铸铁与铸钢
铸铁和铸钢有什么区别？
铸造为设计细节提供了卓越的能力，通常无需额外的制造和组装。许多材料都可以铸造，包括几种类型的金属和合成材料，但钢铁尤其具有出色的机械性能，适用范围广泛。
虽然铸铁和钢在表面上可能看起来相似，但从生产到应用，它们各自都有明显的优点和缺点。了解这些优缺点并进行适当的选择，可能意味着强度和耐用性与断裂或变形的零件会很快失去光泽的区别。
碳含量是主要区别
铁和钢都是主要由铁原子组成的黑色金属。然而，在制造过程中，事情并没有那么简单——生产中使用了许多不同的合金和等级。要了解它们，区分日常用品中使用的铁和科学元素铁 (Fe) 很重要。元素铁是自然界中发现的物质，通常以氧化形式存在，需要经过称为熔炼的强化加工才能提取。
纯元素铁太软而不能在大多数应用中使用。当它与碳合金化或混合时，它会变得更硬，因此更有用。事实上，碳成分是铸铁和钢之间的主要区别。铸铁通常含有超过 2% 的碳，而铸钢通常含有 0.1-0.5% 的碳。
特点
下表提供了每种材料质量的一般概述。虽然有许多不同类型的钢铁需要考虑，但此表主要关注灰口铸铁、铸铁和碳钢。
灰铁
球墨铸铁
钢
可加工性
★
可塑性
★
减振
★
耐腐蚀
★
★
韧性
★
脆性
★
抗压强度
★
抗拉强度
★
硬度
★
应用程序
发动机缸体、气缸盖、歧管、燃气燃烧器、齿轮毛坯、外壳、外壳、户外硬景观产品、煎锅、电箱、装饰铸件、炉具零件、重量
系船柱、工地陈设、转向节、曲轴、重型齿轮、汽车和卡车悬挂部件、液压部件、汽车门铰链
系柱、工业车轮、铸造齿轮、阀体、矿山机械、水电涡轮叶轮、锻压机、铁路车架、泵壳、船舶设备、发动机外壳、重型卡车、建筑设备
灰铁
可加工性
★
可塑性
减振
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耐腐蚀
★
韧性
脆性
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抗压强度
抗拉强度
硬度
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应用程序
发动机缸体、气缸盖、歧管、燃气燃烧器、齿轮毛坯、外壳、外壳、户外硬景观产品、煎锅、电箱、装饰铸件、炉具零件、重量
球墨铸铁
可加工性
可塑性
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减振
耐腐蚀
★
韧性
脆性
抗压强度
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抗拉强度
硬度
应用程序
系船柱、工地陈设、转向节、曲轴、重型齿轮、汽车和卡车悬挂部件、液压部件、汽车门铰链
钢
可加工性
可塑性
减振
耐腐蚀
韧性
★
脆性
抗压强度
抗拉强度
★
硬度
应用程序
系柱、工业车轮、铸造齿轮、阀体、矿山机械、水电涡轮叶轮、锻压机、铁路车架、泵壳、船舶设备、发动机外壳、重型卡车、建筑设备
铸造性
大多数人没有遇到过处于熔融状态的铁或钢——这是可以理解的，因为铁在大约 2300°F 时熔化，而钢在 2600°F 时熔化，并且两者都在更高的温度下倒入模具中。使用液态铁和钢的人很快发现它们在浇注性和收缩率方面存在巨大差异。
铸铁相对容易铸造，因为它容易浇注并且不像钢那样收缩。这意味着它可以很容易地填充模具中的复杂空隙，并且需要较少的熔融材料来填充。这种流动性使铸铁成为建筑或华丽铁制品结构（如围栏和长凳）的理想金属。
浇钢要困难得多。它的流动性比铁水少，对模具材料的反应性更强。它在冷却时也会收缩得更多，这意味着需要将更多的熔融材料倒入一个多余的容器中，称为冒口，铸件在冷却时会从冒口中抽出。
然而，铸件通常不会在其内部结构中均匀冷却。外部区域和较薄的部分将以不同于内部区域和较大部分的速度冷却和收缩——通常会产生内部张力或应力，只能通过热处理来缓解。钢比铁更容易受到收缩应力的影响，在某些情况下，这些张力会导致明显的内部和/或外部空隙，并可能导致最终断裂。
由于这些原因，铸钢在整个铸造过程中需要更多的关注和检查，使得生产更加资源密集。
可加工性
根据最终应用，可能需要对铸件进行加工以达到特定的公差，或产生所需的光洁度。至少，大门和跑步者等物体需要被切掉并磨平。
可加工性是衡量给定材料切割或研磨的难易程度；有些材料比其他材料更难加工。根据经验，添加高合金以提高机械性能的金属具有较低的机械加工性。
铸铁通常比钢更容易加工。铸铁中的石墨结构更容易脱落，而且更均匀。较硬的铁，例如白口铁，由于其脆性而更难加工。
钢不那么容易以相同的稠度切割，并且会导致更多的工具磨损，从而导致更高的生产成本。硬化钢或碳含量较高的钢也会增加刀具磨损。然而，较软的钢不一定更好——低碳钢虽然更软，但会变得粘稠且难以加工。
减振
选择铸造材料时应考虑阻尼特性，因为缺乏阻尼能力会导致过度振动和噪音，例如振铃或尖叫。根据材料的使用位置，有效的阻尼可以带来更坚固、更可靠的性能。
铸铁中的石墨结构，尤其是灰口铸铁中的片状结构，特别有利于吸收振动。这使得铸铁成为发动机缸体、气缸外壳和机床床身以及其他对坚固性和精度很重要的应用的理想选择。减少振动可以最大限度地减少应力并防止运动部件磨损。
抗压强度
抗压强度是材料承受会减小物体尺寸的力的能力。这与将材料拉开的力相反。抗压强度在压力和密封性是因素的机械应用中是有益的。通常，铸铁比钢具有更好的抗压强度。
抗冲击性
到目前为止，使用铸铁似乎比钢更有优势，但钢有一个显着的优势：抗冲击性。钢非常擅长承受突然的冲击而不会弯曲、变形或断裂。这是由于它的韧性：它能够承受高应力和应变力。
没有延展性的强度导致脆性材料非常容易断裂——铸铁是没有延展性的强度的典型代表。由于其脆性，铸铁的应用范围有限。
同时，如果没有承受重大冲击的强度，高延展性或变形而不失效的能力就没有多大用处。例如，橡皮筋可以在不断裂的情况下发生显着变形，但它所能承受的力是非常有限的。
虽然在大多数铸造应用中铁可能更容易使用，但钢在许多应用中具有强度和延展性的最佳组合，并且铸钢非常坚韧。钢的抗冲击特性和全方位的承重特性使其成为许多机械和结构应用的理想选择——这就是钢是世界上使用最广泛的金属的原因。
耐腐蚀
铁的耐腐蚀性比钢好。两种金属在存在水分的情况下都会氧化，但铁会产生铜锈以防止金属完整性受到深度腐蚀。
另一种防止腐蚀的方法是使用油漆或粉末涂层，或使用 IronArmor 来增加保护。任何暴露底层金属的碎屑或裂缝都会导致腐蚀，因此定期维护对涂层金属很重要。
如果在保持银色调的原始金属外观的同时耐腐蚀性是一个重要因素，那么合金钢可能是更好的选择——尤其是不锈钢，它添加了铬和其他合金以防止氧化。
耐磨
铸铁通常比钢具有更好的抗机械磨损能力，尤其是在摩擦磨损的情况下。铸铁基体中一定量的石墨含量会形成一种石墨干润滑剂，使固体表面可以相互滑动，而不会降低表面质量，使其更难磨损。
钢比铁更容易磨损，但仍可能抵抗某些类型的磨损。某些合金的添加还可以提高钢的耐磨性。
费用
铸铁通常比铸钢便宜，因为生产最终产品所需的材料成本、能源和劳动力较低。原钢的购买成本更高，并且需要更多的时间和精力来铸造。然而，在设计铸造产品时，值得考虑长期使用和更换成本。从长远来看，制造成本更高的零件最终可能成本更低。
钢也有许多预制形式——例如板材、棒材、棒材、管材和梁——并且通常可以加工或组装以适应特定应用。根据产品和所需数量，制造现有钢铁产品可能是一种具有成本效益的选择。
铸铁和铸钢的不同类型
我们比较了铸铁（灰口铁）和铸钢（低碳钢或碳钢）最基本形式的质量，但钢铁的特定成分和相结构会极大地影响机械性能。例如，标准灰铸铁中的碳呈尖锐的石墨薄片形式，而球墨铸铁具有更多的球状石墨结构。片状石墨使灰铸铁变脆，而球墨铸铁中的圆形石墨颗粒提高了韧性，使其更适合抗冲击应用。
合金可以添加到钢铁中以设计所需的特性。例如，锰可以提高韧性，而铬可以提高耐腐蚀性。不同的碳含量也是低碳钢、标准碳钢和高碳钢之间的区别——碳含量越高，材料越硬。
最终，铸铁和铸钢之间的选择将取决于最终安装的类型和应用。
有关钢铁的更多信息，或要求定制项目的报价，请联系我们。
来源
- 美国铸造协会。 “加工铸铁部件”。 afsinc.org
- 美国铸造协会。 “了解铸钢件的材料规范”。 afsinc.org
- 机器设计。 “铸铁”。 machinedesign.com
- 镍研究所。 “铸铁和铸造合金”。镍研究所.org
- Hosford，William F. Iron and Steel。剑桥大学出版社。 2012 年。
- 伍德福德，克里斯。 “铁和钢”。 explainthatstuff.com
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