灰鐵(灰口鑄鐵)和球墨鑄鐵主要有以下區(qū)別:
一、化學(xué)成分
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灰鐵
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碳(C)、硅(Si)含量較高。碳主要以片狀石墨形式存在,其化學(xué)成分一般為 2.5% - 4.0% C,1.0% - 3.0% Si。另外還含有少量的錳(Mn)、磷(P)、硫(S)等元素。其中,硫是有害元素,會降低鐵液的流動性,增加鑄件的熱裂傾向。
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球墨鑄鐵
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化學(xué)成分與灰鐵較為相似,但球墨鑄鐵在澆注前需要進行球化處理。其含碳量一般在 3.6% - 3.9% 左右,硅含量在 2.0% - 2.8% 左右。關(guān)鍵是球墨鑄鐵含有球化劑(如鎂、稀土等元素),鎂的殘留量一般在 0.03% - 0.06%,這些球化劑可以使石墨球化。
二、金相組織
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灰鐵
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其金相組織主要是片狀石墨和金屬基體。金屬基體可以是珠光體、鐵素體或者兩者的混合組織。片狀石墨割裂了基體的連續(xù)性,在石墨片的尖端容易引起應(yīng)力集中。
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球墨鑄鐵
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石墨呈球狀,均勻分布在金屬基體上。這種球狀石墨對基體的割裂作用遠(yuǎn)比灰鐵中的片狀石墨小得多,使得球墨鑄鐵的力學(xué)性能比灰鐵優(yōu)越很多。其基體同樣可以是珠光體、鐵素體或者二者混合組織。
三、力學(xué)性能
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強度和韌性
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灰鐵:灰鐵的抗拉強度相對較低,一般在 100 - 300MPa 之間。由于片狀石墨的存在,其韌性較差,伸長率通常小于 1%,屬于脆性材料。例如,普通灰鑄鐵在受到拉伸或沖擊時,很容易發(fā)生斷裂。
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球墨鑄鐵:球墨鑄鐵的抗拉強度較高,最低抗拉強度可以達到 400MPa 以上,一些經(jīng)過特殊處理的球墨鑄鐵抗拉強度可以超過 800MPa。它的韌性也較好,伸長率可以達到 10% 以上,能夠承受一定程度的變形而不斷裂,綜合力學(xué)性能接近鋼。
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硬度
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灰鐵:硬度范圍一般在 130 - 270HB(布氏硬度)之間,不同基體組織的灰鐵硬度有所差異,珠光體基體灰鐵硬度相對較高。
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球墨鑄鐵:球墨鑄鐵的硬度通常在 140 - 300HB 之間,同樣受基體組織影響。其硬度在合理范圍內(nèi)可以通過熱處理等方式進行調(diào)節(jié)。
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流動性
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灰鐵:灰鐵的流動性較好,因為它的碳當(dāng)量較高,凝固范圍較窄,在澆注過程中能夠比較順暢地填充型腔。這使得灰鐵在鑄造形狀復(fù)雜的零件時更具優(yōu)勢,例如一些帶有薄壁和復(fù)雜內(nèi)腔的鑄件。
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球墨鑄鐵:球墨鑄鐵的流動性稍差,由于球化處理過程中會使鐵液溫度下降,并且球化劑等會在一定程度上影響鐵液的流動性。不過,通過合理的澆注工藝和調(diào)整鐵液成分等措施,仍然可以獲得質(zhì)量良好的鑄件。
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收縮性
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灰鐵:灰鐵的收縮率較小,一般在 0.8% - 1.2% 之間,這是因為片狀石墨在凝固過程中有一定的膨脹,可以補償鑄件的部分收縮,減少縮孔、縮松等缺陷。
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球墨鑄鐵:球墨鑄鐵的收縮率較大,大約在 1.0% - 1.4% 之間。因為球狀石墨在凝固過程中的膨脹作用相對較小,所以更容易出現(xiàn)縮孔、縮松等鑄造缺陷,在鑄造工藝設(shè)計時需要特別注意設(shè)置冒口等補縮措施。
五、應(yīng)用領(lǐng)域
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灰鐵
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由于其良好的鑄造性能和減震性能,常用于制造機床床身、發(fā)動機缸體、箱體等對強度要求不是特別高,但需要良好減震性和復(fù)雜形狀的零件。例如,普通車床的床身一般采用灰鐵制造,利用其吸收和衰減振動的特性,以保證機床加工精度。
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球墨鑄鐵
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憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能,廣泛應(yīng)用于制造受力復(fù)雜、要求較高強度和韌性的零件。如汽車的曲軸、連桿、輪轂等機械零件,還有一些市政工程中的球墨鑄鐵管,用于輸送水、煤氣等介質(zhì),因為它能夠承受較高的壓力并且不易破裂。