1. Уводзіны
Шэры жалеза супраць пластычнае жалеза два найбольш шырока выкарыстоўваюцца тыпы чыгуну, кожны прапануе унікальныя ўласцівасці і перавагі, якія робяць іх незаменнымі ў шырокім дыяпазоне прамысловасці.
Як члены чыгуннага сямейства-жалеровулка-сіліконавыя сплавы, якія ўтвараюцца пры ліцці расплаўленых металаў у формы-абодва матэрыялы ацэньваюцца па іх трываласці, апрацоўка, лібельнасць, і эканамічная эфектыўнасць.
2. Што такое чыгуннае?
Чыгун гэта група жалезных вугляродных сплаваў з утрыманнем вугляроду, звычайна большай за 2%.
Ён выпрацоўваецца плаўленнем жалеза - звычайна атрымана з жалезнай руды - у печы і наліванне расплаўленага металу ў формы, утвараючы патрэбныя формы.
Вынік складаны, крохкі, і моцны матэрыял, які прапануе выдатную кастальнасць і шырокі спектр механічных уласцівасцей у залежнасці ад яго канкрэтнай фармулёўкі і лячэння.
Агульны склад
Асноўны склад чыгуну ўключае:
- Жалеза (F) - Асноўны элемент
- Вуглярод (C) - 2,0–4,0%, Садзейнічанне ліхаманству і ўплыву на цвёрдасць і далікатнасць
- Крэмнім (І) - 1,0–3,0%, што спрыяе фарміраванню графіту падчас застывання
- Сляды сумы марганец (Мн), серы (S), і фосфар (P) можа таксама прысутнічаць
Ключавыя характарыстыкі чыгуну:
- Выдатная кастальнасць: Добра цячэ ў складаныя формы, што робіць яго ідэальным для складаных формаў
- Добрая апрацоўка: Асабліва ў пэўных класах, як шэры жалеза
- Высокая трываласць на сціск: Робіць яго прыдатным для падшыпніка ў структурных прыкладаннях
- Вышэйшая вібрацыйная амартызацыя: Памяншае шум і рух у машынах і абсталяванні
- Эканамічна эфектыўны: Недарагі для атрымання ў вялікай колькасці
Распаўсюджаныя тыпы чыгуну:
| Тып чыгуну | Графітная форма | Ключавыя ўласцівасці | Тыповыя прыкладанні |
| Gray Iron | Графітныя шматкі | Выдатная вібрацыйная амартызацыя, Добрая апрацоўка, Высокая трываласць на сціск, крохкі | Блокі рухавіка, Тармазныя ротары, Машынныя базы, корпусы помпы |
| Пластычнае жалеза | Сфероідны (навакольны) графіт | Высокая трываласць на расцяжэнне, Добрая пластычнасць, Устойлівасць да стомленасці | Трубы, коленфоры, Завісі, ветравыя турбіны -ступіцы |
| Белы жалеза | Цэментавы (Няма бясплатнага графіту) | Надзвычай жорсткі і ўстойлівы да зносу, вельмі далікатны | Млынавыя ўкладышы, Насіць талеркі, Запчасткі помпа завісі |
| Плітневы жалеза | Тэмпература вугляродных вузельчыкаў | Умераная сіла і пластычнасць, устойлівы да ўздзеяння, апрацоўваецца | Трубавыя фітынгі, кранштэды, невялікія адліванні са складанай геаметрыяй |
3. Што такое шэры жалеза?
Шэры жалеза, таксама вядомы як Шэры чыгун, з'яўляецца найбольш часта выкарыстоўваным тыпам чыгуну. Ён названы па шэры колер паверхні пералому, што звязана з наяўнасцю графітныя шматкі у сваёй мікраструктуры.
Гэтыя графітныя шматкі ствараюць разрыў у жалезнай матрыцы, надаючы шэрага жалеза яго характэрны знешні выгляд і механічныя ўласцівасці.
Мікраструктура
Вызначальная асаблівасць шэрага жалеза - гэта яго Структура графіту шматкі убудаваны ў матрыцу ферыт, перліт, альбо спалучэнне абодвух.
Гэтыя шматкі ўтвараюцца падчас зацвярдзення і адказваюць за матэрыял:
- Выдатны вібрацыя амартызацыя
- Добры цеплаправоднасць
- Высокі трываласць на сціск
Аднак, Вострыя краю шматкоў дзейнічаюць як Канцэнтратары стрэсу, што значна зніжае трываласць на расцяжэнне і Зрабіце матэрыял далікатным пад напружаннем альбо ўздзеяннем.
Ацэнкі і стандарты
Шэры жалез класіфікуецца трываласць на расцяжэнне, часта пазначаныя з выкарыстаннем такіх стандартаў, як ASTM A48. Прыклады ўключаюць:
- Класіфікаваць 20 (Cl20): Нізкая сіла, Выдатная апрацоўка
- Класіфікаваць 30 (CL30): Выкарыстанне агульнага прызначэння
- Класіфікаваць 40 (Cl40): Больш высокая сіла, Падыходзіць для загружаных дэталяў
Вышэйшыя нумары класа паказваюць на больш высокую трываласць на расцяжэнне, Звычайна дасягаецца шляхам рэгулявання хуткасці астуджэння альбо ўтрымання сплаву.
Ключавыя ўласцівасці:
- Высокая трываласць на сціск
- Выдатная ёмістасць
- Дрэнная пластычнасць і ўдарная ўстойлівасць
Тыповыя прымяненне шэрага жалеза
Эканамічная эфектыўнасць і прадукцыйнасць шэрага жалеза ў дадатках, дзе пераважаюць сціск:
- Блокі рухавіка і галоўкі цыліндраў
- Тармазныя дыскі і барабаны
- Краны і базы станкабудавання
- Каробкі перадач і корпус
- Помпы і клапаны
4. Што такое пластычнае жалеза?
Пластычнае жалеза, таксама вядомы як вузлавы чыгун або сфероідны графіт жалеза (Sgi), гэта тып чыгуну, які прапануе значна палепшаныя механічныя ўласцівасці на шэрым жалезе, асабліва з пункту гледжання пластычнасць, трываласць на расцяжэнне, і Ударная ўстойлівасць.
Ключавое адрозненне заключаецца ў форма графіту У межах мікраструктуры металу. У пластычным жалезе, графіт формы як сферычныя вузельчыкі, а не шматкі, як у шэрым жалеза.
Гэтая круглая марфалогія мінімізуе канцэнтрацыю стрэсу, што дазваляе пластычнаму жалезу расцягваць або дэфармаваць без разбурэння - адсюль і назва "пластыльная".
Мікраструктура
- Вузлавы графіт: Сферычныя часціцы (5–20 мкм дыяметр) якія мінімізуюць канцэнтрацыю стрэсу, што дазваляе дэфармацыя пластыка.
- Матрыца: З улікам тэрмічнай апрацоўкі - ферытычна (Герцагі), перліцкі (моцны), альбо баініт (Высокая трываласць і трываласць).
Ацэнкі і стандарты
ASTM A536 - Стандартная спецыфікацыя для пластычных жалезных адлівак
- 60-40-18 → 60 Расцяжэнне, 40 KSI ўраджайнасць, 18% падаўжэнне
- 80-55-06 → Вышэйшая сіла, Умераная пластычнасць
- 100-70-03 → вельмі высокая сіла, нізкая пластычнасць
ISO 1083 - Міжнароднае абазначэнне сфероіднага графіта жалеза
- EN-GJS-400-15 (падобны на ASTM 60-40-18)
- EN-GJS-700-2 (падобны на ASTM 100-70-03)
Ключавыя ўласцівасці:
- Значна большая сіла і пластычнасць
- Большая ўстойлівасць да ўздзеяння
- Лепшая ўстойлівасць да стомленасці, ідэальна падыходзіць для цыклічнай загрузкі
- Захоўвае некаторыя амартызацыйныя магчымасці, Хоць менш, чым шэры жалеза
Распаўсюджаныя прымяненне пластычнага жалеза
Дзякуючы яго характарыстыкам працы, пластычнае жалеза шырока выкарыстоўваецца ў:
- Аўтамабільныя кампаненты: коленфоры, кантраляваць рукі, Корпусныя корпусы
- Муніцыпальныя сістэмы вады і сцёкавых вод: Прадстаўныя жалезныя трубы і фітынгі
- Цяжкае абсталяванне: перадачы, муфты, кранштэды, Структурныя дэталі
- Энергетычны сектар: ветравыя турбіны -ступіцы, Гідраўлічныя сістэмы
- Чыгуначнае і здабычанае абсталяванне: Адсочваць дэталі, арыентыроўка
5. Параўнанне хімічнага складу
Абодва сплавы ў першую чаргу складаюцца з жалеза (F), а таксама вуглярод (C) і крэмній (І), Але тонкія адрозненні і дабаўкі адрозніваюць іх:
| Элемент | Gray Iron (%) | Пластычнае жалеза (%) | Ноты |
| Вуглярод (C) | 2.5 - 4.0 | 3.0 - 4.0 | Больш высокі вуглярод спрыяе фарміраванню графіту |
| Крэмнім (І) | 1.8 - 3.5 | 1.8 - 3.0 | Крэмній паляпшае цякучасць і графітызацыю |
| Марганец (Мн) | 0.2 - 1.0 | 0.1 - 0.5 | Кіруе сілай і процідзейнічае серы |
| Серы (S) | 0.02 - 0.12 | 0.005 - 0.03 | Нізкая сера, неабходная ў пластычным жалезе для адукацыі вузельчыка |
| Фосфар (P) | 0.1 - 0.2 | 0.02 - 0.05 | Звычайна захоўваецца нізкай для пластычнасці |
| Магній (Мг) | - | 0.03 - 0.06 | Дадаецца ў пластычнае жалеза для стварэння вузлавага графіту |
| Нік (У), Copper (Cu), Хром (Кр) | Сумы прасочвання, можа змяняцца | Можа быць дададзены для ўстойлівасці да карозіі або трываласці |
6. Параўнанне фізічнага ўласцівасці шэрага жалеза супраць пластычнага жалеза
| Маёмасць | Gray Iron | Пластычнае жалеза | Ноты |
| Шчыльнасць | ~ 6.9 - 7.3 G/CM³ | ~ 7.0 - 7.3 G/CM³ | Вельмі падобная шчыльнасць, крыху вышэй для пластычнага жалеза з -за легу |
| Тэмпература раставання | 1140 - 1300 ° С | 1140 - 1300 ° С | Абодва маюць супастаўныя дыяпазоны плаўлення |
| Цеплаправоднасць | 35 - 55 W/m · k | 30 - 45 W/m · k | Шэрае жалеза звычайна лепш праводзіць цяпло |
| Каэфіцыент цеплавога пашырэння | 10 - 12 X10⁻⁶ /° С. | 11 - 13 X10⁻⁶ /° С. | Пластычнае жалеза мае крыху большае пашырэнне |
| Модуль эластычнасці (Модуль Янга) | 100 - 170 Балон | 160 - 210 Балон | Пластычнае жалеза значна больш жорстка |
| Каэфіцыент Пуассона | 0.25 - 0.28 | 0.27 - 0.30 | Блізкія каштоўнасці, з пластычным жалезам крыху вышэйшым |
| Канкрэтная цеплаправодная магутнасць | ~ 460 Дж/кг · К. | ~ 460 Дж/кг · К. | Амаль ідэнтычны |
| Цяжкасць (Брынел) | 140 - 300 Hb | 170 - 340 Hb | Пластычнае жалеза, як правіла, складаней |
| Магнітная пранікальнасць | Ферамагнітны | Ферамагнітны | Абодва з'яўляюцца ферамагнітнымі матэрыяламі |
7. Параўнанне механічнага ўласцівасці шэрага жалеза супраць пластычнага жалеза
| Механічная ўласцівасць | Gray Iron | Пластычнае жалеза | Ноты |
| Трываласць на расцяжэнне | 170 - 370 МПА | 350 - 700 МПА | Пластычнае жалеза мае значна большую трываласць на расцяжэнне |
| Сіла выхаду | 90 - 250 МПА | 250 - 450 МПА | Пластычнае жалеза праяўляе вялікую трываласць ураджайнасці |
| Падаўжэнне (Пластычнасць) | 0.5 - 3% | 10 - 18% | Пластычнае жалеза значна больш пласты, што дазваляе лепшай дэфармацыі перад пераломам |
| Трываласць на ўздзеянне | Нізкі (Дрэнная ўстойлівасць) | Высокі (Добрае ўздзеянне трываласць) | Пластычнае жалеза супрацьстаіць шок значна лепш |
| Модуль эластычнасці | 100 - 170 Балон | 160 - 210 Балон | Пластычнае жалеза больш жорсткае і мацнейшае пры эластычнай дэфармацыі |
| Цяжкасць (Брынел) | 140 - 300 Hb | 170 - 340 Hb | Крыху большая цвёрдасць у пластычным жалезе |
| Сіла стомленасці | Нізкая ўстойлівасць да стомленасці | Больш высокая ўстойлівасць да стомленасці | Структура вузлавага графіта пластычнага жалеза паляпшае тэрмін службы стомленасці |
| Трываласць на сціск | Высокі (~ 700 МПа) | Высокі (~ 600 - 900 МПА) | Абодва маюць добрую трываласць на сціск; Шэрае жалеза імкнецца атрымаць поспех |
8. Вытворчасць і кастынг
І шэрае жалеза, і пластычнае жалеза вырабляюцца з выкарыстаннем усталяваных метадаў ліцця, Але іх апрацоўка адрозніваецца з -за іх розных мікраструктур і механічных патрабаванняў.
Вытворчасць шэрага жалеза:
- Раставанне і легі: Шэрае жалеза звычайна расплаўляецца ў печах з купала або электрычнымі індукцыйнымі печамі. Базавая кампазіцыя ўключае жалеза, вуглярод (у асноўным як графіт), і крэмній.
Легувыя элементы, такія як марганец, серы, і фосфару кантралююцца для аптымізацыі кастальнасці і фарміравання графіту. - Метады ліцця: Найбольш распаўсюджаны працэс пясчанае ліццё, спрыяе сваёй гнуткасці і эканамічнай эфектыўнасці, Асабліва для складаных або вялікіх кампанентаў, такіх як блокі рухавіка, Машынныя базы, і тармазныя барабаны.
- Замоўка: Графіт утвараецца ў выглядзе шматкоў у жалезнай матрыцы падчас астуджэння, забяспечваючы выдатнае амартызацыя вібрацыі, але прыводзіць да далікатнасці.
- Апрацоўка: Графітная структура шэрага жалеза дзейнічае як змазка падчас апрацоўкі, што палягчае машыну, чым пластычнае жалеза.
Пустыльнае выраб жалеза:
- Раставанне і лячэнне: Пластычнае жалеза пачынаецца з аналагічнай сыравіны, расплаўлены ў індукцыйных або электрычных дугах.
Ключавая розніца заключаецца ў вузелавае лячэнне- Дадатковая магній або церы ў расплаўленае жалеза, каб пераўтварыць графітныя шматкі ў сферычныя вузельчыкі. - Метады ліцця: Пластычнае жалеза часта адліваецца з выкарыстаннем пясчанае ліццё або Інвестыцыйнае ліццё Для дакладных дэталяў.
Карэкціроўкі астуджэння і карэкціроўкі кампазіцыі забяспечваюць вузлаванае фарміраванне графіту і механічныя ўласцівасці. - Кантроль мікраструктуры: Сферычны графіт зніжае канцэнтрацыю стрэсу і павялічвае пластычнасць і трываласць.
- Тэрмічная апрацоўка: Пластычнае жалеза можна апрацаваць цяпло (адпачываў, нармалізаваны, альбо Austempered) для паляпшэння механічных уласцівасцей, у тым ліку трываласць на расцяжэнне і ўстойлівасць да стомленасці.
- Апрацоўка: Крыху больш складана для машыны з -за яго большай трываласці і трываласці ў параўнанні з шэрым жалезам, але ўсё ж добрая апрацоўка пры выкарыстанні адпаведных інструментаў.
9. Карозійная ўстойлівасць і даўгавечнасць
Устойлівасць да карозіі і доўгатэрміновая трываласць-важныя фактары пры выбары паміж шэрым жалезам і пластычным жалезам, Асабліва для прыкладанняў, якія падвяргаюцца жорсткім асяроддзем.
Gray Iron:
- Карозійнае паводзіны: Шэры жалеза ўмерана ўстойлівы да карозіі ў сухіх умовах, але адчувальны да іржы пры ўздзеянні вільгаці, асабліва пры наяўнасці соляў або кіслых умоў.
Графітавыя шматкі могуць ствараць мікра-гальванічныя клеткі з жалезнай матрыцай, паскарэнне лакалізаванай карозіі. - Павярхоўная абарона: Для павышэння трываласці, Шэрыя жалезныя кампаненты часта атрымліваюць ахоўныя пакрыцці, такія як жывапіс, парашковае пакрыццё, альбо ацынкаванне.
У некаторых выпадках, Спецыялізаваныя ўстойлівыя да карозіі сплавы або падшэўкі прымяняюцца для агрэсіўных умоў. - Моцнасць: У той час як шэры жалеза мае выдатную зносу, Карозія можа паменшыць тэрмін службы кампанентаў у адкрытым і вільготным дадатку без належнай абароны.
Пластычнае жалеза:
- Палепшаная ўстойлівасць да карозіі: Сфероідная структура графіта ў пластычным жалезе памяншае канцэнтрацыю напружання і стварае больш раўнамерную матрыцу, які імкнецца павысіць устойлівасць да карозіі ў параўнанні з шэрым жалезам.
- Палепшаныя паверхневыя працэдуры: Пластычныя жалезныя кампаненты звычайна выкарыстоўваюць ахоўныя пакрыцці, такія як эпаксідная падшэўка, цынкавыя пакрыцці, альбо паліурэтанавыя фарбы, Асабліва для выкарыстання ў сістэмах вады і сцёкавых вод.
- Катодная абарона: У падземных або пагружаных прыкладаннях, Пуцкія жалезныя трубы часта ўключаюць у сябе катодныя сістэмы абароны для змякчэння карозіі.
- Даўгавечнасць у жорсткіх умовах: Дзякуючы яго большай трываласці і пластычнасці, Пластычнае жалеза вытрымлівае механічныя напружання падчас карозіі лепш, чым шэры жалеза, Уклад у больш працяглы тэрмін службы ў цыклічнай нагрузцы і агрэсіўнай асяроддзі.
10. Параўнанне выдаткаў
- Сыравіна: Шэры жалеза каштуе $ 1– $ 3/кг; Пластычнае жалеза каштуе 1,5 - 4,5 долара/кг (30–50% вышэй) З -за Mg/CE вудулізатары.
- Апрацоўка: Шэрае жалеза не патрабуе пасля лячэння; пластычнае жалеза можа спатрэбіцца адпал ($0.2- $ 0,5/кг дадаткова).
- Кошт жыццёвага цыкла: Пластычнае жалеза часта прапануе меншыя доўгатэрміновыя выдаткі ў прыкладаннях з высокім узроўнем стрэсу (e.g., трубы: 50-год жыцця супраць. 30 Гады для шэрага жалеза).
11. Асноўныя адрозненні паміж шэрым жалезам супраць пластычнага жалеза
Разуменне фундаментальных адрозненняў паміж шэрым жалезам і пластычным жалезам мае вырашальнае значэнне для выбару адпаведнага матэрыялу на аснове патрабаванняў да прыкладання.
| Рыса | Gray Iron | Пластычнае жалеза |
| Графітавая марфалогія | Лупіцца графітавыя шматкі | Сфероідны (навакольны) графіт |
| Трываласць на расцяжэнне | ~ 150–400 МПа | ~ 400–700 МПа |
| Падаўжэнне | 1–3% | Да 18% |
| Трываласць на сціск | Высокі | Умераны да высокага |
| Ударная ўстойлівасць | Нізкі (крохкі) | Высокі (Герцагі) |
| Вібрацыя амартызацыя | Выдатны | Добра, але менш шэры жалеза |
| Апрацоўка | Лёгкі (графіт дзейнічае як змазка) | Больш складана (жорсткая матрыца) |
| Лібельнасць | Выдатны, менш дэфектаў | Добры, патрабуе кіравання Nodulizer |
| Тэндэнцыя ўсаджвання | Нізкі | Крыху вышэй |
| Каштаваць | Ніжэйшы | Вышэй з -за легу і кантролю |
| Тыповыя прыкладанні | Блокі рухавіка, Машынныя базы | Трубы, Аўтамабільныя дэталі, Структурныя кампаненты |
12. Выбар паміж шэрым і пластычным жалезам
- Прыярытэтызуйце кантроль за аслабленнем/вібрацыяй: Шэры жалеза (e.g., Блокі рухавіка, Такарныя ложкі).
- Патрэбна трываласць/пластычнасць: Пластычнае жалеза (e.g., коленфоры, трубы).
- Эканамічная адчувальная, Прыкладанні з нізкім узроўнем стрэсу: Шэры жалеза (e.g., Навучаныя люкі).
- Дынамічныя нагрузкі/рызыка ўздзеяння: Пластычнае жалеза (e.g., Кампаненты падвескі).
13. Conclusion
Шэры жалеза супраць пластычнага жалеза, Абодва тыпу чыгуну, Служыць розныя ролі: Шэры жалеза пераўзыходзіць недарагі, Вібрацыя аслаблена, і прыкладанні для сціску нагрузкі, у той час як пластычнае жалеза дамінуе, дынамічны, і схільныя да ўздзеяння сцэнарыі.
Іх адрозненні, укаранёны ў графітнай марфалогіі, Зрабіце іх незаменнымі ў сучаснай тэхніцы, забеспячэнне іх далейшага значэння ў аўтамабільнай, інфраструктура, і машыны.
FAQ
Пластычнае жалеза мацней, чым сталь?
Так - жалеза, які можа супернічаць з нізкім утрыманнем вугляроду (~ 400–600 МПа), Хоць гэта менш пластычна.
Ці можна апрацаваць шэрае жалеза?
Не - ён захоўвае далікатнасць з -за графітавых шматкоў і не паляпшаецца пры цеплааддачы.
Навошта выкарыстоўваць шэры жалеза для блокаў рухавіка?
Яго выдатнае вібрацыйнае амартызацыя, цеплавая ўстойлівасць, і нізкі кошт робіць яго ідэальным для кампанентаў рухавіка.
Як доўга доўжыцца пластычныя жалезныя трубы?
Пры правільным пакрыцці і ўстаноўцы, Яны часта дасягаюць 50–100+ гадоў службы.
Абодва тыпы, якія можна перапрацаваць?
Так, абодва ёсць 95% учыненая ўтылізацыя, з перапрацаваным шэрым/пластычным жалезам 90% арыгінальных уласцівасцей.
