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ISO K 铸铁

定义

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铸铁有五种主要类型:

  • 灰口铸铁 (GCI),

  • 可锻铸铁 (MCI),

  • 球墨铸铁 (NCI),

  • 蠕墨铸铁 (CGI),

  • 等温淬火球墨铸铁 (ADI)。

铸铁为Fe-C合金,具有较高的Si含量 (1-3%)。碳含量超过2% -这是碳在奥氏体相中的最大溶解度。Cr (铬)、Mo (钼) 和V (钒) 等形成的硬化物,可增加材料的强度和硬度,但会降低切削加工性。


切削加工性概述

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  • 短切屑材料,在大多数工况下具有良好的切屑控制。特定切削力:790 – 1350 N/mm²。

  • 在较高速度下加工时,特别是加工含夹砂的铸铁时,会产生磨料磨损。

  • 和通常的GCI相比,在NCI、CGI和ADI中存在不同形态和机械性能的石墨,加工时需要特别注意。

  • 铸铁常用负前角型刀片加工,因为这些刀片具有高强度的切削刃,而且应用安全。

  • 硬质合金基体应较硬,涂层应为厚的氧化铝型,以获得良好的耐磨料磨损性。

  • 传统的铸铁加工方法为干式切削,但也可以进行湿式切削,主要是为了使铁碳灰尘污染物保持最低水平。也具有适应湿式加工的牌号。

 

硬度影响

  • 和加工任何其它材料一样,硬度对铸铁切削加工性的影响也是同样的。

  • ADI (等温淬火球墨铸铁) 和CGI (蠕墨铸铁) 以及NCI (球墨铸铁)的硬度可能高达HB 300-400。MCI和GCI的平均硬度为HB 200-250。

  • 由于快速冷却使白口铸铁中的碳与铁反应生成碳化物Fe3C (碳化铁),而不以自由碳的形式存在,因而白口铸铁的硬度可高达HB 500以上。。
    白口铸铁具有很强的磨蚀性,并且难于加工。

铸铁MC代码
根据切削加工性,铸铁分为可锻铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 (CGI) 和等温淬火球墨铸铁 (ADI) 。某些球墨铸铁和ADI的硬度较高。

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球墨铸铁 (NCI)经等温淬火处理可转化为等温淬火球墨铸铁 (ADI)。


可锻铸铁 (MCI) K 1.1-1.2和灰口铸铁 (GCI) K 2.1-2.3

定义

可锻铸铁由近似白口铸铁组织的材料分两步热处理后制成,产生铁素体+珠光体+回火
碳结构,并形成不规则的石墨颗粒。与之相比,灰口铸铁为薄片状结构,更容易破
裂。这意味着可锻铸铁对裂纹的敏感度较低,断裂强度和延伸率较高。

灰口铸铁具有典型的片状石墨形态,主要特点为:低冲击强度 (脆断模式);良好的
导热性,在机床运行时较少发热,在切削过程中保持低热;良好的减振性,吸收机床
的振动。

常见零件

用MCI材料制造的零件包括:桥壳、履带轮、管接头和高强度齿轮。
 
用GCI材料制造的零件包括:煎锅、发动机缸体、压缩机的汽缸、齿轮和变速箱体。

 

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切削加工性

可锻铸铁的抗拉强度比GCI高,切削加工性类似球墨铸铁,二者通常具有出色的加工特性。一般而言,铸铁中的珠光体组织增加磨料磨损,铁素体组织增加粘附磨损。灰口铸铁冲击强度低,产生的切削力低,切削加工性良好。在切削过程中仅产生磨料磨损。没有化学磨损。灰口铸铁常加有铬合金,以提高机械性能。但在强度增加的同时,也导致切削加工性降低。


球墨铸铁 (NCI) K 3.1-3.5

定义

球墨铸铁具有球状石墨结构,主要特点为:良好的刚度 (杨氏模量);良好的冲击强度 = 韧性材料,不脆;良好的抗拉强度;减振性能不良,不吸收机床的振动;导热性差,在切削过程中会产生较高热量。与灰口铸铁相比,球墨铸铁内的石墨呈球状,这使其具有较高的抗拉强度和韧性。

 

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常见零件

轮毂、管件、滚轮、排气歧管、曲轴、差速器壳体、轴承盖、底座、涡轮增压器壳体、离合器片和飞轮。

涡轮增压器壳体和排气歧管常用制造材料为SiMo合金铸铁,其耐热性更高。

 

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切削加工性

球墨铸铁形成积屑瘤的趋势很高。铁素体含量高的球墨铸铁更软,形成积屑瘤的趋势也越高。在间断切削加工铁素体含量高的零件时,粘附磨损通常是最主要的磨损机理。这会导致涂层的剥落问题。

对于珠光体含量较高的硬球墨铸铁,这种粘附问题就不太明显。此时更易发生磨料磨损和/或塑性变形。

 

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蠕墨铸铁 (CGI) K 4.1-4.2

定义

CGI材料可以满足不断增加的提高强度和降低重量要求,但仍保持合理的切削加工性。CGI的导热性和减振性介于NCI和ADI之间。抗金属疲劳能力是灰铸铁的两倍。与灰口铸铁一样,CGI中的石墨颗粒被拉长并随机定向,但CGI的石墨颗粒更短而厚并有圆边。CGI中的蠕虫状石墨及其圆边和起伏不平表面,在石墨和铁基之间提供了很强的附着力。这就是为什么CGI的机械性能大大高于灰口铸铁的原因。珠光体含量低于90%的CGI最常用。

常见零件

GCI非常适合用于制造发动机零件,为输出更高的动力,要求材料更轻、强度更高。与使用GCI材料相比,仅发动机缸体重量就可以降低大约20%。其它应用还有缸盖和制动盘。

 

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切削加工性

根据切削加工性,蠕墨铸铁位于灰口铸铁和球墨铸铁之间。CGI的抗拉强度是灰口铸铁的两到三倍,并且热导率较低,所以加工CGI会产生较高的切削力,并在切削区域产生较多的热量。CGI材料中的钛含量增加对刀具寿命有负面影响。

最常见的CGI加工为面铣和镗孔缸削。用螺旋插补铣的方式代替传统的缸孔镗削,既可以提高刀具寿命,又可以提高生产效率。


等温淬火球墨铸铁 (ADI) K 5.1- 5.3

定义

等温淬火球墨铸铁是独特的经热处理获得的铸铁系列。等温淬火热处理将球墨铸铁转化为等温淬火球墨铸铁 (ADI),这种材料具有出色的强度、韧性和疲劳特性。ADI每单位重量的强度高于铝,耐磨性与钢类似。

抗拉强度和屈服强度值是标准球墨铸铁的两倍。疲劳强度高出50%,而且可以用喷丸或圆角滚压工艺进行加强。

常见零件

由于具有出色的性能,ADI铸件正在越来越多地代替锻钢件和铸钢件、焊接板金件、渗碳钢和铝。其主要应用领域是汽车行业,如用于悬挂和传动部件等。它还应用在电力/能源、采矿和建筑领域。

 

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切削加工性

与加工NCI相比,加工ADI的刀具的寿命要降低40-50%。ADI的抗拉强度和延展性接近钢,但根据切屑形成过程,ADI被归类为球墨铸铁 (锯齿状切屑形状)。

与同等硬度的钢相比,ADI的显微硬度更高。较高的ADI牌号在显微结构上有硬颗粒。由于锯齿状切屑形成过程,高强度和高延展性导致的高温和高机械负荷将使磨损集中于切削刃附近和前刀面上。切屑形成过程中的硬化导致很高的动态切削力。切削刃温度是导致磨损的一个重要因素。


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