灰口铸铁
钢、铁、以及其他铁合金 |
---|
铁碳合金中的相与显微组织 |
钢(按成分分类) |
钢(按应用分类) |
其他含鐵材料 |
锻铁(熟铁、工业纯铁,含碳量≤0.04%) |
灰口铸铁(英語:Grey cast iron),简称灰铸铁(英語:Gray iron),是铸铁材料中的一种。灰口铸铁中所含的碳具有片状石墨的微观结构[1]。由于片状石墨的存在,其形成的断口呈现灰色,因此得名。[2]按重量计算,灰口铸铁是最常见的铸铁和最广泛使用的铸造材料。[3]灰口铸铁一般用于更看重部件的刚度而非其抗拉强度的场合,例如内燃机、气缸体、泵、外壳、阀体、电器箱和装饰品。灰口铸铁具有较高的热导率和比热容,常被用来制造铸铁炊具和盘式制动器的转子。[4]
结构
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b8/Gusseisen_mit_Lamellengraphit.jpg/220px-Gusseisen_mit_Lamellengraphit.jpg)
典型的灰口铸铁含有2.5至4.0%的碳和1至3%的硅(质量分数)。按体积分数,石墨可能占到灰口铸铁的6&至10%。与白口铸铁相比,硅元素对于制造灰口铸铁很重要,因为硅是铸铁中的“石墨稳定”元素,这意味着它有助于合金中的碳保持石墨结构而不是产生碳化三铁。影响石墨化的另一个因素是凝固速度:凝固速度越小,碳扩散和积聚到石墨中的时间就越长。适中的冷却速度形成的基体带有更多的珠光体,而快速冷却形成的基体中存在更多铁素体。要获得完全为的铁素体基体,合金必须退火。[2]快速冷却可以部分或完全抑制石墨化,导致形成渗碳体,所得铸铁被称为白口铸铁。[5]
分类
[编辑]美国常用的灰口铸铁分类法是A48。[3] 这一标准按照最小拉伸强度将灰口铸铁分级,比如拉伸强度为20psi的灰口铸铁被列为20级,此时的灰口铸铁等效碳较高,具有肥粒鐵基体,导致拉伸强度较低。但像40级的灰口铸铁,其中碳含量较低,呈现波來鐵基体,其拉伸强度就比较高。超过40级的灰口铸铁一般需要采用固溶强化或热处理的办法来改性基体。80级的灰口铸铁尽管具有最高的拉伸强度,但十分脆。[5]
在汽车工业中,使用SAE J431来代替ASTM标准。根据拉伸强度和布氏硬度的比值来分级。[3]
级别 | 拉伸强度(ksi) | 压缩强度(ksi) | 弹性模量, E (Mpsi) |
---|---|---|---|
20 | 22 | 83 | 10 |
30 | 31 | 109 | 14 |
40 | 57 | 140 | 18 |
60 | 62.5 | 187.5 | 21 |
级别 | 布氏硬度 | t/h† | 描述 |
---|---|---|---|
G1800 | 120–187 | 135 | 铁素体-珠光体 |
G2500 | 170–229 | 135 | 铁素体-珠光体 |
G3000 | 187–241 | 150 | 珠光体 |
G3500 | 207–255 | 165 | 珠光体 |
G4000 | 217–269 | 175 | 珠光体 |
†t/h = 拉伸强度/硬度 |
优点与缺点
[编辑]由于所含的石墨可以润滑切口和分裂切屑,灰口铸铁的成本相对较低且机械加工性良好,成为常见一种的工程合金。石墨薄片的自润滑性还使得其具有良好的耐磨性。石墨还赋予灰铸铁出色的阻尼能力,因为它可以吸收能量并将其转化为热量。[4] 但灰口铸铁即使在较高温度下也无法锻造、挤出或卷压。
材料 | 阻尼能力† |
---|---|
灰口铸铁(高等效碳) | 100–500 |
灰口铸铁(低等效碳) | 20–100 |
Ductile iron | 5–20 |
Malleable iron | 8–15 |
白铁 | 2–4 |
钢 | 4 |
铝 | 0.47 |
†Natural log of the ratio of successive amplitudes |
与不形成石墨显微组织的其他铸铁相比,灰口铸铁在凝固过程中的收缩更小。硅在铸造时促进了良好的耐腐蚀性并增加了流动性。[5]灰口铸铁通常被认为易于焊接。[7]与更现代的铁合金相比,灰口铸铁具有较低的抗拉强度和延展性; 因此,它的抗冲击强度几乎不存在。[7]
参考文献
[编辑]- ^ 术语在线-灰口铸铁. [2021-08-27]. (原始内容存档于2021-08-26).
- ^ 2.0 2.1 William F. Smith and Javad Hashemi. Foundations of Materials Science and Engineering 4th. McGraw-Hill. 2006: 431–432 [2021-08-26]. ISBN 9780072921946. (原始内容存档于2021-08-26).
- ^ 3.0 3.1 3.2 Philip A. Schweitzer. Metallic materials. CRC Press. 2003: 72 [2021-08-26]. ISBN 9780203912423. (原始内容存档于2021-01-21).
- ^ 4.0 4.1 灰铸铁制动转子冶金简介 (PDF). SAE. [2011-05-24]. (原始内容存档 (PDF)于2017-07-12).
- ^ 5.0 5.1 5.2 E. Paul Degarmo, J T. Black and Ronald A. Kohser. Materials and Processes in Manufacturing 9th. Wiley. 2003: 77 [2021-08-26]. ISBN 9780471033066. (原始内容存档于2021-08-26).
- ^ 6.0 6.1 Schweitzer 2003,第73頁 .
- ^ 7.0 7.1 Miller, Mark R., Welding Licensing Exam Study Guide, McGraw-Hill Professional: 191, 2007 [2021-08-26], ISBN 9780071709972, (原始内容存档于2021-08-26).
扩展阅读
[编辑]Stefanescu, Doru Michael. Science and engineering of casting solidification. Springer. 2002 [2021-08-27]. ISBN 978-0-306-46750-9. (原始内容存档于2021-08-27).