灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋼的材料特性簡析

我們介紹幾種常見的鑄鐵和鑄鋼材料，以及它們的材料特性和結構特點。

灰鑄鐵是含有片狀石墨的鑄鐵，是應用最為廣泛的鑄鐵，產量占鑄鐵總產量的80%以上。灰鑄鐵材料綜合力學性能低，抗壓強度大，是本身抗拉強度的3到4倍。消振能力比鋼大10倍，故經常用來制造承受振動的機座。彈性模量較低，其壁厚變化對力學性能影響較大。

由于其對冷卻速度有很大的敏感性，灰鑄鐵鑄件在厚度較薄的截面上經常出現白口和裂紋，而在厚度較厚的截面上又經常導致琉松情況。因此，灰鑄鐵件截面厚度存在一個臨界值，如果超過了這個值，隨著壁厚增加，其強度、消振能力、彈性模量等力學性能不僅不會增強，反而顯著減弱。

相比于鑄鋼材料，采用灰鑄鐵可以得到厚度更薄，幾何形狀更復雜的鑄件，而且鑄件中的殘余內應力和翹曲變形都要更小一些。由于在各截面上性能比較均勻，灰鑄鐵常用于制造要求比較高的鑄件。

經過球化處理以及孕育處理而獲得的球狀石墨稱為球墨鑄鐵，這是上世紀中葉發展起來的一種高強度鑄鐵材料，綜合性能較高，接近于鋼，在工業上有十分廣泛的應用。

球墨鑄鐵強度、塑性和彈性模量都要比灰鑄鐵好，抗磨性比灰鑄鐵高一倍，壁厚變化對力學性能影響小，但消振能力比灰鑄鐵低。

雖然球墨鑄鐵對冷卻速度的敏感性較大，但由于其具有很高的熱穩定性，對高溫的耐受能力很強，因而可以用來制造在300到400攝氏度環境下工作的零件。它的力學性能受化學成分改變的影響較小，因此相對于其他鑄鐵材料，成品率更高。

由于體積收縮率大，而線收縮率小，容易形成縮孔、縮松，球墨鑄鐵鑄件通常被設計成厚度均勻的結構，盡量避免厚大斷面。

鑄鋼是含碳比例在2.11%以下的鐵碳合金材料，含碳比例低于0.2%的屬于低碳鋼，在0.2%到0.5%之間的屬于中碳鋼，高于0.5%的屬于高碳鋼。

另外，還有低合金鋼和高錳鋼等類型。鑄鋼材料綜合力學性能高，抗壓強度與抗拉強度基本相當，壁厚變化對力學性能影響很小，消振能力較低。

因其壁厚變化對力學性能影響小，故適用于制造大厚度零件，但由于具有內應力和翹曲較大的特點，不適用于制造幾何結構復雜的零件。

氣體飽和傾向較大，材料表面易產生氣泡，所以加工余量比鑄鐵材料多。雖然鑄鋼材料有很高的熱穩定性，但由于熱收縮率大，溫度變化時很容易發生開裂現象，所以設計時要強調壁厚均勻，轉角圓滑。