延性铁铸造服务 – 延性铁铸造

介绍

延性铁铸造 代表铸铁技术的重大进步, 结合传统灰铁的成本效益和可铸性与机械特性相媲美的一些钢.

以其结节或球形石墨结构而闻名, 延性铁提供增强的延展性, 韧性, 和抗疲劳性, 使其成为现代工程中的重要材料.

它被广泛使用 汽车, 水工厂, 重型机械, 和能量部门, 由于其出色的性能和经济优势，通常会取代灰铁和钢.

最近几十年, 从灰铁到延性铁的转变是由对 打火机, 更强, 以及更可靠的组件, 特别是在安全性和耐用性至关重要的行业中.

本文提供了 延性铁铸造的全面和专业分析, 覆盖其成分, 特性, 制造过程, 申请, 和未来趋势.

1. 什么是延性铁?

延性铁, 也称为 结节铸铁 或者 球形石墨铁 (SG铁), 是一种展示的铸铁 优越的延展性和韧性 与传统的灰色铸铁相比.

关键区别在于 石墨形态: 而灰铁含有片状石墨, 延性铁特征 石墨结节 (球形或球形颗粒) 这显着提高了其机械性能.

历史背景

延性铁是在 1943 由基思·米利斯（Keith Millis）, 他证明了添加少量镁 (或河流) 熔融铁导致石墨在球形结节中形成而不是薄片.

这种微观结构转换导致了一种材料 高拉伸强度和伸长率, 使其成为苛刻应用的优越替代品.

关键特征和优势

• 更高的延展性和韧性: 延性铁的结节石墨结构可最大程度地减少应力浓度, 导致更好的影响抵抗力和伸长率 (到 18% 对于某些成绩).
• 优质疲劳性: 缺乏石墨片减少了裂纹的启动, 提高疲劳强度.
• 多功能性: 通过更改矩阵微观结构 (铁素体, 珍珠质, 或austemper), 可以针对特定应用定制延性铁性能.

2. 延性铁的化学成分

仔细控制延性铁的化学成分，以实现其独特的组合 力量, 延性, 和可加工性.

增加少量 镁 (毫克) 或其他结节元素 (例如静脉) 在熔化过程中，从薄片转化了石墨结构 (如灰铁) 到 球体结节, 这显着改善了机械性能.

延性铁等级的标准化学成分 (ASTM A536)

3. 延性铁铸造方法

可以使用一系列方法铸造延性铁, 每个提供特定的独特优势 部分几何, 表面质量要求, 生产量, 和机械财产期望.

选择正确的方法对于平衡至关重要 成本, 表现, 和生产效率.

沙铸铁

• 概述:
  沙子铸造是 最广泛采用的方法 适用于球墨铸铁，因为它具有多功能性并且能够处理小型和超大型部件 (重达数吨).
  该过程使用一个 可重复使用的模型，在砂中形成模腔, 铁水倒入其中.
  模具材料通常为湿砂 (硅砂与粘土结合), 尽管化学粘合砂也可用于更好的表面光洁度和强度.
• 优点:

• • 非常适合复杂的几何形状和大型部件.
  • 与永久模具工艺相比，模具成本低.
  • 适用于原型制作和大中型生产运行.

• 限制:

• • 表面光洁度和尺寸精度低于精密方法.
  • 需要后加工以获得更严格的公差.

延性铁壳铸造

• 概述:
  壳模 是一个 砂型铸造的精密变体 使用薄壳 树脂涂层的沙子 形成模具, 导致更好的表面表面和更紧密的尺寸控制.
  通常是首选 中型延性铁零件 具有复杂的几何形状, 例如发动机组件和齿轮外壳.
• 优点:

• • 上表面饰面 (RA〜3.2 µm).
  • 与绿沙相比，更好的可重复性和准确性.
  • 适用于中至高生产量.

• 限制:

• • 较高的霉菌准备成本.
  • 限制极大的铸件.

延性铁投资铸造 (迷失的蜡像)

• 概述:
  熔模铸造, 也称为 迷失的蜡像, 涉及创建蜡图案，该图案涂有耐火材料以形成陶瓷外壳.
  一旦蜡融化了, 熔融延性铁倒入模具中. 此方法非常重视 精密零件需要近网形几何形状和最小加工.

  

• 优点:

• • 出色的表面饰面 (RA〜1.6-3.2 µm).
  • 能够生产具有薄壁和复杂特征的复杂设计.
  • 减少材料浪费和后处理.

• 限制:

• • 生产成本高，流程劳动密集.
  • 最适合较小的组件 (通常 <50 公斤).

离心铸铁

• 概述:
  离心铸造广泛用于 圆柱形或管状球墨铸铁零件, 例如管道和套管.
  该过程包括将铁水倒入 旋压模具, 离心力使金属沿着模具壁分布, 生产致密且无缺陷的铸件.
• 优点:

• • 生产孔隙率最小的高密度组件.
  • 细晶粒微观结构提高机械强度.
  • 空心型材和额定压力部件的理想选择.

• 限制:

• • 仅限于旋转对称形状.
  • 需要昂贵的, 专业机械.

延性铁失去泡沫铸件 (LFC)

• 概述:
  消失模铸造是一种 现代创新 使用一个 泡沫 (聚苯乙烯) 图案 当熔融金属倒入模具时会蒸发.
  适合 复杂零件无需拔模角度 并且可以最大限度地减少机械加工.
• 优点:

• • 实现高度复杂的, 近网形设计.
  • 无需型芯和分型线.
  • 较低的装配要求.

• 限制:

• • 泡沫模型成本高.
  • 需要仔细填充模具以避免缺陷.

延性铁连续铸造 (用于延性铁棒)

• 概述:
  连续铸造用于生产 实心条, 坯料, 和个人资料 具有一致的机械性能和降低的孔隙率.
  将铁水倒入连续移动的冷却模具中, 形成长长度的材料.
• 优点:

• • 高生产率和统一的质量.
  • 减少机械加工和材料浪费.
  • 原材料生产具有成本效益.

• 限制:

• • 不适合形状复杂或复杂的零件.

4. 延性铁铸造过程

球墨铸铁铸造过程是一个精心控制的顺序 融化, 球化, 接种, 成型, 以及治疗后 以确保所需的 球状石墨微观结构 和机械性能.

与灰铁不同, 在球墨铸铁中实现球状石墨结构需要 精确的镁或铈处理 并密切监测 化学组成, 冷却速率, 和浇注条件.

4.1 融化和合金

• 融化: 感应炉 (1400–1500°C) 熔化生铁 + 60–80% 回收球墨铸铁废料 (保留 95% 处女地).
• 合金控制: 光谱分析确保成分保持在 ASTM 范围内 (例如。, C = 3.4 ±0.1%, 并且= 2.5 ±0.1%).

4.2 结节化

• 过程: 镁 (作为铁镁合金, 6–8% 镁) 添加到1400°C的铁水中. 这种“处理”将片状石墨破碎成球体, 需要 0.03–0.05% 的残留镁才能充分发挥作用.
• 关键控制: 硫磺必须是 <0.03% (毫克:S比≥1.5:1) 以避免结节变性.

4.3 接种

• 目的: 细化石墨球 (5–20 结节/mm²) 并防止“寒冷” (脆性马氏体形成).
• 过程: 硅铁 (75% 和) 球化后添加量为 0.2–0.5%（重量）. 钙硅等孕育剂进一步提高结核均匀性.

4.4 霉菌设计和浇注

• 模具材料: 绿沙 (低成本, 可回收) 通用零件用; 树脂键的沙子 (更好的耐受性) 用于精密零件.
• 浇口/上升: 浇口设计可最大限度地减少湍流 (速度 <1.5 多发性硬化症) 以避免氧化物夹杂物. 立管 (10–15％的零件数量) 饲料收缩率, 对于厚截面至关重要 (>25 毫米).
• 浇注温度: 1300–1350°C (低于灰铁以避免镁烧坏).

4.5 冷却和摇动

• 冷却速率: 5-20℃/分钟 (沙模) 促进均匀结节形成. 冷却速度更快 (20-30℃/分钟) 在金属模具中增加珠光体含量, 提高力量.
• 摇晃: 振动模具以释放铸件; 内核 (对于内部功能) 通过喷水去除.

4.6 后铸造行动

• 打扫: 抛丸去除残留砂粒, 达到 Ra 12.5–25 μm (沙子铸造) 或 Ra 1.6–6.3 μm (投资铸造).
• 加工: CNC转动/铣削关键特征的公差达到 ±0.01 mm (例如。, 轴承孔).
  球墨铸铁的切削加工性是 80% 灰铸铁的 (刀具磨损率高出 10–15%).
• 热处理: 增强机械性能 (例如。, 退火以获得延展性, 高强度等温淬火).
• 涂层: 喷漆或镀锌 (用于户外应用的耐腐蚀性).

5. 延性铁铸造的热处理

热处理对于提高球墨铸铁件的机械性能和使用性能起着至关重要的作用.

通过仔细控制热循环, 制造商可以定制微观结构以实现所需的强度平衡, 延性, 韧性, 并戴阻力.

退火

• 目的:
  退火可消除铸造和机加工产生的内应力, 改善延展性, 并提高可加工性.
• 过程:

• • 通常在之间的温度下进行 850°C 和 950°C.
  • 均热时间取决于铸件厚度, 通常 1 到 4 小时.
  • 在炉内或静止空气中缓慢冷却以避免热冲击.

标准化

• 目的:
  采用正火处理以提高耐磨性, 维稳定性, 和力量.
• 过程:

• • 将铸件加热至 900℃–950℃ 其次是空气冷却.
  • 冷却速度比退火快但比淬火慢.

东部回火 (奥斯特延延延型铁 - ADI)

• 目的:
  等温淬火将球墨铸铁转变为 奥斯特延延延性铁 (阿迪), 一个高强度的, 耐磨, 和抗疲劳材料.
• 过程:

• • 将铸件加热至 奥氏体化温度 (850℃–900℃).
  • 快速淬火到保持在 250℃–400℃ 在指定时间内 (1–3小时).
  • 冷却至室温.

6. 延性铁铸件的机械性能

7. 延性铁铸造的优势

球墨铸铁铸件具有独特的机械强度组合, 韧性, 成本效率, 和设计灵活性, 使其成为各行业应用最广泛的铸铁材料之一.

卓越的机械强度和韧性

• 球墨铸铁达到 拉伸强度在 415–690 MPa 之间 (60–100 ksi), 具有高屈服强度和优异的抗疲劳性能.
• 这 球状石墨微观结构 防止裂纹扩展, 与灰口铸铁相比，具有更高的冲击韧性, 容易脆化.

增强的延展性和伸长率

• ASTM A536 等标准等级 60-40-18 表现出的伸长率值高达 18%, 远远超过 <2% 灰铸铁的伸长率.
• 这种延展性使组件能够吸收冲击载荷而不会发生故障, 使其适用于汽车和重型机械零件.

出色的振动阻尼

• 球墨铸铁保留了铸铁卓越的减振性能, 这对于诸如以下的组件是有益的 机床基库, 泵, 和压缩机外壳, 减少噪音和振动.

成本效益与. 钢制铸造

• 与钢相比, 球墨铸铁是 30– 便宜 40% 由于熔化能量要求较低且铸造工艺更简单.
• 它提供与钢相似的强度重量比性能，同时提供 更好的机械加工性, 降低总体制造成本.

复杂的形状铸造

• 球墨铸铁优异的流动性使得 复杂薄壁铸件的生产 具有近净形状, 最大限度地减少机械加工和材料浪费.
• 它非常适合像这样的组件 发动机块, 齿轮外壳, 和阀 需要复杂的几何形状.

多功能热处理选择

• 属性可以是 通过热处理定制 (退火, 标准化, 或等温淬火), 实现广泛的机械特性 高延展性 到 极高的耐磨性 (如等温淬火球墨铸铁 – ADI).

磨损和抗疲劳性

• 和 适当的合金化和热处理, 球墨铸铁可以达到高硬度 (到 400 HB 换算为 ADI) 和卓越的疲劳强度, 非常适合承受以下影响的组件 重复负载或磨损条件.

8. 延性铁铸造的局限性

• 较低的耐腐蚀性: 在恶劣环境下需要涂层或镀锌.
• 收缩和孔隙风险: 铸造过程中要求精确控制.
• 低温下的性能限制: 低温条件下的脆性行为.

9. 延性铁铸件的主要应用

球墨铸铁件因其优异的强度而被广泛应用于众多行业, 延性, 戴阻力, 振动阻尼, 和成本效益.

汽车行业

球墨铸铁因其承受动态载荷的能力而成为汽车制造的首选材料, 抵抗磨损, 并通过近净形铸造降低生产成本.

• 发动机组件: 曲轴, 凸轮轴, 气缸盖, 正时齿轮.
• 悬架零件: 控制臂, 转向指关节, 轮毂.
• 变速箱和传动系统: 差分载波, 齿轮外壳, 轴承帽.

水和废水基础设施

它的耐腐蚀性, 可加工性, 使用寿命长，使球墨铸铁成为与水相关的应用的理想选择.

• 管道及配件: 球墨铸铁管 (蘸) 广泛用于饮用水, 污水, 和暴雨排水系统.
• 阀门和消防栓: 闸阀, 蝴蝶阀, 消防栓.

重型机械和工业设备

高强度重量比和振动阻尼使球墨铸铁适用于机械和设备部件.

• 泵外壳, 压缩机零件, 轴承外壳.
• 机床底座: 车床, 铣床, 研磨机.
• 农业设备: 变速箱, 框架, 住房.

发电

球墨铸铁支持日益增长的耐用需求, 风力中的重型部件, 水电, 和传统能源系统.

• 风力涡轮机轮毂, 制动组件, 和齿轮减速机.
• 水轮机和蒸汽轮机: 外壳和结构铸件.
• 发电机和电动机外壳.

铁路和运输

因其韧性和抗循环载荷能力而用于结构和机械零件.

• 铁路车轮, 刹车蹄, 和联轴器.
• 轨道组件: 锚点, 盘子, 紧固件.

建筑和基础设施

该材料的耐用性和低维护要求使其成为公共工程和建筑硬件的标准.

• 人孔盖, 排水格栅, 路灯基地.
• 结构铸件: 列, 括号, 建筑组件.

采矿和越野设备

球墨铸铁因其耐磨性和抗冲击性而在恶劣的环境中使用.

• 跑鞋, 链轮, 衬套, 和外壳组件.
• 破碎筛分设备零部件.

10. 延性铁与. 其他铸造材料

球墨铸铁因其强度的组合而在铸造材料中脱颖而出, 延性, 戴阻力, 和成本效益.

11. 结论

球墨铸铁铸件提供了卓越的平衡 力量, 延性, 成本效益, 和可铸性, 使其成为汽车等行业的首选材​​料, 水工厂, 和重型机械.

它能够弥补灰铸铁和钢之间的性能差距，巩固了其作为多功能工程材料的地位.

展望未来, 的发展 阿迪 (奥斯特延延延性铁) 可持续铸造实践将继续提高球墨铸铁部件的性能和环保性.

Langhe提供延性铁铸造服务

在 兰格, 我们专注于使用全套先进铸造技术提供高性能球墨铸铁件.

您的项目是否需要灵活性 绿沙铸, 的精度 壳模 或者 投资铸造, 的强度和一致性 金属模具 (永久模具) 铸件, 或由提供的密度和纯度 离心 和 丢失的泡沫铸件,

兰格 拥有满足您具体规格的工程专业知识和生产能力.

我们的工厂具备处理从原型开发到大批量制造的一切能力, 严格的质量控制支持, 物料追溯, 和冶金分析.

从汽车和能源行业到基础设施和重型机械, 兰格 提供结合卓越冶金技术的定制铸造解决方案, 维度的准确性, 和长期表现.

与我们联系！

常见问题解答

延性铁与灰铁有何不同?

球墨铸铁含有球形石墨球 (通过添加镁), 实现 10–20% 的伸长率和高冲击韧性. 灰铸铁有片状石墨, 使其变脆 (<1% 伸长).

什么是阿迪, 什么时候使用?

奥斯特延延延性铁 (阿迪) 经过热处理形成贝氏体基体, 提供 100–150 ksi 拉伸强度. 用于风力涡轮机轮毂和赛车部件等高负载应用.

为什么镁在延性铁中至关重要?

镁将片状石墨转变为球体, 消除应力集中并实现延展性. 残留镁 (0.03–0.05％) 保证效果.

延性铁如何与钢的成本相比?

同等强度下，球墨铸铁比铸钢件便宜 30-50%, 具有更好的铸造性，可将生产时间缩短 20–30%.

延性铁的最高服务温度是多少?

它的性能可靠地高达400°C. 高于500°C, 强度下降 30% 由于珠光体分解.