白鑄鐵

白鑄鐵又稱百口鑄鐵。這種鑄鐵中碳、矽含量較低。由於其具有很高的表面硬度和耐磨性，又稱激冷鑄鐵或冷硬鑄鐵。組織中完全沒有或幾乎完全沒有石墨的一種鐵碳合金，即主要以滲碳體形態存在。

基本介紹

• 中文名：白鑄鐵
• 又稱：百口鑄鐵
• 性質：鑄鐵中碳、矽含量較低
• 特點：因其斷口呈白亮色而得名
• 存在形式：滲碳體形態

簡介

白鑄鐵是組織中完全沒有或幾乎完全沒有石墨的一種鐵碳合金，即主要以滲碳體形態存在。白鑄鐵因其斷口呈白亮色而得名。其質地硬而脆，不能承受衝擊載荷，不能進行切削加工，很少在工業上直接用來製作機械零件，多用作可鍛鑄鐵的坯件。

鑄鐵

鑄鐵主要由鐵、碳和矽組成的合金的總稱。在這些合金中，含碳量超過在共晶溫度時能保留在奧氏體固溶體中的量。

鑄鐵是含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業用鑄鐵一般含碳量為2.5%～3.5%。碳在鑄鐵中多以石墨形態存在，有時也以滲碳體形態存在。除碳外，鑄鐵中還含有1%～3%的矽，以及錳、磷、硫等元素。合金鑄鐵還含有鎳、鉻、鉬、鋁、銅、硼、釩等元素。碳、矽是影響鑄鐵顯微組織和性能的主要元素。鑄鐵可分為：

①灰口鑄鐵。含碳量較高（2.7%～4.0%），碳主要以片狀石墨形態存在，斷口呈灰色，簡稱灰鐵。熔點低（1145～1250℃），凝固時收縮量小，抗壓強度和硬度接近碳素鋼，減震性好。由於片狀石墨存在，故耐磨性好。鑄造性能和切削加工較好。用於製造工具機床身、汽缸、箱體等結構件。其牌號以“HT”後面附兩組數字。例如：HT20-40（第一數字表示最低抗拉強度，第二組數字表示最低抗彎強度）。

②白口鑄鐵。碳、矽含量較低，碳主要以滲碳體形態存在，斷口呈銀白色。凝固時收縮大，易產生縮孔、裂紋。硬度高，脆性大，不能承受衝擊載荷。多用作可鍛鑄鐵的坯件和製作耐磨損的零部件。

③可鍛鑄鐵。由白口鑄鐵退火處理後獲得，石墨呈團絮狀分布，簡稱韌鐵。其組織性能均勻，耐磨損，有良好的塑性和韌性。用於製造形狀複雜、能承受強動載荷的零件。

④球墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經球化處理後獲得，析出的石墨呈球狀，簡稱球鐵。碳全部或大部分以自由狀態的球狀石墨存在，斷口成銀灰色。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。其牌號以“QT”後面附兩組數字表示，例如：QT45-5（第一組數字表示最低抗拉強度，第二組數字表示最低延伸率）。用於製造內燃機、汽車零部件及農機具等。

⑤蠕墨鑄鐵。將灰口鑄鐵鐵水經蠕化處理後獲得，析出的石墨呈蠕蟲狀。力學性能與球墨鑄鐵相近，鑄造性能介於灰口鑄鐵與球墨鑄鐵之間。用於製造汽車的零部件。

⑥合金鑄鐵件。普通鑄鐵加入適量合金元素（如矽、錳、磷、鎳、鉻、鉬、銅、鋁、硼、釩、錫等）獲得。合金元素使鑄鐵的基體組織發生變化，從而具有相應的耐熱、耐磨、耐蝕、耐低溫或無磁等特性。用於製造礦山、化工機械和儀器、儀表等的零部件。

鐵碳合金

以鐵和碳為組元的二元合金。鐵基材料中套用最多的一類——碳鋼和鑄鐵，就是一種工業鐵碳合金材料。鋼鐵材料適用範圍廣闊的原因，首先在於可用的成分跨度大，從近於無碳的工業純鐵到含碳4%左右的鑄鐵，在此範圍內合金的相結構和微觀組織都發生很大的變化;另外，還在於可採用各種熱加工工藝，尤其金屬熱處理技術，大幅度地改變某 一成分合金的組織和性能。

鐵碳合金中合金相的形成，與純鐵的晶體結構及碳在合金中的存在形式有關。純鐵有三種同素異構狀態：912℃以下為體心立方晶體結構：稱α-Fe；912～1394℃為面心立方晶體結構，稱γ-Fe；1394～1538℃(熔點)，又呈體心立方，稱δ-Fe。在液態，在低於7%碳範圍，碳和鐵可完全互溶;在固態，碳在鐵中的溶解是有限的，並且溶解度取決於鐵(溶劑)的晶體結構。與鐵的三種同素異構物相對應，碳在鐵中形成的固溶體有三種：α固溶體(鐵素體)、γ固溶體(奧氏體)和δ固溶體(δ鐵素體)。這些固溶體中，鐵原子的空間分布與α-Fe、γ-Fe和δ-Fe一致，碳原子的尺寸遠比鐵原子為小，在固溶體中它處於點陣的間隙位置，造成點陣畸變。碳在γ-Fe中的溶解度最大，但不超過2.11%；碳在α-Fe中的溶解度不超過0.0218%；而在δ-Fe中不超過0.09%。當鐵碳合金的碳含量超過在鐵中的溶解度時，多餘的碳可以以鐵的碳化物形式或以單質狀態(石墨)存在於合金中，可形成一系列碳化物，其中Fe₃C(滲碳體，6.69%C)是亞穩相，它是具有複雜結構的間隙化合物。石墨是鐵碳合金的穩定平衡相，具有簡單六方結構。Fe₃C有可能分解成鐵和石墨穩定相，但該過程在室溫下是極其緩慢的。

工業上獲得廣泛套用的碳鋼和鑄鐵就是鐵碳合金，含碳低於2.11%的鐵碳合金稱為鋼，含碳高於2.11%的合金稱為鑄鐵。在碳鋼和鑄鐵中除碳之外，還含有矽、錳、硫、磷、氮、氫、氧等一些雜質，這些雜質是在冶煉過程中由生鐵、脫氧劑和燃料等帶入的。這些雜質對鋼鐵性能產生影響。

碳鋼一般按含碳量、用途、質量和冶煉方法分類。按含碳量可分為：低碳鋼(C<0.25%)，中碳鋼(0.25%<C<0.6%)，高碳鋼(C>0.6%)；按鋼的用途可分為碳素結構鋼和碳素工具鋼兩大類；按鋼的質量可分為：普通碳素鋼(S≤0.055%，P≤0.45%)，優質碳素鋼(S、P≤0.04%)和高級優質碳素鋼(S≤0.030%，P≤0.035%)三大類；按冶煉方法可分為沸騰鋼和鎮靜鋼、半鎮靜鋼。

根據碳在鑄鐵中存在的形式不同鑄鐵可分為：白口鑄鐵：絕大部分碳以滲碳體形式存在於鑄鐵中；灰口鑄鐵：絕大部分碳以片狀石墨形式存在；可鍛鑄鐵：由白口鑄鐵經石墨化退火製成，其中碳以團絮狀石墨形式存在；球墨鑄鐵：在澆注前經球化處理，碳以球狀或團狀石墨存在。

性能影響因素

①化學成分的影響。生產中主要是控制碳和矽的質量分數。碳、矽質 量分數過低，鑄鐵易出現白口組織，機械性能和鑄造性能都很低; 碳、矽質量分數過高時，石墨片過多且粗大，甚至在鐵水中表面出現石墨的漂浮， 降低鑄件的性能和質量。因此，灰鑄鐵中的碳、矽含量一般控制在2%～ 4%C; 1.0%～2.0%Si; 0.5%～1.4%Mn。

②冷卻速度的影響： 在一定的鑄造工藝條件下，鑄件的冷卻速度對石墨化程度影響很大。鑄件的不同壁厚隨著壁厚的增加，冷卻速度減慢，碳原子有充分擴散時間，則有利於石墨化過程充分進行，室溫組織易形成灰 鐵組織; 但薄壁零件在冷卻過程中冷速過快，容易形成白口鐵組織。

滲碳體

滲碳體（cementite）是鐵與碳形成的金屬化合物，其化學式為Fe₃C。滲碳體的含碳量為ωc=6.69%，熔點為1227℃。其晶格為複雜的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韌性幾乎為零，脆性很大。

在鐵碳合金中有不同形態的滲碳體，其數量、形態與分布對鐵碳合金的性能有直接影響。分為一次滲碳體（從液體相中析出）、二次滲碳體（從奧氏體中析出）和三次滲碳體（從鐵素體中析出）。

初生滲碳體 ：在鐵一碳合金平衡結晶過程中，具有過共晶成分的合金（過共晶白口鑄鐵）的液相合金冷卻到液相線以下時析出的滲碳體稱為初生滲碳體。

共晶滲碳體 ：在萊氏體組織中，點條狀奧氏體均勻分布在滲碳體基體上，這種滲碳體稱為共晶滲碳體。

先共析相及先共析滲碳體：具有亞共析和過共析成分的合金，在發生共析轉變前，總是隨著溫度的降低，先析出構成共析轉變產物的某一相，先析出的相叫先共析相，如亞共析鋼中的先共析鐵素體和過共析鋼中的先共析滲碳體。由於形成條件不同，先共析相的形態有塊狀、網狀和魏氏組織三大類。

共析滲碳體 ：珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體。

二次滲碳體 ：在鐵－碳合金平衡結晶過程中，具有共析成分（含碳量）以上的合金（過共析鋼、亞共晶白口鑄鐵、共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵）在緩冷到一定程度時，奧氏體中的含碳量達到飽和，繼續降溫就會沿奧氏體晶界析出滲碳體，在顯微組織上呈網狀分布。這種由奧氏體中析出的滲碳體叫二次滲碳體。

三次滲碳體：工業純鐵在平衡冷卻至碳在鐵中的固溶線（Fe-C平衡圖PQ線）以下時，碳在鐵素體中的溶解度達到飽和，溫度再下降，將從鐵素體中析出三次滲碳體。三次滲碳體是從鐵素體晶界上析出，由於數量很少，一般沿鐵素體晶界呈斷續片狀分布。

自由滲碳體 ：是指那些游離於珠光體（共析組織）或萊氏體（共晶組織）等機械混合物（組織）之外的而作為一種獨立的相存在的滲碳體，如先共析滲碳體、初生滲碳體等。