含碳量在2％以上的铁碳合金。工业用铸铁一般含碳量为2％～4％。碳在铸铁中多以石墨形态存在，有时也以渗碳体形态存在。除碳外，铸铁中还含有1％～3％的硅，以及锰、磷、硫等元素。合金铸铁还含有镍、铬、钼、铝、铜、硼、钒等元素。碳、硅是影响铸铁显微组织和性能的主要元素。

铸铁可分为：

①灰口铸铁。含碳量较高（2.7％～4.0％），碳主要以片状石墨形态存在，断口呈灰色，简称灰铁。熔点低（1145～1250℃），凝固时收缩量小，抗压强度和硬度接近碳素钢，减震性好。用于制造机床床身、汽缸、箱体等结构件。

②白口铸铁。碳、硅含量较低，碳主要以渗碳体形态存在，断口呈银白色。凝固时收缩大，易产生缩孔、裂纹。硬度高，脆性大，不能承受冲击载荷。多用作可锻铸铁的坯件和制作耐磨损的零部件。

③可锻铸铁。由白口铸铁退火处理后获得，石墨呈团絮状分布，简称韧铁。其组织性能均匀，耐磨损，有良好的塑性和韧性。用于制造形状复杂、能承受强动载荷的零件。

④球墨铸铁。将灰口铸铁铁水经球化处理后获得，析出的石墨呈球状，简称球铁。比普通灰口铸铁有较高强度、较好韧性和塑性。用于制造内燃机、汽车零部件及农机具等。

⑤蠕墨铸铁。将灰口铸铁铁水经蠕化处理后获得，析出的石墨呈蠕虫状。力学性能与球墨铸铁相近，铸造性能介于灰口铸铁与球墨铸铁之间。用于制造汽车的零部件。

⑥合金铸铁。普通铸铁加入适量合金元素（如硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、锡等）获得。合金元素使铸铁的基体组织发生变化，从而具有相应的耐热、耐磨、耐蚀、耐低温或无磁等特性。用于制造矿山、化工机械和仪器、仪表等的零部件。

1  灰口铸铁
greycastiron
　　铸铁的一种。一般指含碳量2.7～4.0％、含硅量0.5～3％和锰、磷、硫总量不超过2％的铁、碳、硅合金。碳量的75～90％为片状石墨，断口呈暗灰色，因而得名。由于石墨的强度很低(2kgf/mm2),且呈片状分布于基体中（图1）,所以石墨在灰口铸铁中起着割裂基体（图2）、恶化机械性能的作用；但石墨在铸铁中可起吸震和自润滑作用，所以广泛用灰口铸铁制作机器的机座。中国是最早使用灰口铸铁的国家。

图1                  图2

　灰口铸铁的抗拉强度一般为12～30kgf/mm2,随着碳、硅量的降低，机械性能也相应提高。但是，当抗拉强度超过20kgf/mm2时，如果再降低碳、硅量,又会使机械性能恶化。1922年出现了一种“孕育铸铁”，实际上是一种高强度灰口铸铁。这种铸铁在浇铸时严格控制化学成分，加入石墨化元素，改变其凝固过程,降低过冷度,使共晶团细化，片状石墨的尺寸及分布也得到改善，可使抗拉强度超过30kgf/mm2。

2         白口铸铁

chillcastiron

在结晶凝固过程中没有石墨析出，断口呈银白色的铸铁。它含有较多的游离渗碳体，所以具有很高的硬度（一般在HB500以上），但性脆。多用于抗磨损的零件，例如农具、磨球、磨煤机零件、抛丸叶片、泥浆泵零件、铸砂管以及冷硬轧辊的外表层等。以含碳量2.6～3.8％、含硅量0.6～0.9％、含锰量0.2～0.8％的铁水，加快铸件凝固过程，或加入强烈形成碳化物的金属元素的方法，可得白口铸铁件。中国早在春秋晚期已经使用白口铸铁。

3  可锻铸铁

malleable cast iron

由白口铸铁经退火处理制成，也称韧铁或马铁。它的显微组织为铁素体或珠光体，基体上分布着团絮状石墨（见图）。中国河南洛阳出土的战国时代的铁铲就是由可锻铸铁制成的，显微组织是团絮状石墨，基体大都是铁素体，有少量珠光体。

种类 　可锻铸铁分为白心可锻铸铁和黑心可锻铸铁。后者又可分为铁素体黑心可锻铸铁和珠光体黑心可锻铸铁。
　　①白心可锻铸铁：由法国人R.A.F.de罗茂于1722年研制成功。将碳、硅含量较低的白口铸铁密封在氧化介质中,在950～1050℃温度下保持几十个小时进行脱碳退火处理，就得到外层为铁素体、中心残留着少量珠光体和团絮状石墨的显微组织。其心部断口呈白色，故称为白心可锻铸铁。
　　②黑心可锻铸铁：由美国人S.博伊登于1826年在引进制造白心可锻铸铁工艺的基础上发展而成。将碳、硅含量较低的白口铸铁放在中性介质中进行石墨化处理后，在 850～950℃温度下保持几十小时，炉内冷却至720～740℃再保温十几小时,最后得到铁素体基体和团絮状石墨的铁素体黑心可锻铸铁；或在850～950℃下保温十几小时后出炉，空气中冷却，得到珠光体基体和团絮状石墨的珠光体黑心可锻铸铁。
　　性能和用途 　可锻铸铁中石墨呈团絮状，含量较少，应力集中现象不太显著，对铸铁的有效负荷面积减小不多,抗拉强度可达300～700兆帕,延伸率可达2～12％,切削加工性能、抗氧化生长性能和耐蚀性能良好。
　　可锻铸铁铸态组织为白口，铁水流动性较差，容易产生缩孔，热裂倾向较大，所以一般只适用于形状不太复杂的铸件。此外由于退火时间随壁厚加大而延长，同时过厚的铸件中心部分难达到完全退火，因此白心可锻铸铁件的壁厚一般不超过12毫米，黑心可锻铸铁壁厚不超过25毫米。铁素体可锻铸铁广泛用于汽车、拖拉机的轮圈、差速器壳和底盘零件，机床附件中的扳手，输电线路中的瓷瓶铁帽、线夹、碗头排板，纺织机械中的粗纺机和印花机盘头以及水油管道中的弯头、三通、接头、中压阀门等。珠光体可锻铸铁用于气阀摇杆、加煤机零件、高压接头阀体和汽车工业拨叉、差动齿轮箱等。白心可锻铸铁用于汽车零件吊架、驾驶盘柱叉肩、纺织机零件等。
　　发展 　可锻铸铁的研究主要集中在铸态稳定碳化物，铸件中不出现游离石墨片，缩短退火时间以提高机械性能和使用性能等方面。此外，铸件厚度和重量限制范围有所扩大，现代已生产出壁厚2～80毫米或重达150千克的可锻铸铁件。

4  蠕墨铸铁

vermicular graphite iron

石墨呈蠕虫状的铸铁（图1、图2），是20世纪60年代中期研制成功的。它的石墨形态介于片状石墨和球状石墨之间，所以力学性能也介于普通灰口铸铁和球墨铸铁之间。蠕墨铸铁的化学成分(％)通常为:C3.5～3.9,Si2.2～2.8,Mn 0.4～0.8,P<0.06,S<0.06,R(稀土)0.04～0.06。它的物理性能和铸造性能优于球墨铸铁，接近普通灰口铸铁。蠕墨铸铁广泛用来制作钢锭模、排气管、汽缸等。

    蠕墨铸铁作为一种新型铸铁材料出现在20世纪60年代。我国是研究蠕墨铸铁最早的国家之一。1966年山东省机械设计研究院发表了稀土高强度灰铸铁论文，标志了我国蠕墨铸铁生产技术的研制成功。

迄今为止，国内外研究结果一致认为，稀土是制取蠕墨铸铁的主导元素。我国稀土资源富有，为发展我国蠕墨铸铁提供了极其有利的条件和物质基础。

由于蠕墨铸铁兼有球墨铸铁和灰铸铁的性能，因此，它具有独特的用途，在钢锭模、汽车发动机、排气管、玻璃模具、柴油机缸盖、制动零件等方面的应用均取得了良好的效果。特别是我国第二汽车厂蠕墨铸铁排气管流水线的投产，标志着我国蠕墨铸铁生产已达到高水平。

到目前为止，世界蠕墨铸铁的产量尚难以统计，这是因为蠕墨铸铁往往被统计在灰铸铁的产量之内，而不是从单独的项目统计。我国蠕墨铸铁的年产量不尽确切，大约有几万吨。

我国制作蠕墨铸铁所用的蠕化剂中均含有稀土元素，如稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅钙合金、稀土锌镁硅铁合金等。由此，形成了适合国情的蠕化剂系列。

我国在蠕墨铸铁的形成机制的研究方面处于领先地位。另外在蠕墨铸铁的处理工艺、铁液熔炼及炉前质量控制、蠕墨铸铁常温和高温性能方面均进行了广泛、深入的研究。特别要指出的是，在我国冲天炉条件下，不少工厂能稳定地生产蠕墨铸铁，取得了显著的经济效益。可以预期，利用蠕墨铸铁具有的良好的综合性能、力学性能较高，在高温下有较高的强度，氧化生长较小、组织致密、热导率高以及断面敏感性小等特点，取代一部分高牌号灰铸铁、球墨铸铁和可锻铸铁，由此，将取得良好的技术经济效果。

5  球墨铸铁

nodularcastiron

析出的石墨呈球形的铸铁。球状石墨对金属基体的割裂作用比片状石墨小，使铸铁的强度达到基体组织强度的70～90％，抗拉强度可达120kgf/mm²，并且具有良好的韧性。球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.6～3.8％，含硅量2.0～3.0％，含锰、磷、硫总量不超过1.5％和适量的稀土、镁等球化剂。

球墨铸铁生产工艺简单，铸造性能比铸钢好（但比灰口铸铁差），成本低，因此，被广泛用来制作受力复杂，对强度和韧性以及耐磨性要求较高的零件，如曲轴、齿轮、高压缸、汽车底盘零件等。20世纪70年代全世界的球墨铸铁管的年产量达数百万吨。中国古代铸铁中亦有球状石墨的组织。

1947年英国H.Morrogh发现，在过共晶灰口铸铁中附加铈，使其含量在0.02wt%以上时，石墨呈球状。1948年美国A.P.Ganganebin等人研究指出，在铸铁中添加镁，随后用硅铁孕育，当残余镁量大于0.04wt%时，得到球状石墨。从此以后，球墨铸铁开始了大规模工业生产。

球墨铸铁作为新型工程材料的发展速度是令人惊异的。1949年世界球墨铸铁产量只有5万吨，1960年为53.5万吨，1970年增长到500万吨，1980年为760万吨，1990年达到915万吨。2000年达到1500万吨。球墨铸铁的生产发展速度在工业发达国家特别快。世界球墨铸铁产量的75%是由美国、日本、德国、意大利、英国、法国六国生产的。

我国球墨铸铁生产起步很早，1950年就研制成功并投入生产，至今我国球墨铸铁年产量达230万吨，位于美国、日本之后，居世界第三位。适合我国国情的稀土镁球化剂的研制成功，铸态球墨铸铁以及奥氏体-贝氏体球墨铸铁等各个领域的生产技术和研究工作均达到了很高的技术水平。

（1）铸态珠光体球墨铸铁曲轴和铸态铁素体球墨铸铁汽车底盘零件分别在我国第二汽车厂、南京汽车厂和第一汽车厂相继投产。这标志着我国铸态球墨铸铁生产达到了较高水平。与之相适应的包外脱硫、双联法熔炼、瞬时孕育、孕育块技术以及音频检测和热分析快速分析等技术的采用，则标志着我国大量流水生产汽车铸件的技术水平与国际先进水平的差距正在缩小。

（2）试验研究了大断面（壁厚大于120mm）球墨铸铁的冶金因素以及相应的生产工艺措施。采用适量的钇基重稀土复合球化剂、强制冷却、顺序凝固、延后孕育，必要时添加微量锑、铋等可防止球墨铸铁件中心部位的石墨畸变和组织疏松等，现已成功地制作了38吨重的大型复杂结构件，17.5吨重的柴油机体、截面为805mm的球墨铸铁轧辊等。

（3）奥氏体-贝氏体球墨铸铁的研究与应用。20世纪70年代初，几乎同时中国、美国、芬兰3个国家宣布研究成功了具有高强度、高韧性的奥氏体-贝氏体球墨铸铁（国际上统称ADI），这种材质的抗拉强度达1000MPa，因此它广泛应用于齿轮以及各种结构件，与合金钢相比，奥-贝球墨铸铁具有显著的经济效益和社会效益。

（4）球墨铸铁管和水平连续铸造球墨铸铁型材。我国已相继建成几个球墨铸铁管厂，且近几年还将有几个球墨铸铁管厂建成。2000年，我国年产离心铸造球墨铸铁管达90万吨。此外，我国自行研制的水平连续铸造球墨铸铁型材生产线已通过国家鉴定，并已有多家企业投产。再加上我国引进的一条生产线，至2002年，我国年产球墨铸铁型材的能力达数万吨。

（5）系统地测定了稀土镁球墨铸铁的力学性能及其他性能，为设计人员提供了有关数据。测定了稀土镁球墨铸铁的比重、导热性、电磁性等物理性能，结合金相标准研究了石墨和基体组织对球墨铸铁性能的影响规律。系统地测定了铁素体球墨铸铁在常温、低温、静态和动态条件下的各种性能。此外，还研究了稀土镁球墨铸铁的应力应变性能、小能量多冲抗力和断裂韧性，并开始用于指导生产。结合球墨铸铁齿轮的应用，还系统地研究了球墨铸铁的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度，以及球墨铸铁齿轮的点蚀、剥落机理等。

（6）稀土镁球墨铸铁。在高强度低合金球墨铸铁方面，除了对铜、钼研究较多外，还对镍、铌等进行了研究。在利用天然钒钛生铁制作钒钛合金球墨铸铁方面，国内一些单位进行了大量、系统的工作。中锰球墨铸铁虽然在性能上不够稳定，但多年来的系统研究与生产应用，取得了显著的经济效益。

在耐热球墨铸铁方面，除了中硅球墨铸铁以外，系统研究了Si+Al总量对稀土镁球墨铸铁抗生长能力的影响。我国研制的RQTAL5Si5耐热铸铁用作耐热炉条的使用寿命是灰铸铁的3倍，是普通耐热铸铁的2倍，并与日本Cr25Ni13Si2耐热钢的使用寿命相当。

高镍奥氏体球墨铸铁方面也取得了进展，它在石油开采机械、化工设备、工业用炉器件上均取得了成功的应用。

在耐酸球墨铸铁方面，我国生产的稀土高硅球墨铸铁比普通高硅铸铁的组织细小、均匀、致密，由此，抗蚀性能提高了10%～90%，并且其机械强度也有显著改善。

（7）稀土在球墨铸铁中的作用。稀土能使石墨球化。自从H.Morrogh最先使用铈得到球墨铸铁以来，先后许多人研究了各种稀土元素的球化行为，发现铈是最有效的球化元素，其他元素也均具有程度不等的球化能力。

结合国情，我国对稀土的球化作用进行了大量研制工作，发现稀土元素对常用的球墨铸铁成分（C3.6～3.8wt%，Si2.0～2.5wt%）来说，很难获得同镁球墨铸铁那样完整均匀的球状石墨；而且，当稀土量过高时，还会出现各种变态形的石墨，白口倾向也增大，但是，如果是高碳过共晶成分（C＞4.0wt%），稀土残留量为0.12～0.15wt%时，可获得良好的球状石墨。

根据我国铁质差、含硫量高（冲天炉熔炼）和出铁温度低的情况，加入稀土是必要的。球化剂中镁是主导元素，稀土一方面可促进石墨球化；另一方面克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的。

稀土防止干扰元素破坏球化。研究表明，当干扰元素Pb、Bi、Sb、Te、Ti等总量为0.05wt%时，加入0.01wt%（残余量）的稀土，可以完全中和干扰，并可抑制变态石墨的产生。我国绝大部分的生铁中含有钛，有的生铁中含钛高达0.2～0.3wt%，但稀土镁球化剂由于能使铁中的稀土残留量达0.02～0.03wt%，故仍可保证石墨球化良好。如果在球墨铸铁中加入0.02～0.03wt%Bi，则几乎把球状石墨完全破坏；若随后加入0.01～0.05wt%Ce，则又恢复原来的球化状态，这是由于Bi和Ce形成了稳定的化合物。

稀土的形核作用。20世纪60年代以后的研究表明，含铈的孕育剂可使铁液在整个保持期中增加球数，使最终的组织中含有更多的石墨球和更小的白口倾向。经研究还表明，含稀土的孕育剂可改善球墨铸铁的孕育效果并显著提高抗衰退的能力。加入稀土可使石墨球数增多的原因可归结为：稀土可提供更多的晶核，但它与FeSi孕育相比所提供的晶核成分有所不同；稀土可使原来（存在于铁液中的）不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多。

6  合金铸铁

alloy cast iron

　　在普通铸铁中加入合金元素而具有特殊性能的铸铁。通常加入的合金元素有硅、锰、磷、镍、铬、钼、铜、铝、硼、钒、钛、锑、锡等。合金铸铁根据合金元素的加入量分为低合金铸铁 (合金元素含量＜3％)、中合金铸铁（合金元素含量为 3～10％）和高合金铸铁（合金元素含量＞10％）。合金元素能使铸铁基体组织发生变化，从而使铸铁获得特殊的耐热、耐磨、耐腐蚀、无磁和耐低温等物理-化学性能,因此这种铸铁也叫“特殊性能铸铁”。合金铸铁广泛用于机器制造、冶金矿山、化工、仪表工业以及冷冻技术等部门。