可锻铸铁及其特点与性能解析

可锻铸铁是由白口铸铁在固态下经长时间石墨化退火而获得的一种具有团絮状石墨的高强度铸铁，又叫马铁。由于可锻铸铁中石墨呈团絮状，因此明显减轻了石墨对基体金属的割裂。与灰铸铁相比，可锻铸铁的强度和韧性有明显提高。应该指出可锻铸铁不能用锻造方法制成零件。

1.可锻铸铁的化学成分和组织特征

可锻铸铁的化学成分大致为：wC=2.5%～3.2%，wSi=0.6%～1.3%，wMn=0.4%～0.6%，wP=0.1～0.26%，wS=0.05%～1.0%。

退火后白口铸铁中的渗碳体分解为团絮状石墨，得到铁素体基体（珠光体或珠光体与少量铁素体）+团絮状石墨，如图7-7所示。

图7-7　可锻铸铁的显微组织

（a）铁素体可锻铸铁；　（b）珠光体可锻铸铁

铁素体基体+团絮状石墨的可锻铸铁断口呈黑灰色，俗称黑心可锻铸铁，这种铸铁件的强度与延性均较灰铸铁的高，非常适合铸造薄壁零件，是最为常用的一种可锻铸铁。珠光体基体或珠光体与少量铁素体共存的基体+团絮状石墨的可锻铸铁件断口呈白色，俗称白心可锻铸铁，这种可锻铸铁应用不多。

可锻铸铁的石墨化退火是将白口铸铁件加热到900～980℃，一般保温60～80 h。炉冷使其中渗碳体分解，让“第一阶段石墨化”充分进行，形成团絮状石墨。待炉冷至770～650℃，再长时间保温，让“第二阶段石墨化”充分进行，这样处理后获得“黑心可锻铸铁”。若取消第二阶段的770～650℃长时间保温，只让第一阶段石墨化充分进行，炉冷后便获得珠光体基体或珠光体与少量铁素体共存的基体+团絮状石墨的“白心可锻铸铁”。

可锻铸铁应用实例

2.可锻铸铁的牌号、力学性能及用途

可锻铸铁的牌号、力学性能及用途如表7-5所示。可锻铸铁牌号中“KT”是“可铁”二字汉语拼音的第一个大写字母，表示可锻铸铁；其后加汉语拼音“H”，表示黑心可锻铸铁，加“Z”表示珠光体基体可锻铸铁；随后的两组数字分别表示最低抗拉强度和最低延伸率。

可锻铸铁中的团絮状石墨对基体的割裂程度及引起的应力集中比灰铸铁小，因而其力学性能优于灰铸铁，接近于同类基体的球墨铸铁。可锻铸铁最大的特点是具有一定的塑性和韧性，弹性模量比较高，刚性可达到钢材的范围，强度利用率可达到基体的40%～60%。由于经过长时间的退火处理，组织高度均匀，性能较好，而且具有良好的切削加工性。(www.zuozong.com)

表7-5　可锻铸铁的牌号、力学性能及用途（摘自GB/T 9440—2010）

可锻铸铁的力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间，有较好的耐蚀性，但由于退火时间长，生产效率极低，使用受到限制，故一般用于制造形状复杂、承受冲击，并且壁厚＜25 mm的铸件（如汽车、拖拉机的后桥壳、轮毂等）。可锻铸铁亦适用于制造在潮湿空气、炉气和水等介质中工作的零件，如管接头、阀门等。

由于球墨铸铁的迅速发展，加之可锻铸铁退火时间长、工艺复杂、成本高，不少可锻铸铁件已被球墨铸铁所代替。

3.可锻铸铁的生产

可锻铸铁的生产分两个步骤。

第一步，先浇铸成白口铸件。

第二步，石墨化退火。方法是：将白口铸件加热至900～950℃，保温15 h左右，使其组织中的渗碳体发生分解，得到奥氏体和团絮状的石墨组织。在随后的缓慢冷却过程中，从奥氏体中析出二次石墨，并沿着团絮状石墨表面长大；当冷却至720～760℃共析温度时，奥氏体发生转变，生成铁素体和石墨，最终得到铁素体可锻铸铁。如果在共析转变过程中冷却速度较快，最终得到珠光体可锻铸铁。

可锻铸铁的退火周期过长，约70 h。为了缩短退火周期，常采用如下方法：

（1）孕育处理。用硼铋等复合孕育剂，在铁水凝固时阻止石墨化，在退火时促进石墨化过程，使石墨化退火周期缩短一半左右。

（2）低温时效。退火前将白口铸件在300～400℃时效处理3～6 h，使碳原子在时效过程中发生偏析，从而使随后的高温石墨化阶段的石墨核心有所增加。实践证明，时效可显著缩短退火周期。