铸铁即为生铁,是极其重要的铸造合金,它是含碳量超过2.11%的铁碳合金。依照室温组织的不同可将铸铁件分为共晶铸铁(含碳量=4.3%)、亚共晶铸铁(含碳量<4.3%)、过共晶铸铁(含碳量>4.3%)。铸铁件大量用于制造机器设备,其产量占全部铸件总产量的80%左右。
机械制造中广泛应用的铸铁中的碳主要是以石墨状态存在的。铸铁中的石墨一般呈片状,经过不同的处理,石墨还可以呈团絮状、球状、蠕虫状等,使铸铁获得不同的性能。因此,常用的铸铁为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。
(1)灰铸铁
灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁,它是应用最广的铸铁,其产量占铸铁总产量的80%以上。灰铸铁的纤维组织为基体(铁素体和珠光体)加片状石墨所组成,相当于纯铁或钢的基体上嵌入了大量的石墨片,其强度、硬度、塑性极低,但其抗压性能较强,因此灰铸铁属于脆性材料,不能锻造和冲压。灰铸铁的焊接性能很差,如焊接区容易出现白口组织,裂纹的倾向较大。由于石墨的存在还赋予灰铸铁如下优越性能:
①优良的减震性。由于石墨对机械振动起缓冲作用,从而阻止振动能量的传播。灰铸铁减振能力为钢的5~10倍,是制造机床床身、机器底座的好材料。
②耐磨性。石墨本身是一种良好的润滑剂,而石墨剥落后又可使金属基体形成储存润滑油的凹坑,故灰铸铁的耐磨性优于钢,适于制造机器导轨、衬套、活塞环等。
③缺口敏感性。由于石墨的存在已使金属基体形成了大量的缺口,因此,外来缺口对灰铸铁的疲劳强度影响甚微,从而增加了零件工作的可靠性。
④铸造性能良好,切削性能好。灰铸铁的含碳量近于共晶铸铁,流动性好。由于灰铸铁在结晶过程伴有石墨析出,石墨的析出所产生的体积膨胀抵消了部分铁的收缩,故收缩率极小,在常用铸造合金中,其铸造性能最好。同时,切削灰铸铁时呈脆断切削,不需要使用切削液,刀具磨损小。
(2)可锻铸铁(www.xing528.com)
可锻铸铁又称玛铁或玛钢。它是白口铸铁坯件经石墨化退火而成的一种铸铁。由于石墨呈团絮状,大大减轻了金属基体的割裂作用,故抗拉强度得到显著提高,如σb一般达300~400 MPa,最高可达700 MPa。尤为可贵的是这种铸铁有着相当高的塑性与韧性(δ≤12%,ak≤30 J/cm2),可断铸铁因此得名,其实它并不能真的用于锻造。可锻铸铁已有200多年的生产历史,在球墨铸铁问世之前,曾是力学性能最高的铸铁。
(3)球墨铸铁
球墨铸铁是20世纪40年代末发展起来的一种铸造合金,它是向出炉的铁液中加入球化剂和孕育剂而得到的球状石墨铸铁。
石墨铸铁由于石墨呈球状,使石墨对金属基体的割裂作用进一步减轻,其基体强度利用率可达70%~90%,而灰铸铁仅30%~50%,故球墨铸铁强度和韧性远远超过灰铸铁,可与钢相媲美。如抗拉强度一般为400~600 MPa,最高可达900 MPa;伸长率一般为2%~10%,最高可达18%。球墨铸铁可通过退火、正火、调质、高频淬火、等温淬火等热处理方式形成不同组织,如铁素体、珠光体及其他淬火、回火组织,从而进一步改善其性能。此外球墨铸铁还有接近灰铸铁的优良铸造性能。
球墨铸铁目前已经成功取代了部分可锻铸铁件、铸钢件,也取代了部分负荷较重但冲击不大的铸钢件。由于使用的扩大,球墨铸铁的产量也在迅速增长,因此是发展前途广阔的铸造合金。
(4)蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是近20年发展起来的一种新型铸铁。由于其石墨呈短片状,片端钝而圆,类似蠕虫,由此得名。
蠕墨铸铁的石墨形状是介于片状和球状之间的过渡组织,所以其力学性能也介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间。由于石墨仍然是相连接的,故强度和韧性低于球磨铸铁,但抗拉强度优于灰铸铁,并且具有一定的塑性和韧性,如σb为260~420 MPa,σ0.2为195~335 MPa。δ为0.75%~3.0%。
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