灰铸铁的组成及强度利用率

灰铸铁应用实例

1.灰铸铁的化学成分和组织特征

在生产中，为使铸铁浇注后得到灰口，且不至于含有过多和粗大的片状石墨，通常把铸铁的成分控制在：wC=2.5%～4.0%，wSi=1.0%～3.0%，wMn=0.25%～1.00%，wS=0.02%～0.20%，wP=0.05%～0.50%。

具有上述成分范围的铁液在进行缓慢冷却凝固时，将发生石墨化，析出片状石墨。其断口呈黑灰色。若铁水中的C、Si含量低，铸件容易出现白口组织，白口组织往往出现在铸件的表面层和薄壁处。普通灰铸铁的组织是由片状石墨和钢的基体两部分组成的。根据不同阶段石墨化程度的不同，灰铸铁有三种不同的基体组织，如图7-4所示。

图7-4　灰铸铁的显微组织

（a）铁素体基灰口铸铁；（b）铁素体+珠光体基灰口铸铁；（c）珠光体基灰口铸铁

2.灰铸铁的牌号、力学性能、显微组织及用途

灰铸铁的牌号、力学性能、显微组织和用途如表7-2所示。牌号中的“HT”为“灰铁”二字汉语拼音的第一个字母，用以表示灰铸铁，其后面的数字表示最低抗拉强度。

表7-2　灰铸铁的牌号、力学性能、显微组织和用途（摘自GB/T 9439—2010）

续表

3.灰铸铁的孕育处理(www.zuozong.com)

表7-2中HT250、HT300、HT350属于较高强度的孕育铸铁（也称变质铸铁），这是由普通铸铁通过孕育处理而得到的。由于在铸造之前向铁液中加入了孕育剂（或称变质剂），因此结晶时石墨晶核数目增多，石墨片尺寸变小，更为均匀地分布在基体中。所以其显微组织是在细珠光体基体上分布着细小片状石墨。铸铁变质剂或孕育剂一般为硅铁合金或硅钙合金小颗粒或粉，加入量为铁水总量的0.4%，当变质剂加入铸铁液内后立即形成SiO2的固体小质点，铸铁中的碳以这些小质点为核心形成细小的片状石墨。

铸铁经孕育处理后不仅强度有较大提高，而且塑性和韧性也有所改善。同时，孕育剂的加入还可使铸铁对冷却速度的敏感性显著减小，使各部位都能得到均匀一致的组织。因而孕育铸铁常用来制造力学性能要求较高、截面尺寸变化较大的铸件。

4.灰铸铁的热处理

热处理只能改变铸铁的基体组织，而不能改变石墨的形状和分布。由于石墨片对基体连续性破坏严重，易产生应力集中，因此热处理对灰铸铁强化效果不大，其基体强度利用率只有30%～50%。灰铸铁常用的热处理有如下几种：

（1）消除内应力退火（又称人工时效）。

该热处理主要是为了消除铸件在铸造冷却过程中产生的内应力，防止铸件变形或开裂。常用于形状复杂的铸件，如机床床身、柴油机气缸等，其工艺为：加热温度500～550℃，加热速度60～120℃/h，经一定时间保温后，炉冷到150～220℃出炉空冷。

（2）消除白口组织退火。

铸件的表层和薄壁处由于铸造时冷却速度快，易产生白口组织，使得硬度提高、加工困难，需进行退火以降低硬度，其工艺为：加热到850～900℃，保温2～5 h后炉冷至250～400℃出炉空冷，可获得铁素体或铁素体加珠光体基体的灰铸铁。

（3）表面淬火。

某些铸件的工作表面需要提高表面硬度和耐磨性，如机床导轨的表面、缸体内壁等，可进行表面淬火处理。常用感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和点接触电加热表面淬火等。其淬火组织为极细的马氏体加片状石墨，淬硬层深度为1～3 mm，淬火后表面硬度可达50～55 HRC。孕育铸铁的表面淬火效果比普通灰铸铁的效果要好。