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[球铁] 井盖为何那么结实?满大街的汽车都不会压碎,原来用的是球墨铸铁这种材料

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发表于 2020-7-28 09:08:52 | 显示全部楼层 |阅读模式
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在城市马路上每隔几百米就能看到一个井盖,平时并不会有太多人去注意它,甚至有时候还嫌它碍事。



虽然井盖看着并不起眼,但是它所处的生存环境却非常恶劣,身处车流不息的马路中间,每天要接受无数车辆的碾压和车辆尾气的腐蚀。



还有无数次雨水和污水的侵蚀,冬冷夏热的高温差,甚至还要防小偷。


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图片来源:pixabay


那么井盖是什么材料制作的呢?

这就是球墨铸铁,现在马路上大多数井盖都是使用的这种材料。(当然井盖还有水泥复合材料,再生树脂材料,聚合物基复合材料等等。)


球墨铸铁



说到球墨铸铁很多小伙伴会比较陌生,但说到铸铁大家就会比较熟悉了,球墨铸铁就是铸铁的一种。



球墨铸铁是铁水在凝固过程中,内部元素形成形状为球状石墨的铸铁,它是一种高强度的铸铁材料。



通过加热石墨材料后,就能成功的将铸铁的性能,提高到接近于钢的各项性能,所以也就有了以铁(球墨铸铁)带钢的说法。



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图片来源:pixabay


通过选用合适的金属元素,将其组合在一起,这是保证材料具有良好性能的基本条件,所有球墨铸铁的主要成分是碳,硅,锰,磷以及稀土等元素。


球墨铸铁发展



铸铁是在1722年才被法国人研制出来,当时研制出来的是白心可锻铸铁,后来又相继研发出了如黑心可锻铸铁。



直到1947年,一位英国人发现在一种铸铁中有球状石墨存在,其实这就是一种球墨铸铁。



后来又通过不断的完善,在铸铁中添加了一些稀土以及镁等成分,得到了真正意义上的球墨铸铁,从此也开始了大规模的生产和应用,并且成为应用最广泛的铸铁材料。



我们知道,中国是世界上最早开始金属冶炼的国家之一。


所以在国内古代冶炼遗址出土的一些铁中,检测发现就有少量放射状的球状石墨出现。


据考证这些铁出现的年代在西汉时期,距今已有两千多年,这也再次证明中国古代就具有非常高的冶炼技术。



球墨铸铁的特点



球墨铸铁主要有着强度高,重量轻,韧性好,抗冲击已经耐高低温等优点,所以被广泛应用于一些机械中的关键零部件,如曲轴,阀门以及管道等。


但球墨铸铁跟其它所有材料一样,也有着一些缺点,最主要的就是铸造要求较高,容易造成产品缺陷。


例如说,某种元素含量多了,铸造出来的球墨铸铁内部结构就会发生变化,就会出现孔洞,凹陷以及表面粗糙等缺陷。


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图片来源:pixabay


还会出现杂质较多,产品没有光泽,裂纹变形等,这都需要在铸造过程中不断的提高和改进工艺来攻克这些缺陷。



球墨铸铁的分类


球墨铸铁的牌号主要由其代号字母QT和最低拉伸强度,最低延伸率这三部分组成,而在国标中球墨铸铁有以下8个牌号。


奥贝球墨铸铁,牌号有QT900-02,具有非常高的强度和耐磨性能,其综合机械性能都非常高,常被用来制造机车车轮这样要承受重载,摩擦和冲击的零部件。


铁素体球墨铸铁,牌号有QT400-17,QT400-15,QT450-10,具有强度低,但韧性较高的特点,主要用于要承受很大冲击和振动的零部件,例如一些车辆的底盘零件。


碳素体球墨铸铁,牌号有QT500-07,QT600-03,具有强度高,韧性好的特点,主要用于制造一些车辆的零部件。


珠光体球墨铸铁,牌号有QT700-02,QT800-02,具有强度硬度高,有一定的韧性和较好的耐磨性能,所以常被用来制造一些曲轴和齿轮等,这类容易磨损的零部件。
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球墨怎么形成的


球墨铸铁的铸造过程是采用的球墨铸造工艺,球墨铸铁同样可以像钢一样,通过像热处理这样的工艺提高使用性能。



球墨铸铁在形成的过程中铁水内的石墨成球状,也正是因为石墨球化,才让球墨铸铁拥有诸多的优点。



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球状石墨在形成的过程中要经过两个阶段,首先是石墨成核,铁水在熔炼成液体的过程中,有很多非金属和一些杂质在游动过程中,相互碰撞,最后就会聚合在一起成为石墨球核。



在石墨成核以后,很多碳原子开始在石墨核上面堆积,随着碳原子的堆积越来越多,最后就会变得成为球状,这就是球状石墨的第二个生长过程。


所以 ,要想在铸造过程中获得球状石墨,石墨在生长过程的控制就非常重要。
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球墨铸铁作为一种具有诸多优点的材料,现在已经发展到了第二代球墨铸铁,在其中添加了更多的硅,甚至让硅的含量比碳还多。


这样的球墨铸铁就会具有更好的拉伸强度并且重量更轻,这与以前的球磨铸铁在提高抗拉强度后,其塑性必将降低有很大的改变。


中国作为铸造业大国,让材料强度增加而重量却变轻,这也将成为未来材料的发展方向,球墨铸铁通过不断的改进成分和性能,未来也将在更多的领域得到广泛应用。
文中图片截取自《Ductile Iron & Nodular Iron》

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