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黑色金属材料
金属材料是最重要的工程材料，工业上将金属及其
合金分为两大类型：
黑色金属—铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）；
占工业用材的95％。
有色金属—除黑色金属以外的所有金属及其合金；
仅占工业用材的5％。
碳钢和铸铁是现代汽车工业生产中使用最广泛的金属
材料，它主要由铁和碳两种元素组成的合金。因此，要掌
握碳钢和铸铁的性能及用途，首先要了解铁碳合金相图。
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铁碳合金相图（Fe～Fe3C）
纯铁（含碳0～ ％ ）
铸铁（～％）
碳钢（～％）
纯铁熔点
（1538℃）
Fe3C
A
渗碳体熔点
（1227℃）
共晶点（1148℃）
碳在γ－Fe中
的最大溶解度
（1148℃）
共析线
渗碳体（含
％）
G
纯铁的同素异晶
转变点（912℃）
碳在α－Fe中
的最大溶解度
（727℃）
共析点
（727 ℃ ）
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第一节 铸铁
～％的铁碳合金称为铸铁。
铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性能以
及减震性、耐磨性，铸铁生产工艺简单、成本低，
应用广泛。特别是球墨铸铁和合金铸铁的应用，
提高了铸铁的机械性能，形成了以铁代钢的趋势。
在汽车上，约50％～70％的金属材料为铸铁。
如气缸体、气缸盖、活塞环、变速箱外壳、后桥
壳等等。
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一、铸铁的石墨化
影响铸铁组织和性能的关键是碳在铸铁中存在的形
式、形态、大小和分布。铸铁中碳的存在形式有两种：
1、化合状态的渗碳体（Fe3C） 如果铸铁中碳几乎
全部以渗碳体形式存在，其断口呈银白色，则称为白口
铸铁。其性能硬而脆，（硬度达HB800，塑性和韧度几
乎等于零）很难进行切削加工，因此，工业上很少用它
来制造机械零件，主要用作可锻铸铁的毛坯。
2、游离状态的石墨（常用G来表示） 石墨很软强度
极低，如果铸铁中碳主要以石墨形式存在，则其断口呈暗
灰色，俗称灰口铸铁。它是机械制造中应用最多的一种铸
铁。分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁和蠕墨铸铁等。
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二、影响石墨化的因素：
影响铸铁石墨化的因素主要是铸铁的化
学成分和冷却速度。
1、化学成分的影响主要是碳、硅、硫、
磷、锰等元素含量多少的影响。
2、冷却速度的影响主要是指铁水从浇
注冷却到600℃左右的冷却速度，冷却速度
越小，越有利于石墨化。
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三、铸铁的组织特征和分类
根据碳的存在形式，铸铁分为下列几种：
1、白口铸铁 白口铸铁中碳全部或大部分
以化合物渗碳体的形式存在，其断口呈银白色。
性能硬而脆，很难切削加工，一般用来炼钢，
又叫炼钢生铁，也可经热处理后变为可锻铸铁
使用。铸铁要成为白口，除化学成分有要求外，
还和冷却速度有关。如EQ1091发动机中的气门
挺杆，为了得到表层的高硬度和耐磨性，常用激
冷的方法使表层获得白口铸铁的组织而心部由于
冷却速度较慢仍为灰口铸铁组织。
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2、灰口铸铁 灰口铸铁中的碳绝大部分
以片状石墨形式存在，其断口呈暗灰色而称
之为灰口铸铁。它是工业中应用最广泛的一
种铸铁，有一定的机械性能和良好的切削加
工性能。
3、可锻铸铁 可锻铸铁是经白口铸铁长
时间的退火处理而成的。其碳以团絮状石墨
形式存在。其塑性和韧度比灰口铸铁好，主
要用于要求韧度较好的薄壁类零件。
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4、球墨铸铁 碳以球状石墨形态存在，故称
为球墨铸铁。它的强度、韧度比灰口铸铁、
可锻铸铁高，可替代钢材制造某些重要的机械
零件。
5、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁是在灰铸铁的铁水中
加入蠕化剂（镁钛合金等）和孕育剂（硅铁）
进行蠕化－孕育处理后，得到具有蠕虫状石墨
的铸铁。
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四、铸铁的成分、牌号及在汽车上的应用：
1、灰铸铁：
成分：％～％、％～％、
％～％、％、含磷
％。
牌号：由HT和一组数字组成。其中HT为灰铸铁的
代号，代号后面的数字表示其抗拉强度值σb（MPa） 。
如HT150表示抗拉强度为150MPa的灰铸铁。
应用举例：
牌号
车型
零件名称
HT150
EQ1092
进排气歧管、变速器壳体等
HT200
EQ1092
气缸体、气缸盖、飞轮壳、正时齿轮、前后制动鼓等
HT250
CA1093
气缸体、飞轮、曲轴皮带轮等
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2、球墨铸铁：
成分：成分：％～％、％～％、
％