灰鑄鐵是指具有片狀石墨的鑄鐵，因斷裂時斷口呈暗灰色，故稱為灰鑄鐵。主要成分是鐵、碳、硅、錳、硫、磷，是應(yīng)用最廣的鑄鐵，其產(chǎn)量占鑄鐵總產(chǎn)量80%以上。
根據(jù)石墨的形態(tài)，灰鑄鐵可分為:普通灰鑄鐵，石墨呈片狀;球墨鑄鐵，石墨呈球狀;可鍛鑄鐵，石墨成團絮狀;蠕墨鑄鐵，石墨呈蠕蟲狀。
灰鑄鐵碳量較高(為2.7%~4.0%)，可看成是碳鋼的基體加片狀石墨。按基體組織的不同灰鑄鐵分為三類:鐵素體基體灰鑄鐵;珠光體一鐵素體基體灰鑄鐵;珠光體基體灰鑄鐵。灰鑄鐵
鐵素體灰鑄鐵是在鐵素體的基體上分布著多而粗大的石墨片，其強度、硬度差，很少應(yīng)用;
珠光體灰鑄鐵是在珠光體的基體上分布著均勻、細小的石墨片，其強度、硬度相對較高，常用于制造床身、機體等重要件;
珠光體-鐵素體灰鑄鐵是在珠光體和鐵素體混合的基體上，分布著較為粗大的石墨片，此種鑄鐵的強度、硬度盡管比前者低，但仍可滿足一般機體要求，其鑄造性、減震性均佳，且便于熔煉，是應(yīng)用最廣的灰鑄鐵。
灰鑄鐵顯微組織的不同，實質(zhì)上是碳在鑄鐵中存在形式的不同。灰鑄鐵中的碳有化合碳(Fe3C)和石墨碳所組成。化合碳為0.8%時，屬珠光體灰鑄鐵;化合碳小于0.8%時，屬珠光體-鐵素體灰鑄鐵;全部碳都以石墨狀態(tài)存在時，則為鐵素體灰鑄鐵。
灰鑄鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)。灰鑄鐵中的片狀石墨對基體的割裂嚴重，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使灰鑄鐵的抗拉強度、塑性和韌性遠低于鋼，但抗壓強度與鋼相當(dāng)，也是常用鑄鐵件中力學(xué)性能最差的鑄鐵。同時，基體組織對灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強度和硬度最低，故應(yīng)用較少;珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細小，有較高的強度和硬度，主要用來制造較重要鑄件;鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。
灰鑄鐵的熱處理后只能改變基體組織，不能改變石墨的形態(tài)，因而不可能明顯提高灰鑄鐵件的力學(xué)性能。灰鑄鐵的熱處理主要用于消除鑄件內(nèi)應(yīng)力和白口組織，穩(wěn)定尺寸，改善切削加工性能，提高表面硬度和耐磨性等。
灰鑄鐵鑄件消除內(nèi)應(yīng)力退火
用以消除鑄件在凝固過程中因冷卻不均勻而產(chǎn)生的鑄造應(yīng)力，防止鑄件產(chǎn)生變形和裂紋。其工藝是將鑄件加熱到 500~600℃，保溫一段時間后隨爐緩冷至150~200℃以下出爐空冷，有時把鑄件在自然環(huán)境下放置很長一段時間，使鑄件內(nèi)應(yīng)力得到松弛，這種方法叫"自然時效"，大型灰鑄鐵件可以采用此法來消除鑄造應(yīng)力。
石墨化退火
以消除白口組織，降低硬度，改善切削加工性能。方法是將鑄件加熱到850~900℃，保溫 2~5小時，然后隨爐緩冷至400~500℃，再出爐空冷，使?jié)B碳體在保溫和緩冷過程中分解而形成石墨。
表面淬火
提高表面硬度和延長使用壽命。如對于機床導(dǎo)軌表面和內(nèi)燃機汽缸套內(nèi)壁等灰鑄鐵件的工作表面，需要有較高的硬度和耐磨損性能，可以采用表面淬火的方法。常用的方法有高(中)頻感應(yīng)加熱表面淬火和接觸電阻加熱表面淬火。
按GB/T 9439-1988規(guī)定，根據(jù)直徑30mm單鑄試棒的抗拉強度，將灰鑄鐵分為六個牌號。灰鑄鐵的牌號是由"HT"("灰鐵"兩字漢語拼音字首)和最小抗拉強度σb 值(用φ30mm試棒的搞拉強度)表示。例如牌號HT250表示φ30mm試棒的最小抗拉強度值為250MPa的灰鑄鐵。設(shè)計鑄件時，應(yīng)根據(jù)鑄件受力處的主要壁厚或平均壁厚選擇鑄鐵牌號。
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鑄鐵類別 |
牌號 |
鑄件壁厚/mm |
力學(xué)性能 |
應(yīng)用 |
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σb/MPa≥ |
HBS |
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鐵素體 灰鑄鐵 |
HT100 |
2.5~10 |
130 |
10~166 |
適用于載荷小、對摩擦和磨損無特殊要求的不重要鑄件，如防護罩、蓋、油盤、手輪、支架、底板、重錘、小手柄等 |
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10~20 |
100 |
93~140 |
|||
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20~30 |
90 |
87~131 |
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|
30~50 |
80 |
82~122 |
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鐵素體-珠光體 灰鑄鐵 |
HT150 |
2.5~10 |
175 |
137~205 |
承受中等載荷的鑄件，如機座、支架、箱體、刀架、床身、軸承座、工作臺、帶輪、端蓋、泵體、閥體、管路、飛輪、電機座等 |
|
10~20 |
145 |
119~179 |
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|
20~30 |
130 |
110~166 |
|||
|
30~50 |
120 |
105~157 |
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珠光體 灰鑄鐵 |
HT200 |
2.5~10 |
220 |
157~236 |
承受較大載荷和要求一定的氣密性或耐蝕性等較重要鑄件，如汽缸、齒輪、機座、飛輪、床身、氣缸體、氣缸套、活塞、齒輪箱、剎車輪、聯(lián)軸器盤、中等壓力閥體等 |
|
10~20 |
195 |
148~222 |
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20~30 |
170 |
134~200 |
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30~50 |
160 |
129~192 |
|||
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HT250 |
4.0~10 |
270 |
175~262 |
||
|
10~20 |
240 |
164~247 |
|||
|
20~30 |
220 |
157~236 |
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30~50 |
200 |
150~225 |
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孕育鑄鐵 |
HT300 |
10~20 |
290 |
182~272 |
承受高載荷、耐磨和高氣密性重要鑄件，如重型機床、剪床、壓力機、自動車床的床身、機座、機架，高壓液壓件，活塞環(huán)，受力較大的齒輪、凸輪、襯套，大型發(fā)動機的曲軸、氣缸體、缸套、氣缸蓋等 |
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20~30 |
250 |
168~251 |
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30~50 |
230 |
161~241 |
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HT350 |
10~20 |
340 |
199~298 |
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20~30 |
290 |
182~272 |
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30~50 |
260 |
171~257 |
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