可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵白口鑄鐵通過石墨化退火處理得到的一種高強韌鑄鐵。有較高的強度、塑性和衝擊韌度，可以部分代替碳鋼。它與灰口鑄鐵相比，可鍛鑄鐵有較好的強度和塑性，特別是低溫衝擊性能較好，耐磨性和減振性優於普通碳素鋼。這種鑄鐵因具有-定的塑性和韌性，所以俗稱瑪鋼、馬鐵，又叫展性鑄鐵或韌性鑄鐵。黑心可鍛鑄鐵用於衝擊或震動和扭轉載荷的零件，常用於製造汽車後橋、彈簧支架、低壓閥門、管接頭、工具扳手等。珠光體可鍛鑄鐵常用來製造動力機械和農業機械的耐磨零件，國際上有用於製造汽車凸輪軸的例子。白心可鍛鑄鐵由於可鍛化退火時間長而較少應用（見鐵素體可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵和白心可鍛鑄鐵）。

首先澆注成白口鑄鐵件，然後經可鍛化退火(可鍛化退火使滲碳體分解為團絮狀石墨)而獲得可鍛鑄鐵件.

化學成分：

可鍛鑄鐵的化學成分是： wC=2.2%～2.8%，wSi=1.0%～1.8%，wMn=0.3%～0.8%，wS≤0.2%，wP≤0.1%。

可鍛鑄鐵的組織有二種類型：

鐵素體(F)+團絮狀石墨(G)；

珠光體(P)+團絮狀石墨(G)。

可鍛鑄鐵（malleable cast iron）汽車用金屬材料。由一定化學成分的鐵液澆鑄成白口坯件，經過石墨化退火，石墨主要呈團絮狀、絮狀，有時呈少量團球狀的鑄鐵。可鍛鑄鐵與灰鑄鐵相比，具有較高的強度、韌性和衝擊韌性。可鍛鑄鐵根據化學成分、熱處理工藝、性能以及組織不同分為黑心可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵以及白心可鍛鑄鐵和球墨可鍛鑄鐵四類。目前中國生產的可鍛鑄鐵90%以上為黑心可鍛鑄鐵。其他三類可鍛鑄鐵應用較少。黑心可鍛鑄鐵強度不高，但具有良好的塑性和韌性。可鍛鑄鐵主要應用於汽車後橋橋殼、轉向機構、低壓閥、管接頭等受衝擊和震動的零件。

白口鐵的加工性能極差，但是經過高溫回火后，有較高的強度和可塑性，可以切削加工。

由於可鍛鑄鐵中的石墨呈團絮狀，對基體的割裂作用較小，因此它的力學性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵並不能進行鍛壓加工。可鍛鑄鐵的基體組織不同，其性能也不一樣，其中黑心可鍛鑄鐵具有較高的塑性和韌性，而珠光體可鍛鑄鐵具有較高的強度，硬度和耐磨性。

牌號表示方法

可鍛鑄鐵的牌號是由“KTH”（“可鐵黑”三字漢語拼音字首）或“KTZ”（“可鐵珠”三字漢語拼音字首）后附最低抗拉強度值（MPa）和最低斷後伸長率的百分數表示。例如牌號KTH 350—10表示最低抗拉強度為350 MPa、最低斷後伸長率為10%的黑心可鍛鑄鐵，即鐵素體可鍛鑄鐵；KTZ 650—02表示最低抗拉強度為650 MPa、最低斷後伸長率為2%的珠光體可鍛鑄鐵。

常見的幾種可鍛鑄鐵

牌號、性能及用途(GB 9440—1988)

鑄鐵牌號KTH300—06、KTH330—08、KTH350—10、KTH370—12：用於製造管道配件、低壓閥門、汽車拖拉機的後橋外殼、轉向機構、機床零件等。

鑄鐵牌號KTZ450—06、KTZ550—04、KTZ650—02、KTZ700—02：製造強度要求較高、耐磨性較好的鑄件，如齒輪箱、凸輪軸、曲軸、連桿、活塞環等

鑄鐵牌號KTB380—04、KTB380—12、KTB400—05、KTB450—07：此為白心可鍛鑄鐵，僅限於製造薄壁鑄件和焊接后不需進行熱處理的鑄件、由於工藝較複雜，故在機械製造上較少應用。

可鍛鑄鐵的牌號表示方法

應用範圍

黑心可鍛鑄鐵的強度、硬度低，塑性、韌性好，用於載荷不大、承受較高衝擊、振動的零件。

珠光體基體可鍛鑄鐵因具有高的強度、硬度，用於載荷較高、耐磨損並有一定韌性要求的重要零件。

可鍛鑄鐵的應用

如石油管道、煉油廠管道和商用及民用建築的供氣和供水系統的管件。

筒史中國是生產可鍛鑄鐵歷史最悠久的國家之一，早在戰國初期就出現了用熱處理方法使白口鑄鐵中與鐵化合的碳成為石墨析出而獲得了韌性鑄鐵的工藝。在河南洛陽出土的戰國初期經退火表面脫碳的鋼面白口鐵錛，是當時已有退火操作的-例。在這基礎上延長退火時間就可以生產韌性（可鍛）鑄鐵。這-發明使鑄鐵在當時得以大量、廣泛用于軍事和農業生產。《孟子》記載了孟軻（約公元前390～305年）的話“許子以鐵耕乎？”反映了公元前4世紀鑄鐵農具正在推廣。公元1720～1722年，法國人雷奧米爾（Reaumur）發明了後來被通常稱為“歐洲法”（Procede europeen）的白心可鍛鑄鐵生產方法。1982年美國人塞斯博登（SethBoyden）通過偶然的熱處理，把白口鑄鐵中的Fe3C進行了分解，使之析出團絮狀石墨+金屬基體（鐵索體或珠光體）。他當時得到的可鍛鑄鐵是鐵素體基體的。這種方法通常稱為“美國法”（黑心可鍛鑄鐵）。

白心可鍛鑄鐵，由法國人R.A.F. de羅茂於1722年研製成功。將碳、硅含量較低的白口鑄鐵密封在氧化介質中，在950～1050℃溫度下保持幾十個小時進行脫碳退火處理，就得到外層為鐵素體、中心殘留著少量珠光體和團絮狀石墨的顯微組織。其心部斷口呈白色，故稱為白心可鍛鑄鐵。

黑心可鍛鑄鐵，由美國人S.博伊登於1826年在引進位造白心可鍛鑄鐵工藝的基礎上發展而成。將碳、硅含量較低的白口鑄鐵放在中性介質中進行石墨化處理后，在 850～950℃溫度下保持幾十小時，爐內冷卻至720～740℃再保溫十幾小時，最後得到鐵素體基體和團絮狀石墨的鐵素體黑心可鍛鑄鐵；或在850～950℃下保溫十幾小時后出爐，空氣中冷卻，得到珠光體基體和團絮狀石墨的珠光體黑心可鍛鑄鐵。性能和用途可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀，含量較少，應力集中現象不太顯著，對鑄鐵的有效負荷面積減小不多，抗拉強度可達300～700兆帕，延伸率可達2～12%，切削加工性能、抗氧化生長性能和耐蝕性能良好。可鍛鑄鐵鑄態組織為白口，鐵水流動性較差，容易產生縮孔，熱裂傾向較大，所以一般只適用於形狀不太複雜的鑄件。此外由於退火時間隨壁厚加大而延長，同時過厚的鑄件中心部分難達到完全退火，因此白心可鍛鑄鐵件的壁厚一般不超過12毫米，黑心可鍛鑄鐵壁厚不超過25毫米。鐵素體可鍛鑄鐵廣泛用於汽車、拖拉機的輪圈、差速器殼和底盤零件，機床附件中的扳手，輸電線路中的瓷瓶鐵帽、線夾、碗頭排板，紡織機械中的粗紡機和印花機盤頭以及水油管道中的彎頭、三通、接頭、中壓閥門等。珠光體可鍛鑄鐵用於氣閥搖桿、加煤機零件、高壓接頭閥體和汽車工業撥叉、差動齒輪箱等。白心可鍛鑄鐵用於汽車零件吊架、駕駛盤柱叉肩、紡織機零件等。發展可鍛鑄鐵的研究主要集中在鑄態穩定碳化物，鑄件中不出現遊離石墨片，縮短退火時間以提高機械性能和使用性能等方面。此外，鑄件厚度和重量限制範圍有所擴大，現代已生產出壁厚2～80毫米或重達150千克的可鍛鑄鐵件。

中國國家標準（GB9440-88）中的牌號基本符合國際標準（ISO5922-1981）。

石墨化退火主要涉及固態石墨化機理、石墨化退火工藝的影響和各種元素對固態石墨化的影響。

（1）固態石墨化機理。白口生坯中的滲碳體是不穩定相，只要條件具備便可分解成穩定相--鐵素體和石墨，這就是固態石墨化過程。必要條件是白口鑄鐵固態石墨化能否進行取決於滲碳體分解和石墨成長的熱力學和動力學條件兩個方面。熱力學觀點認為，滲碳體從低於鐵-碳相圖A，很多的溫度條件下保溫，亦可發生固態石墨化過程。但滲碳體的分解能否不斷進行，石墨化過程能否最終完成，則在很大程度上取決於滲碳體分解后碳原子的擴散能力和可能性，使舊相消失，新相形成的各種阻力因素等動力學條件。在滲碳體及基體多相存在的情況下，石墨晶核最容易在滲碳體與周圍固溶體的界面上產生；如果鑄鐵內有各種硫化物、氧化物等夾雜物微粒，則石墨晶核的形成就比較容易。要使白口鑄鐵中存在的石墨晶核繼續長大，必須具備碳原子能強烈擴散的條件。純鐵碳合金較難於石墨化，有促進石墨化的元素存在時，能加速石墨化進程。關於鑄鐵固態石墨化機理許多觀點，大多是根據傳統的兩階段退火工藝提出的。高溫階段時，當加熱到奧氏體溫度區域，經過4個環節：在奧氏體-滲碳體界面上形核；滲碳體溶解於周圍的奧氏體中；碳原子在奧氏體中由奧氏體滲碳體界面向奧氏體-石墨界面擴散；碳原子在石墨核心上沉澱導致石墨長大。在這階段退火過程中，。滲碳體不斷地溶解，石墨不斷地長大，直至滲碳體全部溶解。此時鑄鐵的平衡組織為奧氏體加石墨。在低溫階段則發生轉變成鐵素體的共析轉變，最後形成鐵素體加石墨的平衡組織。由於採用低溫石墨化退火工藝的問世，固態石墨化機理隨之有所發展。加熱溫度不高於A，溫度，而僅有720～750℃的保溫階段，鑄鐵組織由原來的珠光體加萊氏體直接轉變為鐵素體加石墨。關鍵是要改善較低溫度下的石墨化動力條件，以及加強鑄鐵內在的石墨化因素。如細化滲碳體，細化晶粒增加界面，增加位錯密度，從而增加初始石墨核心數以減少擴散距離。

（2）石墨化退火工藝的影響。第-階段常用溫度920～980℃保溫，佚萊氏體中的共晶滲碳體不斷溶入奧氏體而逐漸消失，團絮狀石零逐漸形成。第二階段常用溫度710～730℃保溫，或者由750℃緩慢（3～5℃/h）降溫至700℃。預處理常用溫度分高溫預處理即在750℃左右保溫1～2h，和低溫預處理即在350～450℃保溫3～5h。其作用在於增加石攫顆粒數，減小碳原子擴散距離，縮短退火周期，改善石墨形態。

（3）各種元素對固態石墨化的影響。碳能促進石翠化，增加退火的石墨核心數，縮短石最化時間，特別是縮短第二階段石墨化的時間。硅強烈促進石墨化，能促進滲碳體的分解，故在允許限度以內提高鐵液中的含硅量，能有力地縮短第-、第二階段的退火時間。在爐前加硅鐵或含硅的複合孕育劑可造成較大濃度起伏，有利於實現低溫石墨化。錳能與硫生成MnS，故在適當含量範圍內能縮短石墨化時間。但當自由錳量（錳與硫化合生成MnS以外的多餘錳量）超過-定值（>0.15%～0.25%）或不足時（負值），則阻礙石墨化，尤其是阻礙第二階段石墨化。硫強烈阻礙石墨化。當硫含量不很高時（<0.25%），可用錳中和其有害作用。當硫含量較高時，使石墨化退火困難。磷在凝固時微弱地促進石墨化，對退火過程中的固態石墨化影響不大。超過一定量時對第二階段石墨化稍有阻礙作用。其他如鉻、鉬、釩、碲等均有強烈的阻礙石墨化作用；鋁、鋯、鈣有較強促進石墨化作用。