灰铸铁

科技 | 工业产品 | 具有片状石墨的铸铁

灰铸铁,是指具有片状 石墨 的铸铁,因断裂时断口呈暗灰色,故称为灰铸铁,主要成分是铁、碳、硅、锰、硫、磷,是应用最广的铸铁,其产量占铸铁总产量80%以上。

根据石墨的形态,灰铸铁可分为普通灰铸铁,石墨呈片状; 球墨铸铁 ,石墨呈球状; 可锻铸铁 ,石墨成团絮状; 蠕墨铸铁 ,石墨呈蠕虫状。

结构功能

灰铸铁 可获得比铸钢更薄而复杂的铸件,铸件中残余内应力及翘曲变形较铸钢小。

对冷却速度敏感性大,因此薄截面容易形成白口和裂纹,而厚截面又易形成琉松,故灰铸铁件当壁厚超过其临界值时,随着壁厚的增加其力学性能反而显著降低。表面光洁,因而加工余量比铸钢小,表面加工质量不高对 疲劳极限 不利影响小。

消振性高,常用来做承受振动的机座,不允许用于长时间在250度温度下工作的零件。

不同截面上性能较均匀。适于做要求高、而截面不一的较厚〔大型)铸件。

密度熔点

灰铸铁分≥ HT250 与≤HT220,其密度分别为7.35g/cm³与7.2g/cm³;

灰铸铁的熔点是1100~1300摄氏度。

组成成分

灰铸铁 灰铸铁显微结构灰铸铁碳量较高(为2.7%~4.0%),可看成是碳钢的基体加片状石墨。按基体组织的不同灰铸铁分为三类: 铁素体 基体灰铸铁;珠光体一铁素体基体灰铸铁;珠光体基体灰铸铁。

铁素体灰铸铁是在铁素体的基体上分布着多而粗大的石墨片,其强度、硬度差,很少应用;

珠光体灰铸铁是在珠光体的基体上分布着均匀、细小的石墨片,其强度、硬度相对较高,常用于制造床身、机体等重要件;

珠光体-铁素体灰铸铁是在珠光体和铁素体混合的基体上,分布着较为粗大的 石墨片 ,此种铸铁的强度、硬度尽管比前者低,但仍可满足一般机体要求,其铸造性、减震性均佳,且便于熔炼,是应用最广的灰铸铁。

灰铸铁显微组织的不同,实质上是碳在铸铁中存在形式的不同。灰铸铁中的碳有化合碳( Fe3C )和石墨碳所组成。化合碳为0.8%时,属珠光体灰铸铁;化合碳小于0.8%时,属珠光体—铁素体灰铸铁;全部碳都以石墨状态存在时,则为铁素体灰铸铁。

用途

灰铸铁 20世纪60年代,在灰铸铁中加入 稀土 ,即采用稀土孕育剂,已在生产上日益推广应用。由于稀土孕育剂具有较强的抗衰退、降低白口、改善断面均匀性、提高铸件力学性能、耐磨性、致密性和耐压性等多种功能,因此,有人把含稀土的硅铁孕育剂叫作高效-长效 孕育剂

对稀土在灰铸铁中的行为研究表明,稀土对亚共晶、 共晶 和过 共晶铸铁 的组织和性能均有良好的影响,可使 共晶团 数明显增多;稀土加入量与抗拉强度之间存在着双峰值效应,微量稀土有很强的消除白口的能力,但加入量过大反而促进白口的生成。此外,稀土还能改善断面敏感性和夹杂物的形态。

稀土在 暖气片 上的应用取得了很大成功。因加入稀土可使暖气片材质的抗拉强度提高20~50MPa,耐压性能可提高1~2kg/cm2,并提高了铸件成品率,由此取得了显著的经济效益和社会效益。

在中国1000万吨铸件中,就有大约80%是灰铸铁,因此,在灰铸铁中,特别是在低牌号的灰铸铁中加入稀土提高性能还具有很大的潜力。

性能

力学性能

灰铸铁的力学性能与基体的组织和石墨的形态有关。灰铸铁中的片状石墨对基体的割裂严重,在石墨尖角处易造成应力集中,使灰铸铁的抗拉强度、塑性和韧性远低于钢,但抗压强度与钢相当,也是常用铸铁件中力学性能最差的铸铁。同时,基体组织对灰铸铁的力学性能也有一定的影响,铁素体基体灰铸铁的石墨片粗大,强度和硬度最低,故应用较少;珠光体基体灰铸铁的石墨片细小,有较高的强度和硬度,主要用来制造较重要铸件;铁素体-珠光体基体灰铸铁的石墨片较珠光体灰铸铁稍粗大,性能不如珠光体灰铸铁。故工业上较多使用的是珠光体基体的灰铸铁。

其他性能

灰铸铁具有良好的铸造性能、良好的减振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的 缺口敏感性

热处理

消除内应力退火;

改善切削加工性退火;

表面淬火灰铸铁的密度。

灰铸铁的热处理后只能改变基体组织,不能改变石墨的形态,因而不可能明显提高灰铸铁件的力学性能。灰铸铁的热处理主要用于消除铸件内应力和 白口组织 ,稳定尺寸,改善切削加工性能,提高表面硬度和耐磨性等。

灰铸铁铸件

消除内应力退火

用以消除铸件在凝固过程中因冷却不均匀而产生的 铸造应力 ,防止铸件产生变形和裂纹。其工艺是将铸件加热到 500~600℃,保温一段时间后随炉缓冷至150~200℃以下出炉空冷,有时把铸件在自然环境下放置很长一段时间,使铸件内应力得到松弛,这种方法叫“自然时效”,大型灰铸铁件可以采用此法来消除铸造应力。

石墨化退火

以消除白口组织,降低硬度,改善切削加工性能。方法是将铸件加热到850~900℃,保温 2~5小时,然后随炉缓冷至400~500℃,再出炉空冷,使 渗碳体 在保温和缓冷过程中分解而形成石墨。

表面淬火

提高表面硬度和延长使用寿命。如对于机床导轨表面和内燃机汽缸套内壁等灰铸铁件的工作表面,需要有较高的硬度和耐磨损性能,可以采用表面淬火的方法。常用的方法有高(中)频 感应加热表面淬火 和接触电阻加热表面淬火。

牌号应用

按GB/T 9439-1988规定,根据直径30mm单铸试棒的抗拉强度,将灰铸铁分为六个牌号。灰铸铁的牌号是由“HT”(“ 灰铁 ”两字汉语拼音字首)和最小抗拉强度σb值(用φ30mm试棒的搞拉强度)表示。例如牌号HT250表示φ30mm试棒的最小抗拉强度值为250MPa的灰铸铁。设计铸件时,应根据铸件受力处的主要壁厚或平均壁厚选择铸铁牌号。

铸铁类别

牌号

铸件壁厚/mm

力学性能

应用

σb/MPa≥

HBS

铁素体

灰铸铁

HT100

2.5~10

130

10~166

适用于载荷小、对摩擦和磨损无特殊要求的不重要铸件,如防护罩、盖、油盘、手轮、支架、底板、重锤、小手柄等

10~20

100

93~140

20~30

90

87~131

30~50

80

82~122

铁素体—珠光体

灰铸铁

HT150

2.5~10

175

137~205

承受中等载荷的铸件,如机座、支架、箱体、刀架、床身、 轴承座 、工作台、带轮、端盖、泵体、阀体、管路、飞轮、电机座等

10~20

145

119~179

20~30

130

110~166

30~50

120

105~157

珠光体

灰铸铁

HT200

2.5~10

220

157~236

承受较大载荷和要求一定的气密性或耐蚀性等较重要铸件,如汽缸、齿轮、机座、飞轮、床身、 气缸体 、气缸套、活塞、齿轮箱、刹车轮、联轴器盘、中等压力阀体等

10~20

195

148~222

20~30

170

134~200

30~50

160

129~192

HT250

4.0~10

270

175~262

10~20

240

164~247

20~30

220

157~236

30~50

200

150~225

孕育铸铁

HT300

10~20

290

182~272

承受高载荷、耐磨和高气密性重要铸件,如 重型机床剪床压力机自动车床 的床身、机座、机架,高压 液压件 ,活塞环,受力较大的齿轮、凸轮、衬套,大型发动机的曲轴、气缸体、缸套、气缸盖等

20~30

250

168~251

30~50

230

161~241

HT350

10~20

340

199~298

20~30

290

182~272

30~50

260

171~257

简介

灰铸铁是铸铁的一种。碳以片状石墨形式存在于铸铁中。断口呈灰色。有良好的铸造、切削性能,耐磨性好。用于制造机架、箱体等。灰铸铁石墨呈片状,有效承载面积比较小,石墨尖端易产生应力集中,所以灰铸铁的强度、塑性、韧度都低于其他铸铁。但具有优良的减振性、低的缺口敏感性和高的耐磨性。

中文名
灰铸铁
外文名
gray cast iron
运用领域
制造机架、箱体
材质
铁、碳、硅、锰、硫、磷
组成
碳钢、片状石墨
熔点
1100~1300摄氏度
分类
铁素体基体灰铸铁等
密度
7.35g/cm³≤HT220等
含碳量
2.7%~4.0%
性质
具有片状石墨的铸铁
产量
铸铁总产量80%以上