可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵白口鑄鐵通過(guò)石墨化退火處理得到的一種高強(qiáng)韌鑄鐵。有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度，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(qiáng)度和塑性，特別是低溫沖擊性能較好，耐磨性和減振性優(yōu)于普通碳素鋼。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。黑心可鍛鑄鐵用于沖擊或震動(dòng)和扭轉(zhuǎn)載荷的零件，常用于制造汽車后橋、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(lái)制造動(dòng)力機(jī)械和農(nóng)業(yè)機(jī)械的耐磨零件，國(guó)際上有用于制造汽車凸輪軸的例子。白心可鍛鑄鐵由于可鍛化退火時(shí)間長(zhǎng)而較少應(yīng)用（見鐵素體可鍛鑄鐵、珠光體可鍛鑄鐵和白心可鍛鑄鐵）。

英文名：malleable cast iron

讀音：kě duàn zhù tiě

可鍛鑄鐵：用白口鑄鐵經(jīng)過(guò)熱處理后制成的有韌性的鑄鐵。

別名：馬鐵、瑪鋼、

首先澆注成白口鑄鐵件,然后經(jīng)可鍛化退火(可鍛化退火使?jié)B碳體分解為團(tuán)絮狀石墨)而獲得可鍛鑄鐵件.

化學(xué)成分：

可鍛鑄鐵的化學(xué)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(tuán)絮狀石墨(G)；

珠光體(P) 團(tuán)絮狀石墨(G)。

可鍛鑄鐵（malleable cast iron） 汽車用金屬材料。由一定化學(xué)成分的鐵液澆鑄成白口坯件，經(jīng)過(guò)石墨化退火，石墨主要呈團(tuán)絮狀、絮狀，有時(shí)呈少量團(tuán)球狀的鑄鐵?？慑戣T鐵與灰鑄鐵相比，具有較高的強(qiáng)度、韌性和沖擊韌性。可鍛鑄鐵根據(jù)化學(xué)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(guó)生產(chǎn)的可鍛鑄鐵90%以上為黑心可鍛鑄鐵。其他三類可鍛鑄鐵應(yīng)用較少。黑心可鍛鑄鐵強(qiáng)度不高，但具有良好的塑性和韌性。可鍛鑄鐵主要應(yīng)用于汽車后橋橋殼、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、低壓閥、管接頭等受沖擊和震動(dòng)的零件。

白口鐵的加工性能極差，但是經(jīng)過(guò)高溫回火后，有較高的強(qiáng)度和可塑性，可以切削加工。

由于可鍛鑄鐵中的石墨呈團(tuán)絮狀，對(duì)基體的割裂作用較小,因此它的力學(xué)性能比灰鑄鐵高，塑性和韌性好，但可鍛鑄鐵并不能進(jìn)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(qiáng)度，硬度和耐磨性。

可鍛鑄鐵牌號(hào)表示方法

可鍛鑄鐵的牌號(hào)是由“KTH”（“可鐵黑”三字漢語(yǔ)拼音字首）或“KTZ”（“可鐵珠”三字漢語(yǔ)拼音字首）后附最低抗拉強(qiáng)度值（MPa）和最低斷后伸長(zhǎng)率的百分?jǐn)?shù)表示。例如牌號(hào)KTH 350—10表示最低抗拉強(qiáng)度為350 MPa、最低斷后伸長(zhǎng)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(qiáng)度為650 MPa、最低斷后伸長(zhǎng)率為2%的珠光體可鍛鑄鐵。

可鍛鑄鐵常見的幾種可鍛鑄鐵

牌號(hào)、性能及用途(GB 9440—1988)

鑄鐵牌號(hào)KTH300—06、KTH330—08、KTH350—10、KTH370—12：用于制造管道配件、低壓閥門、汽車拖拉機(jī)的后橋外殼、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、機(jī)床零件等。

鑄鐵牌號(hào)KTZ450—06、KTZ550—04、KTZ650—02、KTZ700—02：制造強(qiáng)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(huán)等

鑄鐵牌號(hào)KTB380—04、KTB380—12、KTB400—05、KTB450—07：此為白心可鍛鑄鐵，僅限于制造薄壁鑄件和焊接后不需進(jìn)行熱處理的鑄件、由于工藝較復(fù)雜，故在機(jī)械制造上較少應(yīng)用。

可鍛鑄鐵應(yīng)用范圍

黑心可鍛鑄鐵的強(qiáng)度、硬度低，塑性、韌性好，用于載荷不大、承受較高沖擊、振動(dòng)的零件。

珠光體基體可鍛鑄鐵因具有高的強(qiáng)度、硬度，用于載荷較高、耐磨損并有一定韌性要求的重要零件。如石油管道、煉油廠管道和商用及民用建筑的供氣和供水系統(tǒng)的管件。

筒史中國(guó)是生產(chǎn)可鍛鑄鐵歷史最悠久的國(guó)家之一，早在戰(zhàn)國(guó)初期就出現(xiàn)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(yáng)出土的戰(zhàn)國(guó)初期經(jīng)退火表面脫碳的鋼面白口鐵錛，是當(dāng)時(shí)已有退火操作的-例。在這基礎(chǔ)上延長(zhǎng)退火時(shí)間就可以生產(chǎn)韌性（可鍛）鑄鐵。這-發(fā)明使鑄鐵在當(dāng)時(shí)得以大量、廣泛用于軍事和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)?！睹献印酚涊d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(jì)鑄鐵農(nóng)具正在推廣。公元1720～1722年，法國(guó)人雷奧米爾（Reaumur）發(fā)明了后來(lái)被通常稱為“歐洲法”（Procede europeen）的白心可鍛鑄鐵生產(chǎn)方法。1982年美國(guó)人塞斯博登（SethBoyden）通過(guò)偶然的熱處理，把白口鑄鐵中的Fe3C進(jìn)行了分解，使之析出團(tuán)絮狀石墨 金屬基體（鐵索體或珠光體）。他當(dāng)時(shí)得到的可鍛鑄鐵是鐵素體基體的。這種方法通常稱為“美國(guó)法”（黑心可鍛鑄鐵）。

可鍛鑄鐵白心可鍛鑄鐵

白心可鍛鑄鐵，由法國(guó)人R.A.F. de羅茂于1722年研制成功。將碳、硅含量較低的白口鑄鐵密封在氧化介質(zhì)中，在950～1050℃溫度下保持幾十個(gè)小時(shí)進(jìn)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(tuán)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。

可鍛鑄鐵黑心可鍛鑄鐵

黑心可鍛鑄鐵，由美國(guó)人S.博伊登于1826年在引進(jìn)制造白心可鍛鑄鐵工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展而成。將碳、硅含量較低的白口鑄鐵放在中性介質(zhì)中進(jìn)行石墨化處理后，在 850～950℃溫度下保持幾十小時(shí)，爐內(nèi)冷卻至720～740℃再保溫十幾小時(shí)，最后得到鐵素體基體和團(tuán)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(shí)后出爐，空氣中冷卻，得到珠光體基體和團(tuán)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(tuán)絮狀，含量較少，應(yīng)力集中現(xiàn)象不太顯著，對(duì)鑄鐵的有效負(fù)荷面積減小不多，抗拉強(qiáng)度可達(dá)300～700兆帕，延伸率可達(dá)2～12%，切削加工性能、抗氧化生長(zhǎng)性能和耐蝕性能良好?？慑戣T鐵鑄態(tài)組織為白口，鐵水流動(dòng)性較差，容易產(chǎn)生縮孔，熱裂傾向較大，所以一般只適用于形狀不太復(fù)雜的鑄件。此外由于退火時(shí)間隨壁厚加大而延長(zhǎng)，同時(shí)過(guò)厚的鑄件中心部分難達(dá)到完全退火，因此白心可鍛鑄鐵件的壁厚一般不超過(guò)12毫米，黑心可鍛鑄鐵壁厚不超過(guò)25毫米。鐵素體可鍛鑄鐵廣泛用于汽車、拖拉機(jī)的輪圈、差速器殼和底盤零件，機(jī)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(jī)械中的粗紡機(jī)和印花機(jī)盤頭以及水油管道中的彎頭、三通、接頭、中壓閥門等。珠光體可鍛鑄鐵用于氣閥搖桿、加煤機(jī)零件、高壓接頭閥體和汽車工業(yè)撥叉、差動(dòng)齒輪箱等。白心可鍛鑄鐵用于汽車零件吊架、駕駛盤柱叉肩、紡織機(jī)零件等。發(fā)展可鍛鑄鐵的研究主要集中在鑄態(tài)穩(wěn)定碳化物，鑄件中不出現(xiàn)游離石墨片，縮短退火時(shí)間以提高機(jī)械性能和使用性能等方面。此外，鑄件厚度和重量限制范圍有所擴(kuò)大，現(xiàn)代已生產(chǎn)出壁厚2～80毫米或重達(dá)150千克的可鍛鑄鐵件。

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB9440-88）中的牌號(hào)基本符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO5922-1981）。

石墨化退火主要涉及固態(tài)石墨化機(jī)理、石墨化退火工藝的影響和各種元素對(duì)固態(tài)石墨化的影響。

（1）固態(tài)石墨化機(jī)理。白口生坯中的滲碳體是不穩(wěn)定相，只要條件具備便可分解成穩(wěn)定相--鐵素體和石墨，這就是固態(tài)石墨化過(guò)程。必要條件是白口鑄鐵固態(tài)石墨化能否進(jìn)行取決于滲碳體分解和石墨成長(zhǎng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件兩個(gè)方面。熱力學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，滲碳體從低于鐵-碳相圖A，很多的溫度條件下保溫，亦可發(fā)生固態(tài)石墨化過(guò)程。但滲碳體的分解能否不斷進(jìn)行，石墨化過(guò)程能否最終完成，則在很大程度上取決于滲碳體分解后碳原子的擴(kuò)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(dòng)力學(xué)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(chǎn)生；如果鑄鐵內(nèi)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(xù)長(zhǎng)大，必須具備碳原子能強(qiáng)烈擴(kuò)散的條件。純鐵碳合金較難于石墨化，有促進(jìn)石墨化的元素存在時(shí)，能加速石墨化進(jìn)程。關(guān)于鑄鐵固態(tài)石墨化機(jī)理許多觀點(diǎn)，大多是根據(jù)傳統(tǒng)的兩階段退火工藝提出的。高溫階段時(shí)，當(dāng)加熱到奧氏體溫度區(qū)域，經(jīng)過(guò)4個(gè)環(huán)節(jié)：在奧氏體-滲碳體界面上形核；滲碳體溶解于周圍的奧氏體中；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(kuò)散；碳原子在石墨核心上沉淀導(dǎo)致石墨長(zhǎng)大。在這階段退火過(guò)程中，。滲碳體不斷地溶解，石墨不斷地長(zhǎng)大，直至滲碳體全部溶解。此時(shí)鑄鐵的平衡組織為奧氏體加石墨。在低溫階段則發(fā)生轉(zhuǎn)變成鐵素體的共析轉(zhuǎn)變，最后形成鐵素體加石墨的平衡組織。由于采用低溫石墨化退火工藝的問(wèn)世，固態(tài)石墨化機(jī)理隨之有所發(fā)展。加熱溫度不高于A，溫度，而僅有720～750℃的保溫階段，鑄鐵組織由原來(lái)的珠光體加萊氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體加石墨。關(guān)鍵是要改善較低溫度下的石墨化動(dòng)力條件，以及加強(qiáng)鑄鐵內(nèi)在的石墨化因素。如細(xì)化滲碳體，細(xì)化晶粒增加界面，增加位錯(cuò)密度，從而增加初始石墨核心數(shù)以減少擴(kuò)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(tuán)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(yù)處理常用溫度分高溫預(yù)處理即在750℃左右保溫1～2h，和低溫預(yù)處理即在350～450℃保溫3～5h。其作用在于增加石攫顆粒數(shù)，減小碳原子擴(kuò)散距離，縮短退火周期，改善石墨形態(tài)。

（3）各種元素對(duì)固態(tài)石墨化的影響。碳能促進(jìn)石翠化，增加退火的石墨核心數(shù)，縮短石最化時(shí)間，特別是縮短第二階段石墨化的時(shí)間。硅強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化，能促進(jìn)滲碳體的分解，故在允許限度以內(nèi)提高鐵液中的含硅量，能有力地縮短第-、第二階段的退火時(shí)間。在爐前加硅鐵或含硅的復(fù)合孕育劑可造成較大濃度起伏，有利于實(shí)現(xiàn)低溫石墨化。錳能與硫生成MnS，故在適當(dāng)含量范圍內(nèi)能縮短石墨化時(shí)間。但當(dāng)自由錳量（錳與硫化合生成MnS以外的多余錳量）超過(guò)-定值（>0.15%～0.25%）或不足時(shí)（負(fù)值），則阻礙石墨化，尤其是阻礙第二階段石墨化。硫強(qiáng)烈阻礙石墨化。當(dāng)硫含量不很高時(shí)（<0.25%），可用錳中和其有害作用。當(dāng)硫含量較高時(shí)，使石墨化退火困難。磷在凝固時(shí)微弱地促進(jìn)石墨化，對(duì)退火過(guò)程中的固態(tài)石墨化影響不大。超過(guò)一定量時(shí)對(duì)第二階段石墨化稍有阻礙作用。其他如鉻、鉬、釩、碲等均有強(qiáng)烈的阻礙石墨化作用；鋁、鋯、鈣有較強(qiáng)促進(jìn)石墨化作用。

黑心可鍛鑄鐵的化學(xué)分析結(jié)果如圖1所示。

拉伸選用微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試樣溫度為室溫（20℃），直徑為10mm，且均經(jīng)過(guò)石墨化退火熱處理，黑心可鍛鑄鐵試樣分三組（A、B、C），A組為不加入任何合金的試樣，B組為加入0. 007% Bi的試樣，C組為加入0.007% Bi和0.002%的B的試樣。結(jié)果見表8。可見經(jīng)硼鉻聯(lián)合處理的可鍛鑄鐵，抗拉強(qiáng)度提高到348. 7MPa，伸長(zhǎng)率也滿足要求。主要是硼鉻加入后細(xì)化了可鍛鑄鐵中鐵素體的晶粒和促進(jìn)了絮狀石墨細(xì)小化 。