1. Уводзіны
Шэры чыгун, або шэры чыгун—адрозніваецца лускаватай мікраструктурай графіту — камбін эканамічная эфектыўнасць, вібрацыя амартызацыя, і Выдатная апрацоўка.
Узнікла ў пачатку 19 стагоддзя для цыліндраў паравых машын, з тых часоў шэры чыгун забяспечвае прымяненне ад аўтамабільных тармазных барабанаў да прамысловых машын.
Сёння, ён застаецца асноватворным матэрыялам аўтамабільны, цяжкая тэхніка, трубы, і унутраны сектарах дзякуючы ўнікальнаму спалучэнню уласцівасцей.
2. Што такое шэры чыгун?
Шэры чыгун гэта разнавіднасць чыгуну, які лёгка пазнаць па шэрым колеры паверхні надломаў, што вынікае з наяўнасці ў яго мікраструктуры графітавых шматкоў.
Гэтыя графітавыя шматкі надаюць шэрагу чыгуну яго характэрныя ўласцівасці, уключаючы выдатную амартызацыйную здольнасць, Добрая апрацоўка, і адносна нізкі кошт.
Гэта найбольш часта выкарыстоўваная форма чыгуну і гуляе асноватворную ролю як у традыцыйнай, так і ў сучаснай апрацоўчай прамысловасці.
Класіфікацыя і маркі шэрага чыгуну
Класіфікацыя ASTM A48 (ЗША. Стандарт)
Стандарт ASTM A48 класіфікуе шэры чыгун на маркі па мінімальнай трываласці на разрыў, вымяраецца ў ksi (1 ksi = 6.89 МПА).
| Ацэнка ASTM | Мінімальная трываласць на разрыў (МПА) | Тыповая мікраструктура | Агульныя прыкладанні |
|---|---|---|---|
| Класіфікаваць 20 | 138 МПА | Пераважна ферытныя | Процівагі, дэкаратыўныя адліўкі |
| Класіфікаваць 30 | 207 МПА | Ферытна–перлітавыя | Блокі рухавіка, корпусы помпы |
| Класіфікаваць 40 | 276 МПА | Пераважна перлітавыя | Тармазныя барабаны, махавікі, машынныя ложкі |
| Класіфікаваць 50 | 345 МПА | Дробны перліт, нізкі ферыт | Цыліндры, высоканагрузачныя кранштэйны |
У 1561 Класіфікацыя (Еўрапейскі стандарт)
Еўрапейскі стандарт EN 1561 выкарыстоўвае прэфікс «EN-GJL». (GJL = графітавы чыгун з пласціністай структурай, або «пласціністы графітавы чыгун») затым трываласць на разрыў у МПа.
| Ступень | Мін. Трываласць на расцяжэнне (МПА) | Цяжкасць (BHN) | Тыповая прымяненне |
|---|---|---|---|
| EN-GJL-150 | 150 | ~150 | Дэкаратыўныя часткі, лёгкія чахлы |
| EN-GJL-200 | 200 | ~160–170 | Картэры рэдуктараў, Справы перадачы |
| EN-GJL-250 | 250 | ~180–200 | Блокі цыліндраў, буйныя адліўкі |
| EN-GJL-300 | 300 | ~220–240 | Тармазныя ротары, звышмоцныя карпусы |
Дыяпазон тыповага хімічнага складу (% па вазе)
| Элемент | Тыповы дыяпазон (%) | Функцыя ў шэрага жалеза |
|---|---|---|
| Вуглярод (C) | 2.5 - 4.0 | Спрыяе адукацыі шматкоў графіту; павышае ліцейнасць |
| Крэмнім (І) | 1.8 - 3.0 | Графітызатар; спрыяе адкладанню вугляроду і паляпшае цякучасць |
| Марганец (Мн) | 0.2 - 1.0 | Умацоўвае матрыцу; спрыяе адукацыі перліту |
| Фосфар (P) | ≤ 0.12 (максімум 0.5) | Паляпшае цякучасць; празмернае колькасць выклікае ломкасць (стадыт) |
| Серы (S) | ≤ 0.12 | Наогул непажадана; утварае ўключэнні сульфіду жалеза |
| Жалеза (F) | Сальда | Матрычны асноўны метал |
4. фізічны & Механічныя ўласцівасці
Шэры чыгун дэманструе адметнае спалучэнне фізічных і механічных уласцівасцей дзякуючы мікраструктуры графітавых шматкоў, убудаваных у жалезную матрыцу.
Гэтыя ўласцівасці робяць яго вельмі прыдатным для шырокага спектру структурных і тэрмічных прымянення, асабліва там, дзе гасіць вібрацыю, цеплаправоднасць, і ліцейнасць вельмі важныя.
Механічныя ўласцівасці
На механічныя паводзіны шэрага чыгуну моцна ўплывае марфалогія графітавых шматкоў, тып матрыцы (ферытны, перліцкі, або змешаны), і таўшчыня секцыі.
| Маёмасць | Тыповы дыяпазон значэнняў | Ноты |
|---|---|---|
| Трываласць на расцяжэнне | 150–350 Мпа | Вар'іруецца ў залежнасці ад гатунку (e.g., Клас ASTM A48 20 да класа 50) |
| Трываласць на сціск | 3–4 × трываласць на разрыў | Высокі з-за арыентацыі графітавых шматкоў |
| Цяжкасць | 130-250 BHN | Павялічваецца з утрыманнем перліту |
| Падаўжэнне | ~0,5–1% | Вельмі нізкі з-за канцэнтрацыі напружання на кончыках лускавінак |
| Модуль эластычнасці | 70–100 ГПа | Ніжэй, чым сталь з-за графітавых шматкоў, якія парушаюць перадачу напружання |
Запіска: У адрозненне ад сталі, шэры чыгун практычна не валодае пластычнасцю і становіцца далікатным пры нагрузцы на расцяжэнне.
Фізічныя ўласцівасці
| Маёмасць | Тыповае значэнне | значнасць |
|---|---|---|
| Шчыльнасць | 6.9–7,2 г/см³ | Крыху ніжэй, чым сталь (~7,85 г/см³) |
| Цеплаправоднасць | 35–55 Вт/м·К | Значна вышэй, чым пластычны або каваны чыгун; ідэальна падыходзіць для адводу цяпла |
| Канкрэтная цеплаправодная магутнасць | ~ 460 Дж/кг · К. | Параўнальна з іншымі чорнымі металамі |
| Каэфіцыент пашырэння | ~10,5–11,5 × 10⁻⁶ /K | Умераны; важна для цеплавых прыкладанняў, якія маюць крытычнае значэнне |
| Ёмістасць амартызацыі | 10× сталь | Выдатнае паглынанне вібрацыі і шуму |
| Тэмпература раставання | 1140-1200°C | Ніжэй, чым сталь; павышае ліцейнасць |
Унікальныя функцыянальныя перавагі
- Палепшаная здольнасць амартызацыі: Дзякуючы ўнутранаму трэнню, якое ствараецца шматкамі графіту, шэры чыгун паглынае вібрацыю нашмат лепш, чым сталь або пластычны чыгун.
Гэта робіць яго ідэальным для блокаў рухавікоў, станкі станкоў, і кампаненты тармазоў. - Добрая цеплаправоднасць: Яго здольнасць эфектыўна перадаваць цяпло робіць шэры чыгун пераважным матэрыялам для кухоннага посуду, кампаненты радыятара, і тармазныя дыскі.
- Выдатная апрацоўваемасць: Наяўнасць графіту дзейнічае як убудаваная змазка, зніжэнне зносу інструмента і забеспячэнне больш высокіх хуткасцей рэзкі.
Перлітныя маркі больш цвёрдыя, але ўсё ж больш паддаюцца апрацоўцы, чым многія сталі.
5. Прыдатнасць ліцця для шэрага чыгуну
Шэры чыгун - адзін з металаў, якія найбольш паддаюцца разліву ў ліцейнай прамысловасці, славіцца сваёй выдатнай цякучасцю, нізкая тэмпература плаўлення, і мінімальная ўсаджванне.
Гэтыя характарыстыкі робяць яго ідэальным для вытворчасці складанай геаметрыі, буйныя адліўкі, і дэталі вялікага аб'ёму з надзейнай дакладнасцю памераў і аздабленнем паверхні.
Выдатная цякучасць
Шэры чыгун дэманструе выключныя характарыстыкі цякучасці расплаву дзякуючы адносна нізкай тэмпературы залівання (звычайна паміж 1150–1250°C) і ўтрыманне графіту.
Гэтая цякучасць дазваляе лёгка запаўняць складаныя формы і танкасценныя секцыі (таўшчынёй 3-5 мм), зніжэнне рызыкі халоднага адключэння або няправільнага запуску.
Нізкая хуткасць ўсаджвання
Пры лінейнай зацвярдзельнай ўсаджванні звычайна ў дыяпазоне 0,8-1,0%, шэры чыгун захоўвае цудоўную стабільнасць памераў.
Гэта прадказальная ўсаджванне можа быць дакладна кампенсавана ў дызайне шаблону, мінімізацыя дэфектаў і прыпускоў на апрацоўку.
Структура графітавых шматкоў паляпшае ліцейнасць
Лускаваты графіт у шэрым чыгуне не толькі спрыяе яго механічнай амартызацыі і апрацоўцы, але таксама дапамагае ў падачы падчас застывання, зніжэнне верагоднасці ўнутранай ўсаджвання сітаватасці.
Ён дзейнічае як натуральны микроподъемник, паляпшэнне агульнай дыхтоўнасці ліцця.
Высокая цеплаправоднасць
Высокая цеплаправоднасць (звычайна 50–60 Вт/м·K) спрыяе хуткаму цеплааддачы пры застыванні, дапамагае кантраляваць мікраструктуру і зніжае рызыку тэрмічнага парэпання.
Гэта асабліва выгадна ў вялікіх адліўках або ў высакахуткасных вытворчых умовах.
Выдатная апрацоўваемасць пасля ліцця
З-за змазачнага эфекту графітавых шматкоў і адносна нізкай цвёрдасці (Брынель 150–250 HB), яго можна лёгка апрацаваць, не патрабуючы працяглых працэсаў аздаблення.
Гэта зніжае выдаткі на наступную апрацоўку і павялічвае прадукцыйнасць вытворчасці.
Прыдатныя метады ліцця для шэрага чыгуну
| Метад ліцця | Прыкладанне | Перавагі | Меркаванні |
|---|---|---|---|
| Зялёны пясок ліццё | Блокі рухавіка, дапрацоўкі, кранштэды | Эканамічна эфектыўны, шматразовы пясок, адаптуецца да вялікай гучнасці | Патрабуе кантролю вільготнасці і раўнамернасці цвілі |
| Ліццё з пяску на смале | Машынныя ложкі, корпуса помпаў, Целы клапана | Высокая дакладнасць памераў і аздабленне паверхні | Больш высокі кошт інструментаў, падыходзіць для малых і сярэдніх аб'ёмаў |
| Ракавіна ліцця цвілі | Дакладныя прамысловыя кампаненты | Выдатная допуск да памераў і якасць паверхні | Даражэй, але памяншае патрэбы ў апрацоўцы |
| Пастаянная цвіль | Паўтараюцца геаметрыі, такія як махавікі або шківы | Добра падыходзіць для ўмераных серый з тонкай аздабленнем паверхні | Абмежаваны больш простымі формамі з-за абмежаванняў формы з цвёрдага металу |
| Цэнтрабежнае ліццё | Трубы, рукавы, ротары | Вырабляе шчыльны, цыліндрычныя дэталі без дэфектаў | Патрабуецца спецыяльнае абсталяванне і збалансаваная геаметрыя |
6. Тэрмічная апрацоўка & Апрацоўванне
Шэры чыгун рэдка праходзіць цыклы загартоўкі і адпуску; замест гэтага, ліцейных прымян:
- Адпал/зняцце стрэсу: 650-700 °C на працягу 1-2 гадзін зніжае рэшткавыя напружання і паляпшае апрацоўваемасць.
- Нармалізацыя: Дакладная налада матрыцы (ферыт супраць. перліт) для мэтавай цвёрдасці.
Падчас механічнай апрацоўкі, інжынеры спрыяюць:
- Цвёрдасплаўная аснастка на ўмераных хуткасцях (50–80 м/м).
- Жорсткая стойка каб кампенсаваць нізкую трываласць на разрыў.
- Выкарыстанне астуджальнай вадкасці каб пазбегнуць нарошчвання краю; графітавыя шматкі палягчаюць ломку стружкі.
Пасляапрацоўка, шэры чыгун дасягае Аздабленне паверхні так нізка, як Ra 1.6 мкм з мінімальнымі дадатковымі аперацыямі.
7. Перавагі і недахопы
Перавагі:
- Вібрацыя амартызацыя: Да 90 % лепш, чым сталь, зніжэнне шуму і стомленасці.
- Апрацоўка: Графітавыя шматкі дзейнічаюць як стружколломы, зніжэнне зносу інструмента.
- Эканамічная эфектыўнасць: > 80 % утрыманне другаснай сыравіны і меншая энергія плаўлення, чым сталь.
Недахопы:
- Нізкая пластычнасць пры расцяжэнні: < 2 % падаўжэнне абмяжоўвае выкарыстанне ўдарных нагрузак.
- Анізатропія: Арыентацыя лускавінак стварае змены накіраванай сілы (~ 20 %).
- Дарагасць: Больш нізкая ўдаратрываласць у параўнанні з каваным чыгунам.
8. Прыкладанне & Выкананне
Сінэргія уласцівасцяў шэрага чыгуну абумоўлівае яго выкарыстанне:
- Аўтамабільны: Блокі рухавіка, Галоўкі цыліндру, тармазныя барабаны - павышэнне цеплаправоднасці (~ 45 W/m · k) для адводу цяпла.
- Цяжкая тэхніка: Картэры рэдуктараў, асновы станкоў - выкарыстанне гашэння вібрацыі для падаўжэння тэрміну службы падшыпнікаў.
- Збудаванне & Трубаправоды: Навучаныя люкі, корпуса клапанаў - устойлівасць да карозіі ў нейтральных водах і нізкі кошт.
- Айчынныя тавары: Посуд, радыятары—забеспячэнне раўнамернага размеркавання цяпла і даўгавечнасці.
9. Параўнанне з альтэрнатыўнымі матэрыяламі
Шэры чыгун доўгі час служыў асноватворным матэрыялам у машынабудаванні і вытворчасці, але часта канкуруе з такімі альтэрнатывамі, як пластычны чыгун, сталь, Алюмініевыя сплавы, і кампазіты.
Кожны з гэтых матэрыялаў прыносіць розныя перавагі і кампрамісы, што робіць выбар матэрыялу моцна залежным ад прымянення.
Ніжэй прыведзены параўнальны агляд, які паказвае, што тычыцца шэрага чыгуну адносна яго звычайных заменнікаў.
Параўнальная табліца: Шэры чыгун супраць. Альтэрнатыўныя матэрыялы
| Маёмасць / Матэрыял | Шэры чыгун | Пластычнае жалеза | Вугляродная сталь | Aluminum Alloys | Кампазіты |
|---|---|---|---|---|---|
| Шчыльнасць (G/CM³) | 7.1 - 7.3 | 7.0 - 7.2 | 7.8 - 7.9 | 2.6 - 2.8 | 1.5 - 2.0 (вар'іруецца) |
| Трываласць на расцяжэнне (МПА) | 150 - 400 | 400 - 700 | 400 - 900 | 100 - 400 | 50 - 500+ (у залежнасці ад абалоніны) |
| Падаўжэнне (%) | <1% (крохкі) | 5 - 18% | 10 - 25% | 2 - 12% | 1 - 10% |
| Цеплаправоднасць | Высокі (50 - 60 W/m · k) | Умераны (35 - 50 W/m · k) | Нізкі–Умераны (20 - 40 W/m · k) | Высокі (120 - 180 W/m · k) | Нізкі–Умераны (0.2 - 30 W/m · k) |
| Ёмістасць амартызацыі | Выдатны | Добры | Бедны | Вельмі бедна | Пераменлівы |
| Лібельнасць | Выдатны (складаныя формы, нізкі кошт) | Добры | Умераны (патрабуе больш намаганняў) | Умерана - добра (у залежнасці ад сплаву) | Бедны (звычайна фармаваны, ня кінуты) |
| Апрацоўка | Выдатны (за кошт графітавых шматкоў) | Добры | Умерана - добра | Выдатны | Дрэнны - мадэральны |
| Каразія супраціву | Дрэнна без пакрыцця | Дрэнны - мадэральны | Умерана - добра (з легіраваннем) | Добры (асабліва серыі 6xxx і 5xxx) | Выдатны (з дызайнам) |
| Каштаваць | Нізкі | Умераны | Умераны - высокі | Умераны - высокі | Высокі (асабліва для прасунутых кампазітаў) |
Каўкі чыгун супраць. Шэры чыгун
- Пластычнае жалеза прапануе значна больш высокую пластычнасць і трываласць, што робіць яго прыдатным для прымянення ціскаў або дынамічных нагрузак.
Аднак, шэры чыгун па-ранейшаму пераўзыходзіць яго па амартызацыі і эканамічнай эфектыўнасці, асабліва ў статычных канструктыўных частках.
Вугляродная сталь супраць. Шэры чыгун
- Сталь забяспечвае цудоўныя ўласцівасці пры расцяжэнні і пластычнасць, але гэта даражэй і цяжэй апрацоўваць.
Шэры чыгун пераважны для дэталяў, якія патрабуюць кантролю вібрацыі (e.g., Машынныя базы, дапрацоўкі).
Алюмініевыя сплавы супраць. Шэры чыгун
- Алюміній значна лягчэй і забяспечвае выдатную ўстойлівасць да карозіі, што робіць яго ідэальным для транспарціроўкі і адчувальных да цяпла кампанентаў.
Шэры чыгун, З іншага боку, выдатна падыходзіць для прыкладанняў, якія патрабуюць цвёрдасці і паглынання вібрацыі.
Кампазіты супраць. Шэры чыгун
- У той час як перадавыя кампазіты могуць пераўзыходзіць шэры чыгун па суадносінах трываласці і вагі і ўстойлівасці да карозіі, яны нашмат даражэйшыя і іх складана вырабляць у маштабе.
10. Conclusion
Шэры чыгун трывае як а краевугольны матэрыял З -за яго эканамічная вытворчасць, убудаваная амартызацыя, і прастата апрацоўкі.
Авалодаўшы сваім адукацыю эўтэктычнага графіту, ліцця практык, і рэкамендацыі па афармленні, інжынеры могуць працягваць выкарыстоўваць шэры чыгун для надзейнасці, эканамічна эфектыўныя рашэнні ў розных галінах - ад сэрца рухавіка да асновы цяжкай тэхнікі.
Па меры развіцця мадыфікацый сплаваў і гібрыдных метадаў вытворчасці, шэры чыгун захавае сваю ролю ў фарміраванні інжынерных кампанентаў заўтрашняга дня.
Гэтае гэта ідэальны выбар для вашых вытворчых патрэбаў, калі вам патрэбна якасная Адліўкі з шэрага чыгуну.
