鑄鐵 幾個世紀以來一直是工業進步的基石，因其耐用性、多功能性和成本效益而備受推崇。從重型機械到複雜的零件，這種材料仍然是加工產業的最愛。其獨特的特性使其成為全球工程師和製造商的首選。本部落格將深入淺出地介紹鑄鐵的世界，探討其組成、特性、類型和應用，同時也討論其優點和限制。

什麼是鑄鐵？

鑄鐵是一組碳含量通常超過 2% 的鐵碳合金。與鍛造或軋鋼不同，鑄鐵是透過熔化合金並將其倒入模具中，使其凝固成複雜的形狀。這種鑄造過程使鑄鐵得名，並使其成為需要複雜設計或大型堅固零件的應用的理想選擇。

這種材料的歷史可以追溯到古代，早期用於工具、武器和鍋具。如今，它已成為汽車、建築和製造業的主要材料。其耐高溫和抗磨損的能力使其成為引擎缸體、管道和機器底座等零件的可靠選擇。對於追求精密加工的公司而言，鑄鐵的多功能性是無可匹敵的。

鑄鐵的化學成分

鑄鐵的成份賦予其獨特的特性。鑄鐵的核心成分是混有碳的鐵，碳含量通常在 2% 到 4% 之間。這種高碳含量使其有別於鋼，鋼的碳含量通常低於 2%。其他元素，例如矽、錳、硫和磷，也以不同的含量存在，影響材料的特性。

鑄鐵的主要元素

• 碳纖維:: 提供硬度，但若不平衡會使材料變脆。
• 矽 (1-3%):提高鑄造時的流動性，並影響石墨的形成，進而影響強度。
• 錳 (0.5-1%):提高力量和韌性。
• 硫和磷:：少量存在，會影響脆性和機械加工性。

鑄鐵的確切成分會因鑄鐵種類而異，我們稍後會探討。製造商會針對特定應用，微調這些元素以達到所需的特性，例如改善耐磨性或更佳的機械加工性。

鑄鐵的特性

鑄鐵的魅力在於其獨特的物理及機械特性組合，使其適用於廣泛的工業用途。這些特性來自於其微觀結構，而微觀結構會受到鑄造過程中的冷卻速率及合金元素的影響。

物理特性

鑄鐵的物理特性使其在加工應用中脫穎而出：

• 密度:鑄鐵的密度較高，通常約為 7.2-7.8 g/cm³，因此較為堅固。
• 熱傳導:導熱性佳，適用於引擎蓋或鍋具等需要散熱的應用。
• 熔點:鑄鐵的熔點約為 1,150-1,200°C ，可承受高溫而不變形。
• 耐腐蝕性:某些類型的鑄鐵，例如球墨鑄鐵，雖然不如不鏽鋼耐腐蝕，但只要處理得宜，在惡劣的環境中也能發揮優異的性能。

這些特性使鑄鐵成為需要承受重負荷或極端條件的零件的可靠選擇。

機械特性

在機械方面，鑄鐵以其強度和耐用性著稱，儘管它也有一些限制：

• 抗壓強度:鑄鐵具有優異的抗壓能力，是柱子或機器底座等結構組件的理想材料。
• 拉伸強度:它的抗拉強度比鋼低，這意味著它對拉力的抵抗力較弱。
• 硬度:根據不同類型，鑄鐵的硬度可能非常高，這可增強耐磨性，但可能使加工變得複雜。
• 脆性:與鋼不同，鑄鐵會變脆，尤其是灰口鑄鐵，會在突然的應力下產生裂痕。

這些機械特性使鑄鐵適用於抗壓強度和耐磨性極為重要，但彈性較不重要的應用。

常見的鑄鐵類型

鑄鐵有幾種等級，每種都有適合特定應用的獨特特性。瞭解這些類型有助於製造商根據需求選擇合適的材料。

灰色鑄鐵

灰口鑄鐵是最常見的類型，其特點是具有石墨薄片，在破裂時會呈現灰色外觀。它以以下特點著稱

• 由於含有石墨，因此具有極佳的機械加工性。
• 良好的減震效果，使其成為機器底座和引擎塊的理想選擇。
• 與其他類型相比，成本較低。

其應用包括汽車零件、管道和炊具。然而，它的脆性限制了它在高張力應用上的使用。

球墨鑄鐵

球墨鑄鐵也稱為球狀或球墨鑄鐵，球墨鑄鐵含有球狀石墨結核，可提高其強度與彈性。主要特性包括

• 抗拉強度比灰口鑄鐵高。
• 更好的抗衝擊和抗疲勞性能。
• 適用於曲軸和齒輪等複雜形狀。

此類型廣泛應用於對耐用性要求極高的汽車和重型機械行業。

白色鑄鐵

白口鑄鐵由於碳化物含量高，因此其斷裂面呈白色結晶狀。它的硬度極高，但較脆，因此適用於：

• 耐磨表面，如滾輪或研磨設備。
• 需要耐磨性的應用。

它的脆性限制了它在結構組件中的使用，但在特殊加工任務中卻很有價值。

可鍛製鑄鐵

可鍛製鑄鐵是透過對白口鑄鐵進行熱處理製成，使其成為延展性較佳且脆性較低的材料。其用途如下

• 小而複雜的零件，如配件和支架。
• 需要中等強度和彈性的應用。

雖然由於球墨鑄鐵的興起，此技術已不太常見，但在特定的利基市場仍有其存在價值。

壓實石墨鐵 (CGI)

CGI 是灰口鑄鐵和球墨鑄鐵的混合體，在強度、熱傳導性和機械加工性之間取得平衡。由於其優異的強度、熱傳導性及可加工性，CGI 常用於高性能的應用，如柴油引擎缸體：

• 高強度重量比。
• 優異的抗熱疲勞性。

每種等級的鑄鐵都有不同的用途，製造商可以選擇最適合其加工需求的鑄鐵。

鑄鐵有何用途？

鑄鐵的多功能性使其成為許多產業的主要材料。鑄鐵可鑄造成複雜的形狀，加上其耐用性，確保了其在現代製造業中的持續重要性。以下是一些最常見的應用：

汽車產業

鑄鐵廣泛應用於 汽車業 適用於引擎缸體、汽缸蓋及煞車鼓等零件。其抗壓強度和散熱特性使其成為承受高溫和機械應力的零件的理想材料。

建築與基礎設施

在建築工程中，鑄鐵被用於柱子、井蓋和排水管等結構組件。鑄鐵能夠承受重負荷，並在特定環境下耐腐蝕，因此是基礎建設工程的可靠選擇。

廚具

鑄鐵鍋具，例如平底鍋和荷蘭烤箱，因其優異的保溫性和均勻的熱量分布而備受推崇。經過適當調味的鑄鐵表面具有天然的不粘性，因此深受廚師和家庭廚師的喜愛。

機械與工具

鑄鐵的耐磨性及可加工性使其成為機器底座、工具本體及工業設備的理想材料。其減震特性有助於降低重型機械的噪音和磨損。

管道和配件

鑄鐵管材和管件因其耐用性和耐腐蝕性，常用於冷熱水管道和排水系統。它們在市政供水和排污系統中尤其受歡迎。

從重型工業元件到日常家居用品，廣泛的應用凸顯了鑄鐵的適應性。

鑄鐵的優缺點

與任何材料一樣，鑄鐵也有其優點和缺點。瞭解這些優缺點有助於製造商在機械加工專案中選擇材料時做出明智的決定。

鑄鐵的優點

• 經濟實惠:與鋼或鈦等材料相比，鑄鐵的價格相對較低，因此非常適合大規模生產。
• 多樣性:它能被鑄造成複雜的形狀，無需大量的機械加工就能完成複雜的設計。
• 耐用性:鑄鐵的耐磨性和抗壓強度使其適合長期使用的零件。
• 熱傳導:其散熱能力使其成為引擎缸體或工業機械等應用的理想選擇。
• 震動阻尼:特別是灰口鑄鐵，此特性可降低機械的噪音與震動。

鑄鐵的缺點

• 脆性:某些類型的鑄鐵，例如灰口鑄鐵和白口鑄鐵，在拉伸應力或衝擊下容易產生裂痕。
• 重量:鑄鐵很重，這在需要考慮重量的應用中可能是一個缺點。
• 腐蝕:如果沒有適當的處理，鑄鐵在潮濕或腐蝕性的環境中會生銹。
• 加工挑戰:雖然灰口鑄鐵可以用機械加工，但像白口鑄鐵這種較硬的類型則需要專門的工具和技術。

平衡這些利弊是決定鑄鐵是否適合特定專案的關鍵。對於許多加工應用而言，鑄鐵的優點大於其限制，尤其是在成本與耐用性為優先考量的情況下。

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