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铸铁在工业中被广泛应用的原因

发布时间:2019-09-30 17:23 来源:未知 编辑:admin

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  常用灰铸铁中由于有石墨存在,而石墨的抗拉强度几乎为零,可以把铸铁看成是布满裂纹或空洞的钢。石墨不仅破坏了基体的连续性,减少了金属基体承受载荷的有效截面积,使实际应力大大增加;同时,在石墨尖角处易造成应力集中,使尖角处的应力远大于平均应力。前者称为石墨的缩减作用,后者称为石墨的切割作用。所以,灰铸铁的抗拉强度和弹性模量均比钢低得多,通常 σb约为 120~ 250MPa,抗压强度与钢接近,一般可达 600~800MPa,塑性和韧度近于零,属于脆性材料。灰铸铁中的石墨片的数量越多、尺寸越大、分布越不均匀,对力学性能的影响就越大。但石墨的存在对灰铸铁的抗压强度影响不大,因为抗压强度主要取决于灰铸铁的基体组织,因此灰铸铁的抗压强度与钢相近。当试样中存在着类似灰铸铁中石墨片那样尖锐的缺口时,在缺口附近的应力值可达到平均值的5倍以上。这种应力集中现象的存在,使灰铸铁即使在承受比较小的负荷时(远远没有达到基体的屈服强度),在石墨边缘处基体的实际应力也会超过它的屈服强度,因此在这里就会出现金属的残留变形,甚至出现裂纹(当实际应力超过基体的强度极限时)。这种石墨边缘裂纹的出现,更进一步地减少了灰铸铁承受负荷的有效截面积,并且更加剧了应力集中的现象,应力集中作用的顶端也随着裂纹而迅速移动,使裂纹很快扩展,而发生整个铸件的脆性破坏。因此,由于石墨存在所造成的缩减及切割作用,使铸铁金属基体的强度不能充分发挥,据统计普通灰铸铁基体强度的利用率一般不超过30% ~50%,这表现为灰铸铁的抗拉强度很低。此外,由于石墨存在而造成的严重应力集中现象,造成裂纹的早期发生,抵抗裂纹发展的能力又较差,因此导致脆性断裂,故灰铸铁的塑性和韧性几乎表现不出来。很明显,由于片状石墨的存在而引起的性能降低,其总的影响并不是两者的代数和,切割作用对基体的危害往往比缩减作用要强烈得多。顺便指出,普通灰铸铁在受应力作用时,在石墨边缘由于有应力集中现象常会引起少量的残留变形。因此,灰铸铁的应力 应变曲线即使在较低的应力作用下也不呈直线,而有一定的曲率。因此灰铸铁的弹性模量只有相对的意义。

  在钢中,布氏硬度和抗拉强度之比较为恒定,约等于3,在铸铁中,这个比值就很分散。同一硬度时,抗拉强度有一个范围。同样,同一强度时,硬度也有一个范围,这是因为强度性能受石墨影响较大,而硬度基本上只反映基体情况所致。许多工厂以铸铁的硬度来估计其抗拉强度,不少资料中也提出σb和HBS之间的关系式。必须指出,这种估计只有在工艺条件稳定、石墨片的参数基本接近的情况下才是可靠的。灰铸铁的硬度决定于基体,这是由于硬度的测定方法是用钢球压在试块上,钢球的尺寸相对于石墨裂缝而言是相当大的,所以外力主要承受在基体上,因此随着基体内珠光体数量的增加,分散度变大,硬度就相应得到提高(图),当金属基体中出现了坚硬的组成相时(如自由渗碳体、磷共晶等),硬度就相应增加。

  ① 良好的铸造性能灰铸铁件铸造成形时,不仅其流动性好,而且还因为在凝固过程中析出比容较大的石墨,减小凝固收缩,容易获得优良的铸件,表现出良好的铸造性能。

  ② 良好的减振性 石墨对铸铁件承受振动能起缓冲作用,减弱晶粒间振动能的传递,并将振动能转变为热能,所以灰铸铁具有良好的减振性。

  ③ 良好的耐磨性能 石墨本身也是一种良好的润滑剂,脱落在摩擦面上的石墨可起润滑作用,因而灰铸铁具有良好的耐磨性能。

  ④ 良好的切削加工性能 在进行切削加工时,石墨起着减摩、断屑的作用。由于石墨脱落形成显微凹穴,起储油作用,可维持油膜的连续性,故灰铸铁切削加工性能良好,刀具磨损小。

  ⑤低的缺口敏感性 片状石墨相当于许多微小缺口,从而减小了铸件对缺口的敏感性,因此表面加工质量不高或组织缺陷对铸铁疲劳强度的不利影响要比对钢的影响小得多。

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