铸铁入门:历史，类型，属性和用途

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铸铁是一种用途广泛的金属，在商业和工业领域有许多独特的应用

铁在日常生活中的存在始于大约公元前1200年，包括从农具到战争武器的广泛用途。铁匠成为了一种重要的职业，他们利用铁来改变它的属性，并将其塑造成工具。每个村庄和城镇都会有一个铁匠铺，在那里生产镰刀、犁头、钉子、剑、烛台等等。

铁的价值的发现导致了铁器时代的到来，这是由于这种材料在社会和军事应用方面的主导地位。金属的另一个里程碑紧随其后——工业革命改变了金属的生产方式，并将其加工成包括铁在内的产品。亚博账号审核不过

类型的铁

产生的铁主要有两种:熟铁和铸铁．其中，铸铁还包括它自己的金属家族。

铁艺

铁匠生产和加工的第一种铁是熟铁。它实际上是纯元素铁(Fe)，先在炉中加热，然后用铁锤在铁砧上锻造。锤打铁会将大部分的渣从材料中排出，并将铁颗粒焊接在一起。

在工业革命和相关的建筑活动加速期间，发现了熟铁的新用途。它的高抗拉强度(在张力下抗断裂)使它成为桥梁和高层建筑等大型建筑项目的理想使用梁。然而，铸铁用于此目的的使用在20世纪初基本上被放弃了钢亚博账号审核不过开发的产品具有比铁更好的性能，适用于建筑应用。

熟铁已成为著名的装饰品。15和16世纪的教堂都有技艺精湛的工匠制作的精致铁器。在现代世界，栏杆、门和长凳仍然是由锻铁制成的定制件。

铸铁

铸铁是通过熔炼含碳量大于2%的铁碳合金制成的。经过熔炼，金属是倒进模具．熟铁和铸铁在生产上的主要区别是，铸铁不使用锤子和工具。在成分上也存在差异，铸铁含有2-4%的碳和其他合金，以及1-3%的硅，这提高了熔融金属的铸造性能。少量的锰和一些杂质，如硫和磷也可能存在。熟铁和铸铁之间的区别还体现在化学结构和物理性能的细节上。

虽然两钢和铸铁含碳量与表面相似，但两种金属之间存在显著差异。钢的碳含量低于2%，这使得最终产品能够凝固成单一的微晶结构。高碳含量的铸铁意味着它凝固为非均相合金，因此在材料中存在不止一种微晶结构。

正是由于高碳含量和硅的存在，铸铁才具有优异的性能铸造性能．各种类型的铸铁采用不同的热处理和加工工艺，包括灰铸铁、白铁、可锻铸铁、球墨铸铁和压实石墨铸铁。

灰口铸铁

灰铸铁的特征是金属中石墨分子的鳞片形状。当金属断裂时，断裂发生在石墨薄片上，这使断裂金属的表面呈灰色。灰铁这个名字就来源于这个特点。

在生产过程中，可以通过调整冷却速度和成分来控制石墨片的尺寸和基体结构。灰铸铁不像其他形式的铸铁那样具有延展性，抗拉强度也较低。然而，它是一个更好的热导体，具有较高的振动阻尼水平。它的阻尼能力是钢的20-25倍，优于所有其他铸铁。灰铸铁也比其他铸铁更容易加工，其耐磨性使其成为体积最大的铸铁产品之一。亚博账号审核不过

我们的硬质景观产品由灰铁制亚博账号审核不过成．减震和耐磨性能使其成为许多街道应用的合适材料。生铁还会产生一种古铜色，即使在户外也能防止破坏性腐蚀。

白口铸铁

当碳含量合适、冷却速度快时，碳原子与铁结合形成铁碳化物。这意味着固化材料中几乎没有游离石墨分子。当白铁被剪切时，由于没有石墨，断裂面呈现白色。渗碳体微晶组织硬脆，抗压强度高，耐磨性好。在某些特殊应用中，希望产品表面有白铁。这可以通过使用良好的热导体来实现。这将从特定的区域迅速吸收熔化的金属的热量，而铸件的其余部分冷却的速度较慢。

最常用的白铁等级之一是镍硬铁。铬和镍合金的添加使该产品具有良好的性能，低冲击，滑动磨损应用。

白铁和镍硬铁属于合金的分类，参照ASTM A532;“耐磨铸铁的标准规范”。

可锻铸铁

白铁可以进一步加工成可锻铸铁热处理．加热和冷却的延长程序，导致铁碳化物分子的分解，释放自由石墨分子到铁中。不同的冷却速度和合金的加入，可以产生具有微晶结构的可锻铸铁。

球铁(球墨铸铁)

球墨铸铁球墨铸铁是通过向合金中加入镁而获得其特殊性能的。镁的存在使石墨形成球状，而不是灰铁薄片。在生产过程中，成分控制是非常重要的。少量的杂质，如硫和氧与镁发生反应，影响石墨分子的形状。通过控制石墨球墨周围的微晶结构，可以得到不同牌号的球墨铸铁。这是通过铸造过程，或通过热处理，作为下游加工步骤来实现的。

因为球墨铸铁在冲击下会变形，而不是碎裂成碎片，我们用这种材料来制造铸铁护柱．球墨铸铁的冲击特性使其成为车辆附近系柱的良好铸铁。

压实石墨铁

压实石墨铁具有石墨结构和灰白色铁的混合性质。微晶结构是在相互连接的钝片状石墨周围形成的。一种合金，如钛，被用来抑制球状石墨的形成。与灰铸铁相比，压实石墨铸铁具有较高的抗拉强度和较好的塑性。微晶结构和性能可以通过热处理或添加其他合金来调整。

铸铁成分总结

由…开发的表工程师手册》显示不同类型铸铁的不同成分范围:

典型的非合金铸铁的成分范围
值以百分比(%)表示

类型的铁

碳

硅

锰

硫

磷

灰色的

2.5 - 4.0

1.0 - 3.0

0.2 - 1.0

0.02 - 0.25

0.02 - 1.0

韧性

3.0 - 4.0

1.8 - 2.8

0.1 - 1.0

0.01 - 0.03

0.01 - 0.1

压实石墨

2.5 - 4.0

1.0 - 3.0

0.2 - 1.0

0.01 - 0.03

0.01 - 0.1

可塑的(白色)

2.0 - 2.9

0.9 - 1.9

0.15 - 1.2

0.02 - 0.2

0.02 - 0.2

白色

1.8 - 3.6

0.5 - 1.9

0.25 - 0.8

0.06 - 0.2

0.06 - 0.2

类型的铁

碳

灰色的

2.5 - 4.0

韧性

3.0 - 4.0

压实石墨

2.5 - 4.0

可塑的(白色)

2.0 - 2.9

白色

1.8 - 3.6

类型的铁

硅

灰色的

1.0 - 3.0

韧性

1.8 - 2.8

压实石墨

1.0 - 3.0

可塑的(白色)

0.9 - 1.9

白色

0.5 - 1.9

类型的铁

锰

灰色的

0.2 - 1.0

韧性

0.1 - 1.0

压实石墨

0.2 - 1.0

可塑的(白色)

0.15 - 1.2

白色

0.25 - 0.8

类型的铁

硫

灰色的

0.02 - 0.25

韧性

0.01 - 0.03

压实石墨

0.01 - 0.03

可塑的(白色)

0.02 - 0.2

白色

0.06 - 0.2

类型的铁

磷

灰色的

0.02 - 1.0

韧性

0.01 - 0.1

压实石墨

0.01 - 0.1

可塑的(白色)

0.02 - 0.2

白色

0.06 - 0.2

铸铁的机械性能

材料的力学性能表明了它在特定应力下的反应，这有助于确定它对不同应用的适用性。规格由诸如美国测试和材料协会(ASTM)这样的组织设定，以便用户可以放心地购买满足其应用要求的材料。最常用的灰铸铁规格是ASTM A48。

为了根据铸件的规格确定铸件的质量，标准做法是在工程亚博账号审核不过铸件中同时铸造一个测试棒。ASTM测试然后应用到这个测试棒和结果是用来合格的整个批次的铸件。

当铸铁件焊接在一起时，规格也很重要。焊缝必须满足或超过被焊接材料的力学性能，否则，就会发生断裂和失效。

铸铁的一些常见力学性能包括:

• 硬度-材料的耐磨性和抗压痕性
• 韧性-材料吸收能量的能力
• 延展性-材料变形而不断裂的能力
• 弹性-材料变形后恢复到原来尺寸的能力
• 延展性-材料在压缩下变形而不破裂的能力
• 抗拉强度-一种材料在不撕裂的情况下所能承受的最大纵向应力
• 疲劳强度-材料在给定循环次数下所能承受的最高应力

本表格总结了不同牌号铸铁的一些关键力学性能。欲了解更多信息，请参阅“铁合金”，这是美国铸造协会的一份很好的参考文件。

布氏硬度

抗拉强度

弹性模量

伸长率(50毫米)

灰铸铁25级

187

29.9 ksi

16.1 Msi

- - - - - -

灰铸铁40级

235

41.9 ksi

18.2 Msi

- - - - - -

球墨铸铁60-40-18级

130 - 170

60 ksi

24.5 Msi

- - - - - -

球墨铸铁牌号129-90-02

240 - 300

120年ksi

25.5 Msi

- - - - - -

CGI 250级

179 max

36.2 ksi敏

3.

CGI 450级

207 - 269

65.2 ksi敏

1

布氏硬度

灰铸铁25级

187

灰铸铁40级

235

球墨铸铁60-40-18级

130 - 170

球墨铸铁牌号129-90-02

240 - 300

CGI 250级

179 max

CGI 450级

207 - 269

抗拉强度

灰铸铁25级

29.9 ksi

灰铸铁40级

41.9 ksi

球墨铸铁60-40-18级

60 ksi

球墨铸铁牌号129-90-02

120年ksi

CGI 250级

36.2 ksi敏

CGI 450级

65.2 ksi敏

弹性模量

灰铸铁25级

16.1 Msi

灰铸铁40级

18.2 Msi

球墨铸铁60-40-18级

24.5 Msi

球墨铸铁牌号129-90-02

25.5 Msi

CGI 250级

CGI 450级

伸长率(50毫米)

灰铸铁25级

- - - - - -

灰铸铁40级

- - - - - -

球墨铸铁60-40-18级

- - - - - -

球墨铸铁牌号129-90-02

- - - - - -

CGI 250级

3.

CGI 450级

1

铸铁的常见应用

不同类型的铸铁具有不同的性能，因此每种类型的铸铁适合于特定的应用场合。

灰口铸铁的应用程序

灰铸铁的一个关键特征是，即使在润滑供应有限(如发动机缸体的上缸壁)的情况下，它仍能抵抗磨损。灰铸铁用于制造发动机缸体、气缸盖、歧管、燃气燃烧器、齿轮坯、外壳和外壳。

白色铁的应用

用来制造白铁的冷却过程会产生一种非常耐磨损的脆性材料。由于这个原因，它被用来制造轧机衬，喷丸喷嘴，铁路制动蹄，泥浆泵壳，轧机轧辊和破碎机。

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球墨铸铁的应用程序

球墨铸铁本身可以分解成不同的牌号，每一种牌号都有自己的性能规格和最适合的用途。易于加工，具有良好的疲劳强度和屈服强度，同时具有耐磨性能。然而，它最著名的特征是延展性。球墨铸铁可用于制造转向节、犁头、曲轴、重型齿轮、汽车和卡车悬挂组件、液压组件和汽车门铰链。

可锻铸铁的应用

不同牌号的可锻铸铁对应着不同的微晶结构。使可锻铸铁具有吸引力的特殊属性是其保留和储存润滑剂的能力，非研磨性磨损颗粒，以及吸附其他研磨性碎片的多孔表面。可锻铸铁用于重型轴承表面、链条、链轮、连杆、传动列车和轴部件、铁路机车车辆、农业和工程机械。

压实石墨铁的应用

压实石墨铁开始在商业应用中崭露头角。灰铸铁和白铁的结合创造了高强度和高导热产品-适用于柴油发动机缸体和框架，缸套，火车刹车盘，排气歧管，和高压泵的齿轮盘。

加工和整理

铸铁的硬度特性要求机床材料的精心选择。涂层碳化物在生产加工环境中是有效的，但随着技术的改进，更新的材料正在不断开发。

铸铁制品的表面光洁度因使用的不同而有很大的不同。亚博账号审核不过一些常见的应用:

• 电镀
• 热浸镀
• 热喷涂
• 扩散层
• 转化膜
• 陶瓷上釉药
• 液体有机涂层
• 干粉有机涂料

铸就未来

从3000多年前的早期使用开始，铁一直是人类社会不可分割的一部分。从几个世纪前的铁匠制铁到工业时代发明铸铁，铁的生产已经取得了长足的进步。

从那以后，除了用于装饰外，熟铁基本上已经过时了。相比之下，铸铁在成分、显微组织和机械性能方面仍在进步，继续在现代世界留下自己的印记。

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