1. 導入
灰色の鉄 対 延性鉄 最も広く使用されているタイプの鋳鉄の2つです, それぞれが、幅広い業界で不可欠なものにするユニークなプロパティと利点を提供します.
鋳鉄ファミリーのメンバーとして、溶けた金属をカビに鋳造することによって形成されたアイアンカーボン - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 炭素 - 材料の両方が、その強さのために評価されます, 被削性, キャスト性, そして費用対効果.
2. 鋳鉄とは何ですか?
鋳鉄 通常、炭素含有量がある鉄炭素合金のグループです。 2%.
それは炉で豚の鉄を溶かすことによって生成され、炉の中に溶けた金属を型に注ぎ、望ましい形を形成することによって生産されます.
結果は難しいです, 脆い, 優れたキャスティブ可能性と、その特定の定式化と治療に応じて幅広い機械的特性を提供する強力な材料.
一般的な構成
鋳鉄の基本的な構成には含まれています:
- 鉄 (鉄) - 主要な要素
- 炭素 (C) - 2.0〜4.0％, キャスティブを促進し、硬さと脆性に影響を与えます
- シリコン (そして) - 1.0〜3.0％, 固化中のグラファイト形成を促進します
- トレース量の マンガン (ん), 硫黄 (S), そして リン (P) 存在する可能性もあります
鋳鉄の重要な特徴:
- 優れたキャスタビリティ: 複雑な型によく流れます, 複雑な形状に最適になります
- 優れた機械性: 特に灰色の鉄のような特定のグレードで
- 高い圧縮強度: 構造用途の負荷を負担するのに適しています
- 優れた振動減衰: 機械と機器の騒音と動きを減らします
- 費用対効果が高い: 大量に生産するのは安価です
鋳鉄の一般的なタイプ:
| 鋳鉄の種類 | グラファイトフォーム | 主要なプロパティ | 代表的な用途 |
| 灰色の鉄 | グラファイトフレーク | 優れた振動減衰, 良好な機械加工性, 高い圧縮強度, 脆い | エンジンブロック, ブレーキローター, 機械ベース, ポンプハウジング |
| ダクタイル鋳鉄 | スフェロイド (結節) 黒鉛 | 高い引張強度, 良好な延性, 疲労耐性 | パイプ, クランクシャフト, サスペンションアーム, 風力タービンハブ |
| 白い鉄 | セメンタイト (無料のグラファイトはありません) | 非常に硬く、耐摩耗性に優れています, とても脆い | ミルライナー, プレートを着用してください, スラリーポンプ部品 |
| 順応性のある鉄 | 炭素結節を抑制します | 中程度の強度と延性, 耐衝撃性, 機械加工 | 管継手, 括弧, 複雑なジオメトリを持つ小さな鋳物 |
3. 灰色の鉄は何ですか?
灰色の鉄, としても知られています 灰色の鋳鉄, 最も一般的に使用される鋳鉄タイプです. 骨折表面の灰色にちなんで名付けられました, これはの存在によるものです グラファイトフレーク その微細構造で.
これらのグラファイトフレークは、鉄のマトリックスに不連続性を作り出します, 灰色にその特徴的な外観と機械的特性を与える.
微細構造
灰色の鉄の決定的な特徴はそれです フレークグラファイト構造 のマトリックス内に埋め込まれています フェライト, 真珠, または両方の組み合わせ.
これらのフレークは固化中に形成され、材料の責任があります:
- 素晴らしい 振動減衰
- 良い 熱伝導率
- 高い 圧縮強度
しかし, フレークの鋭いエッジは機能します ストレス濃縮器, これにより、引張強度が大幅に減少します 素材を脆くします 緊張または衝撃の下.
成績と基準
灰色の鉄はに分類されます 抗張力, 多くの場合、標準を使用して指定されます ASTM A48. 例としては次のものが挙げられます。:
- クラス 20 (CL20): 低強度, 優れた機械加工性
- クラス 30 (CL30): 汎用使用
- クラス 40 (CL40): より高い強度, 負荷をかける部品に適しています
クラス数が高いほど、引張強度が高いことが示されます, 通常、冷却速度または合金含有量を調整することで達成されます.
キープロパティ:
- 高い圧縮強度
- 優れた減衰能力
- 延性と耐衝撃性の低下
灰色の鉄の典型的なアプリケーション
グレーアイアンのコスト効率と圧縮が支配的なアプリケーションでのパフォーマンスにより、頼りになる材料になります:
- エンジンブロックとシリンダーヘッド
- ブレーキディスクとドラム
- 工作機械のベッドとベース
- ギアボックスとハウジング
- ポンプとバルブ
4. 延性鉄とは何ですか?
延性鉄, としても知られています 結節鋳鉄 または スフェロイドグラファイト鉄 (SGI), は、特に灰色の鉄よりも大幅に改善された機械的特性を提供する鋳鉄の一種です。 延性, 抗張力, そして 耐衝撃性.
重要な区別はにあります グラファイトの形状 金属の微細構造内. 延性鉄で, グラファイトはASを形成します 球状結節, 灰色の鉄のようにフレークではなく.
この丸い形態は、ストレス集中を最小限に抑えます, 延性鉄が破壊せずに伸びまたは変形できるようにするため、名前は「延性」です。
微細構造
- 結節グラファイト: 球状粒子 (5–20μm直径) それはストレス集中を最小限に抑えます, プラスチックの変形を可能にします.
- マトリックス: 熱処理を介してカスタマイズされています (延性のある), 真珠科 (強い), またはベイニティック (高強度と靭性).
成績と基準
ASTM A536 - 延性鉄鋳物の標準仕様
- 60-40-18 → 60 引張, 40 KSIの収量, 18% 伸長
- 80-55-06 →より高い強度, 中程度の延性
- 100-70-03 →非常に高い強度, 延性が低い
ISO 1083 - スフェロイドグラファイト鉄の国際指定
- EN-GJS-400-15 (ASTMに似ています 60-40-18)
- EN-GJS-700-2 (ASTMに似ています 100-70-03)
キープロパティ:
- はるかに高い強度と延性
- より大きな耐衝撃性
- より良い疲労抵抗, 周期的な負荷に最適です
- 減衰容量を保持します, 灰色の鉄未満ですが
延性鉄の一般的な応用
そのパフォーマンス特性のおかげです, 延性鉄は広く使用されています:
- 自動車部品: クランクシャフト, 制御アーム, 車軸ハウジング
- 都市水と廃水システム: 延性鉄パイプと継手
- 重機: 歯車, カップリング, 括弧, 構造部品
- エネルギーセクター: 風力タービンハブ, 油圧システム
- 鉄道および鉱業用機器: 部品を追跡します, ベアリング
5. 化学組成の比較
両方の合金は主に鉄で構成されています (鉄), 炭素と同様に (C) とシリコン (そして), しかし、微妙な違いと添加物はそれらを区別します:
| 要素 | 灰色の鉄 (%) | ダクタイル鋳鉄 (%) | 注意事項 |
| 炭素 (C) | 2.5 – 4.0 | 3.0 – 4.0 | より高い炭素はグラファイトの形成を促進します |
| シリコン (そして) | 1.8 – 3.5 | 1.8 – 3.0 | シリコンは流動性とグラフィット化を改善します |
| マンガン (ん) | 0.2 – 1.0 | 0.1 – 0.5 | 強度を制御し、硫黄に対抗します |
| 硫黄 (S) | 0.02 – 0.12 | 0.005 – 0.03 | 結節形成のために延性鉄に必要な低硫黄 |
| リン (P) | 0.1 – 0.2 | 0.02 – 0.05 | 通常、延性のために低く保たれます |
| マグネシウム (マグネシウム) | - | 0.03 – 0.06 | 結節性グラファイトを作成するために延性鉄に加えます |
| ニッケル (で), 銅 (銅), クロム (Cr) | トレース量, 異なる場合があります | 耐食性または強度のために追加される場合があります |
6. 灰色の鉄と延性鉄の物理的特性比較
| 財産 | 灰色の鉄 | ダクタイル鋳鉄 | 注意事項 |
| 密度 | 〜6.9 - 7.3 g/cm3 | 〜7.0 - 7.3 g/cm3 | 非常によく似た密度, 合金のために延性鉄の場合はわずかに高い |
| 融点 | 1140 – 1300 ℃ | 1140 – 1300 ℃ | どちらにも同等の融解範囲があります |
| 熱伝導率 | 35 – 55 W/m・K | 30 – 45 W/m・K | 灰色の鉄は通常、熱をよりよく導きます |
| 熱膨張係数 | 10 – 12 X10⁻⁶ /°C | 11 – 13 X10⁻⁶ /°C | 延性鉄の膨張はわずかに高くなっています |
| 弾性率 (ヤング率) | 100 – 170 GPa | 160 – 210 GPa | 延性鉄はかなり硬いです |
| ポアソン比 | 0.25 – 0.28 | 0.27 – 0.30 | 密接な値, 延性鉄をわずかに高くしています |
| 比熱容量 | 〜460 j/kg・k | 〜460 j/kg・k | ほぼ同一 |
| 硬度 (ブリネル) | 140 – 300 HB | 170 – 340 HB | 延性鉄は硬くなる傾向があります |
| 透磁率 | 強磁性 | 強磁性 | どちらも強磁性材料です |
7. 灰色の鉄と延性鉄の機械的特性比較
| 機械的特性 | 灰色の鉄 | ダクタイル鋳鉄 | 注意事項 |
| 抗張力 | 170 – 370 MPa | 350 – 700 MPa | 延性鉄は、緊張強度が大幅に高くなっています |
| 降伏強さ | 90 – 250 MPa | 250 – 450 MPa | 延性鉄は、より高い降伏強度を示します |
| 伸長 (延性) | 0.5 – 3% | 10 – 18% | 延性鉄ははるかに延性があります, 骨折前のより良い変形を可能にします |
| 衝撃強度 | 低い (耐衝撃性が低い) | 高い (良い衝撃の靭性) | 延性鉄はショック負荷をはるかに良く抵抗します |
| 弾性率 | 100 – 170 GPa | 160 – 210 GPa | 延性鉄は硬く、弾性変形の下で強くなっています |
| 硬度 (ブリネル) | 140 – 300 HB | 170 – 340 HB | 延性鉄のわずかに高い硬度 |
| 疲労強度 | 疲労抵抗が低い | より高い疲労抵抗 | 延性鉄の結節性グラファイト構造は、疲労寿命を改善します |
| 圧縮強度 | 高い (〜700 MPa) | 高い (〜600 - 900 MPa) | どちらも優れた圧縮強度を持っています; 灰色の鉄は優れている傾向があります |
8. 製造と鋳造
灰色の鉄と延性鉄の両方が、確立された鋳造方法を使用して生産されます, しかし、それらの処理は、それらの明確な微細構造と機械的要件により異なります.
灰色の鉄製造:
- 融解と合金: 灰色の鉄は通常、キューポラ炉または電気誘導炉で溶けています. ベース構成には鉄が含まれます, 炭素 (主にグラファイトとして), とシリコン.
マンガンなどの合金要素, 硫黄, リンは鋳造性とグラファイトの形成を最適化するために制御されます. - 鋳造方法: 最も一般的なプロセスはです 砂型鋳物, その柔軟性と費用対効果のために好まれました, 特に、エンジンブロックなどの複雑なコンポーネントまたは大規模なコンポーネントの場合, 機械ベース, ブレーキドラム.
- 凝固: グラファイトは、冷却中に鉄マトリックス内のフレークとして形成されます, 優れた振動の減衰を提供しますが、脆性につながります.
- 被削性: 灰色の鉄のフレークグラファイト構造は、機械加工中に潤滑剤として機能します, 延性鉄よりも機械加工しやすくします.
延性鉄製造:
- 融解と治療: 延性鉄は同様の原材料から始まります, 誘導または電気弧炉で溶けた.
重要な違いはにあります 結合治療 - グラファイトフレークを球形結節に変換するために、マグネシウムまたはセリウムを溶融鉄に拡張する. - 鋳造方法: 延性鉄はしばしば使用して鋳造されます 砂型鋳物 または インベストメント鋳造 精密部品用.
制御された冷却速度と組成調整は、結節性グラファイトの形成と機械的特性を確保します. - 微細構造の制御: 球状のグラファイトはストレス集中を減らし、延性と靭性を増加させます.
- 熱処理: 延性鉄は熱処理できます (焼きなましされた, 正規化, またはAustempered) 機械的特性を強化します, 引張強度と疲労抵抗を含む.
- 被削性: 灰色の鉄と比較して強度と靭性が高いため、マシンにとってやや困難ですが、適切なツールを使用する場合はまだ良好な機密性があります.
9. 耐食性と耐久性
灰色の鉄と延性鉄の間で選択する際の耐食性と長期耐久性は重要な要因です, 特に、過酷な環境にさらされるアプリケーションの場合.
灰色の鉄:
- 腐食挙動: 灰色の鉄は、乾燥した環境では腐食に対して適度に耐性がありますが、水分にさらされると錆びやすいです, 特に塩や酸性状態の存在下で.
グラファイトフレークは、鉄マトリックスで微生物細胞を作成できます, 局所腐食の加速. - 表面保護: 耐久性を高めるため, 灰色の鉄成分は、しばしば塗装などの保護コーティングを受けます, 粉体塗装, または亜鉛メッキ.
場合によっては, 積極的な環境には、特殊な腐食耐性合金またはライニングが適用されます. - 耐久性: 灰色の鉄は優れた耐摩耗性です, 腐食は、適切な保護なしに、屋外または濡れたアプリケーションのコンポーネントの寿命を軽減できます.
ダクタイル鋳鉄:
- 耐食性の改善: 延性鉄のスフェロイドグラファイト構造は、ストレス濃度を減らし、より均一なマトリックスを作成します, 灰色の鉄と比較して耐食性を改善する傾向があります.
- 表面処理の強化: 延性鉄成分は、一般的にエポキシライニングなどの保護コーティングを利用します, 亜鉛コーティング, またはポリウレタン塗料, 特に水および廃水配管システムでの使用.
- 陰極保護: 地下または水没したアプリケーションで, 延性鉄パイプは、しばしば腐食を緩和するために陰極保護システムを組み込んでいます.
- 過酷な条件での耐久性: より高いタフネスと延性のおかげです, 延性鉄に耐える腐食プロセス中の機械的応力灰色の鉄よりも優れています, 周期的な負荷と腐食性環境の下でのより長いサービス寿命に貢献する.
10. コスト比較
- 原材料: 灰色の鉄は1〜3ドル/kgの費用がかかります; 延性鉄の価格は1.5〜4.5ドル/kgです (30–50％高) Mg/CE結節剤による.
- 処理: 灰色の鉄には治療後も必要ありません; 延性鉄はアニーリングが必要になる場合があります ($0.2 - $ 0.5/kg余分).
- ライフサイクルコスト: 延性鉄は、多くの場合、高ストレスアプリケーションでより低い長期コストを提供します (例えば, パイプ: 50-年の寿命と. 30 灰色の鉄の年).
11. 灰色の鉄と延性鉄の重要な違い
灰色の鉄と延性鉄の間の基本的な区別を理解することは、アプリケーション要件に基づいて適切な材料を選択するために重要です.
| 特徴 | 灰色の鉄 | ダクタイル鋳鉄 |
| グラファイトの形態 | フレーク状のグラファイトフレーク | スフェロイド (結節) 黒鉛 |
| 抗張力 | 〜150–400 MPa | 〜400〜700 MPa |
| 伸長 | 1–3％ | まで 18% |
| 圧縮強度 | 高い | 中程度から高程度 |
| 耐衝撃性 | 低い (脆い) | 高い (延性のある) |
| 振動減衰 | 素晴らしい | 良いが、灰色の鉄よりも少ない |
| 被削性 | 簡単 (グラファイトは潤滑剤として機能します) | もっと難しい (タフなマトリックス) |
| キャスタビリティ | 素晴らしい, 欠陥が少ない | 良い, 結節剤制御が必要です |
| 収縮傾向 | 低い | やや高め |
| 料金 | より低い | 合金と制御により高くなります |
| 代表的な用途 | エンジンブロック, 機械ベース | パイプ, 自動車部品, 構造コンポーネント |
12. 灰色と延性鉄のどちらかを選択します
- 減衰/振動制御を優先します: 灰色の鉄 (例えば, エンジンブロック, 旋盤ベッド).
- 強度/延性が必要です: 延性鉄 (例えば, クランクシャフト, パイプ).
- 費用に敏感, 低ストレスアプリ: 灰色の鉄 (例えば, マンホールの蓋).
- 動的負荷/衝撃リスク: 延性鉄 (例えば, サスペンションコンポーネント).
13. 結論
灰色の鉄と延性鉄, 両方のタイプの鋳鉄, 明確な役割を果たします: 灰色の鉄は低コストで優れています, 振動減衰, および圧縮ロードアプリケーション, 一方、延性鉄は高ストレスを支配しています, 動的, 影響を受けやすいシナリオ.
それらの違い, グラファイトの形態に根ざしています, 現代のエンジニアリングではかけがえのないものにします, 自動車における継続的な関連性を確保します, インフラストラクチャー, と機械.
よくある質問
鋼鉄よりも強い延性鉄です?
はい - 延性鉄は、低から中炭素の鋼に匹敵することができます (〜400〜600 MPa), 延性が少ないですが.
灰色の鉄を熱処理できます?
いいえ - グラファイトフレークのために脆弱性を保持し、熱処理によって改善しません.
エンジンブロックに灰色の鉄を使用する理由?
その優れた振動減衰, 熱安定性, 低コストにより、エンジンコンポーネントに最適です.
延性鉄パイプはどのくらい続きますか?
適切なコーティングと設置により, 彼らはしばしば50〜100年以上のサービスを達成します.
どちらもリサイクル可能です?
はい, どちらもです 95% リサイクル可能, リサイクルされたグレー/延性鉄を保持します 90% 元のプロパティの.
