1. 介绍
灰铁 vs 延性铁 是两种最广泛使用的铸铁类型, 每种提供独特的属性和优势，使它们在广泛的行业中必不可少.
作为铸铁家族的成员 - 通过将熔融金属铸造成霉菌形成的铁碳 - 丝硅合金，两种材料的强度都被重视, 可加工性, 可铸性, 和成本效益.
2. 什么是铸铁?
铸铁 是一组具有碳含量的铁碳合金 2%.
它是由熔化的生铁（通常源自铁矿石）在炉中产生的，然后将熔融金属倒入模具中以形成所需的形状.
结果很难, 脆, 和强大的材料，可提供出色的铸造性和广泛的机械性能，具体取决于其特定配方和处理.
一般组成
铸铁的基本组成包括:
- 铁 (铁) - 主要要素
- 碳 (c) - 2.0–4.0％, 促进可铸性并影响硬度和脆弱性
- 硅 (和) - 1.0–3.0％, 在凝固过程中促进石墨形成
- 痕量 锰 (Mn), 硫 (s), 和 磷 (p) 也可能在场
铸铁的关键特征:
- 出色的铸造性: 流入复杂的模具, 使其非常适合复杂的形状
- 良好的可加工性: 特别是在某些年级，例如灰铁
- 高抗压强度: 使其适用于结构应用中的轴承负载
- 上振动阻尼: 减少机器和设备的噪音和移动
- 成本效益: 廉价生产大量
铸铁的常见类型:
| 铸铁类型 | 石墨形式 | 关键属性 | 典型的应用 |
| 灰铁 | 石墨片 | 出色的振动阻尼, 良好的可加工性, 高抗压强度, 脆 | 发动机块, 制动转子, 机器基础, 泵外壳 |
| 延性铁 | 球体 (结节) 石墨 | 高拉伸强度, 良好的延展性, 疲劳性抗性 | 管道, 曲轴, 悬架武器, 风力涡轮机轮毂 |
| 白铁 | 水泥岩 (没有免费石墨) | 极度硬和耐磨, 非常脆 | 磨机, 穿盘子, 浆液泵零件 |
| 可延展的铁 | 温度碳结节 | 中等强度和延性, 抗击力, 可加工 | 管配件, 括号, 带有复杂几何形状的小型铸件 |
3. 什么是灰铁?
灰铁, 也称为 灰色铸铁, 是最常用的铸铁类型. 它以其断裂表面的灰色命名, 这是由于存在 石墨片 在其微观结构中.
这些石墨片在铁基质中造成不连续性, 赋予灰铁具有特征性的外观和机械性能.
微观结构
灰铁的定义特征是 薄片石墨结构 嵌入 铁矿, 珠光体, or a combination of both.
这些薄片在凝固过程中形成，并负责材料的:
- 出色的 振动阻尼
- 好的 导热率
- 高的 抗压强度
然而, 薄片的锋利边缘起作用 压力集中器, 这大大降低了拉伸强度和 使材料变脆 在紧张或撞击下.
成绩和标准
灰铁被分类 抗拉强度, 通常使用标准 ASTM A48. 示例包括:
- 班级 20 (CL20): 低强度, 出色的可加工性
- 班级 30 (CL30): 通用使用
- 班级 40 (CL40): 更高的强度, 适用于承载零件
较高的班级数字表明较高的拉伸强度, 通常通过调整冷却速率或合金含量来实现.
关键属性:
- 高抗压强度
- 出色的阻尼能力
- 延展性差和抗冲击力
灰铁的典型应用
灰铁在压缩主导的应用中的成本效益和性能使其成为首选的材料:
- 发动机块和气缸盖
- 制动盘和鼓
- 机床床和基座
- 变速箱和外壳
- 泵和阀
4. 什么是延性铁?
延性铁, 也称为 结节铸铁 或者 球形石墨铁 (SGI), 是一种铸铁类型，可显着改善与灰铁相比的机械性能，尤其是在 延性, 抗拉强度, 和 冲击阻力.
关键区别在于 石墨的形状 在金属的微观结构中. 在延性铁中, 石墨形式为 球形结节, 而不是像灰铁一样薄片.
这种一轮形态最大程度地减少了应力浓度, 允许延性铁伸展或变形而无需破裂，因此名称为“延性”。
微观结构
- 结节石墨: 球形颗粒 (5直径–20μm) 最小化应力浓度, 允许塑性变形.
- 矩阵: 通过热处理量身定制 (公爵), 珍珠质 (强的), 或bainitic (高力量和韧性).
成绩和标准
ASTM A536 - 延性铁铸件的标准规范
- 60-40-18 → 60 拉伸, 40 KSI产量, 18% 伸长
- 80-55-06 →更高的强度, 中度延展性
- 100-70-03 →非常高的强度, 低延展性
ISO 1083 - 球形石墨铁的国际名称
- EN-GJS-400-15 (类似于ASTM 60-40-18)
- EN-GJS-700-2 (类似于ASTM 100-70-03)
关键属性:
- 更高的强度和延展性
- 更大的影响力
- 更好的抗疲劳性, 循环载荷的理想
- 保留一些阻尼能力, 虽然小于灰铁
延性铁的常用应用
多亏了其性能特征, 延性铁被广泛用于:
- 汽车组件: 曲轴, 控制臂, 车轴外壳
- 市政水和废水系统: 延性铁管和配件
- 重型设备: 齿轮, 耦合, 括号, 结构部件
- 能源部门: 风力涡轮机轮毂, 液压系统
- 铁路和采矿设备: 跟踪零件, 轴承
5. 化学组成比较
两种合金主要由铁组成 (铁), 以及碳 (c) 和硅 (和), 但是微妙的差异和添加剂可以区分它们:
| 元素 | 灰铁 (%) | 延性铁 (%) | 笔记 |
| 碳 (c) | 2.5 - 4.0 | 3.0 - 4.0 | 较高的碳促进石墨形成 |
| 硅 (和) | 1.8 - 3.5 | 1.8 - 3.0 | 硅提高流动性和石墨化 |
| 锰 (Mn) | 0.2 - 1.0 | 0.1 - 0.5 | 控制力量并抵消硫 |
| 硫 (s) | 0.02 - 0.12 | 0.005 - 0.03 | 延性铁所需的低硫形成 |
| 磷 (p) | 0.1 - 0.2 | 0.02 - 0.05 | 通常保持延展性低 |
| 镁 (毫克) | - | 0.03 - 0.06 | 添加延性铁以形成结节石墨 |
| 镍 (在), 铜 (铜), 铬 (Cr) | 痕量, 可能会有所不同 | 可以添加以耐腐蚀或强度 |
6. 灰铁与延性铁的物理特性比较
| 财产 | 灰铁 | 延性铁 | 笔记 |
| 密度 | 〜6.9 - 7.3 g/cm³ | 〜7.0 - 7.3 g/cm³ | 非常相似的密度, 由于合金而导致的延性铁略高 |
| 熔点 | 1140 - 1300 °C | 1140 - 1300 °C | 两者都有可比的融化范围 |
| 导热率 | 35 - 55 w/m·k | 30 - 45 w/m·k | 灰铁通常会更好地进行热量 |
| 热膨胀系数 | 10 - 12 x10⁻⁶ /°C。 | 11 - 13 x10⁻⁶ /°C。 | 延性铁的膨胀略高 |
| 弹性模量 (杨的模量) | 100 - 170 GPA | 160 - 210 GPA | 延性铁很明显 |
| 泊松比 | 0.25 - 0.28 | 0.27 - 0.30 | 关闭值, 延性铁略高 |
| 比热容量 | 〜460 j/kg·k | 〜460 j/kg·k | 几乎相同 |
| 硬度 (布里尔) | 140 - 300 HB | 170 - 340 HB | 延性铁往往更难 |
| 磁渗透性 | 铁磁 | 铁磁 | 两者都是铁磁材料 |
7. 灰铁与延性铁的机械性能比较
| 机械性能 | 灰铁 | 延性铁 | 笔记 |
| 抗拉强度 | 170 - 370 MPA | 350 - 700 MPA | 延性铁具有更高的拉伸强度 |
| 产生强度 | 90 - 250 MPA | 250 - 450 MPA | 延性铁具有更高的屈服强度 |
| 伸长 (延性) | 0.5 - 3% | 10 - 18% | 延性铁更具延展性, 允许骨折之前更好的变形 |
| 影响力 | 低的 (抗冲击力不良) | 高的 (良好的影响韧性) | 延性铁抵抗震动的负荷要好得多 |
| 弹性模量 | 100 - 170 GPA | 160 - 210 GPA | 延性铁在弹性变形下更坚硬，更强 |
| 硬度 (布里尔) | 140 - 300 HB | 170 - 340 HB | 延性铁的硬度略高 |
| 疲劳强度 | 降低疲劳性 | 较高的疲劳阻力 | 延性铁的结节石墨结构改善了疲劳寿命 |
| 抗压强度 | 高的 (〜700 mpa) | 高的 (〜600 - 900 MPA) | 两者都有良好的抗压强度; 灰铁倾向于表现出色 |
8. 制造和铸造
使用已建立的铸造方法生产灰铁和延性铁, 但是由于它们独特的微观结构和机械要求，它们的处理有所不同.
灰铁制造:
- 融化和合金: 灰铁通常在冲天炉或电感应炉中融化. 基本组成包括铁, 碳 (主要作为石墨), 和硅.
合金元素，例如锰, 硫, 和磷被控制以优化铸造性和石墨形成. - 铸造方法: 最常见的过程是 沙子铸造, 因其灵活性和成本效益而受到青睐, 特别是对于复杂或大型组件（例如发动机块）, 机器基础, 和制动鼓.
- 凝固: 冷却过程中的铁基质中的石墨形式为薄片, 提供出色的振动阻尼，但导致脆性.
- 可加工性: 灰铁的薄片石墨结构在加工过程中充当润滑剂, 比延性铁更容易机加工.
延性铁制造:
- 融化和治疗: 延性铁从类似的原材料开始, 在感应或电弧形熔炉中熔化.
关键区别在于 结节治疗 - 将镁或石添加到熔融铁中，以将石墨片转化为球形结节. - 铸造方法: 延性铁经常使用 沙子铸造 或者 投资铸造 对于精确零件.
受控冷却速率和组成调整确保结节石墨形成和机械性能. - 微观结构控制: 球形石墨可降低应力浓度并增加延展性和韧性.
- 热处理: 可以对延性铁进行热处理 (退火, 归一化, 或austemper) 增强机械性能, 包括拉伸强度和抗疲劳性.
- 可加工性: 与灰铁相比，由于其更高的强度和韧性，对机器的挑战略高，但使用适当的工具时仍然很好的可加工性.
9. 耐腐蚀性和耐用性
在灰铁和延性铁之间选择时，耐腐蚀性和长期耐用性是关键因素, 特别是对于暴露于恶劣环境的应用.
灰铁:
- 腐蚀行为: 灰铁在干燥环境中对腐蚀具有适度的抗性，但暴露于水分时易于生锈, 特别是在存在盐或酸性条件下.
石墨薄片可以与铁基质形成微 - 谷化细胞, 加速局部腐蚀. - 表面保护: 提高耐用性, 灰铁件通常会收到防护涂料，例如绘画, 粉末涂料, 或镀锌.
在某些情况下, 专门的耐腐蚀合金或衬里用于侵略性环境. - 耐用性: 灰铁具有极佳的耐磨性, 腐蚀可以降低室外或湿应用中组件的寿命，而无需提供足够的保护.
延性铁:
- 改善耐腐蚀性: 延性铁中的球形石墨结构降低了应力浓度并创建更均匀的基质, 与灰铁相比，这往往会改善耐腐蚀性.
- 增强的表面处理: 延性铁成分通常使用保护涂层，例如环氧衬里, 锌涂层, 或聚氨酯涂料, 特别是用于水和废水管道系统.
- 阴极保护: 在地下或淹没的应用中, 延性铁管通常结合阴极保护系统以减轻腐蚀.
- 在恶劣条件下的耐用性: 多亏了更高的韧性和延展性, 在腐蚀过程中，延性铁应承受的机械应力比灰铁更好, 在循环加载和腐蚀性环境下促进更长的使用寿命.
10. 成本比较
- 原料: 灰铁的价格为$ 1- $ 3/公斤; 延性铁的价格为$ 1.5– $ 4.5/kg (30–50％高) 由于mg/ce节结节器.
- 加工: 灰铁不需要治疗后; 延性铁可能需要退火 ($0.2 - $ 0.5/kg额外).
- 生命周期成本: 延性铁通常在高压力应用中提供较低的长期成本 (例如。, 管道: 50-年寿命与. 30 灰铁的年).
11. 灰铁与延性铁之间的关键差异
了解灰铁和延性铁之间的基本区别对于根据应用要求选择适当的材料至关重要.
| 特征 | 灰铁 | 延性铁 |
| 石墨形态 | 片状石墨片 | 球体 (结节) 石墨 |
| 抗拉强度 | 〜150–400 mpa | 〜400–700 mpa |
| 伸长 | 1–3％ | 到 18% |
| 抗压强度 | 高的 | 中度至高 |
| 冲击阻力 | 低的 (脆) | 高的 (公爵) |
| 振动阻尼 | 出色的 | 好，但小于灰铁 |
| 可加工性 | 简单的 (石墨充当润滑剂) | 更困难 (坚韧的矩阵) |
| 可铸性 | 出色的, 较少的缺陷 | 好的, 需要控制剂 |
| 收缩趋势 | 低的 | 略高 |
| 成本 | 降低 | 由于合金和控制，较高 |
| 典型的应用 | 发动机块, 机器基础 | 管道, 汽车零件, 结构成分 |
12. 在灰色和延性铁之间进行选择
- 优先考虑阻尼/振动控制: 灰铁 (例如。, 发动机块, 车床床).
- 需要强度/延展性: 延性铁 (例如。, 曲轴, 管道).
- 成本敏感, 低压力应用: 灰铁 (例如。, 人孔盖).
- 动态负载/影响风险: 延性铁 (例如。, 悬架组件).
13. 结论
灰铁与延性铁, 两种类型的铸铁, 发挥不同的作用: 灰铁在低成本中表现出色, 振动阻尼, 和压缩负载应用程序, 而延性铁占主导地位, 动态的, 和容易产生影响的场景.
他们的差异, 植根于石墨形态, 使它们在现代工程中不可替代, 确保他们在汽车中的持续相关性, 基础设施, 和机械.
常见问题解答
是延性铁比钢强?
是的 - 脱氧铁可以与中低碳钢匹敌 (〜400–600 MPA), 虽然延性较少.
灰铁可以热处理吗?
否 - 它由于石墨片而保留脆弱性，无法通过热处理改善.
为什么要使用灰铁作为发动机块?
它极好的振动阻尼, 热稳定性, 低成本使其非常适合发动机组件.
延性铁管持续多长时间?
具有正确的涂层和安装, 他们经常获得50 - 100年以上的服务.
两种类型可回收?
是的, 两者都是 95% 可回收, 带有再生灰色/延性铁固定 90% 原始属性.
