鑄鐵件的種類較多,按碳在鑄鐵件的存在形式分白口鑄鐵件、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵。其中白口鑄鐵中的碳以化合態(tài)(Fe3C)存在;灰口鑄鐵中的碳以游離態(tài)(石墨)存在;麻口鑄鐵中的碳以上述兩種形式存在?;铱阼T鐵以石墨形狀又可分為片狀石墨的灰鑄鐵、球狀石墨的球墨鑄鐵,團(tuán)絮狀石墨的可鍛鑄鐵和蠕蟲狀石墨的蠕墨鑄鐵。
鑄鐵在結(jié)晶過程中碳以石墨形式析出的過程稱為石墨化?;诣T鐵和球墨鑄鐵等有較高含量的碳和硅,在冷卻速度較慢時,鑄鐵的結(jié)晶按鐵-石墨相圖進(jìn)行,碳以石墨形式析出。但對于白口鑄鐵,由于其碳、硅含量較低、冷卻速度很快,所以其結(jié)晶將按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行,碳以Fe3C形式析出。
鑄鐵從液相線開始到固相線結(jié)束的結(jié)晶過程為一次結(jié)晶。白口鑄鐵一次結(jié)晶后形成奧氏體加滲碳體(Fe3C)組織。而灰鑄鐵完成一次結(jié)晶后得到奧氏體加片狀石墨的組織。由于灰鑄鐵共晶轉(zhuǎn)變時析出片狀石墨和奧氏體的共晶體近似球狀,又稱這個共晶體為共晶團(tuán)。同樣球墨鑄鐵一次結(jié)晶的組織為奧氏體和球狀石墨,也形成奧氏體加球墨的共晶團(tuán)。由此可知,共晶團(tuán)的大小、數(shù)目對鑄鐵的組織和性能有很大影響,即共晶團(tuán)的尺寸愈小、數(shù)量愈多,則石墨片或球愈細(xì)小,鑄鐵的機(jī)械性能愈高。因為石墨本身的機(jī)械性能極差,鑄鐵組織中的石墨好似空洞和缺口,尤其是片狀石墨的尖角處,極易成為應(yīng)力集中處,會降低灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度,并使其塑性近似于零。
鑄鐵一次結(jié)晶完成后,在隨后的冷卻過程中所發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變稱為鑄鐵的二次結(jié)晶。主要是奧氏體將發(fā)生如下的轉(zhuǎn)變:固溶在奧氏體中的碳,隨著溫度的下降不斷析出,并沉積在已有共晶石墨上。繼續(xù)冷卻到共析溫度以下時,奧氏體將發(fā)生共析轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物決定于具體條件,即當(dāng)鑄鐵的石墨化傾向較大、冷卻速度較慢時,按鐵-石墨相圖進(jìn)行轉(zhuǎn)變,石墨能充分析出,奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和石墨,共析石墨也沉積在已有石墨上;當(dāng)鑄鐵的石墨化傾較小,冷卻速度較快時,按Fe-Fe3c相圖進(jìn)行轉(zhuǎn)變,石墨不易析出,奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w;當(dāng)鑄鐵中的奧氏體在共析轉(zhuǎn)變時,雖析出一些石墨但不充分時,則會轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體加球光體加石墨。其中的石墨也沉積到已有石墨上。白口鑄鐵二次結(jié)晶時,其奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w,所以其最終組織是珠光體加滲碳體。