探索铸铁世界：从牌号、金相、性能再到应用

探索铸铁世界：从牌号、金相、性能再到应用

铸铁是一种重要的工程材料，在机械制造、汽车工业、建筑等领域有着广泛的应用。本文将从铸铁的定义、分类、牌号表示方法以及其金相组织和性能特点等方面进行详细介绍，帮助读者全面了解这一重要材料。

定义

铸铁是指碳的质量分数大于2.14%或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。工业上所有的铸铁是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。

铸铁的成分范围大致为：w(C)=2.44.0%,w(Si)=0.63.0%,w(Mn)=0.21.2%,w(P)=0.041.2%,w(S)=0.04~0.20%及其他合金元素。

铸铁中的碳可能以渗碳体（Fe3C）或石墨两种独立的形式存在。

铸铁分类及牌号

铸铁分类

铸铁的分类方法较多，可按铸铁的使用性能、断口特征或成分特征进行分类，较常用和方便的是分为七大类。

铸铁的分类及组织特征

根据《GB/T 5612-2008 铸铁牌号表示方法》规定将铸铁分为5类。

铸铁牌号

铸铁基本代号由表示该铸铁特征的汉语拼音字的第一个大写正体字母组成，当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写整体字母后加小写正体字母来区别。

当要表示铸铁的组织特征或特殊性能时，代表铸铁组织特征或特殊性能的汉语拼音字的第一个大写正体字母排列在基本代号的后面。

以化学成分表示的铸铁牌号

当以化学成分表示铸铁的牌号时，合金元素符号及名义含量（质量分数）排列在铸铁代号之后；在牌号中常规C、Si、Mn、S、P元素一般不标注，有特殊作用时，才标准其元素符号及含量；合金化元素的含量大于或等于1%时，在牌号用整数标注，数值的修约按GB/T 8170执行，小于1%时一般不标注，只有对该合金特性有较大影响时，才标注其合金元素符号；合金化元素按其含量递减次序排列，含量相等时按元素符号的字母顺序排列。

以力学性能表示的铸铁牌号

当以力学性能表示铸铁的牌号时，力学性能值排列在铸铁代号之后，当牌号中有合金元素符号时，抗拉强度值排列于元素符号及含量之后，之间用“-”隔开；牌号中代号后面有一组数字时，该组数字表示抗拉强度值，单位为MPa;当有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，单位为MPa，第二组表示伸长率值，单位为%，两组数字间用“-”隔开。

铸铁牌号结构示例

各种铸铁名称及代号

Source:《GB/T 5612-2008 铸铁牌号表示方法》

灰铸铁中外牌号对照

球墨铸铁中外牌号对照

元素与组织

各元素在铸铁中存在的状态

Source：《中国材料工程大典 第18卷 材料铸造成形工程（上）》

常用元素在铸铁中的具体作用

碳是形成石墨的元素，也是促进石墨化的元素。含碳量越高，析出的石墨就越多、越粗大，而基体中的铁素体含量增多，珠光体减少；反之，石墨减少且细化。

硅是强烈促进石墨化的元素。若铸铁中硅含量过少，即使含碳量很高，石墨也很难形成。硅除能促进石墨化外，还可改善铸造性能，如提高铸铁的流动性、降低铸件的收缩率等。

硫在生铁中是有害元素，它强烈阻止石墨的形成，它促使铁与碳的结合，使铁硬脆，并与铁化合成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性和降低铁液的流动性，固含硫高的生铁不适于铸造细件。铸造生铁中硫的含量规定最多不得超过0.06%（车轮生铁除外）。

磷属于有害元素，但磷可是铁水的流动性增加。磷的存在可使铁增加硬脆性，优良的生铁含磷量应少，有时为了要增加流动性，含磷量可达1.2%。

常用合金元素在铸铁中的具体作用

Source：《中国材料工程大典 第18卷 材料铸造成形工程（上）》（2005）

微量元素在铸铁中的具体作用

Source：《铸铁牌号与金相图谱速用速查及金相检验技术创新应用指导手册》（2005）

各类铸铁的金相组织

灰铸铁金相组织

灰铸铁的金相组织由金属基体和片状石墨组成。金属基体的种类主要由珠光体、铁素体及珠光体+铁素体。石墨片以不同的数量、大小、形状分布于基体中。此外还有少量非金属夹杂物，如硫化物、磷化物。

灰铸铁金相组织

各灰铸铁牌号的金相组织

石墨

国标中将灰铸铁的石墨形态分为6种。

灰铸铁石墨类型及说明

Source：《GB/T 7216-2009 灰铸铁金相检验》、《灰铸铁中石墨的分类及检验》

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