灰口铁

灰口铁是生铁中的一种，又称铸造生铁。含碳量约3%，含硅约2%。断面呈深灰色。

概述

铸铁作为一种工程材料始于十四世纪，在此以前铁制品是由熟铁制得的，熟铁则是通过铁矿石的初步还原获得的。熟铁实质上是含有一定百分比的炉渣的纯铁。我们知道的钢出现于十九世纪，它是随着铸铁生产技术的进步而产生的。

碳在这种铁的合金里是以片状的石墨形态存在。质较软，可进行切削加工。热时容易流动，铸造性能好。较耐磨。强度及延展性差。由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。见水易生锈。铸造易产生气孔。

灰口铁冶金学

所有的铸铁都有一个共同点，即它们的含碳量大致高于2%。含碳量较低的铁碳合金称为钢。钢中含有的碳，或者溶解在钢里，或者以碳化物的形式存在。铸铁不会发生这种情况。奥氏体中碳的溶解度极限为1.7%。如果铁碳合金含有3%或4%的碳量，那末直到1.7%的碳会进入固溶体中，其余的碳就以石墨形式的室温结构存在。这样，灰口铁和其他铸铁所含的碳可分为两部分：一部分溶解在铁内(化合碳)：另一部分以石墨的形式存在。实践中采用的方法是说明总含碳量和化合碳的含量。灰口铁可看作为含石墨的钢。

灰口铁的化学成分中，总碳量为2%到4%，并含有至少1%的硅。灰口铁的基体通常具有铁素体、珠光体或马氏体的显微组织。石墨实际上以三度的玫瑰状结构存在，但金相哳面显示出的石墨却是片状石墨。因为金相研究需要试样的横断面。形状尺寸和石墨片的分布都会对性能产生影响。因而铸造工人对此需密切注意。

性能

。但灰口铁具有优良的铸造性、耐磨性、切削加工性、消震性和缺口不敏感性，这些则为钢所不及。铸铁的这些性能是和其组织密切相关的。我们知道石墨是很松软且十分脆弱的，铸铁中有了石墨，就相当于内部有了孔洞和缝隙，所以长期以来，人们把铸铁形容成内部带有大量孔洞和缝隙的钢。石墨不仅削少了基体受载有效面积，尤其是引起严重的应力集中，急剧地削弱了基体的承载能力，这是灰口铁强度和塑性较低的原因。

灰口铁的其他性能也可以从石墨的存在得到解释。例如，优良的铸造性不仅是因为铸铁的熔点比钢低，流动性好，还在于铸铁凝固过程中析出比容较大的石墨，部分地补偿了基体的收缩， 因此收缩率比钢小，铸造内应力以及变形与开裂倾向随之减轻。良好的加工性是由于石墨割裂了基体，使切屑崩碎，且石墨对刀具有一定润滑作用。良好的耐磨性是由于石墨本身具有润滑作用，而且石墨剥落后留下孔隙具有储存润滑剂的作用。良好的吸震性是由于石墨对基体的割裂，使能量不利于传递。缺口不敏感性是由于石墨的存在就相当于本身已经有了许多缺口。

灰口铁的基体种类对其性能也有一定影响，但主要因素是石墨。石墨的数量、大小、形状和分布特点对铸铁的机械性能起决定性的作用。石墨片越多越粗越不均匀，对基体的削弱作用就越严重，机械性能就越差。但需要指出，石墨对铸铁抗压强度的削弱比对抗拉强度的削弱为轻，因为在压力作用之下，石墨的应力集中问题影响不大。所以铸铁的抗压强度并不比钢低多少，通常抗压强度为抗拉强度的3—4倍。

热处理

灰口铁通过热处理只能改变基体的组织，不能改变石墨的形状、大小、数量和分布，因此不能从根本上消除片状石墨对机械性能的有害影响。生产上对灰口铁的热处理主要有以下几种：

应力退火

铸件由于形状复杂，各处厚薄不均，在冷却过程中各部分有温度差，因此组织不同，加上型腔妨碍铸件自由收缩，结果在铸件中产生复杂的内应力。这不仅降低铸件强度，而且日久以后因为内应力的重新分布会引起零件变形。为此普通铸铁件都要进行时效处理，以消除内应力。对手要求高精度的或大型复杂铸件(如床身、机座)，还应进行两次时效，以彻底消除内应力。这时工艺路线如下：

精加工

消除内应力的陈旧时效方法是将铸件露置室外半年或一、二年，任其风吹雨淋，使内应力在长期的露置过程中重新分布，逐渐转化为变形。这种自然时效的方法时间长，效果差(内应力消除不彻底)，目前已多被人工时效所代替。人工时效是将铸件缓慢地加热到500—550℃的温度，保温3—5小时或更长时间，然后随炉缓慢冷却200℃左右出炉空冷。人工时效也称为低温退火或消除应力退火。

软化退火

火，以消除白口，降低硬度，改善加工性。在软化退火过程中，部分渗碳体分解为奥氏体和石墨。软化退火后基体可为铁素体或珠光体加部分铁素体。

如需要适当提高灰口铁的硬度和耐磨性，则用正火代替软化退火。正火后基体为细珠光体。灰口铁的软化退火和正火工艺如右图所示。

表面淬火

，可使耐磨性提高1.5倍，