收缩，从而减小了灰铸铁的收缩率，所以灰铸铁能浇铸形状复杂与壁薄的铸件

②减摩性好减摩性是指减少对偶件被磨损的性能灰铸铁中石墨本身具有润滑作用，而且当它从铸铁表面掉落后，所遗留下的孔隙具有吸附和储存润滑油的能力，使摩擦面上的油膜易于保持而具有良好的减摩性所以承受摩擦的机床导轨、汽缸体等零件可用灰铸铁制造

③减振性强铸铁在受震动时

石墨能阻止震动的传播

起缓冲作用，并把震动能量转变为热能，灰铸铁减振能力约比钢大10倍，故常用作承受压力和震动的机床底座、机架、机床床身和箱体等零件，

④切削加工性良好由于石墨割裂了基体的连续性

使铸铁切削时容易断屑和排屑

且石墨对刀具具有一定润滑作用，故可使刀具磨损减少

⑤缺口敏感性小钢常因表面有缺口（如油孔、键槽、刀痕等）造成应力集中，使力学性能显著降低，故钢的缺口敏感性大灰铸铁中石墨本身已使金属基体形成了大量缺口，致使外加缺口的作用相对减弱，所以灰铸铁具有小的缺口敏感性

由于灰铸铁具有以上一系列的优良性能，而且价廉

易于获得，故在目前工业生产中，它仍然是应用最广泛的金属材料之一

二、灰铸铁的孕育处理

灰铸铁组织中石墨片比较粗大，因而它的力学性能较低为了提高灰铸铁的力学性能

生产上常进行孕育处理孕育处理(inoculation)就是在浇注前往铁液中加入少量孕育剂

改变铁液的结晶条件，从而获得细珠光体基体加上细小均匀分布的片状石墨组织的工艺过程经孕育处理后的铸铁称为孕育铸铁

生产中常先熔炼出含碳（2.7%~3.3%）、硅（1%~2%）均较低的铁水，然后向出炉的铁水中加入孕育剂，经过孕育处理后再浇注常用的孕育剂为含硅75%的硅铁

加入量为铁水重量的0.25%~0.6%

因孕育剂增加了石墨结晶的核心，故经过孕育处理的铸铁石墨细小、均匀，并获得珠光体基体孕育铸铁的强度、硬度较普通灰铸铁均高

如σb=250~400Pa，硬度达170~270HBS孕育铸铁的石墨仍为片状，塑性和韧性仍然很低，其本质仍属灰铸铁

三、灰铸铁的牌号和应用

1．灰铸铁的牌号

灰铸铁的牌号以其力学性能来表示灰铸铁的牌号以"HT"起首

其后以三位数字来表示，其中"HT"表示灰铸铁

数字为其最低抗拉强度值例如，HT200

表示以ф30mm单个铸出的试棒测出的抗拉强度值大于200 MPa（但小于300 MPa）依照GB 5675-85，灰铸铁共分为HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350六个牌号其中，HT100为铁素体灰铸铁，HT150为珠光体-铁素体灰铸铁，HT200和HT250为珠光体灰铸铁，HT300和HT350为孕育铸铁

2．灰铸铁的应用

选择铸铁牌号时必须考虑铸件的壁厚和相应的强度值，如表7.2所列例如，某铸件的壁厚40mm，要求抗拉强度值为200 MPa，此时，应选HT250

而不是HT200

四、灰铸铁的热处理

1．消除内应力退火

铸件在铸造冷却过程中容易产生内应力，可能导致铸件变形和裂纹，为保证尺寸的稳定防止变形开裂

对一些大型复杂的铸件，如机床床身、柴油机汽缸体等，往往需要进行消除内应力的退火处理（又称人工时效）工艺规范一般为：加热温度500~550℃，加热速度一般在60~120℃/h，经一定时间保温后，炉冷到150~220℃出炉空冷

2．改善切削加工性退火

灰口铸铁的表层及一些薄截面处，由于冷速较快，可能产生白口，硬度增加，切削加工困难故需要进行退火降低硬度，其工艺规程依铸件壁厚而定冷却方法根据性能要求而定，如果主要是为了改善切削加工性，可采用炉冷或以30~50℃/h速度缓慢冷却若需要提高铸件的耐磨性，采用空冷

可得到珠光体为主要基体的灰铸铁

3．表面淬火

表面淬火的目的是提高灰铸铁件的表面硬度和耐磨性其方法除感应加热表面淬火外铸铁还可以采用接触电阻加热表面淬火

图7.8为机床导轨进行接触电阻加热表面淬火方法的示意图其原理是用一个电极（紫铜滚轮）与欲淬硬的工作表面紧密接触，通以低压（2~5V）大电流（400~750A）的交流电，利用电极与工作接触处的电阻热将工件表面迅速加热到淬火温度，操作时将电极以一定的速度移动，于是被加热的表面依靠工件本身的导热而迅速冷却下来，从而达到表面淬火的目的

图7.8 结触电阻加热表面淬火示意图