铸铁——特性、类型和用途
什么是铸铁？
铸铁 是一种含有 2 至 4% 碳 的铁合金 ，以及不同数量的硅和锰以及微量的杂质，如硫和磷。铁矿石在高炉中还原生产。
铸铁中的碳通常以两种结合在一起的形式存在
(1 ) 作为复合渗碳体 即处于化学结合状态，铁被称为白口铸铁 , 和
(2 ) 作为游离碳 ，即处于机械混合状态。第一种形式的碳称为“结合碳 ”，在后者中称为灰口铸铁 .
这两种铁之间的中间阶段在白色结构中显示出灰色斑块。这种铁叫做杂铁 .
斑纹铸铁 (MCI) 是一种用于轧机轧制的材料，尤其是在最后的轧机机架中，因为它结合了高电阻、导热性和弹性模量。在MCI中，白口铸铁和灰口铸铁的微观组织区域是由凝固形成的。
因此，铸铁的质量不仅取决于它所含碳的绝对量，还取决于碳存在的条件。常用铸铁的品种有：
铸铁的种类
常用铸铁的品种有：-
- 灰口铸铁
- 白口铸铁
- 可锻铸铁
- 球墨铸铁
- 冷硬铸铁
- 合金铸铁
- 米汉铸铁
1。灰口铸铁
这是通过让熔融金属冷却并缓慢凝固来获得的。 凝固时，铁含有大部分以石墨片形式存在的碳。 .
灰口铸铁含有大量的碳和相对少量的其他元素，例如硅磷、硫和锰。
呈暗灰色结晶或粒状结构 强光会产生闪光效果 由于游离石墨片的反射。在锉削或加工铸铁时也会看到这种游离石墨的存在，因为它会使手变黑。
铸铁脆 如果使用重锤，很容易被打破。铁的抗压强度远大于抗拉强度。铸铁的极限抗拉强度在 12 到 13 kgf/mm2（120 到 300 牛顿/mm²）之间变化，具体取决于铸铁的成分。在压缩中，灰口铸铁每毫米可以承受大约 60 到 75 kgf？ （600 至 750 牛顿/平方毫米），而在剪切中，其强度约为 15 至 22 千克力/平方毫米（150 至 225 牛顿/平方毫米）。硬度范围为 150 至 240 BHN。有利于其使用的主要优点是：（1）便宜，（2）
其熔化温度低（1,150°C 至 1,200°C），在熔融状态下具有流动性，以及 (3) 易于加工。铸铁的另一个良好特性是其结构中的游离石墨似乎充当润滑剂 ，并且当用它制成大型机器滑块时，可以获得非常自由的工作动作。铁的流动性分析使其可广泛用于制造形状复杂的零件和几乎所有铸铁形式的铸件。
2。白口铸铁
白口铸铁 仅包含渗碳体（碳化铁）形式的碳。这是通过存在相对大量的锰、非常少量的硅以及通过快速冷却来获得的。沙子中的普通冷却速度会产生游离石墨，而快速冷却有助于产生渗碳体。此外，锰促进碳化物的形成。白口铸铁的大致化学成分见表 4.2。
白口铸铁非常硬（硬度范围从400到600 BHN）且很脆，其断口表面呈银色金属外观。从工程的角度来看，白口铸铁的应用有限。这是由于机械加工的难度以及其机械加工能力通常较差。这种铁被广泛用于制造熟铁。白口铸铁也被铸造作为制造可锻铸铁的中间材料。白口铸铁不像灰口那样生锈。
3。可锻铸铁
普通铸铁又硬又脆。因此，它不适用于薄、轻且易受冲击和振动的物品或用于各种机器部件的小型铸件。
术语“可塑性的应用 ‘铸件的用词不当，因为与延展性标准相比，它们的延展性不是很好。然而，与相当脆的灰口铸铁件相比，可锻铸件确实具有一定程度的韧性，这可能就是它们被如此命名的原因。
可锻铸件 最初由所有碳以组合形式的铁制成，即由白口铸铁制成。然后使用两种方法对铸件进行延展性处理：(1) 白心 , 和 (2) 黑心 .这些名称是指每种方法生产的铸件所给出的断裂颜色。两个品种的大致化学成分见表4.3。
4.球墨铸铁
球墨铸铁 ，也称为球墨铸铁 , 是更高等级的，因为石墨不是以薄片的形式而是以球体的形式沉淀出来的。这可以通过各种方法来实现，例如，通过添加以下元素之一：镁、铈、钙、铋、锌、镉、钛或硼。
硅铁也用作孕育剂。与可锻铸铁相比，球墨铸铁可以制成更厚的零件。球墨铸铁的突出特点是高流动性，允许铸件形状复杂，强度和延展性完美结合。这种铁的抗拉强度约为每平方毫米 33 公斤力（330 牛顿宠物毫米）。这种材料也称为球墨铸铁 .
球墨铸铁广泛用于铸造零件，其中密度和压力密封性是非常理想的质量。它们包括液压缸、阀门、管道和管件、压缩机和柴油发动机的气缸盖。轧机的轧辊和多种离心铸造零件也采用球墨铸铁制成。
5。冷硬铸铁
快速冷却称为“chilling ”，这样生产的铁是“冷冻铁 ”。通过与模具中的冷砂接触，所有铸件的外表面都被冷却。由于铸铁比砂具有更高的热导率，铸件的冷硬部分经历快速凝固和冷却，从而产生群面。但这种硬度只渗透到大约 1 到 2 毫米的深度。
有时铸件是故意冷却的，有时会意外冷却到很小的深度。对于需要硬表面的模具部分，使用铸铁而不是沙子进行有意冷却。在这些与熔融金属接触的地方，其表面会突然冷却并转化为白口铸铁。使用由耐热钢或带有片状石墨的铸铁制成的冷铸永久模具。
寒战 用于部分要求具有白口铸铁硬度，而另一些要求具有灰口铸铁相对软而坚韧的芯部的铸件。
6.合金铸铁
合金铸铁 近年来已经开发出来，以克服普通铸铁的某些固有缺陷，并赋予更适合特殊用途的品质。添加镍、铬、钼、钛、硅、铜和其他合金元素赋予这种铸铁特殊的性能。
使用 1% 或 2% 的镍是合适的优质铸铁提供了一种简单而有效的方法来改善这种铸铁的性能。
使用 1% 到 2% 的镍是合适的 优质铁提供了一种简单有效的方法来改善铸铁件的性能和服务。它保证了铸铁的可加工性和组织的均匀性。通过使用大约 25% 的镍，还可以延长遭受磨料磨损的零件的使用寿命。
7.米汉尼特铸铁
从最小到最大的各种尺寸的气缸或气缸套都是杰出的例子。镍铸铁也用于耐腐蚀性腐蚀。因此，它被广泛用于制造与苛性碱液接触的苛性碱罐、管道和其他铸件。
为此目的，仅添加 1% 的镍就可以带来全面的好处。在铸铁中使用镍的最突出的因素是在具有大截面和多变截面的铸件中获得密度和压力密封性。这导致了镍铸件在蒸汽和液压机械、压缩机和内燃机的许多部件中的应用。
在磨损质量的改善很重要的情况下，通常发现与镍一起添加铬是有用的。以这种方式合金化的铸铁广泛应用于所有类型的泵，其中必须考虑摩擦磨损以及侵蚀磨损。合金铸铁含有 10% 至 30% 的铬和 1% 至 3% 的总碳，还表现出高度的耐热性和高温强度。
含有 10% 镍和 6% 锰的铸铁变成无磁性的。一种特殊的非磁性专利铸铁以“Nomag 的名称而闻名 ”。
米汉尼特铸铁
用硅化钙处理金属的铸铁以米汉石的商品名而闻名。硅化钙用作石墨化剂并产生精细的石墨结构，使铸铁具有优异的机械性能。然而，高品质的机械铁不仅是由于使用了硅化钙，而且还由于仔细控制了在 copula 或电炉中熔化铁以及铸件成型过程中涉及的所有因素。凝固后铁中残留的硅化钙非常少。
使用的金属硅含量低，碳含量适中，碳含量有限，约为 2.5% 至 3%。如果铸造，这通常是白色的，但通过米汉石控制系统进行的石墨化提供了一系列材料，以满足工程行业的广泛要求。
目前共有超过 26 种类型的米汉石金属可供使用，分为五类：(a) 一般工程 , (b) 耐热 , (c)耐磨 , (d) 耐腐蚀 , (e) 结节‘S’型。
所有米汉铁都具有高强度韧性、延展性和易切削性。因此，他们声称弥合了普通铸铁和钢之间的差距。铸件重达 500 至 6,000 公斤。金属颗粒紧密，布氏数为 200 至 210。
米汉铁与普通灰口铸铁不同，对热处理有反应，整体或表面硬化。也可经适当处理增韧后用于机床铸造。
铸铁生产
铸铁由生铁制成，生铁是在高炉中熔化铁矿石的副产品。铸铁可以直接由熔融生铁制成，也可以通过重熔生铁制成，通常含有大量的铁、钢、石灰石、碳（焦炭），并通过各种步骤去除不需要的污染物。磷和硫可以从铁水中燃烧掉，但这也会燃烧掉必须更换的碳。碳和硅的含量被调整到所需的水平，其范围可以分别为 2–3.5% 和 1–3%，具体取决于应用。如果需要，可以在铸造最终形式之前将其他元素添加到熔体中。
铸铁有时在称为冲天炉的特殊类型的高炉中熔化，但在现代应用中更常见的是在感应电炉或电弧炉中熔化。熔化过程完成后，将熔化的铸铁倒入保温炉或钢包中。
工业技术