1.2.3 铸铁
铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金，并含有较多的硅、锰、硫、磷等杂质元素。铸铁中碳主要以石墨的形式存在，石墨化程度不同，所得铸铁类型、组织、性能也不同。
铸铁的力学性能比钢差，但接近共晶成分的铸铁熔点低、流动性好，所以具有优良的铸造性能，有良好的减磨性、消振性和切削加工性，并且生产工艺及设备简单，价格低廉，因此铸铁在工业中使用广泛。
1.铸铁的分类
（1）按照碳在铸铁中的存在形式不同分类
1）灰口铸铁。碳全部或大部分以石墨的形式存在，没有莱氏体组织，其断口呈暗灰色。工业上使用的铸铁大部分是这类铸铁。
2）白口铸铁。这类铸铁的石墨化过程全部被抑制，碳除微量溶于铁素体外，全部以Fe3C的形式存在，其断口呈银白色，硬而脆，难以切削加工，因此在工业中很少直接使用。白口铸铁主要用作炼钢原料和生产可锻铸铁的毛坯。
3）麻口铸铁。这类铸铁的石墨化过程只得到部分实现，碳一部分以石墨的形式存在，另一部分以Fe3C的形式存在，其断口呈黑白相间麻点，硬而脆，难以切削加工，所以工业中很少用。
（2）按照铸铁中石墨形态的不同分类
1）灰铸铁。其石墨呈片状，力学性能较差，但生产工艺简单，价格低廉，铸造性能优良，在工业中应用广泛。
2）可锻铸铁。其石墨呈团絮状，力学性能比灰铸铁高，但生产周期长，成本较高，一般用于制造一些重要的小型铸件。
3）球墨铸铁。其石墨呈球状，力学性能最高，强度接近碳钢，生产工艺比可锻铸铁简单，可代替部分碳钢和合金钢制造某些重要零件。
4）蠕墨铸铁。其石墨呈蠕虫状，力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。
2.灰铸铁
（1）灰铸铁的组织和性能 灰铸铁的显微组织特征是：片状石墨分布在各种基体组织上。灰铸铁按基体组织的不同，分为铁素体灰铸铁、铁素体+珠光体灰铸铁、珠光体灰铸铁三种。
灰铸铁组织相当于在钢的基体上分布着片状石墨，由于石墨的强度、塑性、韧性极低，在铸铁中相当于裂缝和孔洞，破坏了基体金属的连续性，同时片状石墨的尖端处造成应力集中，因此灰铸铁的力学性能明显低于钢，属于脆性材料，不宜锻造与冲压，焊接性能也较差。但灰铸铁的抗压强度受石墨的影响较小，其抗压强度与钢接近，因此适宜做受压件，不宜做受拉件。由于石墨的存在，灰铸铁的铸造性、减摩性、减振性和切削加工性都优于非合金钢，且缺口的敏感性较低，因此在工业上应用广泛。
（2）灰铸铁的牌号、力学性能及用途 灰铸铁的牌号由“HT+数字”组成。其中，“HT”是汉字“灰铁”的拼音字首；“数字”表示抗拉强度值（MPa）。常用灰铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-8。
表1-8 常用灰铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 9439—2010）
从表1-8中可以看出，灰铸铁的强度与铸件壁厚有关，强度随壁厚增加而降低，这主要是由于壁厚增加使冷却速度降低，造成基体组织中铁素体增多，而珠光体减少的缘故。
（3）灰铸铁的热处理 由于热处理仅能改变灰铸铁的基体组织，不能改变石墨的形状和分布，对提高灰铸铁的力学性能作用不大，因此灰铸铁的热处理主要用于消除铸件的内应力和改善其切削加工性能。常用的热处理方法有去应力退火（时效处理）、软化退火（石墨化退火）和表面淬火。
3.球墨铸铁
球墨铸铁是在铸铁液出炉前加入球化剂和孕育剂，使铸铁中的石墨全部或大部分呈球状分布的一种铸铁。
微课：铸铁的种类及用途
（1）球墨铸铁的组织与性能 球墨铸铁因化学成分、冷却速度和热处理方法不同，得到铁素体、铁素体+珠光体和珠光体等不同的基体组织。铁素体球墨铸铁的塑性、韧性好；珠光体球墨铸铁的抗拉强度、硬度高；铁素体+珠光体球墨铸铁的性能介于二者之间。承受静载荷的零件用球墨铸铁取代非合金钢是安全可靠的，目前球墨铸铁在工农业生产中的应用越来越广泛。
（2）球墨铸铁的牌号、力学性能及用途 球墨铸铁的牌号由“QT+数字-数字”组成。其中，“QT”是汉字“球铁”的拼音字首；后面的第一组“数字”表示其抗拉强度值（MPa）;第二组“数字”表示其断后伸长率数值。常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-9。
表1-9 常用球墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 1348—2019）
（3）球墨铸铁的热处理 因球状石墨对基体的割裂作用小，所以球墨铸铁的力学性能主要取决于基体组织，因此通过热处理改变基体组织可显著改善球墨铸铁的力学性能。其热处理的方法与钢基本相同，主要有退火、正火、调质处理和等温淬火。
4.可锻铸铁
可锻铸铁是由白口铸铁经石墨化退火后得到的具有团絮状石墨的铸铁。
（1）可锻铸铁组织和性能 可锻铸铁根据退火后获得的基体组织不同，分为黑心可锻铸铁（又称为铁素体可锻铸铁）、珠光体可锻铸铁和白心可锻铸铁。
可锻铸铁中石墨为团絮状，与灰铸铁相比，可锻铸铁有较好的强度和塑性，特别是低温冲击性能较好；与球墨铸铁相比，具有成本低、质量稳定、铁液处理简便和利于组织生产的特点；可锻铸铁的耐磨性和减振性优于普通非合金钢，切削性能与灰铸铁接近，适于制作形状复杂的薄壁中小型零件和工作中有振动、韧性要求较高的零件。可锻铸铁因其较高的强度、塑性和冲击韧度而得名，但实际上并不能进行锻造。
（2）可锻铸铁的牌号、力学性能及用途 常用的两种可锻铸铁的牌号由“KTH+数字-数字”或“KTZ+数字-数字”组成。其中，“KT”是汉字“可铁”的拼音字首，用“KTH”表示“黑心可锻铸铁”，用“KTZ”表示“珠光体可锻铸铁”；符号后的第一组“数字”表示抗拉强度值（MPa）;第二组“数字”表示断后伸长率数值。常用可锻铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-10。
表1-10 常用可锻铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 9440—2010）
5.蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是通过在铸铁液中加入适量的蠕化剂和孕育剂得到的，其生产方法与球墨铸铁基本相同。
（1）蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途 蠕墨铸铁中的石墨大部分呈蠕虫状，其组织介于相同基体组织的球墨铸铁和灰铸铁之间，其强度、韧性、疲劳强度、耐磨性及耐热疲劳性比灰铸铁高，断面敏感性也小，但塑性、韧性比球墨铸铁低。蠕墨铸铁的铸造性、减振性、导热性及切削加工性优于球墨铸铁，抗拉强度接近球墨铸铁。
蠕墨铸铁的牌号由“RuT+数字”组成。其中，“RuT”是汉字“蠕铁”的拼音字首；“数字”表示其抗拉强度值（MPa）。常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途见表1-11。
表1-11 常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 26655—2022）
（2）蠕墨铸铁的热处理 蠕墨铸铁的热处理主要是为了调整其基体组织，以满足不同的力学性能要求。常用的热处理工艺有正火和退火，正火的目的是为了增加珠光体量，提高强度和耐磨性；退火的目的是为了获得85%以上的铁素体基体或消除薄壁处的自由渗碳体。