1. Кіріспе
Сұр темір қарсы және Ішкі үтік шойынның ең көп қолданылатын екі түрі болып табылады, әрқайсысы бірегей қасиеттер мен артықшылықтарды ұсынады, бұл оларды көптеген салаларда таптырмас етеді.
Балқытылған металды қалыптарға құю арқылы түзілетін шойын-көміртекті-кремний қорытпалары шойын тобының мүшелері ретінде екі материал да беріктігі үшін бағаланады., Айналымдылық, басшылық, және экономикалық тиімділік.
2. Шойын бар?
Шойын көміртегі мөлшері әдетте одан жоғары темір-көміртекті қорытпалар тобы болып табылады 2%.
Ол әдетте темір рудасынан алынатын шойынды пеште балқыту және балқытылған металды қажетті пішіндерді қалыптастыру үшін қалыптарға құю арқылы өндіріледі..
Нәтижесі қиын, морт, және оның ерекше құрамы мен өңдеуіне байланысты тамаша құйылатын және механикалық қасиеттердің кең ауқымын ұсынатын берік материал.
Жалпы құрамы
Шойынның негізгі құрамына кіреді:
- Үтік (Ақысу) - негізгі элемент
- Көміртегі (Б) – 2,0–4,0%, құюға қабілеттілікті арттыру және қаттылық пен сынғыштыққа әсер ету
- Кремний (Жіне) – 1,0–3,0%, қатаю кезінде графит түзілуіне ықпал етеді
- Бақылау мөлшері марганец (М.на), күкірт (С), жіне фосфор (Б) да болуы мүмкін
Шойынның негізгі сипаттамалары:
- Тамаша кереметтілік: Күрделі қалыптарға жақсы ағады, оны күрделі пішіндер үшін өте қолайлы етеді
- Жақсы техникалар: Әсіресе сұр темір сияқты белгілі сорттарда
- Жоғары қысу күші: Оны құрылымдық қолданбаларда жүктерді көтеруге қолайлы етеді
- Жоғары діріл сөндіргіш: Машиналар мен жабдықтардағы шу мен қозғалысты азайтады
- Үнемді: Көп мөлшерде өндіру үшін арзан
Шойынның жалпы түрлері:
| Шойын түрі | Графит пішіні | Негізгі қасиеттері | Типтік қосымшалар |
| Сұр темір | Графит қабыршақтары | Тамаша дірілдеу, Жақсы техникалар, Жоғары сығымдау күші, морт | Қозғалтқыш блоктары, тежегіш роторлары, Машиналар базалары, Сорғы корпустары |
| Ішкі үтік | Сфералық (түйіншекілік) графигі | Жоғары созылу күші, Жақсы икемділік, Шаршауға төзімділік | Құбырлар, ик-жағалаулар, Қолданбалы қарулар, Жел турбиналық хабтар |
| Ақ темір | Агенттік (бос графит жоқ) | Өте қатты және тозуға төзімді, өте сынғыш | Диірмені, Пластиналар киіңіз, суспензия сорғысының бөліктері |
| Орталық үтік | Температуралық көміртекті түйіндер | Орташа беріктік пен икемділік, әсерге төзімді, жүктеп тұр | Құбыр арматуралары, жақшалар, күрделі геометриясы бар шағын құймалар |
3. Сұр темір дегеніміз не?
Сұр темір, сонымен қатар белгілі Сұр шойын, шойынның ең көп қолданылатын түрі болып табылады. Ол сынған бетінің сұр түсіне байланысты аталған, болуына байланысты графит қабыршақтары оның микроқұрылымында.
Бұл графит үлпектері темір матрицасында үзіліс жасайды, сұр темірге оның тән сыртқы түрі мен механикалық қасиеттерін береді.
Микроқұрылым
Сұр темірдің айқындаушы белгісі оның қабыршақты графит құрылымы матрицасына ендірілген феррит, көкжуар, немесе екеуінің үйлесімі.
Бұл үлпектер қатаю кезінде пайда болады және материалға жауап береді:
- Үздік дірілдеуді демпфирлеу
- Жақсы Жылу өткізгіштік
- Биік қысу күші
Дегенмен, үлпектердің өткір жиектері ретінде әрекет етеді Стресс байыту фабрикаттары, бұл созылу беріктігін айтарлықтай төмендетеді және материалды сынғыш етеді кернеу немесе әсер астында.
Бағалар мен стандарттар
Сұр темір бойынша жіктеледі созылу күші, сияқты стандарттар арқылы жиі тағайындалады ASTM A48. Мысалдарға жатады:
- Сыныптау 20 (CL20): Төмен күш, Тамаша жұмыс қабілеттілігі
- Сыныптау 30 (CL30): Жалпы мақсаттағы қолдану
- Сыныптау 40 (CL40): Жоғары күш, жүк көтергіш бөлшектерге жарамды
Жоғары сынып сандары жоғары созылу беріктігін көрсетеді, әдетте салқындату жылдамдығын немесе қорытпа мазмұнын реттеу арқылы қол жеткізіледі.
Негізгі қасиеттері:
- Жоғары сығымдау күші
- Тамаша демпферлік сыйымдылық
- Нашар икемділік пен соққыға төзімділік
Сұр темірдің типтік қолданбалары
Сұр үтіктің үнемділігі мен сығымдау басым қолданбалардағы өнімділігі оны пайдалану үшін қолданылатын материалға айналдырады.:
- Қозғалтқыш блоктары және цилиндрдің бастары
- Тежегіш дискілер мен барабандар
- Станоктың төсектері мен табандары
- Беріліс қораптары және корпус
- Сорғылар мен клапандар
4. Ішкі үтік дегеніміз не?
Ішкі үтік, сонымен қатар белгілі түйінсіз үтік немесе Сфералық графит темір (SGI), сұр темірге қарағанда айтарлықтай жақсартылған механикалық қасиеттерді ұсынатын шойын түрі, әсіресе тұрғысынан икемділік, созылу күші, жіне әсерге қарсы тұрақтылық.
Негізгі айырмашылық мынада графит пішіні металдың микроқұрылымында. Ішкі темірде, графит түрінде түзіледі Сфералық түйіндер, сұр темірдегідей үлпек емес.
Бұл дөңгелек морфология стресс концентрациясын азайтады, иілгіш шойынның сынбай созылуына немесе деформациялануына мүмкіндік береді, сондықтан «иілгіш» деп аталады.
Микроқұрылым
- Түйінді графит: Сфералық бөлшектер (5диаметрі – 20 мкм) стресс концентрациясын барынша азайтады, пластикалық деформацияға мүмкіндік береді.
- Матрикс: Термиялық өңдеу арқылы бейімделген - феррит (Әмірлер), інжу (күшті), немесе бейниттік (жоғары беріктік пен қаттылық).
Бағалар мен стандарттар
ASTM A536 – Шойын құюға арналған стандартты спецификация
- 60-40-18 → 60 ksi созылу, 40 ksi кірістілігі, 18% іуу
- 80-55-06 → Жоғары беріктік, Орташа икемділік
- 100-70-03 → Өте жоғары беріктік, Төмен икемділік
Исо 1083 – Сфероидты графит темірдің халықаралық белгісі
- En-gjs-400-15 (ASTM-ге ұқсас 60-40-18)
- EN-GJS-700-2 (ASTM-ге ұқсас 100-70-03)
Негізгі қасиеттері:
- Әлдеқайда жоғары беріктік пен икемділік
- Үлкен соққыға төзімділік
- Шаршауға жақсы төзімділік, циклдік жүктеу үшін өте қолайлы
- Кейбір демпферлік қабілетін сақтайды, сұр темірден аз болса да
Соғымды шойынның жалпы қолданулары
Оның өнімділік сипаттамаларының арқасында, иілгіш шойын кеңінен қолданылады:
- Автомобиль компоненттері: ик-жағалаулар, Бақылау қарулары, Біліктер корпустары
- Коммуналдық су және сарқынды су жүйелері: шойыннан жасалған құбырлар мен фитингтер
- Ауыр техника: берікек, муфталар, жақшалар, Құрылымдық бөліктер
- Энергетика саласы: Жел турбиналық хабтар, Гидравликалық жүйелер
- Темір жол және тау-кен жабдықтары: трек бөліктері, бағдарлау
5. Химиялық композицияны салыстыру
Екі қорытпа да негізінен темірден тұрады (Ақысу), сондай-ақ көміртегі (Б) және кремний (Жіне), бірақ нәзік айырмашылықтар мен қоспалар оларды ажыратады:
| Элемент | Сұр темір (%) | Ішкі үтік (%) | ЕСталдар |
| Көміртегі (Б) | 2.5 - 4.0 | 3.0 - 4.0 | Жоғары көміртегі графит түзілуіне ықпал етеді |
| Кремний (Жіне) | 1.8 - 3.5 | 1.8 - 3.0 | Кремний өтімділік пен графиттенуді жақсартады |
| Марганец (М.на) | 0.2 - 1.0 | 0.1 - 0.5 | Күшті бақылайды және күкіртке қарсы әрекет етеді |
| Күкірт (С) | 0.02 - 0.12 | 0.005 - 0.03 | Түйіндердің пайда болуы үшін иілгіш шойынға аз күкірт қажет |
| Фосфор (Б) | 0.1 - 0.2 | 0.02 - 0.05 | Әдетте икемділік үшін төмен деңгейде сақталады |
| Магний (Мг) | - | 0.03 - 0.06 | Түйінді графит жасау үшін иілгіш темірге қосылады |
| Никель (-Да), Мыс (Друг), Хромий (Кр) | Сомаларды қадағалау, әртүрлі болуы мүмкін | Коррозияға төзімділік немесе беріктік үшін қосылуы мүмкін |
6. Сұр темір мен иілгіш темірдің физикалық қасиеттерін салыстыру
| Мүлік | Сұр темір | Ішкі үтік | ЕСталдар |
| Тығыздық | ~6,9 – 7.3 g / cm³ | ~7,0 – 7.3 g / cm³ | Өте ұқсас тығыздықтар, легирленгендіктен иілгіш шойын үшін сәл жоғары |
| Балқу нүктесі | 1140 - 1300 ° ° | 1140 - 1300 ° ° | Екеуінің де салыстырмалы балқу диапазоны бар |
| Жылу өткізгіштік | 35 - 55 М / м / | 30 - 45 М / м / | Сұр темір әдетте жылуды жақсы өткізеді |
| Жылу кеңеюінің коэффициенті | 10 - 12 x10⁻⁶ /°C | 11 - 13 x10⁻⁶ /°C | Соғымды шойынның кеңеюі сәл жоғары |
| Серпімділік модулі (Жас модуль) | 100 - 170 Gpa | 160 - 210 Gpa | Созылғыш темір айтарлықтай қаттырақ |
| Пуассонның қатынасы | 0.25 - 0.28 | 0.27 - 0.30 | Мәндерді жабу, иілгіш темірмен сәл жоғары |
| Нақты жылу сыйымдылығы | ~ 460 j / kg · | ~ 460 j / kg · | Бірдей дерлік |
| Қаттылық (Бринелл) | 140 - 300 Б | 170 - 340 Б | Созылғыш темір қаттырақ болады |
| Магниттік өткізгіштігі | Ферромагниттік | Ферромагниттік | Екеуі де ферромагниттік материалдар |
7. Сұр шойын мен иілгіш темірдің механикалық қасиеттерін салыстыру
| Механикалық меншік | Сұр темір | Ішкі үтік | ЕСталдар |
| Созылу күші | 170 - 370 МПа | 350 - 700 МПа | Созылғыш шойынның созылу беріктігі айтарлықтай жоғары |
| Бергі күш | 90 - 250 МПа | 250 - 450 МПа | Соғымды шойын жоғары аққыштықты көрсетеді |
| Іуу (Икемділік) | 0.5 - 3% | 10 - 18% | Созылғыш темір әлдеқайда икемді, сыну алдында жақсы деформацияға мүмкіндік береді |
| Әсер ету күші | Аласа (соққыға төзімділігі нашар) | Биік (жақсы әсер ету беріктігі) | Созылғыш темір соққы жүктемелеріне әлдеқайда жақсы қарсы тұрады |
| Серпімділік модулі | 100 - 170 Gpa | 160 - 210 Gpa | Шойын серпімді деформация кезінде қаттырақ және берік болады |
| Қаттылық (Бринелл) | 140 - 300 Б | 170 - 340 Б | Иілгіш шойындағы қаттылық сәл жоғары |
| Шаршау күші | Төмен шаршауға төзімділік | Шаршауға төзімділігі жоғары | Шойынның түйінді графит құрылымы шаршау мерзімін жақсартады |
| Сығымдау күші | Биік (~700 МПа) | Биік (~600 – 900 МПа) | Екеуі де жақсы қысу күші бар; сұр темір жоғары ұмтылады |
8. Өндіріс және құю
Сұр шойын да, иілгіш шойын да белгіленген құю әдістерімен өндіріледі, бірақ оларды өңдеу олардың микроқұрылымдары мен механикалық талаптарға байланысты ерекшеленеді.
Сұр темір өндірісі:
- Балқыту және легирлеу: Сұр темір әдетте күмбезді пештерде немесе электрлік индукциялық пештерде балқытылады. Негізгі құрамға темір кіреді, көміртегі (негізінен графит түрінде), және кремний.
Марганец сияқты легирлеуші элементтер, күкірт, және фосфор құйылатын және графит түзілуін оңтайландыру үшін бақыланады. - Кастинг әдістері: Ең көп таралған процесс Құмның құюы, икемділігі мен үнемділігі үшін қолайлы, әсіресе қозғалтқыш блоктары сияқты күрделі немесе үлкен компоненттер үшін, Машиналар базалары, және тежеу барабандары.
- Күшейту: Графит салқындату кезінде темір матрицасының ішінде қабыршақ түрінде түзіледі, тамаша дірілді өшіруді қамтамасыз етеді, бірақ сынғыштыққа әкеледі.
- Айналымдылық: Сұр темірдің қабыршақты графит құрылымы өңдеу кезінде майлаушы ретінде әрекет етеді, шойынға қарағанда өңдеуді жеңілдетеді.
Шойын өндірісі:
- Балқыту және өңдеу: Созылғыш темір ұқсас шикізаттан басталады, индукциялық немесе электр доғалық пештерде балқытады.
Негізгі айырмашылық мынада түйінді емдеу— графит үлпектерін сфералық түйіндерге айналдыру үшін балқытылған темірге магний немесе церий қосу. - Кастинг әдістері: Соғымды шойын көбінесе құйылады Құмның құюы немесе Инвестициялық құю дәл бөлшектер үшін.
Бақыланатын салқындату жылдамдығы мен композицияны реттеу түйіндік графит түзілуін және механикалық қасиеттерді қамтамасыз етеді. - Микроқұрылымды басқару: Сфералық графит кернеу концентрациясын төмендетеді және икемділік пен қаттылықты арттырады.
- Термиялық өңдеу: Созылғыш темірді термиялық өңдеуге болады (Аяқталды, қалыпқа келтірілген, немесе аустендірілген) механикалық қасиеттерін жақсарту үшін, оның ішінде созылу беріктігі мен шаршауға төзімділік.
- Айналымдылық: Сұр темірмен салыстырғанда оның беріктігі мен қаттылығына байланысты машина жасау сәл қиынырақ, бірақ сәйкес құралдарды пайдаланған кезде жақсы өңдеуге қабілетті..
9. Коррозияға төзімділік және беріктік
Коррозияға төзімділік және ұзақ мерзімді беріктік сұр темір мен сопақ шойынның арасында таңдау кезінде маңызды факторлар болып табылады, әсіресе қатал орталарға ұшырайтын қолданбалар үшін.
Сұр темір:
- Коррозияның мінез-құлқы: Сұр темір құрғақ ортада коррозияға төзімді, бірақ ылғалға ұшыраған кезде тот басуға бейім., әсіресе тұздар немесе қышқылдық жағдайлар болған кезде.
Графит үлпектері темір матрицасы бар микро гальваникалық элементтерді жасай алады, Жергілікті коррозияны жеделдету. - Бетті қорғау: Төзімділікті арттыру үшін, сұр темір компоненттері жиі бояу сияқты қорғаныс жабындарын алады, Ұнтақты жабын, немесе мырыштау.
Кейбір жағдайларда, агрессивті орталар үшін коррозияға төзімді мамандандырылған қорытпалар немесе төсемдер қолданылады. - Төзімділік: Сұр темірдің тозуға төзімділігі өте жақсы, коррозия сыртқы немесе ылғалды қолданбаларда тиісті қорғаныссыз компоненттердің қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін.
Ішкі үтік:
- Жақсартылған коррозияға төзімділік: Иілгіш шойындағы сфероидты графит құрылымы кернеу концентрациясын төмендетеді және біркелкі матрица жасайды, бұл сұр темірмен салыстырғанда коррозияға төзімділікті жақсартуға бейім.
- Жақсартылған беттік емдеу: Созылғыш темір компоненттері әдетте эпоксидті төсем сияқты қорғаныс жабындарын пайдаланады, мырыш жабындары, немесе полиуретанды бояулар, әсіресе су және ағынды су құбырлары жүйесінде пайдалануға арналған.
- Катодтық қорғаныс: Жер асты немесе су астындағы қолданбаларда, Иілгіш темір құбырлар көбінесе коррозияны азайту үшін катодты қорғау жүйелерін қамтиды.
- Қиын жағдайларда төзімділік: Оның жоғары беріктігі мен икемділігі арқасында, Иілгіш шойын коррозия процестері кезіндегі механикалық кернеулерге сұр темірге қарағанда жақсы төтеп береді, циклдік жүктеме және коррозиялық орта жағдайында қызмет ету мерзімін ұзартуға ықпал етеді.
10. Шығындарды салыстыру
- Шикізат: Сұр темірдің құны 1-3 доллар/кг; иілгіш шойынның құны 1,5-4,5 доллар/кг (30-50% жоғары) Mg/Cе нодулизаторларына байланысты.
- Ұқсату: Сұр темір кейінгі өңдеуді қажет етпейді; иілгіш темір жасытуды қажет етуі мүмкін ($0.2– $0,5/кг қосымша).
- Өмірлік цикл құны: Созылғыш темір көбінесе кернеуі жоғары қолданбаларда ұзақ мерзімді төмен шығындарды ұсынады (E.Г., құбырлар: 50-жыл өмір сүру ұзақтығы vs. 30 сұр темір үшін жылдар).
11. Сұр темір мен иілгіш темір арасындағы негізгі айырмашылықтар
Сұр шойын мен иілгіш шойын арасындағы негізгі айырмашылықтарды түсіну қолдану талаптарына негізделген сәйкес материалды таңдау үшін өте маңызды..
| Белгі | Сұр темір | Ішкі үтік |
| Графитті морфология | Қабыршақты графит үлпектері | Сфералық (түйіншекілік) графигі |
| Созылу күші | ~150–400 МПа | ~400–700 МПа |
| Іуу | 1-3% | Дейін 18% |
| Сығымдау күші | Биік | Орташа және жоғары |
| Әсерге қарсы тұрақтылық | Аласа (морт) | Биік (Әмірлер) |
| Дірілдеуді демпфирлеу | Үздік | Жақсы, бірақ сұр темірден аз |
| Айналымдылық | Жеңіл (графит майлаушы ретінде әрекет етеді) | Қиынырақ (қатты матрица) |
| Басшылық | Үздік, кем ақаулар | Жақсы, түйінді басқаруды қажет етеді |
| Шөгу тенденциясы | Аласа | Сәл жоғары |
| Құны | Түсіру | Легірлеуге және бақылауға байланысты жоғары |
| Типтік қосымшалар | Қозғалтқыш блоктары, Машиналар базалары | Құбырлар, Автомобиль бөлшектері, Құрылымдық компоненттер |
12. Сұр және иілгіш темір арасында таңдау
- Демпфинг/дірілді басқаруға басымдық беріңіз: Сұр темір (E.Г., Қозғалтқыш блоктары, төсек төсектері).
- Күш/икемділік қажет: Ішкі үтік (E.Г., ик-жағалаулар, құбырлар).
- Шығынға сезімтал, Стресті төмен қолданбалар: Сұр темір (E.Г., Манхол қақпағы).
- Динамикалық жүктемелер/Әсер ету қаупі: Ішкі үтік (E.Г., Суспензия компоненттері).
13. Қорытынды
Сұр темір және иілгіш темір, шойынның екі түрі, ерекше рөлдерді атқарады: сұр темір арзан бағамен ерекшеленеді, діріл сөндіргіш, және қысу жүктемесі бар қолданбалар, ал икемді темір жоғары кернеуде басым болады, динамикалық, және әсерге бейім сценарийлер.
Олардың айырмашылықтары, графит морфологиясына негізделген, оларды заманауи инженерияда таптырмас етеді, олардың автомобильдегі өзектілігін қамтамасыз ету, Инфрақұрылым, және машиналар.
ЖҚС
Шойын болаттан күштірек?
Иә — иілгіш шойын төмен және орташа көміртекті болаттармен бәсекелесе алады (~400–600 МПа), икемділігі аз болса да.
Сұр темірді термиялық өңдеуге болады?
Жоқ — ол графит үлпектеріне байланысты сынғыштықты сақтайды және термиялық өңдеу арқылы жақсармайды.
Неліктен қозғалтқыш блоктары үшін сұр темірді пайдалану керек??
Оның керемет дірілді сөндіруі, Жылу тұрақтылығы, және төмен құны оны қозғалтқыш компоненттері үшін өте қолайлы етеді.
Шойын құбырлар қанша уақытқа созылады?
Тиісті жабынмен және орнатумен, олар көбінесе 50–100+ жыл қызмет етеді.
Екі түрі де қайта өңдеуге жарамды?
Иә, екеуі де 95% қайта өңделеді, қайта өңделген сұр/иілгіш темір ұстағышы бар 90% бастапқы қасиеттері.
