合金鑄鐵

隨着工業的發展，對鑄鐵性能的要求愈來愈高，即不但要求它具有更高的力學性能，有時還要求它具有某些特殊的性能，如高耐磨性、耐熱及耐蝕等。為此向鑄鐵（灰口鑄鐵或球墨鑄鐵）鐵液中加入一些合金元素，可獲得具有某些特殊性能的合金鑄鐵。合金鑄鐵與相似條件下使用的合金鋼相比，熔鍊簡便、成本低廉，其具有良好的使用性能。但它們大多具有較大的脆性，力學性能較差。

鑄鐵是由鐵、碳和硅等組成的合金。它比碳鋼含有較多硫、磷等雜質元素。為了進一步提高鑄鐵的力學性能或特殊性能，還可以加入合金元素，或提高硅、錳、磷等元素的含量，這種鑄鐵稱為合金鑄鐵。 ^[1] 

合金鑄鐵光譜標準樣品成分如下：

鑄鐵中常用的合金元素

常用的合金鑄鐵分為：耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。

耐磨鑄鐵按其工作條件大致可分為兩類：一種是在有潤滑條件下工作的減摩鑄鐵，如機牀導軌、氣缸套、環和軸承等；另一種是在無潤滑、受磨料磨損條件下工作的抗磨鑄鐵，如犁鏵、軋輥及球磨機零件等。

1）減摩鑄鐵

減摩鑄鐵在有潤滑、受黏着磨損條件下工作，如機牀導軌、發動機缸套、活塞環、軸承等。減摩鑄鐵的組織通常是在軟基體上牢固地嵌有堅硬的強化相。

一般珠光體灰鑄鐵能滿足這一要求，鐵素體是軟基體，磨損後形成溝槽，可儲存潤滑油，以降低磨損；滲碳體是硬質相，起耐磨作用；片狀石墨可起儲油潤滑作用。在普通灰鑄鐵中加入適量的磷、釩、鉻、鉬、稀土等元素，可增加珠光體，細化珠光體和石墨，進一步提高硬度和耐磨性。

在普通灰鑄鐵基礎上，將磷含量提高到0.4%～0.6%，即形成高磷鑄鐵。磷可與鐵素體或珠光體形成磷共晶（F+Fe₃P，P+Fe₃P或F+P+Fe₃P），呈斷續網狀分佈在基體上，形成在軟基體上分佈着硬質相，顯著提高了鑄鐵的耐磨性。由於普通高磷鑄鐵的強度和韌性較差，常加入鉻、鉬、鎢、銅等合金元素，使其組織細化，進一步提高機械性能和耐磨性。 ^[1] 

2）抗磨鑄鐵

抗磨鑄鐵在幹摩擦及磨粒磨損條件下工作．如軋輥、犁鏵、磨球等。這類鑄鐵不僅受到嚴重的磨損，而且承受很大的負荷，應具有高而均勻的硬度。

白口鑄鐵就屬於這類鑄鐵。但其脆性大，不能承受衝擊荷載，只能用於製造犁鏵、泵體、研磨機械的襯板、磨球等。

生產中常用激冷方法來獲得冷硬鑄鐵，即將鐵液注入放有冷鐵的金屬模成型，鑄件表層因冷速快得到一定深度的白口層而獲得高硬度、高耐磨性，而心部為灰口鑄鐵，具有一定的強度和韌性。廣泛用來製造軋輥、車輪等耐磨件。

在白口鑄鐵的基礎上加入14%～20%的鉻和少量的鉬、鎳、銅等元素形成的高鉻鑄鐵，組織中存在大量富鉻的M₇C₃型碳化物，其硬度極高，且分佈不連續，使鑄鐵既具有很高的耐磨性，其韌性也得到改善：可用於製造大型球磨機的襯板和破碎機的錘頭等零件。

ω（Mn）=5.0%～9.5%，ω（Si）=3.3%～5.0%的中錳合金球磨鑄鐵，組織為馬氏體、殘餘奧氏體、碳化物和球狀石墨，具有較高的強度、硬度和衝擊韌性，適於製造在衝擊載荷和磨損條件下工作的零件，如犁鏵、磨球及拖拉機履帶板等。可代替部分高錳鋼和鍛鋼。 ^[1] 

耐熱鑄鐵指在高温下具有良好的抗氧化和抗生長能力的鑄鐵。氧化是鑄鐵在高温下與周圍氣氛接觸使表層發生化學腐蝕的現象。生長是鑄鐵在反覆加熱冷卻時產生的不可逆體積長大的現象：鑄件“生長”的原因是氧化性氣體沿石墨片邊界或裂紋滲入鑄鐵內部發生內氧化；鑄件中的滲碳體在高温下分解成密度小的石墨及在加熱冷卻過程中鑄鐵基體組織發生相變引起體積的不可逆膨脹。結果將使鑄件失去精度和產生微裂紋。

因此，製造高温鑄鐵件，如加熱爐爐底板、換熱器、坩堝、廢氣管道及壓鑄模等，必須使用耐熱鑄鐵製造。

通常在鑄鐵中加入鋁、硅、鉻等合金元素提高鑄鐵的臨界温度，得到單相鐵素體基體，消除滲碳體分解造成的生長現象；通常還能形成緻密穩定的氧化膜，具有良好的保護作用，阻止鑄鐵繼續氧化和生長。通過加入球化劑和鉻、鎳等合金元素，促使石墨細化和球化，球狀石墨互不連通可防止或減少氧化性氣體滲入鑄鐵內部。

耐熱鑄鐵按其成分可分為硅系、鋁系、硅鋁系及鉻系等。

在石油化工、造船等工業中，閥門、管道、泵體、容器等各種鑄鐵件經常在大氣、海水及酸、鹼、鹽等介質中工作，要求具有較高的耐蝕性能。普通鑄鐵通常是由石墨、滲碳體和鐵素體組成的多相合金在電解質溶液中，石墨的電極電位最高，滲碳體次之，鐵素體最低。因此，鐵素體將不斷被溶解，產生嚴重的電化學腐蝕。為了提高鑄鐵基體的電極電位，並使鑄鐵表面形成一層緻密的鈍化膜，需加入大量的硅、鋁、鉻、鎳、銅等合金元素，同時應儘量降低耐蝕鑄鐵中的滲碳體和石墨含量，且組織最好為鐵素體加上孤立分佈的球狀石墨組織。

耐蝕鑄鐵分為高硅、高鋁、高鉻耐蝕鑄鐵等，其中以高硅耐蝕鑄鐵應用最廣。 ^[1] 

鑄鐵中加入能形成緻密氧化膜的元素，如Si、Cr、Al，等可提高鑄鐵的抗氧化性能。在500—700℃工作的耐熱鑄件，常用低鉻（Cr：0.5—1.9%）或低鉻低銅合金鑄鐵。在>800℃工作的零件，主要用高硅（Si>5%），高鋁（Al：25%）和高鉻（Cr：32—36%）的合金鑄鐵。目前硅和硅鋁等合金鑄鐵應用較廣，它們有很好的耐熱性和高温強度。

合金鑄鐵件應用的範圍甚為廣泛。由於它們在使用中所表現出來的優越性和經濟性，因而在某些情況下代替了鑄鋼件、鍛件和可鍛鑄鐵件。在大多數情況下，合金鑄鐵件且代替了非合金鑄鐵件。如：動力機、化工設備、泵和壓縮機。軋研設備和耐磨鑄件、工作母機、金屬加工模具等。 ^[2]