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可鍛鐵

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可鍛鑄鐵的晶粒,是放大100倍的薄切片英語thin section

可鍛鐵(Malleable iron)也稱為可鍛鑄鐵,是先依白口鑄鐵的方式鑄造(基質為波來鐵,其中有準穩態碳化三鐵),再透過退火的熱處理,使原始鑄鐵脆性的結構轉變成可鍛性的結構。其中的碳會聚集成為團絮狀的石墨,基質依熱處理方式的不同,可能是肥粒鐵或是波來鐵。

可鍛鑄鐵可根據金相組織的不同,分為黑心(blackheart)可鍛鑄鐵、珠光體(pearlitic)可鍛鑄鐵和白心(whiteheart)可鍛鑄鐵[1][2]

歷史

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人類早在公元前四世紀就已開始使用可鍛鐵,目前考古已發掘到中國的可鍛鐵製品,製作時間是在公元前四世紀到公元九世紀之間所製作[3]唐朝時可鍛鐵的使用已經開始減少,不過仍有找到公元九世紀製作的可鍛鐵製品[3]。英國1670年代的一篇專利中有提到可鍛鐵[4]。法國科學家勒內-安托萬·費爾紹·德·列奧米爾在1720年針對可鍛鐵進行了許多的研究。他發現本來質地堅硬無法加工的鑄鐵,若放在鐵礦或是錘渣中,暴露在高溫下數日,即可軟化到可以加工的程度。美國可鍛鐵的製作是由Seth Boyden英語Seth Boyden開始,他在1826年開設了鑄造廠,製作harness hardware以及其他小型的鑄造件[5]

可鑄造性、熱處理以及鑄造後處理

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可鍛鐵的延展性很好,此特性類似其他碳會形成球形的鐵。以往會將可鍛鐵視為是一種舊的,無法使用的材料,這是不對的。可鍛鐵在設計工程師的材料清單中仍有一席之地。若鑄件較小,或是鑄件的截面積較小(小於0.25英吋,6.35 mm),可鍛鐵是很適合的材料。這種應用下,很難用石墨會成球型的鐵來製造,因為在快速冷卻時會形成碳化鐵。

若在低溫的溫度下,可鍛鐵的斷裂韌性會比其他球墨鑄鐵要好,因為其含矽量較低。其延性到脆性的轉輚溫度比其他的延性鐵合金要低。

在退水的過程中,為了正確的讓球墨鑄鐵中的石墨形成球狀,需要確保鑄鐵在整個截面是白鑄鐵的情形下固化。鑄鐵的截面若太厚,其冷卻會比較慢,會形成一些原生的石墨。石墨會形成隨機的片狀結構,經過熱處理也不會變成碳化物。若在應用時在這種鑄鐵下施下應力,其斷裂強度會比百鑄鐵要低。有一些對策可以強化白鑄鐵結構的生成,不過可鍛鐵工廠一般會避免生產大截面的工件。

在鑄造及熱處理之後,可鍛鐵可以用冷加工的方式成形,例如為了整直、彎曲或是壓印英語Coining (metalworking)所作的沖壓。這是因為可鍛鐵對應變率的靈敏度比其他的材料要低。

應用

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可鍛鐵常用在需要良好伸張強度以及延展性的小型鑄件中。用途常用在電氣配件、電力線、農具、採礦工具以及機器零件等[6]

相關條目

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參考資料

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  1. ^ 安繼儒. 中外常用金属材料手册. 陝西科學技術出版社. 1998: 1. ISBN 9787536928930. 
  2. ^ Brown, Robert R. Foseco Ferrous Foundryman's Handbook. Butterworth-Heinemann. 1999. ISBN 0-7506-4284-X. 
  3. ^ 3.0 3.1 Donald B. Wagner. Iron and Steel in Ancient China. BRILL. 1993: 338. ISBN 978-90-04-09632-5. 
  4. ^ Donald B. Wagner. Iron and Steel in Ancient China. BRILL. 1993: 335. ISBN 978-90-04-09632-5. 
  5. ^ Journal and Proceedings of the Hamilton Scientific Association. 1927.  缺少或|title=為空 (幫助)
  6. ^ Harvey E Steinhoff; Gordon B Mannweiler. Malleable Iron Castings. Malleable Founders Society. 1960.