Tělesa čerpadel z tvárné litiny

Co je to tažná litina?

Obsah show

1. Zavedení

Tvárná litina, často nazývaná nodulární litina nebo litina s kuličkovým grafitem.

V 1948, Keith Millis objevil, že přidání malého množství hořčíku do roztaveného železa vytvořilo téměř kulovité grafitové uzlíky spíše než vločky..

Tento průlom přinesl tvárnou litinu (Z), který kombinuje slévatelnost a hospodárnost s výrazně zlepšenou pevností v tahu a tažností.

Tento článek se ponoří do základní povahy tvárné litiny, jeho chemie a mikrostruktura, Mechanický výkon, zpracování tras, odolnost proti korozi,

klíčové aplikace, výhody a omezení, a srovnání s alternativními materiály.

2. Co je to tažná litina?

Tvárná litina (Z) se kvalifikuje jako litinová rodina charakterizovaná sféroidem (nodulární) grafitové inkluze rovnoměrně rozptýlené v kovové matrici.

Na rozdíl od vločkovitého grafitu šedé litiny, náchylný ke koncentraci stresu, Grafitové uzlíky DI zastavují šíření trhlin, umožňující tvárné chování.

Tvárná litina
Tvárná litina

Tvárná litina překlenuje výkonnostní rozdíl mezi šedou litinou a nízkolegovanou ocelí.

Výrobci využívají tvárnou litinu pro součásti pod cyklickým zatížením, kde záleží na vysoké pevnosti a odolnosti proti nárazu.

Navíc, Obrobitelnost DI a schopnost téměř čistého tvaru snižují náklady na následné zpracování.

3. Chemické složení a slitinové systémy

Základní složení: Fe–C–Si–Mn–P–S

Základ z tvárné litiny spočívá v typické vsázce šedé litiny –železo (Fe), uhlík (C), křemík (A), mangan (Mn), fosfor (Str), a síra (S).

Reprezentativní chemický rozsah pro běžnou jakost (ASTM A536 65-45-12) může být:

  • C: 3.5 - 3.8 Wt %
  • A: 2.2 - 2.8 Wt %
  • Mn: 0.1 - 0.4 Wt %
  • Str: ≤ 0.08 Wt %
  • S: ≤ 0.025 Wt %

Vysoký křemík (≥ 2 Wt %) podporuje tvorbu grafitu spíše než cementit, zatímco nízký obsah síry (< 0.025 Wt %) zabraňuje nadměrným inkluzím, které narušují tvorbu uzlů.

Nodulizační prvky: Hořčík (Mg), Cerium (Ce), a vzácných zemin (RE)

Nodularita v tvárné litině vzniká přidáním hořčíku – obvykle 0.03% - 0.05% Mg- na roztavené železo.

Slévárny přivádějí hořčík přes Předslitiny Mg–Fe nebo plněné dráty. Silná afinita hořčíku k síře tvoří MgS, takže přísně kontrolují síru, aby zůstala pod 0.025%.

Mnoho sléváren také přidává 0.005 - 0.01 % ceru nebo prvků vzácných zemin ke zpřesnění tvaru a velikosti uzlíku, zlepšení mechanické konzistence, zejména v tlustých úsecích.

Tyto přísady RE dále snižují citlivost na změny obsahu síry a kyslíku.

Dodatečné legování: Měď (Cu), Nikl (V), Molybden (Mo), Chromium (Cr)

Přizpůsobit sílu, houževnatost, nebo odolnost proti korozi, slévárny obsahují sekundární legující prvky:

  • Měď (Cu): 0.2 - 0.5 Wt % podporuje tvorbu perlitu, zvýšení síly tím 10 - 20 %.
  • Nikl (V): 0.5 - 1.5 Wt % zvyšuje houževnatost při nízkých teplotách a odolnost proti korozi.
  • Molybden (Mo): 0.2 - 0.4 Wt % zlepšuje prokalitelnost a odolnost proti tečení pro provoz při vyšších teplotách.
  • Chromium (Cr): 0.2 - 0.5 Wt % poskytuje mírnou odolnost proti korozi a pevnější mikrostrukturu.

Obvykle, třídy tvárné litiny zůstávají uvnitř 1 - 2 Wt % kombinované Cu + V + Mo + Cr, zajištění nákladové efektivity při plnění výkonnostních cílů.

Standardy a stupně

  • ASTM A536 (USA): 60-40-18, 65-45-12, 80-55-06 stupně.
  • ISO 1083 (Evropa): EN-GJS-400-15, GJS-450-10, GJS-700-2.
  • VAŠE 1563 (Německo): GG-25, GS-32, ekvivalenty GS-45.

4. Fyzikální a mechanické vlastnosti tvárné litiny

Autodíly lité do písku z tvárné litiny
Autodíly lité do písku z tvárné litiny

Pevnost v tahu, Výnosová síla, a tažnost

Charakteristickým znakem tvárné litiny kombinace vysoké pevnosti a značné tažnosti:

Stupeň UTS (MPA) Výtěžek (0.2% offset, MPA) Prodloužení (%) Matice
60-40-18 (A536) 400 - 550 245 - 415 10 - 18 Feritický-perlitický
65-45-12 (A536) 450 - 650 275 - 450 8 - 12 Perlitické-Ferritické
80-55-06 (A536) 700 - 900 415 - 620 3 - 6 Plně perlitické

Naopak, standardní výtěžky šedé litiny 200 - 300 MPA pevnost v tahu prakticky bez prodloužení.

Protože DI grafitové noduly otupují iniciaci trhlin, tažnost vyskočí do dvouciferných hodnot u tříd s nižší pevností.

Tvrdost a odolnost proti opotřebení

Tvrdost tvárné litiny se rozprostírá 170 - 320 HB, v závislosti na třídě a matici:

  • Feritická třída (60-40-18) dodává kolem 170 HB, vhodné pro univerzální odlitky (potrubí, rámečky).
  • Vysoce pevný perlitický stupeň (80-55-06) dosáhne 260 - 320 HB, konkurující nízkolegované oceli v odolnosti proti opotřebení u ozubených kol, ozubená kola, a oběžná kola čerpadla.

Když je odolnost proti opotřebení kritická, výrobci často vybírají temperovaná tvárná litina (ADI),

který dosahuje 300 - 450 HB po tepelné úpravě, vyrovnání tvrdosti se zbytkovou houževnatostí.

Únavový život a houževnatost

Sférický grafit z tvárné litiny výrazně zvyšuje odolnost proti únavě:

  • Limit únavy obvykle stojí na ≈ 40% UTS. Pro a 65-45-12 stupeň (UTS ≈ 500 MPA), únavová odolnost dosahuje 200 MPA při 10⁷ cyklech při obráceném ohýbání.
  • Rázová houževnatost (Charpy V-zářez u 20 ° C.) se pohybuje od 15 - 60 J, v závislosti na ročníku. Nižší pevnost, Třídy bohaté na feritické materiály absorbují až 60 J, zatímco plně perlitické třídy klesají do 15 J.

Tyto hodnoty předčí šedou litinu (10 - 20 J) a přiblížit se k nízkolegované oceli, Díky tomu je tvárná litina ideální pro vysokocyklové aplikace, jako jsou klikové hřídele a ojnice.

Modul pružnosti a tlumicí kapacita

Na rozdíl od šedé litiny 100 - 120 GPA modul, měření modulu tvárné litiny 170 - 200 GPA, zhruba odpovídá nízkolegované oceli.

Tato vysoká tuhost, v kombinaci s tlumicí kapacitou kolem 0.005 na 0.010 (logaritmický dekrement),

zajišťuje, že díly z tvárné litiny odolávají průhybu při zatížení a zároveň tlumí vibrace – což je výhodné u součástí motorů a strojních základen.

Tepelná vodivost a součinitel tepelné roztažnosti

Vlastnictví Tažné železo Šedé železo Ocel (A36)
Tepelná vodivost (W/m · k) 35 - 50 35 - 45 45
Koeficient tepelné roztažnosti (×10⁻⁶/°C) 12 - 13 10 - 12 11 - 13

Tepelná vodivost tvárné litiny je stejná jako u šedé litiny a oceli, umožňující efektivní odvod tepla v blocích motoru a brzdových bubnech.

Jeho koeficient tepelné roztažnosti (~ 12 × 10⁻⁶/° C.) těsně lícuje s ocelí, zjednodušující multimateriálový design.

5. Korozní chování a odolnost vůči vlivům prostředí

Pasivní filmy a povrchová oxidace

Tvárná litina tvoří an oxid železa (Fe304/Fe203) filmu při vystavení kyslíku. Tato pasivní vrstva zpomaluje další oxidaci v mírném prostředí.

Legující přísady jako 0.5 - 1.5% V nebo 0.2 - 0.5% Cr zlepšit korozní výkon stabilizací pasivního filmu.

Na rozdíl od šedé litiny, která může způsobit důlkovou korozi, může matrice DI lépe odolávat lokalizovanému útoku, zvláště při potažení.

Písecí lití tažná litina
Písecí lití tažná litina

Srovnávací míry koroze vs. Šedá litina a ocel

Prostředí Z (Nepotažené, mm/y) Šedé železo (mm/y) Mírná ocel (mm/y)
Sladká voda 0.05 - 0.10 0.10 - 0.15 0.20 - 0.30
Mořská voda 0.20 - 0.35 0.40 - 0.60 0.50 - 1.00
Kyselé (pH 3 - 4) 0.15 - 0.25 0.30 - 0.40 0.50 - 1.00
Alkalický (pH 9 - 10) 0.02 - 0.05 0.05 - 0.08 0.10 - 0.20

V každém případě, rychlost koroze tvárné litiny zůstává zhruba 50% ze šedé litiny a 30–40% z měkké oceli.

Uplatňuje se epoxidové nebo polyuretanové nátěry snižuje korozi DI na < 0.01 mm/rok v agresivním prostředí.

Při zasypání nebo ponoření, zaměstnávají designéři zinkové nebo hliníkové obětní anody k ochraně potrubí a tvarovek z tvárné litiny bez povlaku.

Kontrola koroze: Povlaky, Katodická ochrana, a Výběr materiálu

  • Povlaky: Vysoce nanášený epoxid (200 µm) nebo stříkané plamenem zinek/hliník vrstvy prodlužují životnost v námořních nebo chemických zpracovatelských závodech.
  • Katodická ochrana: Anody s přiloženým proudem nebo obětované anody udržují integritu potrubí z tvárné litiny v podzemních nebo podvodních instalacích.
  • Výběr materiálu: Ve vysoce korozivních podmínkách (pH < 3 nebo chlorid > 10 000 PPM), upřesňují inženýři Ni-slitina DI nebo nerez místo standardních známek.

6. Výrobní procesy z tvárné litiny

Lisovací metody: Lití písku, Shell formování, a investiční lití

  • Lití zeleného písku zůstává převládající metodou. Slévárny balí křemičitý písek s jílem nebo chemickými pojivy do baněk kolem vzorů.
    Pískové formy jsou vhodné pro stoupačky, jádra, a vtokové systémy přizpůsobené pro plynulost DI. Typická minimální tloušťka sekce se pohybuje kolem 6 - 8 mm aby se zabránilo vadám při smršťování.
  • Shell formování používá zahřátou směs písku potaženou pryskyřicí lisovanou kolem zahřátého kovového vzoru.
    Tento proces poskytuje povrchové úpravy Ra = 1–3 µm a tolerance ± 0.3 mm, za nákladovou prémii ~ 20 % nad zeleným pískem.
  • Investiční obsazení (Ztracený vosk) usnadňuje tenké řezy (dolů k 3 mm) a složité geometrie s tolerancemi ± 0.1 mm.
    Však, tvárná litina investiční odlitky příkaz 2– 3× náklady na ekvivalenty litého písku, omezení použití na maloobjemové nebo složité díly.
Výfukové potrubí z tvárné litiny na investiční lití
Výfukové potrubí z tvárné litiny na investiční lití

Tepelné zpracování: Žíhání, Normalizace, Východní temperování (ADI)

Tepelné zpracování přizpůsobuje matrici a mechanické vlastnosti DI:

  • Žíhání: Pomalé chlazení od 900 ° C. až do pokojové teploty vytváří plně feritickou matrici, maximalizace tažnosti (~ 18 % prodloužení) a majitelnost (400 MPa UTS).
  • Normalizace: Zahřívání na 900 - 920 ° C. následované ochlazením vzduchem poskytuje vyváženou feriticko-perlitickou mikrostrukturu, nabízí UTS ≈ 450 MPa a 12 % prodloužení.
  • Východní temperování (ADI): Odlitek z tvárné litiny prochází rozpouštěním při 900 ° C. k rozpouštění karbidů, poté kalení do solné lázně při 250 - 375 ° C. pro 1 - 4 Hodiny.
    Tím vzniká a bainitický ferit + uhlíkem obohacený zbytkový austenit struktura.
    Stupně ADI se pohybují od 400 MPA 1 400 MPA UTS, s prodlouženími mezi 2 - 12 %, a výjimečný výkon při únavě (meze výdrže až 400 MPA).

Následné zpracování: Obrábění, Povrchová úprava, Povlak

  • Obrábění: stroje z tvárné litiny podobně jako uhlíková ocel. Typické rychlosti otáčení pro 65-45-12 najeďte na 150–250 m/I s tvrdokovovými nástroji.
    Rozsah rychlostí vrtání 50–100 m/I. Mazání chladicí kapalinou zabraňuje tvorbě nánosů okraje. Nedostatek vločkového grafitu DI snižuje vylamování nástroje.
  • Povrchová úprava:
    • Výstřel s ocelovou drtí (20– 40 ok) odstraňuje písek a poskytuje matný povrch (Ra 2 - 5 µm).
    • Broušení/leštění dosahuje Ra < 0.8 µm pro těsnění povrchů.
  • Povlak:
    • Epoxidový/práškový lak: Nanáší 50–200 µm film na ochranu proti korozi v mořském nebo průmyslovém prostředí.
    • Metalizace (Zinek nebo hliník): Aplikuje se termální sprej 100 - 150 µm obětní vrstva pro pohřbené nebo ponořené části.

7. Co je temperovaná tvárná litina (ADI)

Austempered tvárná litina (ADI) představuje specializovanou podtřídu tvárné litiny, která nabízí výjimečnou kombinaci pevnosti, tažnost, a odolnost proti únavě.

Na rozdíl od konvenční tvárné litiny, která má typicky feriticko-perlitickou nebo plně perlitickou matrici,

Jedinečná mikrostruktura ADI se skládá z jemných bainitické feritové desky ponořený do matrice uhlíkem obohacený zbytkový austenit.

Tato mikrostruktura vzniká třístupňovým procesem tepelného zpracování: řešení, kalení na střední teplotu, a austemperování.

Po dokončení, temperovaná tvárná litina poskytuje pevnost v tahu tak vysokou jako 1 400 MPA (v ADI 900-650 stupeň) při zachování tažnosti v 2 - 5% rozsah.

Kulový ventil z temperované tvárné litiny
Kulový ventil z temperované tvárné litiny

Způsob výroby temperované tvárné litiny: Řešení, Zhášení, a Austempering

Mezi klíčové kroky při zpracování temperované tvárné litiny patří:

  1. Řešení: Zahřejte odlitek z tvárné litiny na 880 - 920 ° C. po dobu 1–2 hodin, aby se rozpustily karbidy a homogenizoval uhlík.
  2. Zhášení: Přeneste do solné lázně při 250 - 375 ° C.. Tato střední teplota zabraňuje vzniku martenzitu.
  3. Východní temperování: Podržte, dokud se matrice nezmění na bainitický ferit plus uhlíkem obohacený zbytkový austenit-typicky 1–4 hodin, v závislosti na tloušťce sekce.
  4. Chlazení: Ochlaďte vzduchem nebo olejem na pokojovou teplotu, uzamčení v bainitické mikrostruktuře.

Mikrostruktura temperované tvárné litiny: Bainitický ferit a uhlíkem obohacený austenit

Mikrostruktura ADI se skládá z:

  • Bainitické feritové jehly: Extrémně jemné feritové čepele z α-železa, které nukleují na hranicích austenitu.
  • Zadržený austenit: Austenitové filmy bohaté na uhlík, které zůstávají stabilní při pokojové teplotě, absorbuje napětí a zvyšuje houževnatost.

Tato kombinace poskytuje a "transformační zpevnění" účinek: pod aplikovaným stresem, zadržený austenit přechází na martenzit, lokálně posilující matrici.

Mechanické výhody: Vysoká rovnováha mezi pevností a tažností, Odolnost proti únavě

Stupeň ADI Pevnost v tahu (MPA) Výnosová síla (MPA) Prodloužení (%) Tvrdost Brinell (HB) Limit únavy (MPA)
ADI 400-120 400 - 550 275 - 415 8 - 12 180 - 260 220 - 260
ADI 600-350 600 - 900 350 - 600 4 - 8 260 - 360 300 - 350
ADI 900-650 900 - 1 400 650 - 1 000 2 - 5 350 - 450 400 - 450

Ve srovnání s normalizovanou tvárnou litinou podobného složení, temperovaná tvárná litina dosahuje až 50% vyšší UTS při zachování 2 - 5% prodloužení.

Jeho únavová odolnost často překračuje 400 MPA, překonává jak šedou litinu, tak mnoho legovaných ocelí při obráceném ohýbání.

Typické aplikace temperované tvárné litiny

Inženýři používají temperovanou tvárnou litinu s vysokou odolností proti opotřebení, vysoká síla, a spolehlivá únavová životnost je důležitá:

  • Automobilový průmysl: Rychlostní stupně, klikové hřídele, vačky, a ložiskové klece.
  • Zemědělské stroje: Řetězová kola, opotřebení plechů, a válečkové hřídele.
  • Olej & Plyn: Důlní nástroje, hřídele čerpadel, a součásti ventilů vyžadující odolnost proti korozi.
  • Těžební zařízení: Rošty, drtiče rolí, a frézovací vložky vystavené abrazivnímu prachu.

8. Aplikace tvárné litiny

Automobilové komponenty: Klikové hřídele, Rychlostní stupně, Díly odpružení

Výrobci automobilů využívají vysokou únavovou pevnost tvárné litiny (≥ 250 MPA) a tlumení pro klikové hřídele a vačkové hřídele u středně těžkých motorů.

Ozubená kola z tvárné litiny odolávají rázovému zatížení a zároveň snižují hluk. Ovládací ramena a klouby řízení těží z tuhosti DI (E ≈ 180 GPA) a odolnost proti dopadu.

Manipulace s potrubím a kapalinami: Trubky, Příruby, Pouzdra čerpadel, Tělesa ventilů

Potrubní systémy z tvárné litiny (EN-GJS-400-15) přepravovat pitnou vodu nebo odpadní vodu o tlaku až 25 bar.

Ventily a příruby z tvárné litiny odolávají cyklickým tlakovým rázům. Rychlost koroze při alkalickém nebo neutrálním pH zůstává minimální, Díky tomu je DI nákladově efektivní ve srovnání s nerezovou ocelí v mnoha aplikacích frézování.

Trubkové příruby z tvárné litiny
Trubkové příruby z tvárné litiny

Zemědělská a stavební technika: Řetězová kola, Válečky, Rámečky

Součásti polního vybavení pravidelně čelí abrazivním půdám a vysokému mechanickému namáhání.

Řetězová kola a válečkové hřídele z tvárné litiny dosahují životnost opotřebení přesahující 1 000 Hodiny v náročných prostředích,

zatímco rámy a konstrukční odlitky minimalizují náklady na svařování a zlepšují únavovou životnost.

Energetický sektor: Kryty větrných turbín, Skříně převodovky, Komponenty ropného pole

Vysoké tlumení z tvárné litiny tlumí torzní vibrace v převodovkách větrných turbín, zvýšení spolehlivosti.

Skříně převodovky vyrobené z ADI snižují hmotnost o 10% ve srovnání s ocelí a nižší setrvačnost rotoru.

V ropných polích, hlubinné nástroje a tělesa ventilů odolávají korozivním solankám a přitom odolávají cyklickému tlaku až 50 MPA.

Spotřební zařízení a nástroje

Tvárná litina nabízí tepelnou hmotnost a trvanlivost nádobí (Holandské pece, litinové pánve).

Nástrčné klíče z tvárné litiny a těla trubkových klíčů absorbují nárazy bez prasknutí, prodloužení životnosti nástroje.

9. Hlavní výhody a nevýhody tvárné litiny

Pros

Vyvážená síla a houževnatost:

Tvárná litina poskytuje pevnost v tahu 400–1 000 MPA a prodloužení 2–18%, dosažení vynikajícího poměru pevnosti k hmotnosti.

V automobilových aplikacích, například, hmotnost klikového hřídele může klesnout 20–30% ve srovnání s ocelovými protějšky.

Vynikající odolnost proti opotřebení a únavy:

Kulovité grafitové noduly minimalizují koncentraci napětí, umožňující limity únavy až 300 MPA.

Díky tomu je tvárná litina ideální pro ozubená kola, komponenty zavěšení, a další díly pod cyklickým zatížením.

Vynikající seliobilita:

S relativně nízkou likviditou 1 150–1 200 ° C. a dobrou tekutostí, tvárná litina tvoří složité geometrie s minimálním smrštěním (0.8–1,0 %).

Náklady na odlévání a obrábění běží 30-50% nižší než srovnatelné ocelové výkovky.

Koroze a tepelná stabilita:

Grafitové noduly poskytují přirozenou bariéru proti korozi. Po povrchových úpravách, tvarovky z tvárné litiny často vydrží v půdním nebo vodním prostředí celé století.

Odolává teplotám až 300 ° C. s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti.

Nákladová efektivita:

Suroviny jsou levné, a tavení vyžaduje relativně nízkou energii.

Moderní třídy – jako je temperovaná tvárná litina – se po tepelném zpracování přibližují k výkonu vysoce pevných ocelí, nabízí výrazné celkové úspory nákladů.

Nevýhody

Přísná kontrola procesu:

Dosažení jednotných uzlů vyžaduje přesnou kontrolu Mg/Ce úrovně a minimální obsah síry/kyslíku. Zajištění kvality zvyšuje složitost výroby a náklady.

Omezený výkon při vysoké teplotě:

Výše 350 ° C., pevnost prudce klesá a hrubnutí grafitu vede k tečení.

Tvárná litina je nevhodná pro výfukové potrubí nebo jiné součásti s trvalým vysokým teplem.

Výzvy obrábění:

Vysoký obsah uhlíku vyžaduje předehřátí nebo žíhání po svařování, aby se zabránilo praskání.

Grafit rychle opotřebovává nástroje, vyžadující frézy z tvrdokovu a specializované strategie obrábění.

Nižší tuhost:

S modulem pružnosti kolem 160-170 GPa (oproti oceli ≈ 210 GPA), tvárná litina se při zatížení více deformuje. Konstruktéři často potřebují ke kompenzaci silnější sekce.

Dopad na životní prostředí:

Tavení a nodulace spotřebovávají značné množství energie a mohou vytvářet znečišťující látky.

Likvidace odpadu musí splňovat regulační normy. V mořském nebo kyselém prostředí, tvárná litina vyžaduje dodatečné ochranné povlaky.

10. Srovnání s jinými materiály

Když inženýři hodnotí tvárnou litinu (Z) pro konkrétní aplikaci, často porovnávají její vlastnosti s vlastnostmi šedé litiny, kujné železo, ocelové slitiny, hliník, a bronz.

Šedá litina vs. Tažné železo

Metrický Šedá litina (GI) Tvárná litina (Z)
Grafitový tvar Vločka Sféroidní (uzlík)
Pevnost v tahu (MPA) 200 - 300 400 - 900
Prodloužení (%) < 2 % 3 - 18 %
Odolnost proti únavě (MPA) 80 - 120 200 - 400
Ovlivnit houževnatost (CVN, J) 10 - 20 15 - 60
Modul elasticity (GPA) 100 - 120 170 - 200
Cena castingu vs. Ocel Nízký 10 - 20 % vyšší než GI
Celkové náklady na součást Nejnižší 20 - 30 % nižší než GI (když je síla kritická)
Typická použití Lůžka strojů, brzdové rotory, nekritické bloky motoru Klikové hřídele, rychlostní stupně, závěsná ramena, Čerpadlo

Kujné železo vs. Tažné železo

Metrický Kujné železo Tvárná litina (Z)
Výrobní proces Žíhání bílého železa (48–72 h @ 900 ° C.) Jednokroková nodulizace (Mg, RE)
Pevnost v tahu (MPA) 200 - 350 400 - 900
Prodloužení (%) 3 - 10 % 3 - 18 %
Složitost tepelného zpracování Dlouho, energeticky náročné Nodulující + volitelné tepelné zpracování
Doba cyklu 2– 3 dny (žíhání) hodiny (obsazení + nodulující)
Náklady (na kg) Mírný Spodní (jednodušší proces)
Typická použití Ruční nářadí, malé závorky, armatury Automobilové komponenty, Těžké díly strojů

Ocelové slitiny vs. Tažné železo

Metrický Ocel s nízkým obsahem kliky (NAPŘ., 4140) Tvárná litina (Z)
Hustota (g/cm³) ~ 7.85 ~ 7.20
Modul elasticity (GPA) ~ 200 170 - 200
Pevnost v tahu (MPA) 800 - 1 100 400 - 900
Prodloužení (%) 10 - 15 % 3 - 18 %
Limit únavy (MPA) 300 - 400 200 - 400
Castiability Chudý (vyžaduje kování/obrábění) Vynikající (skoro-net obsazení)
Hodnocení obrobitelnosti 30 - 50 % (referenční ocel = 100) 60 - 80 %
Svařovatelnost Dobré s předehřátím/tepelným zpracováním po svařování Chudý (potřebuje předehřátí a úlevu od stresu)
Náklady (obsazení + obrábění) Vysoký (kované nebo opracované sochory) 20 - 50 % spodní (téměř síťový tvar)
Typická použití Vysokopevnostní hřídele, tlakové nádoby, těžké konstrukční prvky Klikové hřídele, Čerpadlo, převodovky, rámy strojů

Tvárná litina vs. Hliník a bronz

Metrický Hliníková slitina (NAPŘ., 6061-T6) Bronz (NAPŘ., C93200) Tvárná litina (Z)
Hustota (g/cm³) ~ 2.70 8.4 - 8.9 ~ 7.20
Pevnost v tahu (MPA) 290 - 310 ~ 350 400 - 900
Prodloužení (%) 12 - 17 % 10 - 15 % 3 - 18 %
Tepelná vodivost (W/m · k) ~ 205 ~ 50 - 100 35 - 50
Odolnost proti korozi Vynikající (eloxovaný) Vynikající (mořské prostředí) Mírný (vyžaduje povlak nebo legování)
Nosit odpor Mírný Velmi dobré (proti tření) Dobré až vynikající (v závislosti na ročníku)
Náklady (na kg) Mírný Vysoký (2– 3× ID) Nízký až střední
Machinability Vynikající (Ra ~ 0,2–0,4 µm) Mírný Dobrý (vyžaduje nástroje z tvrdokovu)
Typická použití Konstrukce letadel, výměníky tepla, spotřební elektronika Ložiska, pouzdra, námořní hardware Rychlostní stupně, komponenty zavěšení, Čerpadlo, bloky motoru

Kdy upřednostnit tvárnou litinu

  • Cyklické nebo vysoce zatížené komponenty: DI kombinace pevnosti v tahu (≥ 500 MPA), odolnost proti únavě (≥ 200 MPA), a díky tlumení je ideální pro klikové hřídele, rychlostní stupně, a závěsná ramena.
  • Složitost tvaru Near-Net: Pískové nebo skořepinové lití tvárné litiny snižuje přídavky na obrábění 30–50% ve srovnání s ocelí, snížení celkových nákladů na součástky.
  • Nákladově citlivá středněobjemová výroba: Když ocelové výkovky nebo obrobený hliník způsobují nadměrné náklady, tvárná litina nabízí rovnováhu mezi výkonem a hospodárností.
  • Kování odolné proti korozi nebo opotřebení: S vhodnými povlaky nebo legováním, Potrubí z tvárné litiny a tělesa čerpadel vydrží desetiletí v agresivním prostředí.

Když převažují jiné materiály

  • Požadavky na ultralehkou hmotnost: V leteckých površích trupu, karoserie elektrických vozidel, nebo přenosná elektronika, slitiny hliníku nebo hořčíku poskytují bezkonkurenční úspory hmotnosti.
  • Extrémní korozivní prostředí: Splash zóny, chlorované technologické linky,
    nebo kyselé odvodnění často vyžadují nerezové oceli (NAPŘ., 316, Duplex) jehož pasivní filmy předčí DI potažené nebo legované bariéry.
  • Vysokoteplotní servis (> 350 ° C.): V součástech turbíny nebo ve výfukovém potrubí,
    superslitiny na bázi niklu nebo žáruvzdorné oceli (NAPŘ., 17-4 Ph) udržet pevnost tam, kde by tvárná litina trpěla tečením.
  • Maximální houževnatost a svařitelnost: Při kování zůstávají preferovány ocelové nosníky a oplechovaná potrubí, svařování, nebo tváření za studena vyžadují konzistentní, dokumentovatelný výkon.

11. Závěr

Tvárná litina vyniká jako všestranné, nákladově efektivní inženýrský materiál.

Jeho kuličkový grafit mikrostruktura poskytuje vzácnou směs vysoká pevnost v tahu, značná tažnost, a vynikající únavová životnost.

Výrobci mohou odlévat téměř čisté tvary, minimalizovat následné obrábění, a přizpůsobit vlastnosti pomocí tepelného zpracování, zejména ve formě temperované tvárné litiny (ADI).

I přes mírnou korozní zranitelnost, recyklovatelnost tvárné litiny, schopnost tlumení,

a široká škála standardizovaných jakostí jej činí nepostradatelným v automobilovém průmyslu, potrubí, zemědělský, energie, a spotřebitelské trhy.

Na TENTO, Jsme připraveni s vámi spolupracovat při využití těchto pokročilých technik k optimalizaci návrhů komponent, Výběr materiálu, a výrobní pracovní postupy.

Zajištění toho, aby váš další projekt překročil každý benchmark výkon a udržitelnosti.

Kontaktujte nás ještě dnes!

 

Časté časté

Co odlišuje tvárnou litinu od šedé litiny?

Tvárná litina (Z) obsahuje sféroidní (nodulární) grafit spíše než vločkový grafit nalezený v šedé lize.

Tyto kulovité uzliny otupují šíření trhlin, poskytuje výrazně vyšší pevnost v tahu (400–900 MPa) a prodloužení (3–18 %) ve srovnání s šedou litinou 200–300 MPa a < 2 % prodloužení.

Jaké úvahy o obrábění platí pro tvárnou litinu?

Stroje z tvárné litiny jsou podobné jako u uhlíkové oceli, ale vyžadují nástroje karbidu díky svým vysokým uhlíkovým uzlům.

Doporučené řezné rychlosti se pohybují od 150–250 m/I, s posuvy 0,1–0,3 mm/ot.

Správné použití chladicí kapaliny zabraňuje tvorbě nánosů. Třídy s vysokou tvrdostí nebo ADI mohou vyžadovat nižší otáčky nebo keramické nástroje, aby se zabránilo předčasnému opotřebení.

Jaká je cena tvárné litiny v porovnání s alternativními materiály?

  • Tvárná litina vs. Šedé železo: Surovina z tvárné litiny stojí ~ 10–20 % vyšší.
    Však, snížená tloušťka stěny a přídavky na obrábění často znamenají celkové náklady na díl 20–30 % nižší v aplikacích kritických pro pevnost.
  • Ocel vs. Tvárná litina: Odlitky z tvárné litiny často stojí 20–50 % méně než ekvivalentní ocelové výkovky nebo těžko obrobené součásti.
  • Hliník/Bronz vs. Tvárná litina: Tvárná litina je levnější na kg než bronz (2– 3× vyšší náklady) a, i když je těžší než hliník,
    nabízí mnohem větší sílu, únavový život, a nižší náklady na materiál, když hmotnost není primárním zájmem.
Přejděte na vrchol