灰口铸铁

灰口铸铁英語:),简称灰铸铁英語:),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、外壳、阀体、电器箱和装饰品。灰口铸铁具有较高的热导率比热容,常被用来制造铸铁炊具盘式制动器的转子。[4]

结构

灰口铸铁的微观结构

典型的灰口铸铁含有2.5至4.0%的和1至3%的(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

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]

ASTM A48对灰口铸铁的分级[6]
级别拉伸强度(ksi)压缩强度(ksi)弹性模量,
E (Mpsi)
20228310
303110914
405714018
6062.5187.521
根据SAE J431,对灰口铸铁的分级[6]
级别布氏硬度t/h描述
G1800120–187135铁素体-珠光体
G2500170–229135铁素体-珠光体
G3000187–241150珠光体
G3500207–255165珠光体
G4000217–269175珠光体
t/h = 拉伸强度/硬度

优点与缺点

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。

各种金属的相对阻尼能力
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 iron5–20
Malleable iron8–15
白铁2–4
4
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

  1. . [2021-08-27]. (原始内容存档于2021-08-26).
  2. William F. Smith and Javad Hashemi. 4th. McGraw-Hill. 2006: 431–432 [2021-08-26]. ISBN 9780072921946. (原始内容存档于2021-08-26).
  3. Philip A. Schweitzer. . CRC Press. 2003: 72 [2021-08-26]. ISBN 9780203912423. (原始内容存档于2021-01-21).
  4. (PDF). SAE. [2011-05-24]. (原始内容存档 (PDF)于2017-07-12).
  5. E. Paul Degarmo, J T. Black and Ronald A. Kohser. 9th. Wiley. 2003: 77 [2021-08-26]. ISBN 9780471033066. (原始内容存档于2021-08-26).
  6. Schweitzer 2003,第73頁.
  7. Miller, Mark R., , McGraw-Hill Professional: 191, 2007 [2021-08-26], ISBN 9780071709972, (原始内容存档于2021-08-26).

扩展阅读

Stefanescu, Doru Michael. . Springer. 2002 [2021-08-27]. ISBN 978-0-306-46750-9. (原始内容存档于2021-08-27).

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