生铁铸造与切削性能良好的机械性能是什么？如何选择？

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生铁中的碳主要以碳化铁的形式存在，其断面呈白色，通常称为白铁。这种生铁硬而脆，一般用作炼钢的原料。

铸铁中的碳以片状石墨的形式存在。其断口呈灰色，通常称为灰铸铁。由于石墨较软并具有润滑作用，铸铁具有良好的切削性能、耐磨性能和铸造性能。但其抗定位能力不够强，因此不能锻造和轧制。只能用来制造各种铸件，如铸造各种机床底座、铁管等。

球墨铸铁中的碳以球形石墨的形式存在。其力学性能远优于灰铸铁，接近于钢。具有优良的铸造、切削和耐磨性能，并具有一定的弹性。广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及各种机械零件。

此外，还有含硅、锰、镍或其他元素含量特别高的生铁，称为合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用作炼钢原料。炼钢时添加某些合金生铁，可以改善钢的性能。

物质分类

生铁是一种铁碳合金，含碳量为2.11%-6.67%，含有较多有色杂质。生铁杂

主要质量元素有硅、硫、锰、磷等。生铁硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能进行锻造、轧制、拉拔等加工。硅含量高的铁（灰铁）具有良好的铸造和切削性能。生铁是高炉产品，按用途可分为炼钢生铁和铸造生铁两大类。 **惯上将炼钢生铁称为生铁，铸造生铁简称为铸铁。铸生铁可以通过锻造、变质、球化等方法改变其内部组织，提高其机械性能。因此，铸铁可分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特种铸铁。。

生铁又可分为普通生铁和合金生铁。前者包括炼钢生铁和铸造生铁，后者主要是锰铁和硅铁。合金生铁用作炼钢的辅助材料，如脱氧剂和合金元素添加剂。普通生铁占高炉冶炼产品的98%以上，炼钢占我国目前普通生铁的80%以上。随着工业化水平的提高，这一比例将逐渐增加。

从广义上讲，铁还分为化学纯铁（含C几乎为零）、工业纯铁（含C低于0.05%）、海绵铁、粒铁等。但它们都不是高炉炼铁产品，并且它们的用途也不同。当铁中C含量在0.03%-1.2%范围内时，就是钢。含C1.2%-2.5%的铁缺乏实用性，一般不用于工业生产。

工艺流程

冶炼生铁的原理虽然相同，但由于方法不同、冶炼设备不同，其工艺流程也有所不同。下面对它们进行简要介绍。

高炉生产是连续的。一代高炉（从开炉到大修停炉为一代）可连续生产数年至十几年。生产时，铁矿石、焦炭、熔剂从炉顶连续装入（炉顶一般由钟罩和料斗组成，现代高炉为钟阀顶和无钟罩顶），从炉顶吹出。风口位于高炉下部。注入热空气并喷射燃油、煤或天然气等燃料。装入高炉的铁矿石主要是铁和氧的化合物。在高温下，焦炭中和喷射材料中的碳，碳燃烧产生的一氧化碳带走铁矿石中的氧，从而获得铁。这个过程称为还原。铁矿石通过还原反应生成生铁，铁水从出铁口排出。铁矿石中喷吹料中的煤矸石、焦炭、灰分与加入炉内的石灰石等熔剂结合形成炉渣，分别从出钢口和出渣口排出。气体从炉顶排出，除尘后作为工业气体。现代高炉还可以利用炉顶的高压，利用部分导出的煤气来发电。

高炉中的还原性气体是由燃料在风口前燃烧产生的。该过程产生两种主要运动流：一种是上升的热煤气流，另一种是下降的炉料流（铁矿石、焦炭、熔剂等）。高炉中的所有反应都是在煤气和炉料的相对运动和相互作用中发生的。包括炉料的加热、蒸发、挥发和分解；铁和其他元素的减少；炉料中非铁氧化物的熔化、造渣和脱硫；铁的渗碳和生铁的形成；电荷和气体之间的连接。热交换等，是一系列物理、化学反应过程的总和。

化学成分

生铁除含铁外，还含有碳、硅、锰、磷、硫等元素。这些元素对生铁的性能有一定的影响。

碳（C）：它以两种形式存在于生铁中。一种是游离碳（石墨），主要存在于铸造生铁中，另一种是化合物碳（碳化铁），主要存在于炼钢生铁中。碳化铁硬而脆，塑性低。适当的含量可以提高生铁的强度和硬度。如果含量过多，生铁将难以切割和加工。这就是炼钢生铁切削性能差的原因。石墨非常软，强度低。它的存在可以提高生铁的可铸性。

硅（Si）：能促进生铁中所含的碳析出成石墨，能除去氧，还可以减少铸件中的气孔。能改善生铁水的流动性，减少铸件的收缩。但如果含硅过多，也会使生铁变硬变脆。

锰（Mn）：溶于铁素体和渗碳体。在高炉精炼生铁时，适当的锰含量可以改善铸铁的铸造性能和切削性能。在高炉中，锰还可与有害杂质硫形成硫化锰而进入炉渣。

磷（P）：是有害元素，但磷能增加铁水的流动性。这是因为硫会降低生铁的熔点，因此某些产品往往含有较高的磷。然而生铁，磷的存在使铁变得更硬、更脆。优良的生铁应含有较少的磷。有时为了增加流动性，磷含量可达1.2%。

硫（S）：是生铁中的有害元素。它促进铁与碳的结合，使铁硬而脆，并与铁结合形成低熔点的硫化铁，使生铁产生热脆性，降低铁水的流动性。含硫量高的生铁不适合铸造精细零件。铸造生铁中的硫含量规定不超过0.06%（车轮生铁除外）。

钢由生铁制成，具有较高的机械强度和韧性。它还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能。

钢铁与钢铁的区别：

铁在自然界极为丰富，占地壳元素含量的5%，在地球物质中排名第四。铁的反应性很强，很容易与其他物质结合。

**惯上称钢为钢和铁的总称。钢和铁是有区别的。所谓钢主要由两种元素组成，即铁和碳。一般情况下，碳和元素铁形成化合物，称为铁碳合金。碳含量对钢的性能影响很大。当碳含量增加到一定程度时，就会引起质变。由铁原子组成的物质称为纯铁。纯铁的杂质很少。碳含量是区分钢的主要标准。生铁含碳量大于2.0%；钢的含碳量小于2.0%。生铁含碳量高，硬而脆，几乎没有可塑性。钢不仅具有良好的塑性，而且还具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、耐冲击、易精炼等优良的物理化学应用性能，因而得到广泛的应用。

物质差异

钢由生铁制成，具有较高的机械强度和韧性。它还具有耐热、耐腐蚀、耐磨等特殊性能。

铁和钢的区别

铁在自然界极为丰富，占地壳元素含量的5%，在地球物质中排名第四。铁的反应性很强，很容易与其他物质结合。 **惯上称钢为钢和铁的总称。钢和铁是有区别的。所谓钢主要由两种元素组成，即铁和碳。一般情况下，碳和元素铁形成化合物，称为铁碳合金。碳含量对钢的性能影响很大。当碳含量增加到一定程度时，就会引起质变。由铁原子组成的物质称为纯铁，纯铁的杂质很少。碳含量是区分钢的主要标准。生铁含碳量大于2.0%；钢的含碳量小于2.0%。生铁含碳量高，硬而脆，几乎没有可塑性。钢不仅具有良好的塑性，而且还具有强度高、韧性好、耐高温、耐腐蚀、易加工、耐冲击、易精炼等优良的物理化学应用性能，因而得到广泛的应用。

生铁和熟铁的区别

生铁一般是指含碳量为2%~4.3%的铁合金。也称为铸铁。生铁除含碳外，还含有硅、锰和少量的硫、磷等，可以铸造，但不能锻造。根据生铁中碳形态的不同，可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁。炼钢生铁中的碳主要以碳化铁的形式存在，其断面呈白色，通常称为白铁。这种生铁硬而脆，一般用作炼钢的原料。铸铁中的碳以片状石墨的形式存在。其断口呈灰色，通常称为灰铸铁。

由于石墨较软并具有润滑作用，铸铁具有良好的切削性能、耐磨性能和铸造性能。但其抗定位能力不够强，因此不能锻造和轧制。只能用来制造各种铸件，如铸造各种机床底座、铁管等。球墨铸铁中的碳以球状石墨的形式存在。其机械性能远优于灰铸铁，接近于钢。具有优良的铸造、切削和耐磨性能，并具有一定的弹性。广泛用于制造曲轴、齿轮、活塞等高级铸件以及各种机械零件。此外，还有含硅、锰、镍或其他元素含量特别高的生铁，称为合金生铁，如硅铁、锰铁等，常用作炼钢原料。炼钢时添加某些合金生铁，可以改善钢的性能。

一般含碳量小于0.2%的称为熟铁或纯铁，含碳量0.2-1.7%的称为钢，含碳量大于2%的称为生铁。熟铁质地较软，塑性好，易变形，强度和硬度较低，应用不广泛；生铁含有大量碳，硬而脆，几乎没有可塑性。

反应原理：Fe2O3+3CO=2FE+3CO2