铸铁简介:历史、类型、性能和用途

一款多功能金属,铸铁在商业和工业世界中具有许多独特的应用

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铸造铁件
由于高碳含量和硅的组合,铸铁具有优异的铸件。

铁在日常生活中出现大约在公元前1200年,包括广泛的用途,从农具到战争武器。铁匠成为了一个重要的职业,他们与铁打交道,改变铁的特性,并将这种材料塑造成工具。每一个村庄和城镇都有一个铁匠铺,在那里生产镰刀、犁头、钉子、剑、烛台等等。

由于这种材料在社会和军事应用中的主导地位,因此发现铁的价值导致了被称为铁时期的东西。金属的另一个里程碑将跟随 - 工业革命改变了金属的生产方式,并融入了包括铁的产品。

铁的类型

生产两种主要类型的铁:锻铁和铸铁。在这些金属中,铸铁包括它自己的金属家族。

锻铁

铁匠生产和工作的第一种铁是锻铁。在炉子上用锤子锻炼(工作)之前,它几乎纯的元素铁(Fe)在炉内加热。锤击铁从材料中排出大部分炉渣并将铁颗粒焊接在一起。

在工业革命和相关的施工活动加速期间,发现了锻铁的新用途。其高抗拉强度(抗张力时耐损坏)使其在大型建筑等大型建筑项目中用于梁的理想选择是理想的。然而,在20世纪初的时候,使用锻铁的使用在很大程度上被遗弃产品开发出具有卓越性能的钢铁施工应用。

熟铁以装饰品而闻名。15世纪和16世纪的教堂里有技艺精湛的工匠制作的精致铁器。在现代世界,栏杆、门和长凳仍然是由熟铁制成的定制件。

铸铁

铸铁是通过熔炼含碳量大于2%的铁碳合金来生产的。经过熔炼,金属是倒入模具。锻铁和铸铁之间生产的主要差异是铸铁不用锤子和工具。组合物铸铁的差异含有2-4%的碳和其他合金,1-3%的硅,这提高了熔融金属的浇铸性能。也可以存在少量锰和一些杂质等硫和磷。锻铁和铸铁之间的差异也可以在化学结构和物理性质的细节中找到。

虽然两者钢和铸铁含有碳痕迹并且看起来类似,两种金属之间存在显着差异。钢含有少于2%的碳,使最终产物能够在单个微晶结构中固化。铸铁的较高的碳含量意味着它凝固为异质合金,因此具有多于一种以上存在于材料中的微晶结构。

它是高碳含量的组合,以及硅的存在,使铸铁是优秀的斯托利亚。使用不同的热处理和加工技术生产各种类型的铸铁,包括灰铁,白色铁,可涂铁,球墨铸铁和压实石墨铁。

铸铁桥
铸铁设计细节是通过冶炼金属并将其倒入模具中产生的。
灰铁

灰铸铁的特点是金属中石墨分子呈片状。当金属断裂时,断裂发生在石墨薄片上,这使其在断裂的金属表面呈现灰色。灰铸铁的名字就来源于这一特点。

在生产过程中,可以通过调节冷却速度和成分来控制石墨片的尺寸和基体结构。灰铸铁的球墨性不如其他形式的铸铁,其抗拉强度也较低。然而,它是一种更好的导热体,具有更高的减振水平。它的阻尼能力是钢的20-25倍,优于所有其他铸铁。灰铸铁也比其他铸铁更容易加工,其耐磨性使其成为产量最高的铸铁产品之一。

我们的Hardscape产品由灰铁制成。振动阻尼和耐磨性是使这种街道应用的合适材料的性能。生灰铁也产生了一种铜绿,即使在户外也可以防止它的破坏性腐蚀。

白铁

具有右碳含量和高冷却速率,碳原子与铁组合以形成碳化铁。这意味着凝固材料中几乎没有自由石墨分子。当白色铁被剪切时,由于没有石墨,裂缝面出现为白色。渗碳铝晶体结构坚硬且脆弱,抗压强度高,耐磨性良好。在某些专业应用中,希望在产品表面上具有白色铁。这可以通过使用良好的热量来实现部分模具。这将迅速从该特定区域中迅速汲取热量,而铸件的其余部分以较慢的速度冷却。

白铁中最常用的一种是含镍硬铁。添加的铬和镍合金使该产品具有低冲击,滑动磨损应用的优良性能。

白铁和镍硬铁属于ASTM A532所称的合金分类;“耐磨铸铁的标准规范”。

可锻铸铁

通过一个过程进一步加工成型铁可以进一步加工成可涂铁的铁热处理。加热和冷却的扩展程序,导致碳化铁分子的击穿,将自由石墨分子释放到铁中。不同的冷却速率和添加合金,产生具有微晶结构的可涂铁铁。

韧性熨斗(结节铁)

韧性熨斗或结节熨斗通过将镁加入合金中获得其特殊性质。镁的存在使得石墨形成在球状体形状中,而不是灰铁的薄片。组成控制在制造过程中非常重要。少量杂质如硫和氧与镁反应,影响石墨分子的形状。通过操纵石墨球体周围的微晶结构来形成不同等级的球墨铸铁。这是通过铸造过程或通过热处理来实现的,作为下游加工步骤。

因为球墨铸铁变形在撞击上,而不是破碎成碎片,我们使用材料来制造我们的铸铁盗贼。韧性钢的影响型材使其成为车辆交通附近的梭子的良好铸铁。

压实石墨铁

压实的石墨铁具有石墨结构和相关性,是灰色和白色铁的混合。微晶结构围绕互连的石墨的钝性薄片形成。用合金(例如钛)用于抑制球形石墨的形成。压实的石墨铁具有更高的拉伸强度和改善与灰铁相比的延展性。可以通过热处理或添加其他合金来调节微晶结构和性质。

铸铁成分总结

由此开发的桌子工程师手册》显示各种类型的铸铁的不同成分范围:

典型的未合金铸铁的组合式范围
值百分比(%)
类型的铁

灰色

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

可延展(铸造白色)

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

铸铁的力学性能

材料的机械性能指示其如何在特定应力下响应,这有助于确定其对不同应用的适用性。规范由美国的测试和材料(ASTM)等组织设定,以便用户可以充满信心地购买材料,以便他们符合其应用要求。最常用的铸造灰色铁规范是ASTM A48。

为了使铸件符合规格要求,一个标准做法是在工程铸件的同时铸造一个测试棒。然后对该测试棒进行ASTM测试,测试结果用于评定整批铸件的合格。

在将铸铁零件焊接在一起时,规格也很重要。焊接必须满足或超过焊接在一起的材料的机械性能 - 否则,可能发生裂缝和故障。

焊接铸铁
当焊接时,焊接符合或超过材料的机械性能至关重要,以防止裂缝和故障。

铸铁的一些常见力学性能包括:

  • 硬度- 材料对耐磨性和压痕的抵抗力
  • 韧性-材料吸收能量的能力
  • 延展性 - 材料变形的能力无骨折
  • 弹性 - 材料在变形后返回原始尺寸的能力
  • 弹性 - 材料在没有破裂的情况下在压缩下变形的能力
  • 拉伸强度 - 最大的纵向应力材料可以忍受而不会撕裂
  • 疲劳强度 - 材料的最高应力,即材料可以承受给定数量的循环而不会破坏

该表总结了各种铸铁等级的一些关键机械性能。有关更多信息,请参阅“钢铁合金”,这是来自美国铸造协会的伟大参考文件。

布氏硬度
抗拉强度
弹性模量
%伸长率(50毫米)

灰铁级25

187.

29.9 ksi

16.1 MSI.

-

灰铁级40

235.

41.9 ksi

18.2 MSI

-

球墨铸铁级60-40-18

130 - 170.

60 ksi.

24.5 MSI.

-

韧性铁等级129-90-02

240 - 300

120 ksi.

25.5 MSI

-

CGI 250级

179 max

36.2 ksi min.

3.

CGI 450年级

207 - 269.

65.2 ksi min.

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铸铁的常用用途

不同类型的铸铁具有不同的性能,因此每种类型都适合于特定的应用。

灰色铁应用

灰铁的关键特性之一是即使在润滑供应限制时也能抵抗磨损的能力(例如,发动机块中的上筒壁)。灰铁用于制造发动机块和气缸盖,歧管,燃气燃烧器,齿轮坯料,外壳和壳体。

白色铁应用程序

用于使白铁的冷却过程导致脆性材料,这些材料非常耐磨和磨损。出于这个原因,它用于制作磨削衬里,喷射喷嘴,铁路制动蹄,浆料泵壳,轧机卷和破碎机。

Ni-Hard Iron专门用于搅拌机桨,螺旋钻和模具,用于牵引电线的球磨机,煤槽和导线导线的衬里板。

红色彩色泥浆泵房铸件
耐磨性的白色铁用于生产各种机器部件,例如浆料泵壳。

韧性熨斗应用

球墨铸铁本身可以分解成不同的等级,每个等级都有自己的物业规格和最合适的应用。它易于机器,具有良好的疲劳和屈服强度,同时耐磨。然而,它最着名的特征是延展性。球墨铸铁可用于制作转向指关节,犁股,曲轴,重型齿轮,汽车和卡车悬架部件,液压元件和汽车门铰链。

可锻铸铁的应用

不同等级的可延伸铁对应于不同的微晶结构。使可延展铁具有吸引力的特定属性是其能够保留和储存润滑剂,非磨料磨损颗粒和捕获其他磨料碎屑的多孔表面。可延展的铁用于重型轴承表面,链子,链轮,连杆,传动系统和轴部件,铁路车辆和农场和建筑机械。

可延展的铁火车和轴组件
可延长的铁用于重型支承表面,如传动系和轴部件。

压实石墨铁应用

压实的石墨铁开始于商业应用中的存在。灰铁和白色铁的性能的组合为柴油发动机块和框架,气缸衬里,用于高压泵中的火车,排气歧管和齿轮板的柴油发动机块和框架,气缸衬里和齿轮板的框架产生高强度和高导热率。

加工和整理

铸铁的硬度特性要求仔细选择机床材料。涂层碳化物在生产加工环境中是有效的,但随着技术的改善,较新的材料正在开发。

铸铁产品的表面整理根据使用而变化大大变化。一些常见应用程序:

  • 电镀
  • 热浸镀
  • 热喷涂
  • 扩散层
  • 转换涂层
  • 瓷搪瓷
  • 液体有机涂料
  • 干粉有机涂料

铸铁和未来

从早期使用3000年前,铁仍然是人类社会的一个组成部分。自铁匠由工业时代的铸铁发明铸铁的几个世纪以来,铁生产已经走了很长的路。

从那时起,除了装饰用途外,锻铁已经很大程度上已经过时。比较方面,铸铁仍然在组成,微观结构和机械性能方面进行 - 继续在现代世界中发出标记。

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