铸铁简介:历史,类型,性能和用途

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铸铁是一种用途广泛的金属,在商业和工业领域有许多独特的应用

铸造厂的铸铁零件
由于高含碳量和硅的结合,铸铁具有优良的浇注性.

铁在日常生活中出现大约始于公元前1200年, 包括广泛的用途,从农具到战争武器. 铁匠成为了一种重要的职业, 用铁来改变它的性质,并把材料塑造成工具. 每个村庄和城镇都会有一个铁匠铺, 在镰刀, 锄, 指甲, 剑, 烛台持有者, 生产了更多.

铁的价值的发现导致了铁器时代的到来, 由于这种材料在社会和军事应用中的主导地位. 金属的另一个里程碑即将到来——工业革命改变了金属的生产和加工成bwin体育的方式, 包括铁.

类型的铁

铁主要有两种类型: 熟铁和铸铁. 在这些金属中,铸铁包括它自己的金属家族.

铁艺

铁匠生产和加工的第一种铁是锻铁. 它实际上是纯单质铁(Fe),在熔炉中加热后,在铁砧上用锤子锻造(工作). 锤击铁会排出材料中的大部分渣,并将铁颗粒焊接在一起.

在工业革命和相关的建筑活动加速期间, 锻铁的新用途被发现了. 它的高抗拉强度(在受拉时抗断裂)使其非常适合用于桥梁和高层建筑等大型建筑项目的梁. 然而, 使用熟铁来达到这个目的在20世纪早期基本上被放弃了 开发的bwin体育具有比铁更好的性能,用于建筑应用.

锻铁已经成为著名的装饰品. 15世纪和16世纪的教堂里有熟练的工匠制作的精细铁片. 在现代世界,栏杆、门和长凳仍然是用锻铁定制的.

铸铁

铸铁是由含碳量大于2%的铁碳合金熔炼而成的. 熔炼后,金属是 倒进模具. 铸铁和熟铁在生产上的主要区别是,铸铁不用锤子和工具加工. 在成分上也有差异——铸铁含有2-4%的碳和其他合金, 还有1-3%的硅, 如何提高熔融金属的铸造性能. 少量的锰和一些杂质,如硫和磷也可能存在. 锻铁和铸铁之间的差异也可以在化学结构和物理性能的细节上找到.

虽然两 钢和铸铁 含有微量的碳和外观相似, 这两种金属之间有显著的差别. 钢的碳含量不到2%, 这使得最终的bwin体育固化成一个单一的微晶结构. 高含碳量的铸铁凝固为非均匀合金, 因此在材料中存在不止一种微晶结构.

它是含碳量高的组合, 还有硅的存在, 这使铸铁具有优良的品质 铸造性能. 各种类型的铸铁采用不同的热处理和加工技术生产, 包括灰口铸铁, 白口铸铁, 可锻铸铁, 球墨铸铁, 还有压实的石墨铁.

铸铁桥
铸铁的设计细节是通过冶炼金属并将其浇注到模具中产生的.
灰口铸铁

灰铸铁的特点是金属中的石墨分子呈鳞片状. 当金属断裂时, 破裂发生在石墨薄片上, 所以断裂的金属表面是灰色的. 灰铁这个名字就来自于这个特点.

在生产过程中,可以通过调节冷却速率和成分来控制石墨薄片的尺寸和基体结构. 灰铸铁的延性不如其他形式的铸铁,抗拉强度也较低. 然而,它是一种更好的导热导体,具有更高水平的减振. 它具有比钢高20-25倍的阻尼能力,优于所有其他铸铁. 灰铸铁也比其他铸铁容易加工, 其耐磨性能使其成为体积最大的铸铁bwin体育之一.

bwin体育的 硬质景观bwin体育由灰铁制成. 减振和耐磨性能使其成为许多街道应用的合适材料. 原始的灰铁也会产生一种铜绿,使其即使在室外也不会受到破坏性的腐蚀. 

白口铸铁

只要有合适的碳含量和较高的冷却速度, 碳原子与铁结合形成铁碳化物. 这意味着在固化材料中几乎没有自由石墨分子. 当白铁被剪切时,由于缺少石墨,断口呈现白色. 渗碳体微晶结构硬而脆,抗压强度高,耐磨性好. 在某些特殊的应用中, bwin体育表面最好有白铁. 这可以通过使用热的良导体来制作模具的一部分来实现. 这将从特定的区域迅速将熔化的金属中的热量吸收出来, 而铸件的其他部分则以较慢的速度冷却.

最受欢迎的白铁品种之一是镍硬铁. 铬和镍合金的添加使该bwin体育具有优异的低冲击性能, 滑动磨损应用程序.

白口铸铁s and ni-hard irons fall under a classification of alloys referred to as ASTM A532; the “耐磨铸铁标准规范”.

可锻铸铁

白铁可以通过一道工艺进一步加工成可锻铸铁 热处理. 加热和冷却的扩展程序, 导致碳化铁分子的分解, 将自由的石墨分子释放到铁中. 不同的冷却率, 还有合金的添加, 生产具有微晶结构的可锻铸铁.

球墨铸铁(球铁)

球墨铸铁球铁是通过向合金中加入镁而获得其特殊性能的. 镁的存在使石墨形成球状,而不是灰铁薄片. 在生产过程中,成分控制是非常重要的. 少量的杂质,如硫和氧与镁发生反应, 影响石墨分子的形状. 通过操纵石墨球体周围的微晶结构,可以形成不同牌号的球墨铸铁. 这是通过铸造过程实现的, 或者通过热处理, 作为下游处理步骤.

因为球墨铸铁受到冲击会变形, 而不是碎成碎片, bwin体育用这些材料来制造bwin体育铸铁护柱. 球墨铸铁的冲击特性使其成为一种很好的铸铁,用于车辆附近的护柱.

压实石墨铁

压实石墨铁具有石墨结构和相关特性,是灰白色铁的混合物. 微晶结构是在相互连接的钝片状石墨周围形成的. 一种合金,如钛,被用来抑制球状石墨的形成. 与灰铸铁相比,压实石墨铸铁具有更高的抗拉强度和改善的塑性. 微晶结构和性能可通过热处理或添加其他合金来调节.

铸铁成分总结

工程师手册》 显示了不同类型铸铁的不同成分范围:

典型非合金铸铁的组成范围
以百分比表示(%)

类型的铁

灰色的

2.5 – 4.0

1.0 – 3.0

0.2 – 1.0

0.02 – 0.25

0.02 – 1.0

韧性

3.0 – 4.0

1.8 – 2.8

0.1 – 1.0

0.01 – 0.03

0.01 – 0.1

压实石墨

2.5 – 4.0

1.0 – 3.0

0.2 – 1.0

0.01 – 0.03

0.01 – 0.1

可塑的(白色)

2.0 – 2.9

0.9 – 1.9

0.15 – 1.2

0.02 – 0.2

0.02 – 0.2

白色

1.8 – 3.6

0.5 – 1.9

0.25 – 0.8

0.06 – 0.2

0.06 – 0.2

类型的铁

灰色的

2.5 – 4.0

韧性

3.0 – 4.0

压实石墨

2.5 – 4.0

可塑的(白色)

2.0 – 2.9

白色

1.8 – 3.6

类型的铁

灰色的

1.0 – 3.0

韧性

1.8 – 2.8

压实石墨

1.0 – 3.0

可塑的(白色)

0.9 – 1.9

白色

0.5 – 1.9

类型的铁

灰色的

0.2 – 1.0

韧性

0.1 – 1.0

压实石墨

0.2 – 1.0

可塑的(白色)

0.15 – 1.2

白色

0.25 – 0.8

类型的铁

灰色的

0.02 – 0.25

韧性

0.01 – 0.03

压实石墨

0.01 – 0.03

可塑的(白色)

0.02 – 0.2

白色

0.06 – 0.2

类型的铁

灰色的

0.02 – 1.0

韧性

0.01 – 0.1

压实石墨

0.01 – 0.1

可塑的(白色)

0.02 – 0.2

白色

0.06 – 0.2

铸铁的机械性能

材料的力学性能表明它在特定应力下的反应, 这有助于确定它对不同应用的适用性. 规格由美国测试和材料协会(ASTM)等组织制定,以便用户能够有信心购买满足其应用要求的材料. 最常用的灰铸铁规格是ASTM A48.

根据铸件的规格对铸件进行质量检验, 一个标准的做法是在工程铸件的同时铸造一个测试棒. 然后将ASTM测试应用于这个测试棒,测试结果用于验证整个批次的铸件.

铸铁件焊接时,规格也很重要. 焊缝必须满足或超过被焊接在一起的材料的力学性能,否则, 可能发生骨折和失败.

焊接铸铁
当焊接, 焊接达到或超过材料的力学性能是至关重要的,以防止断裂和失效.

铸铁的一些常见力学性能包括:

  • 硬度 -材料的耐磨性和压痕性
  • 韧性-材料吸收能量的能力
  • 延展性-材料变形而不断裂的能力
  • 弹性-材料变形后恢复到原来尺寸的能力
  • 延展性-材料在压缩下变形而不破裂的能力
  • 拉伸强度-材料在不撕裂的情况下所能承受的最大纵向应力
  • 疲劳强度-材料在给定的循环次数下所能承受的最大应力

该表总结了各种牌号铸铁的一些关键力学性能. 的更多信息, 看到“钢铁合金”, 美国铸造协会的一份很好的参考文件.

布氏硬度

抗拉强度

弹性模量

%延伸率(50毫米)

灰铁25级

187

29.9 ksi

16.1 Msi

灰铁40级

235

41.9 ksi

18.2 Msi

球墨铸铁60-40-18级

130 – 170

60 ksi

24.5 Msi

球墨铸铁等级129-90-02

240 – 300

120年ksi

25.5 Msi

CGI 250级

179 max

36.2 ksi敏

3

CGI 450级

207 – 269

65.2 ksi敏

1

布氏硬度

灰铁25级

187

灰铁40级

235

球墨铸铁60-40-18级

130 – 170

球墨铸铁等级129-90-02

240 – 300

CGI 250级

179 max

CGI 450级

207 – 269

抗拉强度

灰铁25级

29.9 ksi

灰铁40级

41.9 ksi

球墨铸铁60-40-18级

60 ksi

球墨铸铁等级129-90-02

120年ksi

CGI 250级

36.2 ksi敏

CGI 450级

65.2 ksi敏

弹性模量

灰铁25级

16.1 Msi

灰铁40级

18.2 Msi

球墨铸铁60-40-18级

24.5 Msi

球墨铸铁等级129-90-02

25.5 Msi

CGI 250级

CGI 450级

%延伸率(50毫米)

灰铁25级

灰铁40级

球墨铸铁60-40-18级

球墨铸铁等级129-90-02

CGI 250级

3

CGI 450级

1

铸铁的常用应用

不同类型的铸铁具有不同的性能,因此每种类型的铸铁都适合于特定的应用.

灰口铸铁的应用程序

灰铸铁的关键特点之一是,即使在润滑供应有限的情况下,它也能抵抗磨损.g. 发动机缸体上气缸壁). 灰铸铁用于制造发动机缸体和缸盖, 集合管, 气体燃烧器, 齿轮空白, 附件, 和外壳.

白色铁的应用

用于制造白铁的冷却过程导致脆性材料,非常耐磨损. 因为这个原因, 它被用来制造轧机衬板, 抛丸喷嘴, 铁路制动鞋, 泥浆泵外壳, 轧机辊, 和破碎机.

镍硬铁是专门用于混频器桨叶, 螺旋输送器和死, 球磨机用衬板, 煤炭降落伞, 以及拉丝用的导丝器.

红色浆料泵房铸件
耐磨白铁用于生产泥浆泵壳体等各种机械零件.

球墨铸铁的应用程序

球墨铸铁本身可以分解成不同等级, 每个都有自己的属性规范和最适合的应用程序. 该机易于机械加工,具有良好的疲劳和屈服强度,同时具有良好的耐磨性. 然而,它最著名的特点是延展性. 球墨铸铁可用于制造转向节, 犁的股票, 曲轴, 重型齿轮, 汽车和卡车悬挂部件, 液压元件, 和汽车门铰链.

可锻铸铁的应用

不同牌号的可锻铸铁对应不同的微晶结构. 使可锻铸铁具有吸引力的特定属性是其保留和储存润滑剂的能力, 非磨蚀性磨损颗粒, 以及吸附其他研磨碎屑的多孔表面. 可锻铸铁用于重载轴承表面, 链, 链轮, 连杆, 传动系统和轴部件, 铁路机车车辆, 还有农业和建筑机械.

可锻铸铁列车、车轴部件
可锻铸铁用于重载轴承表面,如传动系统和轴组件.

压实石墨铁应用

压实石墨铁已开始在商业上得到应用. 灰铁和白铁的性能结合在一起,创造了一种高强度和高导热的bwin体育,适用于柴油发动机的机体和机架, 气缸套, 火车用制动盘, 废气再循环系统, 和高压泵中的齿轮盘.

加工和整理

铸铁的硬度性能要求机床材料的精心选择. 涂层硬质合金在生产加工环境中是有效的, 但随着技术的进步,更新的材料也在不断开发.

铸铁制品的表面光洁度因用途不同而有很大差别. 一些常见的应用:

  • 电镀
  • 热浸镀
  • 热喷涂
  • 扩散层
  • 转化膜
  • 陶瓷上釉药
  • 液体有机涂层
  • 干粉有机涂料

铸铁与未来

从3000多年前的早期使用以来,铁一直是人类社会不可分割的一部分. 铁的生产从几个世纪以来铁匠使用铁,到工业时代铸铁的发明,已经走过了一段漫长的道路.

从那时起,除了用于装饰外,锻铁基本上已经过时了. 与之相反, 铸铁在成分方面仍在进步, 微观结构, 机械性能——在现代世界继续留下它的印记.

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