日本金屬材料常識:灰鑄鐵和球墨鑄鐵
灰鑄鐵
鐵碳合金中的碳與滲碳體相比,以石墨形式存在的更多,而它的斷口呈灰色。灰鑄鐵的名稱就來源于此。這個石墨大多呈片狀,所以也稱為片狀石墨鑄鐵。
灰鑄鐵的JIS牌號以FC○○表示,F是鐵素體ferrite的F,C是casting的C,后面綴上的兩位數字表示它的抗拉強度的最低值。從FC10開始到FC35之間以5為間隔單位,在JIS里有6個種類。
但是,因壁厚的差異,鑄件的冷卻狀態也隨之變化,所以這個抗拉強度歸根結底只不過是用標準試樣做出的試驗數值而已,它并不代表零件的抗拉強度。
鑄鐵在JIS標準里雖然沒有規定其成分,但碳的質量分數約為3%。生鐵中的第一種鑄造用生鐵(用于制造灰鑄鐵零件)碳的質量分數高于3.30%。
碳元素(C)在鋼內以滲碳體(金屬化合物)的形式存在。而在鑄件中,因含碳量較高,一部分以滲碳體的形式存在,而大部分以石墨的形式存在,把這種現象叫做析出。這個被析出的石墨形狀就如同蚯蚓般細而長。這個石墨當然不是金屬,但它起很特殊的作用。
鑄造可以一次成形復雜形狀的零件,而且因鑄鐵具有特性,所以鑄鐵被廣泛應用于以機械本體為主的很多零件的制造上。但很多時候覺得一般鑄鐵的強度稍有不足、韌性還需要增加一點。它的抗拉強度較高,把它們叫做高韌性鑄鐵。
美國的C.. E. Meehan研究出來的孕育鑄鐵幾乎就是它的代名詞。它的區別在于鑄鐵的珠光體組織含量高。這種鑄鐵可以進行淬火處理,所以也把它稱作高級鑄鐵。
最普遍使用的FC15和FC20鑄鐵的組織是:鐵素體基體+石墨+極少一部分滲碳體。而FC30和FC35鑄鐵的組織是:珠光體基體+石墨,不僅成分配比及冷卻方式發生了變化,而且石墨的形狀也發生了變化,變得短粗胖,這種鑄鐵即使壁厚有所差異,但對鑄件的力學性能也不會產生太大的影響。球墨鑄鐵
灰鑄鐵的石墨呈片狀,而球墨鑄鐵的石墨如其名呈球狀。球墨鑄鐵一般叫做ductile鑄鐵,有時也叫做nodular鑄鐵。Ductile有“容易延伸的、柔軟的”意思,nodular有“塊狀的”意思。
球墨鑄鐵的牌號以FCD○○表示,D就是ductile的D,綴在后面的兩位數字代表球墨鑄鐵的抗拉強度,這和SS、FC是相同的。在JIS標準里從FCD40到FCD70之間共分布出5個牌號。
相對于片狀石墨鑄鐵幾乎沒有延伸性,球墨鑄鐵則具有延伸性。有延伸性就是說明這它具有韌性,因此理所當然它屬于高韌性鑄鐵。
片狀石墨會引起灰鑄鐵的脆性,與引相反,球狀石墨將繼續保持鐵素體基體或珠光體基體原有的性質。因此,在JIS標準的力學性能里,增加了灰鑄鐵所沒有的伸長率一欄,取消了抗彎試驗的評價一欄。
也就是說,它不易折斷,像鋼材一樣具有延伸性。www.syfukang.com它的拉伸試驗用試樣也與鋼材相同。灰鑄鐵的牌號是FC10~FC35,球墨鑄鐵的牌號是FCD40~FCD70,雖然從數值上看是連續的,但它們不存在比例關系。
總體上可以認為球墨鐵具有和鋼材大致相同的抗拉強度。還有,在JIS標準里作為參考列出了HB121~HB321的布氏硬度,并按一定的間隔把它分成了5個種類。只看其硬度,既有比灰鑄鐵柔軟的FCD40~FCD50,也有硬度值超過HB300的FCD70。
FCD40、FCD45、FCD50是球墨鑄鐵的前3種,它們的基休組織是鐵素體;FCD60、FCD70是第4種、第5種,它們的基體組織是珠光體,而且可以對它進行熱處理。
球墨鑄鐵是通過對鐵液的球化處理獲得的。在球墨鑄鐵生產中能使石墨結晶成球狀的物質稱為球化劑。將球化劑加入鐵液的處理稱為球化處理。目前最常用的球化劑是鎂(Mg)。這個鎂的添加方法雖有很多技術性的東西,但它有時也起、白口化作用。切削加工時一旦碰到白口組織,就會損壞刀具。
球墨鑄鐵的切屑與灰鑄鐵不同,它是卷曲的。這是由于球墨鑄鐵是具有延伸性的緣故。
現在使用量最大的是作為水管用的球墨鑄鐵管。因為可以做成薄壁,所以可以實現輕量化。球墨鑄鐵還可用于制造軋輥。
不管怎么說,具有高韌性的球墨鑄鐵比灰鐵的硬度高,而且抗拉強度也高。因此,它很適合制造受力很大的機械零件,而且它的使用率將來還會變高,特別是它極其有利于制造像液壓缸一樣的大型零件。更多信息
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