第三章 铸铁及铸钢
一、铸铁
以铸造生铁为主要原料，配入一定数量的铁合金，调整成分后经熔化铸成铸件，这种铸件的材料称为铸铁。铸铁具有良好的铸造性、耐磨性和切削加工性等性能，其生产工艺简单，价格低廉。铸铁广泛用于机械制造、冶金、矿山、交通运输和国防建设等部门。按照铸铁中碳的存在形式，将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。
1.灰铸铁件（GB/T9439—2010）
（1）用途灰铸铁是石墨呈片状存在的一种铸铁，又称普通灰口铸铁或普通铸铁，是目前应用最广、用量最多的一种铸铁。灰铸铁具有良好的铸造性、切削加工性、耐磨性和消振性，抗压强度和硬度接近于钢，但抗拉强度和塑性较低。灰铸铁主要用于厢体、阀体、轴承座以及床身、气缸体、齿轮箱等。在铁液中加入少量硅铁或硅钙合金，对灰铸铁进行孕育处理，使其基体晶粒和石墨细化，经过这种处理的灰铸铁称为孕育铸铁或变质铸铁，主要用于截面较大、负荷较高的重要零件，如齿轮、凸轮、压力机机身、滑阀壳体等。
（2）牌号和化学成分（表3-1）
表3-1 砂型铸造灰铸铁的牌号和化学成分（参考数据）
（续）
（3）力学性能（表3-2～表3-4）
表3-2 灰铸铁的力学性能
（续）
表3-3 灰铸铁φ30mm单铸试棒和φ30mm附铸试棒的力学性能
①当对材料的机加工性能和抗磁性能有特殊要求时，可以选用HT100，如果试图通过热处理的方式改变材料金相组织而获得所要求的性能，则不宜选用HT100。
②扭转疲劳强度约为抗拉强度的42%。
③取决于石墨的数量及形态，以及加载量。
④弯曲疲劳强度为抗拉强度的35%～50%。
⑤反压应力疲劳极限，约为弯曲疲劳强度的53%，约为抗拉强度的26%倍。
表3-4 灰铸铁的硬度等级和铸件硬度
（4）物理性能（表3-5）
表3-5 灰铸铁φ30mm单铸试棒和φ30mm附铸试棒的物理性能
（5）材料选用（表3-6）
表3-6 灰铸铁的特性和用途
2.球墨铸铁件（GB/T1348—2009）
（1）用途球墨铸铁是石墨呈球状的铸铁，球墨铸铁件的强度和韧性都比其他铸铁件高，并能通过热处理使其性能在较大范围内变化，因而在机械制造中获得广泛的应用。不但广泛代替灰铸铁和可锻铸铁用于制造性能要求较高的铸件，而且在一定程度上可代替碳素钢或合金钢制造载荷较大、受力复杂的重要铸、锻零件，例如曲轴、连杆、齿轮等。
（2）力学性能（表3-7～表3-10）
表3-7 球墨铸铁单铸试样的力学性能
注：字母“L”表示该牌号有低温（-20℃或-40℃）下的冲击性能要求；字母“R”表示该牌号有室温（23℃）下的冲击性能要求。
表3-8 球墨铸铁V型缺口单铸试样的冲击吸收能量
表3-9 球墨铸铁附铸试样的力学性能
（续）
表3-10 球墨铸铁V型缺口附铸试样的冲击吸收能量
注：从附铸试样测得的力学性能并不能准确地反映铸件本体的力学性能，但与单铸试棒上测得的值相比更接近于铸件的实际性能值。
（3）物理性能（表3-11）
表3-11 球墨铸铁的力学性能和物理性能
注：除非另有说明，本表中所列数值都是常温下的测定值。
①对抗拉强度为370MPa的球墨铸铁件无缺口试样，退火铁素体球墨铸铁件的疲劳强度大约是抗拉强度的50%。在珠光体球墨铸铁和（淬火+回火）球墨铸铁中，这个百分数随着抗拉强度的增加而减少，疲劳强度大约是抗拉强度的40%。当抗拉强度超过740MPa时，这个百分数将进一步减少。
②对直径为ф10.6mm的45°圆角R0.25mm的V形缺口试样，退火球墨铸铁件的疲劳强度降低到无缺口球墨铸铁件（抗拉强度是370MPa）疲劳强度的63%。这个百分数随着铁素体球墨铸铁件抗拉强度的增加而减少。对中等强度的球墨铸铁件、珠光体球墨铸铁件和（淬火+回火）球墨铸铁件，有缺口试样的疲劳强度大约是无缺口试样疲劳强度的60%。
③对大型铸件，可能是珠光体，也可能是回火马氏体或托氏体+索氏体。
（4）材料选用（表3-12）
表3-12 球墨铸铁的特性和用途
注：表中百分数为体积分数。
①1hP≈745.7W。
3.蠕墨铸铁件（GB/T26655—2011）
（1）用途蠕墨铸铁是碳主要以蠕虫状石墨析出存在于金属基体之中的铸铁材料。其石墨形态介于片状石墨与球状石墨之间。它的强度接近于球墨铸铁，具有一定的韧性和较高的耐磨性，同时又有灰铸铁的良好铸造性能和导热性能。主要用作气缸盖、气缸套、钢锭模、机床床身、底座、飞轮等铸件。
（2）力学性能（表3-13～表3-15）
表3-13 蠕墨铸铁单铸试样的力学性能
注：布氏硬度（指导值）仅供参考。
表3-14 蠕墨铸铁附铸试样的力学性能
注：1.采用附铸试块时，牌号后加字母“A”。
2.从附铸试样测得的力学性能并不能准确地反映铸件本体的力学性能，但与单铸试棒上测得的值相比更接近于铸件的实际性能值。
3.力学性能随铸件结构（形状）和冷却条件而变化，随铸件断面厚度增加而相应降低。
4.布氏硬度值仅供参考。
表3-15 蠕墨铸铁的力学和物理性能
①壁厚15mm，模数M=0.75。
②割线模数（200～300MPa）。
（3）材料选用（表3-16）
表3-16 蠕墨铸铁的特性和用途
（续）
4.可锻铸铁件（GB/T9440—2010）
（1）用途可锻铸铁是石墨呈团絮状的铸铁，它是由白口铸铁经高温、长时间退火，使渗碳体在固态下分解，获得团絮状石墨的铸铁，又称玛铁或玛钢。可锻铸铁的强度、塑性和韧性都比灰铸铁高，常用于壁较薄、形状较复杂、强度和韧性要求较高的铸件，如汽车、拖拉机后桥壳、轮壳、管接头等。
（2）牌号和化学成分（表3-17）
表3-17 可锻铸铁的牌号和化学成分（参考数据）
（3）力学性能（表3-18～表3-22）
表3-18 黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的力学性能
①油淬加回火。
②空冷加回火。
表3-19 白心可锻铸铁的力学性能
表3-20 黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁的冲击性能（没有缺口，单铸试样尺寸10mm×10mm×55mm）
①油淬处理后的试样。
表3-21 可锻铸铁的冲击性能（V型缺口，机加工的试样尺寸10mm×10mm×55mm）
表3-22 白心可锻铸铁的冲击性能（没有缺口，单铸试样尺寸10mm×10mm×55mm）
（4）物理性能（表3-23）
表3-23 可锻铸铁的物理性能（参考数据）
（5）材料选用（表3-24）
表3-24 可锻铸铁的特性和用途
（续）
5.奥氏体铸铁件（GB/T26648—2011）
（1）用途奥氏体铸铁是以铁、碳、镍为主，添加硅、锰、铜和铬等元素经熔炼而成，室温下具有稳定的以奥氏体基体为主的铸铁。它适用于砂型或导热性与砂型相当的铸型中铸造的铸件，使用其他铸造方法生产的铸件也可参照使用。
（2）牌号和化学成分（表3-25、表3-26）
表3-25 奥氏体铸铁的牌号和化学成分（一般工程用牌号）
①当Nb%≤[0.353～0.032（Si%+64×Mg%）]时，该材料具有良好的焊接性能。Nb的正常范围是0.12%～0.20%。
表3-26 奥氏体铸铁的牌号和化学成分（特殊用途牌号）
（3）力学性能（表3-27、表3-28）
表3-27 奥氏体铸铁的力学性能（一般工程用牌号）
①非强制要求。
表3-28 奥氏体铸铁的力学性能（特殊用途牌号）
6.抗磨白口铸铁件（GB/T8263—2010）
（1）用途白口铸铁是专门用于磨粒磨损条件下的一种铸铁。磨粒磨损是由硬颗粒或突出物的作用造成的材料迁移而导致的磨损。
抗磨白口铸铁是金相组织为金属基体加碳化物并且具有良好的抗磨损性能的白口铸铁。抗磨白口铸铁分为镍铬合金抗磨白口铸铁和铬合金抗磨白口铸铁，适用于冶金、建材、电力、建筑、船舶、煤炭、化工和机械等行业的抗磨损零部件。
（2）牌号和化学成分（表3-29）
表3-29 抗磨白口铸铁的牌号和化学成分
注：1.牌号中，“DT”和“GT”分别是“低碳”和“高碳”的汉语拼音大写字母，表示该牌号中碳质量分数的高低。
2.允许加入微量V、Ti、Nb、B和RE等元素。
（3）硬度（表3-30）
表3-30 抗磨白口铸铁的硬度
注：1.洛氏硬度值（HRC）和布氏硬度值（HBW）之间没有精确的对应值，因此，这两种硬度值应独立使用。
2.铸件断面深度40%处的硬度应不低于表面硬度值的92%。
（4）材料选用（表3-31）
表3-31 抗磨白口铸铁的使用特性
（续）
7.铬锰钨系抗磨铸铁件（GB/T24597—2009）
（1）用途铬锰钨系抗磨铸铁是含锰、钨的高铬抗磨铸铁。它适用于冶金、建材、电力等行业在磨料磨损条件下使用。
（2）牌号和化学成分（表3-32）
表3-32 铬锰钨系抗磨铸铁的牌号和化学成分
注：铬碳比须≥5。
（3）硬度（表3-33、表3-34）
表3-33 铬锰钨系抗磨铸铁的硬度
注：铸件断面深度40%部位的硬度应不低于表面硬度值的96%。
表3-34 铬锰钨系抗磨铸铁的淬硬深度
注：淬硬深度指在风冷硬化条件下铸件心部硬度分别达到58HRC以上（BTMCr18Mn3W2、BTMCr18Mn3W、BTMCr18Mn2W）或56HRC以上（BTMCr12Mn3W2、BTMCr12Mn3W、BTMCr12Mn2W）的铸件厚度1/2处至铸件表面的距离。
8.耐蚀铸铁件（GB/T9437—2009）
（1）用途耐热铸铁的特点是在高温下具有较好的抗氧化、抗生长并保持较高强度的能力。其原因是耐热铸铁的化学成分中含有较多的硅、铬、铝等合金元素，它们在高温下可以与氧形成结构致密的氧化膜，阻止氧侵入铸铁内，不使其继续氧化而损坏，同时铬和硅还可以提高铸铁基体的热强度。耐热铸铁主要用于加热炉底板、炉条、烟道闸门、退火罐等。
（2）牌号和化学成分（表3-35）
表3-35 耐热铸铁的牌号和化学成分
（3）力学性能（表3-36、表3-37）
表3-36 耐热铸铁的室温力学性能
表3-37 耐热铸铁的高温短时抗拉强度
（续）
（4）材料选用（表3-38）
表3-38 耐热铸铁的使用条件和用途
9.高硅耐蚀铸铁件（GB/T8491—2009）
（1）用途能耐化学、电化学腐蚀的铸铁称为耐蚀铸铁。高硅耐蚀铸铁具有优良的耐蚀性，适于在氧化性酸（各种温度和含量的硝酸、硫酸、铬酸）、室温下的盐酸、各种有机酸及各种盐溶液中工作。但是，高硅耐蚀铸铁不耐卤素性酸、盐溶液（如高温下的盐酸、氟化物等）和强碱溶液腐蚀。高硅耐蚀铸铁由于硅的质量分数大，致使强度低、脆性大，抗温度急变性能低，因此，只适于受载较小且温度不急变的工作条件。
（2）牌号和化学成分（表3-39）
表3-39 高硅耐蚀铸铁的牌号和化学成分
（3）力学性能（表3-40）
表3-40 高硅耐蚀铸铁的力学性能
（4）物理性能（表3-41）
表3-41 高硅耐蚀铸铁的物理性能（参考数据）
（5）材料选用（表3-42）
表3-42 高硅耐蚀铸铁的适用条件和用途
（续）
10.排气歧管铸铁件（GB/T26653—2011）
（1）用途适用于内燃机排气歧管铸铁件。
（2）牌号和化学成分（表3-43）
表3-43 排气歧管铸铁件对应材料的牌号和化学成分
①当Nb%≤[0.353～0.032（Si%+64×Mg%）]时，该材料具有良好的焊接性能。Nb的正常范围是0.12%～0.20%。
（3）力学性能（表3-44）
表3-44 铸件的力学性能
（续）
注：本表所列数据为单铸试块的力学性能，需本体取样时应在合同中注明。
（4）材料选用（表3-45）
表3-45 排气歧管用铸铁材料的工作温度及热膨胀系数
11.铸铁轧辊（GB/T1504—2008）
（1）用途适用于金属材料加工使用的铸铁轧辊和工作层为铸铁材质的复合轧辊（含辊环）。
（2）铸铁轧辊工作层的化学成分、表面硬度和辊颈抗拉强度（表3-46、表3-47）
表3-46 铸铁轧辊工作层的化学成分、表面硬度和辊颈抗拉强度
（续）
（续）
注：1.球墨铸铁轧辊中含有稀土元素时，残Mg量不得小于0.03%。
2.在满足轧机使用条件下，复合轧辊或辊环芯部可采用球墨铸铁材质。
表3-47 冷硬铸铁轧辊的白口层深度（单位：mm）
