鑄鐵與鑄鋼有什麼差異？從材質特性、鑄造製程到選材
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在工業零件開發與鑄件採購過程中，鑄鐵（Cast Iron）與鑄鋼（Cast Steel）經常被混淆。兩者不僅外觀相近，也都能透過砂模鑄造製成各種複雜的機械零件，因此不少採購人員會誤以為鑄鐵廠也能直接生產鑄鋼件。
然而，鑄鐵與鑄鋼雖然同屬鐵基鑄造材料，但在碳含量、顯微組織、熔煉條件、凝固特性及品質控制上，存在明顯差異。
在聯隆鑄造的實際詢價經驗中，也經常遇到客戶提供鑄鋼圖面，詢問是否能以相同製程生產的情況。
本文將從材料科學與實際鑄造製程出發，說明鑄鐵與鑄鋼的差異，以及在零件設計與選材時應注意的事項。
一、什麼是鑄鐵（Cast Iron）？
鑄鐵是以鐵、碳及矽為主要成分的鐵基合金，通常含有超過約 2% 的碳。實際碳含量會依鑄鐵種類、合金設計及使用需求有所不同。
鑄鐵的重要特性之一，是碳可能以石墨或碳化物的形式存在，而不同的顯微組織會直接影響材料強度、延展性、耐磨性及切削加工性。
常見鑄鐵可分為：
灰口鑄鐵的石墨主要呈片狀分布，具有良好的振動阻尼、導熱及切削加工特性，常用於工具機床身、機械底座、空壓機零件與設備外殼。
球墨鑄鐵透過球化處理，使石墨以球狀形態分布於金屬基地組織中。
相較於一般灰口鑄鐵，球墨鑄鐵通常具有更好的抗拉強度與延展性，適用於需要兼顧結構強度及鑄造經濟性的機械零件。
常見材質包括 FCD400、FCD450、FCD500 及 FCD600 等。
部分鑄鐵會透過鎳、鉻、矽等合金元素調整材料組織及使用性能。
例如 Ni-Resist（鎳抗鑄鐵）系列，是以奧氏體組織為主要特徵的高合金鑄鐵，可依不同牌號應用於特定耐熱、耐蝕或尺寸穩定性需求。
聯隆鑄造目前的主要生產材質涵蓋 FC 灰口鑄鐵、FCD 球墨鑄鐵，以及 ASTM A439 D-2B、D-5S 等 Ni-Resist 特殊合金鑄鐵。
二、什麼是鑄鋼（Cast Steel）？
鑄鋼是將鋼液澆注至鑄型中，經過凝固、冷卻及後續製程所製成的鋼鑄件。
一般碳鋼的碳含量低於鑄鐵，且材料組織與性能可藉由合金成分及熱處理進一步調整。
鑄鋼可依材質分成碳鋼鑄件、低合金鋼鑄件、不鏽鋼鑄件及其他特殊合金鋼鑄件。
相較於一般灰口鑄鐵，許多鑄鋼牌號能提供較高的塑性及衝擊韌性，因此常用於需要承受衝擊、交變負荷或特定結構應力的工業零件。
不過，鑄鋼並不代表所有機械性能都優於鑄鐵，仍需依具體材料牌號進行比較。
三、鑄鐵與鑄鋼的主要差異比較
比較項目 | 鑄鐵 | 鑄鋼 |
英文名稱 | Cast Iron | Cast Steel |
碳含量 | 一般約 2% 以上 | 一般碳鋼低於約 2% |
顯微組織 | 可含片狀或球狀石墨，也可能含碳化物 | 依鋼種及熱處理形成不同組織 |
熔煉及澆注溫度 | 通常較低 | 通常較高 |
凝固收縮 | 石墨型鑄鐵可部分補償收縮 | 通常需要較多補縮考量 |
延展性 | 依鑄鐵種類差異很大 | 通常有更多高延展性材料選擇 |
衝擊韌性 | 灰口鑄鐵通常較低 | 可依鋼種取得較高韌性 |
切削加工性 | 石墨型鑄鐵通常較佳 | 依鋼種、硬度與熱處理而異 |
常見用途 | 機械設備、工具機、泵浦、空壓機 | 重型結構件、承受衝擊的機械零件 |
以上為一般材料特性比較，並不代表所有鑄鐵或鑄鋼牌號均符合相同表現。
四、為什麼鑄鐵廠不一定能生產鑄鋼？
這是鑄件採購時最容易被忽略的問題。
鑄鐵與鑄鋼都可以採用砂模鑄造，因此從外觀看來，兩種鑄造廠的生產設備與作業流程可能非常相似。
然而，兩者在實際生產中仍有幾項重要差異。
1. 熔煉與澆注溫度不同
一般鑄鋼需要更高的熔煉及澆注溫度，對熔煉設備、耐火材料、澆包以及砂模的耐熱性能提出不同要求。
因此，即使鑄造廠具有熔煉鑄鐵的能力，也不代表現有設備與製程條件能直接適用於鑄鋼。
2. 凝固收縮與冒口設計不同
鑄件從液態凝固為固態時，會發生體積變化。
石墨型鑄鐵在凝固過程中，石墨析出所產生的體積效應，可以在適當條件下補償部分收縮。
相較之下，鑄鋼通常需要更加重視凝固收縮及冒口補縮設計，避免形成縮孔與縮鬆。
這也是為什麼即使兩種材料使用相同外型的砂模，其澆注系統及冒口配置仍可能完全不同。
3. 冶金處理與材料組織控制不同
球墨鑄鐵除了基本成分控制外，還需要特別重視球化與接種處理。
球化處理主要影響石墨形態，接種處理則有助於控制石墨形核、組織形成及白口傾向。
聯隆在球墨鑄鐵生產過程中，會進行熔湯處理與接種控制，並透過後續檢驗確認材料性能。
而鑄鋼的製程管理重點則可能包含脫氧、合金成分調整、非金屬夾雜物控制及熱處理等項目。
兩者都需要冶金技術，但控制的目標與方法並不完全相同。
4. 熱處理與品質檢驗要求不同
部分鑄鋼件需透過正火、退火、淬火或回火等熱處理，使材料達到指定的機械性能。
鑄鐵同樣可以進行熱處理，但處理目的與條件需依材料種類及設計需求決定。
因此，不能只因兩種材料都是砂模鑄件，就直接以相同設備、製程參數或檢驗標準進行生產。
鑄鐵鑄件的品質，不僅取決於外觀是否完整，更與熔湯成分、石墨組織、冷卻條件及後續檢驗有關。
聯隆鑄造主要採用濕砂模造型，並依產品需求搭配砂心等製程，生產客製化機械鑄鐵零件。
在材質與品質控制方面，涵蓋下列項目：
化學成分分析（Chemical Composition Analysis）
透過光譜分析掌握材料主要元素含量，確認熔湯成分符合設定要求。
金相組織檢驗（Metallographic Examination）
觀察鑄鐵內部的石墨形態及基地組織，例如球墨鑄鐵的石墨球化狀態，以輔助判斷組織品質。
抗拉強度試驗（Tensile Testing）
透過試棒進行抗拉試驗，確認材料是否達到指定牌號的機械性能要求。
硬度檢驗（Hardness Testing）
檢測材料硬度，作為製程品質控制及後續加工評估的參考。
此外，針對不同鑄件，也會依產品圖面、材質要求及實際製程條件進行製造可行性評估。
六、鑄鐵與鑄鋼可以互相替代嗎？
不能直接替代。
即使某些球墨鑄鐵與鑄鋼具有相近的抗拉強度，也不代表兩者具備相同的降伏強度、伸長率、疲勞性能或衝擊韌性。
例如機械設計圖面若指定鑄鋼材質，就不能僅因球墨鑄鐵具有相近的抗拉強度，而直接將材料更改為 FCD。
若希望進行材料替代，應由設計或使用單位確認負載條件、材料規範及安全要求，必要時進行機械性能及產品測試。
七、鑄件詢價前，應如何確認材料？
為避免材料認知不同而影響開發時程，建議採購及工程人員在提供圖面詢價前，先確認以下資訊：
材料牌號：例如 FC250、FCD450、ASTM A439 D-2B，或指定鑄鐵牌號。
適用材料標準：例如 JIS、ASTM、ISO 或其他國際規範，必要時確認標準版本。
產品圖面與使用條件：包含主要尺寸、機械性能需求與特殊使用環境。
品質檢驗要求：例如抗拉強度、硬度、金相、材質報告及其他指定檢驗項目。
預估生產數量：便於評估模具開發、生產排程及製造經濟性。
若圖面僅標示 Cast Iron 或 Cast Steel，建議進一步確認具體材料牌號，避免因規範不足而產生誤判。
八、結論：鑄造方式相似，不代表材料與製程可以共用
鑄鐵與鑄鋼同屬鐵基鑄造材料，也都能透過砂模鑄造成形。
然而，兩者在材料組織、熔煉條件、凝固收縮與製程控制方面具有明顯差異，因此不應將鑄鐵與鑄鋼視為可以直接互換的材料。
聯隆鑄造工業有限公司（LAIN LONG FOUNDRY INDUSTRIAL CO., LTD.）專注於灰口鑄鐵（FC）、球墨鑄鐵（FCD）及 Ni-Resist 特殊合金鑄鐵製造，提供機械設備與工業零件的客製化鑄件開發服務。
若您的產品需要 FC、FCD 或 Ni-Resist 等鑄鐵材質，歡迎提供圖面、材料規範及預估需求量，由聯隆進一步評估鑄造製造可行性。