铁的基础知识及铁的分类

铁的基础知识及铁的分类

生铁是指把铁矿石4放到高炉中冶炼5而成的产品，也叫“铣铁”。
生铁是高炉产品，可分为6普通生铁和合金生铁，前者包括炼钢生铁和铸造生铁，后者主要是锰
铁和硅铁。合金生铁作为炼钢的辅助材料，在炼钢时做钢的脱氧剂和合金元素添加剂用。
生铁是含碳量2.11%~6.67%并含有非铁杂质较多的铁碳合金。生铁的杂质元素主要是硅、硫、
锰、磷等。
生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加
工成形。但含硅高的生铁（灰口铁）的铸造及切削性能良好。

4 铁的主要矿石有：赤铁矿Fe2O3，含铁量在50%~60%之间；磁铁矿Fe3O4，含铁量60%以上有磁性，还有褐铁矿2Fe2O3-·3H2O、菱铁
矿FeCO3和黄铁矿FeS2，它们的含铁量低一些，但比较容易冶炼。中国的铁矿资源非常丰富，著名的产地有湖北大冶、东北鞍山等。
5 单质铁的制备一般采用冶炼法。以赤铁矿Fe2O3和磁铁矿Fe3O4为原料，与焦炭和助溶剂在熔矿炉内反应，焦炭燃烧产生CO2气，CO2
气与过量的焦炭接触就生成CO 气，CO 气和氧化铁作用就生成金属铁。
C+O2=CO2 CO2+C=2CO
Fe3O4+CO=3Fe+CO2 Fe2O3+CO=2Fe+CO2 FeO+CO=FeO+CO2
6 另一种理解是：生铁、铁合金属于炉料，即治炼用原料。铸铁是用生铁（主要是铸造生铁）治炼后的产品。

1.生铁
生铁是含碳量大于2％（2.11%）的铁碳合金，工业生铁含碳量一般在2.5%~4.0%，并含Si、
Mn、S、P 等元素，是用铁矿石经高炉冶炼的产品。
生铁生铁按含硅（Si）量划分铁号，按含锰（Mn）量分组，按含磷（P）量分级，按含硫（S）
量分类。
1）炼钢生铁
炼钢生铁含硅量不大于1.7%，碳以Fe3C 状存在。故硬而脆，断口呈白色。主要用作炼钢原料
和可锻铸铁原料，炼钢生铁见下表所示。
炼钢用生铁（根据GB717-82）：铁号 代号 L04 L08 L10

2）铸造用生铁
铸造生铁硅含量为1.25~3.6%。碳多以石墨状态存在。断口呈灰色。软、易切削加工。主要用
来生产各种铸铁件原料如床身、箱体等。铸造生铁见下表所示：
铸造用生铁（根据YB/T14–91）

铁号   牌号 铸34 铸30 铸26 铸22 铸18 铸14

         代号 Z34 Z30 Z26 Z22 Z18 Z14

3）球墨铸造用生铁
球墨铸造用生铁也是一种铸造生铁，只是低硫低磷。低硫使碳充分在铁中石墨化。低磷提高生
铁的机械性能；主要用于生产性能（机械性能）较好的球墨铸铁件。球墨生铁见下表所示：
球墨铸铁用生铁（根据GB1412-85）
牌号 Q10 Q12 Q16
此外现在应用的还有含钒生铁、铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁，见下面两个表：
含钒生铁（根据GB5025-85）
铁号  牌号 钒02 钒03 钒04

        代号 F02 F03 F04 F05

铸造用磷铜钛低合金耐磨生铁（根据GB9949-88）
铁号 NMZ34 NMZ30 NMZ26 NMZ22 NMZ18 NMZ14

2.铸铁7
铸铁是含碳大于2.11%的铁碳合金，它是将铸造生铁（部分炼钢生铁）在炉中重新熔化，并加
进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸
铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，
价格低等特点。

7 根据碳在铸铁中存在的形态不同，通常可将铸铁分为白口铸铁、灰口铸铁及麻口铸铁。见下表：

对任何一种特种铸铁而言，首先是要求具备一定的使用性能，如抗磨、耐热等。但由于是用来制造机器零件，就需要保证有一定的机械性
能，主要是强度和塑性，为此需要在铸铁的化学成分设计上，考虑同时满足特定的使用性能和一定的机械性能这两方面的要求。

1）铸铁牌号的表示方法
各种铸铁代号，由表示该铸铁特征的汉语拼音字母的第一个大写正体字母组成。当两种铸铁名
称的代号字母相同时，可在该大写正体字母后加小写正体字母来区别。同一名称铸铁，需要细分时，
取其细分特点的汉语拼音第一个大写正体字母，排列在后面。见下表：
铸铁名称、代号及牌号表示方法（根据GB5612-85）

牌号中代号后面的一组数字，表示抗拉强度值；有两组数字时，第一组表示抗拉强度值，第二
组表示延伸率值。两组数字中间用“一”隔开。
合金元素用国际元素符号表示，含量大于或等于1%时，用整数表示：小于1 %时一般不标注。
常规元素（C、Si、Mn、S、p）一般不标注，有特殊作用时，才标注其元素符号及含量。
2）白口铸铁
白口铸铁中的碳全部以渗透碳体（Fe3C）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有
大量硬而脆的Fe3C，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，
只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯
料。
3）灰口铸铁
铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加
工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。

灰口铸铁按基体组织不同，分为铁素体基灰口铸铁、珠光体-铁素体基灰口铸铁和珠光体基灰口铸铁
三类。
由于灰口铸铁内存在片状石墨，而石墨是一种密度小，强度低、硬度低、塑性和韧性趋于零的
组分。它的存在如同在钢的基体上存在大量小缺口，即减少承载面积，又增加裂纹源，所以灰口铸
铁强度低、韧性差，不能进行压力加工。为改善其性能，在浇注前在铁水中加入一下量的硅铁，硅
钙等孕育剂，使珠光体基体细化，石墨变细小而均匀分布，经过这种孕育处理的铸铁。称为孕育铸
铁。灰口铸铁的牌号、性能组织及用途见下表：
表4-21 灰口铸铁的牌号、组织及用途

4）可锻铸铁
可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过长时间高温退火处理，使
渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一种经过石墨化处理的白口铸铁。
可锻铸铁按热处理后显微组织不同分两类；一类是黑心可锻铸铁和珠光可锻铸铁。黑心可锻铸
铁组织主要是铁素体（F）基本+团絮状石墨；珠光体可锻铸铁组织主要是珠光体（P）基体+团絮状
石墨。另一类是白心可锻铸铁，白心可锻铸铁组织决定于断面尺寸，小断面的以铁素体为基体，大
断面的表面区域为铁素体、心部为珠光体和退火碳。可锻铸铁牌号、性能（根据GB9440-88）见下
两表：
黑心可锻铸铁和珠光体可锻铸铁

注：①试样直径12mm只适于铸铁主要壁厚小于10mm的铸铁。②牌号KTH30006适于气密性零件。③牌号B系列为过渡牌号。
白心可锻铸铁
牌
号
KTB350-04 KTB380-12 KTB400-05 KTB450-07
黑心可锻铸铁主要用于制造汽车、拖拉机零件及机床附件、如轮壳、弹簧支座、阀门等。珠光
体可锻铸铁则用于制造曲轴、连杆、轮轴、活塞环等。
5）球墨铸铁
在铁水（球墨生铁）浇注前加一定量的球化剂（常用的有硅铁、镁等）使铸铁中石墨球化。由
于碳（石墨）以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强
度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现已广泛替代可
锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。根据GB1348-88 球墨铸铁牌号分
为单铸和附铸试块两类；单铸试块分八个牌号见下表：
单铸试块

牌号 QT400-18 QT400-15 QT450-10 QT500-7
主要金相组织 铁素体 铁素体 铁素体 铁素体+珠光体
牌号 QT600-3 QT700-2 QT800-2 QT900-2
主要金相组织 珠光体+铁素体 珠光体 珠光体或回火组织 贝氏体或回火马氏体
附铸试块分为五个牌号见下表：
附铸试块
牌号 QT400-18A QT400-15A QT500-7A QT600-3A QT700-2A
主要金相组织 铁素体 铁素体 铁素体+珠光体 珠光体+铁素体 珠光体
注： 牌号后面的字母A 系表示该牌号在附铸试块上测定的机械性能， 以区别上表的单试块测定的性能。
除上述介绍几种常用铸铁外，还有抗磨白口铸铁、冷硬铸铁，耐热铸铁等。

铸造生铁通过锻化、变质、球化等方法可以改变其内部结构，改善并提高其机械性能，因此，
铸造生铁又可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁等品种。