高級鑄鐵（high class cast iron，high grade cast iron）是指機械性能較高的灰鑄鐵的總稱。在19世紀初期以前，灰鑄鐵性能很低，抗拉強度大約在10～15kgf/mm2。之後人們發現在熔鐵時加入部分廢鋼，降低碳、矽含量，可提高灰鑄鐵性能，當時曾稱為半鋼鑄鐵，抗拉強度可達20～25kgf/mm2。之後又發現在半鋼鑄鐵中加入孕育劑或加入少量合金可進一步提高灰鑄鐵的抗拉強度，達30～40kgf/mm2。以後，又因為球墨鑄鐵的發展，抗拉強度又提高了很多。
基本介紹
- 中文名：高級鑄鐵
- 外文名：high class cast iron
- 釋義：機械性能較高的灰鑄鐵的總稱
- 分類：鑄鐵
- 含碳量：2%以上
- 含有元素：鎳、鉻、鉬、鋁、銅
簡介,分類,分類方法分類名稱說明,按斷口顏色,按化學成分,按生產方法和組織性能,鑄鐵焊接的套用,意義,
簡介
高級鑄鐵是指含碳量在2%以上的鐵碳合金。工業用鑄鐵一般含碳量為2%～4%。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。
分類
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。用於製造工具機床身、汽缸、箱體等結構件。
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。比普通灰口鑄鐵有較高強度、較好韌性和塑性。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。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。
分類方法分類名稱說明
按斷口顏色
(1)灰鑄鐵這種鑄鐵中的碳大部分或全部以自由狀態的片狀石墨形式存在，其斷口呈暗灰色，有一定的力學性能和良好的被切削性能，普遍套用於工業中。
(2)白口鑄鐵白口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，其斷口呈白亮色，硬而脆，不能進行切削加工，很少在工業上直接用來製作機械零件。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。
(3)麻口鑄鐵麻口鑄鐵是介於白口鑄鐵和灰鑄鐵之間的一種鑄鐵，其斷口呈灰白相間的麻點狀，性能不好，極少套用。
(2)白口鑄鐵白口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，其斷口呈白亮色，硬而脆，不能進行切削加工，很少在工業上直接用來製作機械零件。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。
(3)麻口鑄鐵麻口鑄鐵是介於白口鑄鐵和灰鑄鐵之間的一種鑄鐵，其斷口呈灰白相間的麻點狀，性能不好，極少套用。
按化學成分
(1)普通鑄鐵是指不含任何合金元素的鑄鐵，如灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵等。
(2)合金鑄鐵是在普通鑄鐵內加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配製的一種高級鑄鐵。如各種耐蝕、耐熱、耐磨的特殊性能鑄鐵。
(2)合金鑄鐵是在普通鑄鐵內加入一些合金元素，用以提高某些特殊性能而配製的一種高級鑄鐵。如各種耐蝕、耐熱、耐磨的特殊性能鑄鐵。
按生產方法和組織性能
(1)普通灰鑄鐵參見“灰鑄鐵”。
(2)孕育鑄鐵這是在灰鑄鐵基礎上，採用“變質處理”而成，又稱變質鑄鐵。其強度、塑性和韌性均比一般灰鑄鐵好得多，組織也較均勻。主要用於製造力學性能要求較高，而截面尺寸變化較大的大型鑄件。
(3)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由一定成分的白口鑄鐵經石墨化退火而成，比灰鑄鐵具有較高的韌性，又稱韌性鑄鐵。它並不可以鍛造，常用來製造承受衝擊載荷的鑄件。
(4)球墨鑄鐵簡稱球鐵。它是通過在澆鑄前往鐵液中加入一定量的球化劑和墨化劑，以促進呈球狀石墨結晶而獲得的。它和鋼相比，除塑性、韌性稍低外，其他性能均接近，是兼有鋼和鑄鐵優點的優良材料，在機械工程上套用廣泛。
(5)特殊性能鑄鐵這是一種有某些特性的鑄鐵，根據用途的不同，可分為耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。大都屬於合金鑄鐵，在機械製造上套用較廣泛。
(2)孕育鑄鐵這是在灰鑄鐵基礎上，採用“變質處理”而成，又稱變質鑄鐵。其強度、塑性和韌性均比一般灰鑄鐵好得多，組織也較均勻。主要用於製造力學性能要求較高，而截面尺寸變化較大的大型鑄件。
(3)可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵是由一定成分的白口鑄鐵經石墨化退火而成，比灰鑄鐵具有較高的韌性，又稱韌性鑄鐵。它並不可以鍛造，常用來製造承受衝擊載荷的鑄件。
(4)球墨鑄鐵簡稱球鐵。它是通過在澆鑄前往鐵液中加入一定量的球化劑和墨化劑，以促進呈球狀石墨結晶而獲得的。它和鋼相比，除塑性、韌性稍低外，其他性能均接近，是兼有鋼和鑄鐵優點的優良材料，在機械工程上套用廣泛。
(5)特殊性能鑄鐵這是一種有某些特性的鑄鐵，根據用途的不同，可分為耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。大都屬於合金鑄鐵，在機械製造上套用較廣泛。
鑄鐵焊接的套用
1、鑄造缺陷的焊接修復
我國各種鑄鐵的年產量現約為800萬噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵年產量的10%~15%，即通常所說的廢品率為10%~15%，若這些鑄件工報廢，以1997年鑄鐵平均價格計算，其損失每年高達10億元以上。採用焊接方法修復這些有缺陷的鑄鐵件，由於焊接成本低，不僅可獲得巨大的經濟效益，而且有利於及時完成生產任務。
2、已損壞的鑄鐵成品件的焊接修復。
由於各種原因，鑄鐵成品件在使用過程中會受到損壞，出現裂紋等缺陷，使其報廢。若要更換新的，用鑄鐵成品件都經過各種機械加工，價格往往較貴。特別是一些重型鑄鐵成品件，如鍛造設備的鑄鐵機座一旦使用不當而出現裂紋，就得停止生產，若要更換新的鍛造設備，不僅價格昂貴，且從訂貨、運貨到安裝調試往往需要很長時間，所要很長時間處於停產狀態。這方面的損失是巨大的。若能用焊接方法及時修復出現的裂紋。
3、零部件的生產
這是指用焊接的方法將鑄鐵（主要是球墨鑄鐵）件與鑄鐵件、各種鋼件或有色金屬焊接起來而生產出零件。我國目前在這方面比較落後，處於剛起步階段。如我國山東某廠已用高效離心鑄造的大直徑球墨鑄鐵管與一般鑄造方法生產的變直徑球墨鑄鐵法蘭用焊接方法連線而製成產品。製造中鑄鐵焊接已成為我國下一步發展鑄鐵焊接技術的方向。它往往具有巨大的經濟效益。
我國各種鑄鐵的年產量現約為800萬噸，有各種鑄造缺陷的鑄件約占鑄鐵年產量的10%~15%，即通常所說的廢品率為10%~15%，若這些鑄件工報廢，以1997年鑄鐵平均價格計算，其損失每年高達10億元以上。採用焊接方法修復這些有缺陷的鑄鐵件，由於焊接成本低，不僅可獲得巨大的經濟效益，而且有利於及時完成生產任務。
2、已損壞的鑄鐵成品件的焊接修復。
由於各種原因，鑄鐵成品件在使用過程中會受到損壞，出現裂紋等缺陷，使其報廢。若要更換新的，用鑄鐵成品件都經過各種機械加工，價格往往較貴。特別是一些重型鑄鐵成品件，如鍛造設備的鑄鐵機座一旦使用不當而出現裂紋，就得停止生產，若要更換新的鍛造設備，不僅價格昂貴，且從訂貨、運貨到安裝調試往往需要很長時間，所要很長時間處於停產狀態。這方面的損失是巨大的。若能用焊接方法及時修復出現的裂紋。
3、零部件的生產
這是指用焊接的方法將鑄鐵（主要是球墨鑄鐵）件與鑄鐵件、各種鋼件或有色金屬焊接起來而生產出零件。我國目前在這方面比較落後，處於剛起步階段。如我國山東某廠已用高效離心鑄造的大直徑球墨鑄鐵管與一般鑄造方法生產的變直徑球墨鑄鐵法蘭用焊接方法連線而製成產品。製造中鑄鐵焊接已成為我國下一步發展鑄鐵焊接技術的方向。它往往具有巨大的經濟效益。
意義
鑄鐵在製造和使用中容易出現各種缺陷和損壞。鑄鐵補焊是對有缺陷鑄鐵件進行修復的重要手段，在實際生產中具有很大的經濟意義。
（一）鑄鐵的焊接性
鑄鐵的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接過程中易產生白口組織和裂紋。
白口組織是由於在鑄鐵補焊時，碳、矽等促進石墨化元素大量燒損，且補焊區冷速快，在焊縫區石墨化過程來不及進行而產生的。白口鑄鐵硬而脆，切削加工性能很差。採用含碳、矽量高的鑄鐵焊接材料或鎳基合金、銅鎳合金、高釩鋼等非鑄鐵焊接材料，或補焊時進行預熱緩冷使石墨充分析出，或採用釺焊，可避免出現白口組織。
裂紋通常發生在焊縫和熱影響區，產生的原因是鑄鐵的抗拉強度低，塑性很差（400℃以下基本無塑性），而焊接應力較大，且接頭存在白口組織時，由於白口組織的收縮率更大，裂紋傾向更加嚴重，甚至可使整條焊縫沿熔合線從母材上剝離下來。防止裂紋的主要措施有：採用純鎳或銅鎳焊條、焊絲，以增加焊縫金屬的塑性；加熱減應區以減小焊縫上的拉應力；採取預熱、緩冷、小電流、分散焊等措施減小焊件的溫度差。
（二）鑄鐵補焊方法及工藝
（一）鑄鐵的焊接性
鑄鐵的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接過程中易產生白口組織和裂紋。
白口組織是由於在鑄鐵補焊時，碳、矽等促進石墨化元素大量燒損，且補焊區冷速快，在焊縫區石墨化過程來不及進行而產生的。白口鑄鐵硬而脆，切削加工性能很差。採用含碳、矽量高的鑄鐵焊接材料或鎳基合金、銅鎳合金、高釩鋼等非鑄鐵焊接材料，或補焊時進行預熱緩冷使石墨充分析出，或採用釺焊，可避免出現白口組織。
裂紋通常發生在焊縫和熱影響區，產生的原因是鑄鐵的抗拉強度低，塑性很差（400℃以下基本無塑性），而焊接應力較大，且接頭存在白口組織時，由於白口組織的收縮率更大，裂紋傾向更加嚴重，甚至可使整條焊縫沿熔合線從母材上剝離下來。防止裂紋的主要措施有：採用純鎳或銅鎳焊條、焊絲，以增加焊縫金屬的塑性；加熱減應區以減小焊縫上的拉應力；採取預熱、緩冷、小電流、分散焊等措施減小焊件的溫度差。
（二）鑄鐵補焊方法及工藝
補焊方法主要根據對焊後的要求（如焊縫的強度、顏色、緻密性，焊後是否進行機加工等）、鑄件的結構情況（大小、壁厚、複雜程度、剛度等）及缺陷情況來選擇。手工電弧焊和氣焊是最常用的鑄鐵補焊方法。
手工電弧焊補焊的方法有：
（1）熱焊及半熱焊焊前將焊件預熱到一定溫度（400℃以上），採用同質焊條，選擇大電流連續補焊，焊後緩冷。其特點是焊接質量好，生產率低，成本高，勞動條件差。
（2）冷焊採用非鑄鐵型焊條，焊前不預熱，焊接時採用小電流、分散焊，減小焊件應力。焊縫的強度、顏色與母材不同，加工性能較差，但焊後變形小，勞動條件好，成本低。
手工電弧焊補焊的方法有：
（1）熱焊及半熱焊焊前將焊件預熱到一定溫度（400℃以上），採用同質焊條，選擇大電流連續補焊，焊後緩冷。其特點是焊接質量好，生產率低，成本高，勞動條件差。
（2）冷焊採用非鑄鐵型焊條，焊前不預熱，焊接時採用小電流、分散焊，減小焊件應力。焊縫的強度、顏色與母材不同，加工性能較差，但焊後變形小，勞動條件好，成本低。
