铸铁铸钢的材料特性和结构特点

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工业用的铁和钢都是铁碳两种元素达的合金，含碳量在2.11%以上的是铁，在2.11%以下的是钢。铸铁和铸钢是工业机加工中常用的加工材料。下面，我们介绍几种常见的铸铁和铸钢材料，以及它们的材料特性和结构特点。

灰铸铁
    灰铸铁是含有片状石墨的铸铁，是应用最为广泛的铸铁，产量占铸铁总产量的80%以上。灰铸铁材料综合力学性能低，抗压强度大，是本身抗拉强度的3到4倍。消振能力比钢大10倍，故经常用来制造承受振动的机座。弹性模量较低，其壁厚变化对力学性能影响较大。
由于其对冷却速度有很大的敏感性，灰铸铁铸件在厚度较薄的截面上经常出现白口和裂纹，而在厚度较厚的截面上又经常导致琉松情况。因此，灰铸铁件截面厚度存在一个临界值，如果超过了这个值，随着壁厚增加，其强度、消振能力、弹性模量等力学性能不仅不会增强，反而显著减弱。由于灰铸铁热稳定性较低，因此不能用于制造那些长时间工作在超过250摄氏度环境下的零件。相比于铸钢材料，采用灰铸铁可以得到厚度更薄，几何形状更复杂的铸件，而且铸件中的残余内应力和翘曲变形都要更小一些。由于在各截面上性能比较均匀，灰铸铁常用于制造要求高，但截面不一定较厚的铸件。

蠕墨铸铁
    蠕墨铸铁是呈蠕虫状的铸铁，它掺入的石墨形态是介于片状石和球状之间的，化学结构与灰铸铁类似。蠕墨铸铁综合力学性能比灰铸铁略好一点，而比球墨铸铁略逊一筹，其冲击韧性、延长率抗压强度、屈服强度等均在二者之间，壁厚变化对力学性能影响比灰铸铁小。
蠕墨铸铁对冷却速度的敏感性比灰铸铁小得多，且具有良好的导热性，所以经常用来制造工作环境温度苛刻，温度梯度比较大的零件。由于蠕墨铸铁材料强度较高，致密性好，对于缺口的敏感性小，具有良好的工艺性能，可以用来制造几何形状复杂的大型零件。为了节约废钢，减轻铸件的重量，蠕墨铸铁还可用来替代孕育铸铁件，这样做还可以达到有效提升成品率、增强铸件气密性的目的，特别适于生产液压件。

球墨铸铁
    经过球化处理以及孕育处理而获得的球状石墨称为球墨铸铁，这是上世纪中叶发展起来的一种高强度铸铁材料，综合性能较高，接近于钢，在工业上有十分广泛的应用。球墨铸铁强度、塑性和弹性模量都要比灰铸铁好，抗磨性比灰铸铁高一倍，壁厚变化对力学性能影响小，但消振能力比灰铸铁低。
虽然球墨铸铁对冷却速度的敏感性较大，但由于其具有很高的热稳定性，对高温的耐受能力很强，因而可以用来制造在300到400摄氏度环境下工作的零件。它的力学性能受化学成分改变的影响较小，因此相对于其他铸铁材料，成品率更高。由于体积收缩率大，而线收缩率小，容易形成缩孔、缩松，球墨铸铁铸件通常被设计成厚度均匀的结构，尽量避免厚大断面。

铸钢
     铸钢是含碳比例在2.11%以下的铁碳合金材料，含碳比例低于0.2%的属于低碳钢，在0.2%到0.5%之间的属于中碳钢，高于0.5%的属于高碳钢。另外，还有低合金钢和高锰钢等类型。铸钢材料综合力学性能高，抗压强度与抗拉强度基本相当，壁厚变化对力学性能影响很小，消振能力较低。
因其壁厚变化对力学性能影响小，故适用于制造大厚度零件，但由于具有内应力和翘曲较大的特点，不适用于制造几何结构复杂的零件。气体饱和倾向较大，材料表面易产生旗气泡，所以加工余量比铸铁材料多。虽然铸钢材料有很高的热稳定性，但由于热收缩率大，温度变化时很容易发生开裂现象，所以设计时要强调壁厚均匀，转角圆滑。