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灰铸铁:概述和应用

创作时间:
2025-03-13 14:39:06
作者:
@小白创作中心

灰铸铁:概述和应用

引用
1
来源
1.
https://dawangmetals.com/zh-CN/resources/gray-cast-iron/

灰铸铁是一种常见的铸造合金,以其优异的铸造性能、良好的减震性和耐磨性而著称。它在汽车制造、机械工业等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍灰铸铁的成分、组织结构、性能特点及其应用领域,帮助读者全面了解这种重要的工程材料。

灰铸铁一般指碳、硅、锰含量较高,而硫含量较低的铸铁,它是铁液在缓慢冷却时经石墨化过程形成的,石墨呈片状分布,因其断口呈深灰色而得名。灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁,其主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷,是应用最广泛的一种铸铁,其产量占铸铁总产量的80%以上。将具有一定成分的铁水经简单的炉前处理,浇注后,即得到具有片状石墨的铸铁,又称灰铸铁。

灰铸铁的成分、组织及性能特点

灰铸铁的化学成分

灰铁HT150的化学成分大致为:碳3.2%~3.5%、硅1.9%~2.3%、锰0.5%~0.8%、硫小于0.12%、磷小于0.2%。

灰铸铁HT200的化学成分通常为碳3.0%3.3%、硅1.4%1.6%、锰0.8%~1.0%、硫小于0.15%、磷小于0.15%。

灰铁HT250的化学成分一般为:碳含量为3.16%~3.30%、硅含量为1.79%~1.93%、锰含量为0.89%~1.04%、硫含量在0.094%~0.125%范围内、磷含量在0.120%~0.170%之间。

灰铸铁结构

灰铸铁的组织由金属基体和片状石墨组成。金属基体主要有三种形态:铁素体、珠光体、铁素体+珠光体。根据基体组织不同,灰铸铁可分为以下几种类型:

  • 铁素体灰铸铁:粗片状石墨分布在铁素体金属基体上,强度和硬度较低,铸造性能良好,可用于制造铸件或要求不高的薄件。

  • 铁素体-珠光体型灰铸铁:在珠光体和铁素体组成的金属基体上分布有片状石墨,石墨片稍厚,数量较多,铸造时易于控制,切削性能良好,应用十分广泛。

  • 珠光体灰铸铁:在珠光体基体上分布有细小均匀的片状石墨,具有较高的强度和硬度,主要用于制造重要的机械零件。

灰铸铁的性能特点

灰铸铁的铸造性能特点

灰铁具有优良的铸造性能。它的化学成分接近共晶点,铁水流动性好,能铸造非常复杂的零件。而且由于石墨的比容大,减少了铸件在凝固过程中的收缩,可以简化工序,减少铸件的应力,获得致密的组织。

灰铸铁的力学性能

灰铸铁的力学性能比较低。它的抗拉强度比钢低,塑性和韧性也较差。石墨呈片状分布,有效承载面积较小,石墨尖端易产生应力集中,所以灰铸铁的强度、塑性和韧性均低于其他铸铁。但灰铸铁的抗压强度较高,一般为其抗拉强度的3-4倍。具有珠光体基体的灰铸铁具有较高的硬度和耐磨性。

灰铸铁的耐磨特性

灰铸铁具有较好的耐磨性。这是因为石墨本身具有润滑作用,而且石墨落下后的空腔可以吸收和储存润滑油,使铸件具有良好的耐磨性。而且铸件中含有硬度较高的磷共晶,可以进一步提高耐磨性。

灰铸铁的耐腐蚀特性

灰铸铁具有一定的耐腐蚀性能,在一些弱酸、弱碱、水、气环境中均能耐腐蚀,但与一些专用的耐腐蚀材料相比,灰铸铁的耐腐蚀性能相对有限。

灰铸铁的切削性能特点

灰铸铁具有良好的切削性能,这是由于片状石墨对刀具的润滑和断屑作用所致。灰铸铁本身的切削性能取决于基体组织和硬度,铁素体基体最好,其次是珠光体基体,当存在游离渗碳体时,切削性能急剧下降。

灰铸铁等级和应用

灰铸铁的牌号有很多,常见的有HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350等。

  • HT100 用于制造只承受轻载荷的简单铸件,如盖子、外罩、托盘、油盘、手轮、手架、底板、把手以及冶金设备中的钢锭模、高炉配重、炼钢炉配重等。

  • HT150 能承受中等弯曲应力,用于制造农用车辆的变速箱、排气管、进气管,以及工作台等承受相对运动和磨损的零部件。

  • HT200 用于制造承受中等弯曲应力,摩擦面间压力大于500MPa的铸件,如机床工作台、滑台、底座、汽车变速箱、进排气管、泵体、阀体、阀盖等。

  • HT250 适用于制造铸铁平台、铸铁平板、标号平板、铸铁工作台、装配平板、焊接平板、齿轮、水平仪、机床床身、挠度计、大型铸件等。

  • HT300 适用于制造承受较大弯曲应力,对气密性要求较高的铸件,如三维柔性焊接平台、重型机床床身、齿轮、凸轮、大型发动机曲轴、气缸体、高压缸、轧机机座等。

  • HT350 用于制造车床、冲床等承受较大应力的重型机械,如机床底座、钢制滚动滑道、滚筒、焦化柱、圆柱形搅拌机齿圈、支撑轮座等。

灰铸铁的热处理

灰铸铁的热处理方法多种多样,主要有以下几种:

去应力退火

为了消除铸件的残余应力,稳定其几何尺寸,减少或消除因切削加工引起的扭曲,铸件需进行去应力退火。确定去应力退火温度时必须考虑铸铁的化学成分。普通灰铸铁的去应力退火温度通常为550℃,低合金灰铸铁为600℃,高合金灰铸铁可提高到650℃。加热速度一般为60℃~120℃/h。保温时间取决于加热温度、铸件的尺寸和结构复杂程度以及所要求的去应力程度。铸件去应力退火的冷却速度必须缓慢,一般控制在20~40℃/h,当冷却到200~150℃以下时,即可出炉空冷。

石墨化退火

如果铸件中无共晶渗碳体或其数量较少,可进行低温石墨化退火;当铸件中共晶渗碳体数量较多时,必须进行高温石墨化退火。低温石墨化退火时,铸铁会发生共晶渗碳体的石墨化和粒化,使铸铁的硬度降低,塑性增加。高温石墨化退火工艺是将铸件加热到高于Ac1上限的温度,使铸铁中的自由渗碳体分解为奥氏体和石墨。保温一段时间后,根据所要求的基体组织采用不同的方式冷却。

正火

灰铸铁正火的目的是为了提高铸件的强度、硬度和耐磨性,或作为表面淬火的预备热处理,改善基体组织。一般正火是将铸件加热到Ac1的上限30~50℃,使原组织转变为奥氏体,保温一段时间后出炉空冷;形状复杂或重要的铸件,在消除内应力前进行正火退火。

淬火和回火

淬火工艺是将铸件加热到Ac1上限+30~50℃,通常为850~900℃,使组织转变为奥氏体,并在此温度下保温,然后淬火,通常采用油淬。回火为避免石墨化,回火温度一般应低于550℃。

表面淬火:为了提高某些铸件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度,可采用表面淬火。灰铸铁和球墨铸铁铸件均可进行表面淬火。一般采用高(中)频感应加热表面淬火和电接触表面淬火。

本文对灰铁铸件的各种特性、生产工艺及应用领域进行了深入的探讨和分析。通过对灰铁铸件成分的研究,明确了碳、硅、锰等元素的含量对其性能有着明显的影响。例如,适当提高硅含量可以有效提高灰铁铸件的强度和韧性,但硅含量过高则会导致铸件硬度的下降。在应用领域上,灰铁铸件凭借良好的耐磨性、减震性及成本优势,被广泛应用于汽车制造、机械工业等领域。

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