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灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼的材料特性簡析

發(fā)布日期:2021-01-29
  我們介紹幾種常見的鑄鐵和鑄鋼材料,以及它們的材料特性和結構特點。
  1、 灰鑄鐵
  灰鑄鐵是含有片狀石墨的鑄鐵,是應用鑄鐵,產量占鑄鐵總產量的80%以上。灰鑄鐵材料綜合力學性能低,抗壓強度大,是本身抗拉強度的3到4倍。消振能力比鋼大10倍,故經(jīng)常用來制造承受振動的機座。彈性模量較低,其壁厚變化對力學性能影響較大。
  由于其對冷卻速度有很大的敏感性,灰鑄鐵鑄件在厚度較薄的截面上經(jīng)常出現(xiàn)白口和裂紋,而在厚度較厚的截面上又經(jīng)常導致琉松情況。因此,灰鑄鐵件截面厚度存在一個臨界值,如果超過了這個值,隨著壁厚增加,其強度、消振能力、彈性模量等力學性能不僅不會增強,反而顯著減弱。
  相比于鑄鋼材料,采用灰鑄鐵可以得到厚度更薄,幾何形狀更復雜的鑄件,而且鑄件中的殘余內應力和翹曲變形都要更小一些。由于在各截面上性能比較均勻,灰鑄鐵常用于制造要求比較高的鑄件。
  2、球墨鑄鐵
  經(jīng)過球化處理以及孕育處理而獲得的球狀石墨稱為球墨鑄鐵,這是上世紀中葉發(fā)展起來的一種高強度鑄鐵材料,綜合性能較高,接近于鋼,在工業(yè)上有十分廣泛的應用。
  球墨鑄鐵強度、塑性和彈性模量都要比灰鑄鐵好,抗磨性比灰鑄鐵高一倍,壁厚變化對力學性能影響小,但消振能力比灰鑄鐵低。
  雖然球墨鑄鐵對冷卻速度的敏感性較大,但由于其具有很高的熱穩(wěn)定性,對高溫的耐受能力很強,因而可以用來制造在300到400攝氏度環(huán)境下工作的零件。它的力學性能受化學成分改變的影響較小,因此相對于其他鑄鐵材料,成品率更高。
  由于體積收縮率大,而線收縮率小,容易形成縮孔、縮松,球墨鑄鐵鑄件通常被設計成厚度均勻的結構,盡量避免厚大斷面。
  3、鑄鋼
  鑄鋼是含碳比例在2.11%以下的鐵碳合金材料,含碳比例低于0.2%的屬于低碳鋼,在0.2%到0.5%之間的屬于中碳鋼,高于0.5%的屬于高碳鋼。
  另外,還有低合金鋼和高錳鋼等類型。鑄鋼材料綜合力學性能高,抗壓強度與抗拉強度基本相當,壁厚變化對力學性能影響很小,消振能力較低。
  因其壁厚變化對力學性能影響小,故適用于制造大厚度零件,但由于具有內應力和翹曲較大的特點,不適用于制造幾何結構復雜的零件。
  氣體飽和傾向較大,材料表面易產生氣泡,所以加工余量比鑄鐵材料多。雖然鑄鋼材料有很高的熱穩(wěn)定性,但由于熱收縮率大,溫度變化時很容易發(fā)生開裂現(xiàn)象,所以設計時要強調壁厚均勻,轉角圓滑。
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