金屬與合金

鑄鐵(cast iron)

如果說鋼是加了一撮碳的鐵,那鑄鐵就是加了很多碳的鐵,碳含量超過約 2%,通常在 2% 到 4%,還加入不少矽。這麼多碳使熔點較低、流動性極佳,能漂亮地灌入模具,因此數百年來鑄鐵被用來製造引擎缸體、鍋具、水管、人孔蓋與機器底座。它便宜、易鑄成複雜形狀、也易切削。

碳既然這麼多,大部分無法保持溶解,會析出成獨立的富碳相,而碳所採取的「形態」正是區分各種鑄鐵的關鍵。在灰鑄鐵中,矽把碳逼出成軟石墨片;這些石墨片像內部裂縫,使灰鑄鐵抗拉弱且脆,但極善於吸收振動、也易切削(那灰色的斷口正是其名稱由來)。在白鑄鐵中,快速冷卻反而把碳鎖進又硬又脆的雪明碳鐵,形成硬如玻璃、耐磨卻無法切削的材料。展性鑄鐵則是把白鑄鐵熱處理,直到碳化物分解成圓團狀石墨,恢復部分延性。

所以鑄鐵是一個家族,而非單一材料,其取捨是易鑄與便宜對上石墨片帶來的脆性。而正是這脆性,促成了延性(球墨)鑄鐵的發明,把石墨變成圓球,這也是為什麼許多現代鑄鐵其實是延性鑄鐵。灰鑄鐵仍普遍用於不需承受尖銳衝擊之處:煞車碟盤、引擎缸體,以及受惠於其減振能力的重型機器骨架。

鑄鐵的碳含量使其熔點約在 1150 到 1200 degrees C,遠低於純鐵的 1538 degrees C;鐵-碳系統中約 4.3% 碳附近的共晶點,讓它天生就是流動性佳的鑄造合金。

灰鑄鐵中的石墨片既是微小的減振體,同時也是現成的裂縫起始點。

別把鑄鐵想成只是「高碳鋼」。其中的碳大多以獨立的石墨或碳化物相存在,而非溶解,而該相的形態(片狀、球狀、團狀)遠比碳的總量數字重要得多。

又称
鑄鐵