柔性铁？球墨铸铁与铸铁
工程师如何为金属铸件选择合金
在为铸件选择铁合金时，冶金学家会考虑预算、所需的机械性能以及加工和热处理等铸后步骤。这些要求决定了使用什么合金。如今，最大的选择是在球墨铸铁和铸铁之间。
从技术上讲，“铸铁”是指在铸造厂铸造的铁合金。球墨铸铁就是这样一种合金。然而，延展性在现场是一个相对较新的人，其独特的机械性能使其与其他铁合金区分开来。这种差异意味着“铸铁”通常指的是几个世纪以来一直是金属加工的一部分的灰铁或白铁合金。
铸造厂铸造什么类型的铁？
- 球墨铸铁：这种铸铁于 1948 年开发，已成为黑色铸造厂非常重要的合金。它比其他铸铁更不易碎。
- 可锻铸铁：在球墨铸铁发明之前，这种合金更受欢迎。它是一种经过长时间热处理的白口铸铁。必须非常控制热处理中的条件。可锻铸铁完成后，它的脆性要小得多。可锻性仍然用于延展性不太成功的小型薄铸件。
- 白口铸铁：这种合金比其他铸铁冷却得更快，在其晶格中产生一种称为渗碳体的分子。它是一种脆性合金，但具有出色的硬度和耐磨性。它通常用于轴承和其他高摩擦应用。
- 灰口铸铁：大多数标准的“铸铁”物品都是由灰口铸铁制成的，所以当人们使用这个术语时，这很可能是指的合金。与白口铸铁不同，灰口铸铁具有石墨微结构。它具有出色的减振能力和良好的机械加工性。
白口铸铁和灰口铸铁制造出外观非常相似的铸件。它们的颜色只有在断裂时才明显。
球墨铸铁和铸铁有什么区别？
即使在热处理之前，球墨铸铁的脆性也低于其他铸铁。它不会因冲击而容易断裂。具有延展性允许铁弯曲。相比之下，灰口铸铁更硬。这种硬度意味着它可以很好地控制表面磨损。灰口铸铁在减振方面也更好。不同之处在于这些铁合金中石墨的微观结构。
灰口铸铁的碳含量为 2.5-4%，硅含量为 1-3%。合金中的硅是稳定石墨分子所必需的，从而使灰铸铁具有其特性。然而，如果金属在冷却时不经受热冲击，这种硅只能有效地支撑和保持石墨。非常快速的冷却会导致渗碳体的形成，并使灰口铁变成白口铁，即使混合物中含有硅。在灰口铸铁中，石墨薄片嵌入表面，在高度抛光的灰口铸铁中可见。
球墨铸铁含有 3.2-3.6% 的碳、2.2-2.8% 的硅和少量的“球化元素”。 1943 年发现的球墨铸铁具有许多与可锻铸铁相同的特性，只是它具有这些特性。制造可锻铸铁所需的长期技术热处理使其更昂贵且容易出错。延展性是一个明显的解决方案。 （可锻性仍然用于延展性冷却过快并产生碳化物的薄铸件。）
与灰口铸铁一样，石墨是球墨铸铁微观结构的重要组成部分。然而，球化元素——如镁、铈或碲——将石墨分子塑造成球形而不是薄片。这些球体相互滑过，而不是形成铁可以沿其断裂的平面。结节使球墨铸铁更柔韧，硬度更低。对表面硬度有要求的，可采用热处理。
球墨铸铁 (ASTM A536)
灰铁 (ASTM 40)
白铁
可锻铸铁（铸铁，退火）
可塑性
标准铸造性：比铸钢容易得多
屈服强度
50k 磅/平方英寸
——
——
33k 磅/平方英寸
伸长率%
18
0.5
0
12
抗拉强度
72k 磅/平方英寸
40-50 千磅/平方英寸
25 千磅/平方英寸
52 千磅/平方英寸
硬度 [布氏]
130-217
260
450
130
耐腐蚀
会生锈，但可以在户外环境中形成保护性的古铜色。
热膨胀20C
6.46*10
-6
in/(in* ºF)
6.46*10
-6
in/(in* ºF)
5.0*10
-6
in/(in* ºF)
6.6*10
-6
in/(in* ºF)
相对阻尼
（连续幅度的对数比）
5-20*10 4
20-500*10 4
2-4*10 4
8-15*10 4
费用
$$
$
$
美元
可加工性
中等
不错
不错
中等
可焊性
中低，视程序而定
中等
不可焊接
焊接是可能的，但将一些可锻铸铁转化为灰铸铁
球墨铸铁 (ASTM A536)
可塑性
标准铸造性：比铸钢容易得多
屈服强度
50k 磅/平方英寸
伸长率%
18
抗拉强度
72k 磅/平方英寸
硬度 [布氏]
130-217
耐腐蚀
会生锈，但可以在户外环境中形成保护性的古铜色。
热膨胀20C
6.46*10
-6
in/(in* ºF)
相对阻尼（连续幅度的对数比）
5-20*10 4
费用
$$
可加工性
中等
可焊性
中低，视程序而定
灰铁 (ASTM 40)
可塑性
标准铸造性：比铸钢容易得多
屈服强度
——
伸长率%
0.5
抗拉强度
40-50 千磅/平方英寸
硬度 [布氏]
260
耐腐蚀
会生锈，但可以在户外环境中形成保护性的古铜色。
热膨胀20C
6.46*10
-6
in/(in* ºF)
相对阻尼（连续幅度的对数比）
20-500*10 4
费用
$
可加工性
不错
可焊性
中等
白铁
可塑性
标准铸造性：比铸钢容易得多
屈服强度
——
伸长率%
0
抗拉强度
25 千磅/平方英寸
硬度 [布氏]
450
耐腐蚀
会生锈，但可以在户外环境中形成保护性的古铜色。
热膨胀20C
5.0*10
-6
in/(in* ºF)
相对阻尼（连续幅度的对数比）
2-4*10 4
费用
$
可加工性
不错
可焊性
不可焊接
可锻铸铁（铸铁，退火）
可塑性
标准铸造性：比铸钢容易得多
屈服强度
33k 磅/平方英寸
伸长率%
12
抗拉强度
52 千磅/平方英寸
硬度 [布氏]
130
耐腐蚀
会生锈，但可以在户外环境中形成保护性的古铜色。
热膨胀20C
6.6*10
-6
in/(in* ºF)
相对阻尼（连续幅度的对数比）
8-15*10 4
费用
美元
可加工性
中等
可焊性
焊接是可能的，但将一些可锻铸铁转化为灰铸铁
在球墨铸铁和传统铸铁之间进行选择
球墨铸铁比灰口铸铁稍贵，但比钢更便宜且更容易铸造。通常选择它是因为它的机械性能和价值。作为比铸铁更脆的合金，它用于延展性和抗冲击性有用的应用中。在减振和抗压屈服方面优于钢，但灰口铸铁在减振方面仍优于钢材。
专为抗冲击而设计的系船柱通常使用球墨铸铁。它是用于管道的主要铁合金，尤其是那些承受压力的管道。易延展的零件可以在汽车部件、泵和电缆外壳中找到，这些部件可能会受到冲击。
对于传统铸铁的脆性不成问题的应用，灰口铁仍然是一种重要且广泛使用的合金。在正常磨损过程中不会受到冲击的物品通常由灰铸铁制成。铸铁煎锅通常是灰铁。硬景观，如树木格栅、沟槽格栅和井盖也通常是灰铁。卓越的减振性能使灰口铸铁成为出色的机床底座。对于不会受到撞击但需要应对高振动的制动器或发动机部件，它也是正确的选择。
对于任何项目，在选择合金之前与冶金学家或工程师交谈很重要。他们将检查组件的工作压力，并帮助选择可以安全管理应用程序的材料。选择球墨铸铁与铸铁有时可以归结为价值。其他时候，需要的是合金的特定品质。
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