灰铸铁

具有片状石墨的铸铁

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。

简介

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。

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、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。

主要性能

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。

热处理

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。

牌号应用

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。

（摘自GB/T 9439－1988）

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