1. Pengenalan
Besi kelabu vs besi mulur adalah dua jenis besi tuang yang paling banyak digunakan, masing -masing menawarkan sifat dan kelebihan unik yang menjadikan mereka sangat diperlukan dalam pelbagai industri.
Sebagai ahli Alloys Iron Family-Iron-Carbon-Silicon yang dibentuk oleh pemutus logam cair ke dalam acuan-kedua-dua bahan dinilai untuk kekuatan mereka, kebolehkerjaan, kebolehan, dan keberkesanan kos.
2. Apa itu besi tuang?
Besi tuang adalah sekumpulan aloi besi karbon dengan kandungan karbon biasanya lebih besar daripada 2%.
Ia dihasilkan oleh besi babi lebur -biasanya berasal dari bijih besi -dalam relau dan menuangkan logam cair ke dalam acuan untuk membentuk bentuk yang dikehendaki.
Hasilnya sukar, rapuh, dan bahan yang kuat yang menawarkan kebolehgunaan yang sangat baik dan pelbagai sifat mekanikal bergantung pada perumusan dan rawatan khususnya.
Komposisi Umum
Komposisi asas besi tuang termasuk:
- Besi (Fe) - elemen utama
- Karbon (C) - 2.0-4.0%, Mempromosikan kebolehgunaan dan mempengaruhi kekerasan dan kelembutan
- Silikon (Dan) - 1.0-3.0%, yang menggalakkan pembentukan grafit semasa pemejalan
- Jumlah jejak Mangan (Mn), Sulfur (S), dan Fosforus (P) mungkin juga hadir
Ciri -ciri utama besi tuang:
- Castability yang sangat baik: Mengalir dengan baik ke dalam acuan kompleks, menjadikannya sesuai untuk bentuk yang rumit
- Kebolehkerjaan yang baik: Terutamanya dalam gred tertentu seperti besi kelabu
- Kekuatan mampatan yang tinggi: Menjadikannya sesuai untuk beban beban dalam aplikasi struktur
- Redaman getaran unggul: Mengurangkan bunyi dan pergerakan dalam mesin dan peralatan
- Kos efektif: Murah untuk menghasilkan dalam kuantiti yang banyak
Jenis besi biasa:
| Jenis besi tuang | Borang Grafit | Sifat utama | Aplikasi biasa |
| Besi kelabu | Serpihan grafit | Redaman getaran yang sangat baik, kebolehkerjaan yang baik, kekuatan mampatan yang tinggi, rapuh | Blok enjin, Rotor brek, pangkalan mesin, Perumahan pam |
| Besi mulur | Spheroidal (nodular) grafit | Kekuatan tegangan yang tinggi, Kemuluran yang baik, Rintangan Keletihan | Paip, Crankshafts, lengan penggantungan, Hab Turbin Angin |
| Besi putih | Simen (Tiada grafit percuma) | Sangat sukar dan tahan, sangat rapuh | Liner kilang, Pakai plat, Bahagian pam buburan |
| Besi yang mudah dibentuk | Nodul karbon suhu | Kekuatan dan kemuluran sederhana, tahan terhadap kesan, machine | Kelengkapan paip, kurungan, Casting kecil dengan geometri kompleks |
3. Apa itu besi kelabu?
Besi kelabu, juga dikenali sebagai besi tuang kelabu, adalah jenis besi tuang yang paling biasa digunakan. Ia dinamakan untuk warna kelabu permukaan patahnya, yang disebabkan oleh kehadiran serpihan grafit dalam mikrostrukturnya.
Serpihan grafit ini menghasilkan ketekunan dalam matriks besi, Memberi besi kelabu penampilan dan sifat mekanikalnya.
Mikrostruktur
Ciri penentuan besi kelabu adalah Struktur grafit Flake tertanam dalam matriks Ferrite, Pearlite, atau gabungan kedua -duanya.
Serpihan ini terbentuk semasa pemejalan dan bertanggungjawab terhadap bahan tersebut:
- Cemerlang redaman getaran
- Baik kekonduksian terma
- Tinggi kekuatan mampatan
Walau bagaimanapun, Tepi tajam serpihan bertindak sebagai Tekanan tekanan, yang dengan ketara mengurangkan kekuatan tegangan dan menjadikan bahan rapuh di bawah ketegangan atau kesan.
Gred dan piawaian
Besi kelabu diklasifikasikan oleh kekuatan tegangan, sering ditetapkan menggunakan standard seperti ASTM A48. Contohnya termasuk:
- Kelas 20 (Cl20): Kekuatan rendah, kebolehkerjaan yang sangat baik
- Kelas 30 (CL30): Penggunaan tujuan umum
- Kelas 40 (CL40): Kekuatan yang lebih tinggi, Sesuai untuk bahagian yang mengandungi beban
Nombor kelas yang lebih tinggi menunjukkan kekuatan tegangan yang lebih tinggi, biasanya dicapai dengan menyesuaikan kadar penyejukan atau kandungan aloi.
Sifat utama:
- Kekuatan mampatan yang tinggi
- Kapasiti redaman yang sangat baik
- Kemuluran yang lemah dan rintangan kesan
Aplikasi khas besi kelabu
Keberkesanan dan prestasi kos besi kelabu dalam aplikasi yang dikuasai mampatan menjadikannya menjadi bahan untuk:
- Blok enjin dan kepala silinder
- Cakera brek dan gendang
- Katil dan pangkalan alat mesin
- Kotak gear dan perumahan
- Pam dan injap
4. Apa itu besi mulur?
Besi mulur, juga dikenali sebagai besi tuang nodular atau Besi grafit spheroidal (SGI), adalah jenis besi tuang yang menawarkan sifat mekanik yang lebih baik di atas besi kelabu -terutama dari segi Kemuluran, kekuatan tegangan, dan rintangan kesan.
Perbezaan utama terletak pada bentuk grafit Di dalam mikrostruktur logam. Dalam besi mulur, bentuk grafit sebagai nodul sfera, bukannya serpihan seperti besi kelabu.
Morfologi bulat ini meminimumkan kepekatan tekanan, Membenarkan besi mulur untuk meregangkan atau ubah bentuk tanpa patah -oleh itu nama "mulur."
Mikrostruktur
- Grafit nodular: Zarah sfera (5-20 μm diameter) yang meminimumkan kepekatan tekanan, membolehkan ubah bentuk plastik.
- Matriks: Disesuaikan melalui rawatan haba -ferritik (Dukes), Pearlitic (kuat), atau bainit (kekuatan dan ketangguhan yang tinggi).
Gred dan piawaian
ASTM A536 - Spesifikasi standard untuk creats besi mulur
- 60-40-18 → 60 KSI tegangan, 40 hasil ksi, 18% pemanjangan
- 80-55-06 → Kekuatan yang lebih tinggi, Kemuluran sederhana
- 100-70-03 → kekuatan yang sangat tinggi, Kemuluran yang rendah
ISO 1083 - Jawatan Antarabangsa untuk Besi Grafit Spheroidal
- EN-GJS-400-15 (Sama seperti ASTM 60-40-18)
- EN-GJS-700-2 (Sama seperti ASTM 100-70-03)
Sifat utama:
- Kekuatan dan kemuluran yang lebih tinggi
- Rintangan impak yang lebih besar
- Rintangan keletihan yang lebih baik, Sesuai untuk memuatkan kitaran
- Mengekalkan beberapa kapasiti redaman, Walaupun kurang dari besi kelabu
Aplikasi biasa besi mulur
Terima kasih kepada ciri prestasinya, besi mulur digunakan secara meluas dalam:
- Komponen automotif: Crankshafts, mengawal lengan, Perumahan gandar
- Sistem air dan air sisa perbandaran: paip dan kelengkapan besi mulur
- Peralatan berat: gear, gandingan, kurungan, bahagian struktur
- Sektor tenaga: Hab Turbin Angin, Sistem hidraulik
- Peralatan kereta api dan perlombongan: Bahagian trek, galas
5. Perbandingan Komposisi Kimia
Kedua -dua aloi ini terdiri daripada besi (Fe), serta karbon (C) dan silikon (Dan), Tetapi perbezaan dan bahan tambahan yang halus membezakannya:
| Elemen | Besi kelabu (%) | Besi mulur (%) | Nota |
| Karbon (C) | 2.5 - 4.0 | 3.0 - 4.0 | Karbon yang lebih tinggi menggalakkan pembentukan grafit |
| Silikon (Dan) | 1.8 - 3.5 | 1.8 - 3.0 | Silikon meningkatkan ketidakstabilan dan grafitisasi |
| Mangan (Mn) | 0.2 - 1.0 | 0.1 - 0.5 | Mengawal kekuatan dan melawan belerang |
| Sulfur (S) | 0.02 - 0.12 | 0.005 - 0.03 | Sulfur rendah yang diperlukan dalam besi mulur untuk pembentukan nodul |
| Fosforus (P) | 0.1 - 0.2 | 0.02 - 0.05 | Biasanya disimpan rendah untuk kemuluran |
| Magnesium (Mg) | - | 0.03 - 0.06 | Ditambah dalam besi mulur untuk menghasilkan grafit nodular |
| Nikel (Dalam), Tembaga (Cu), Chromium (Cr) | Jumlah jejak, mungkin berbeza -beza | Boleh ditambah untuk ketahanan kakisan atau kekuatan |
6. Perbandingan harta fizikal besi kelabu vs besi mulur
| Harta | Besi kelabu | Besi mulur | Nota |
| Ketumpatan | ~ 6.9 - 7.3 g/cm³ | ~ 7.0 - 7.3 g/cm³ | Kepadatan yang sangat serupa, sedikit lebih tinggi untuk besi mulur kerana mengutuk |
| Titik lebur | 1140 - 1300 ° C. | 1140 - 1300 ° C. | Kedua -duanya mempunyai julat lebur yang setanding |
| Kekonduksian terma | 35 - 55 W/m · k | 30 - 45 W/m · k | Besi kelabu secara amnya melakukan haba lebih baik |
| Pekali pengembangan haba | 10 - 12 x10⁻⁶ /° C. | 11 - 13 x10⁻⁶ /° C. | Besi mulur mempunyai pengembangan yang sedikit lebih tinggi |
| Modulus keanjalan (Modulus Young) | 100 - 170 GPA | 160 - 210 GPA | Besi mulur adalah lebih berat |
| Nisbah Poisson | 0.25 - 0.28 | 0.27 - 0.30 | Nilai Tutup, dengan besi mulur sedikit lebih tinggi |
| Kapasiti haba tertentu | ~ 460 J/kg · k | ~ 460 J/kg · k | Hampir sama |
| Kekerasan (Brinell) | 140 - 300 Hb | 170 - 340 Hb | Besi mulur cenderung lebih sukar |
| Kebolehtelapan magnet | Ferromagnet | Ferromagnet | Kedua -duanya adalah bahan ferromagnet |
7. Perbandingan harta mekanikal besi kelabu vs besi mulur
| Harta mekanikal | Besi kelabu | Besi mulur | Nota |
| Kekuatan tegangan | 170 - 370 MPA | 350 - 700 MPA | Besi mulur mempunyai kekuatan tegangan yang jauh lebih tinggi |
| Kekuatan hasil | 90 - 250 MPA | 250 - 450 MPA | Besi mulur mempamerkan kekuatan hasil yang lebih tinggi |
| Pemanjangan (Kemuluran) | 0.5 - 3% | 10 - 18% | Besi mulur jauh lebih banyak mulur, membolehkan ubah bentuk yang lebih baik sebelum patah |
| Kekuatan kesan | Rendah (rintangan impak yang lemah) | Tinggi (ketangguhan kesan yang baik) | Besi mulur menahan banyak kejutan yang lebih baik |
| Modulus keanjalan | 100 - 170 GPA | 160 - 210 GPA | Besi mulur lebih berat dan lebih kuat di bawah ubah bentuk elastik |
| Kekerasan (Brinell) | 140 - 300 Hb | 170 - 340 Hb | Kekerasan sedikit lebih tinggi dalam besi mulur |
| Kekuatan keletihan | Rintangan keletihan yang lebih rendah | Rintangan keletihan yang lebih tinggi | Struktur grafit nodular besi mulur meningkatkan kehidupan keletihan |
| Kekuatan mampatan | Tinggi (~ 700 MPa) | Tinggi (~ 600 - 900 MPA) | Kedua -duanya mempunyai kekuatan mampatan yang baik; besi kelabu cenderung cemerlang |
8. Pembuatan dan pemutus
Kedua -dua besi kelabu dan besi mulur dihasilkan menggunakan kaedah pemutus yang ditetapkan, Tetapi pemprosesan mereka berbeza kerana mikrostruktur dan keperluan mekanikalnya yang berbeza.
Pembuatan besi kelabu:
- Lebur dan aloi: Besi kelabu biasanya cair di relau cupola atau relau induksi elektrik. Komposisi asas termasuk besi, Karbon (kebanyakannya sebagai grafit), dan silikon.
Elemen aloi seperti mangan, Sulfur, dan fosforus dikawal untuk mengoptimumkan pembentukan kebolehan dan grafit. - Kaedah pemutus: Proses yang paling biasa adalah Pemutus pasir, disukai kerana fleksibiliti dan keberkesanan kosnya, terutamanya untuk komponen kompleks atau besar seperti blok enjin, pangkalan mesin, dan gendang brek.
- Pemejalan: Bentuk grafit sebagai serpihan dalam matriks besi semasa penyejukan, Menyediakan redaman getaran yang sangat baik tetapi membawa kepada kelembutan.
- Kebolehkerjaan: Struktur grafit kelabu kelabu besi bertindak sebagai pelincir semasa pemesinan, menjadikannya lebih mudah untuk mesin daripada besi mulur.
Pembuatan besi mulur:
- Lebur dan rawatan: Besi mulur bermula dari bahan mentah yang sama, cair dalam induksi atau relau arka elektrik.
Perbezaan utama terletak pada rawatan nodulizing-Mengalam magnesium atau cerium ke besi cair untuk mengubah serpihan grafit menjadi nodul sfera. - Kaedah pemutus: Besi mulur sering dilemparkan menggunakan Pemutus pasir atau Pelaburan Pelaburan untuk bahagian ketepatan.
Kadar penyejukan dan pelarasan komposisi yang dikawal memastikan pembentukan grafit nodular dan sifat mekanik. - Kawalan Mikrostruktur: Grafit sfera mengurangkan kepekatan tekanan dan meningkatkan kemuluran dan ketangguhan.
- Rawatan haba: Besi mulur boleh dirawat haba (Annealed, dinormalisasi, atau Austempered) untuk meningkatkan sifat mekanikal, termasuk kekuatan tegangan dan rintangan keletihan.
- Kebolehkerjaan: Sedikit lebih mencabar untuk mesin kerana kekuatan dan ketangguhannya yang lebih tinggi berbanding dengan besi kelabu tetapi masih boleh menyesuaikan diri apabila menggunakan perkakas yang sesuai.
9. Rintangan kakisan dan ketahanan
Rintangan kakisan dan ketahanan jangka panjang adalah faktor kritikal apabila memilih antara besi kelabu dan besi mulur, terutamanya untuk aplikasi yang terdedah kepada persekitaran yang keras.
Besi kelabu:
- Tingkah laku kakisan: Besi kelabu agak tahan terhadap kakisan dalam persekitaran kering tetapi terdedah kepada berkarat apabila terdedah kepada kelembapan, terutamanya dengan kehadiran garam atau keadaan berasid.
Serpihan grafit boleh membuat sel mikro-galvanik dengan matriks besi, mempercepatkan kakisan setempat. - Perlindungan permukaan: Untuk meningkatkan ketahanan, Komponen besi kelabu sering menerima lapisan pelindung seperti lukisan, Salutan serbuk, atau galvanizing.
Dalam beberapa kes, aloi atau pelapik tahan kakisan khusus digunakan untuk persekitaran yang agresif. - Ketahanan: Sementara besi kelabu mempunyai rintangan haus yang sangat baik, kakisan dapat mengurangkan jangka hayat komponen dalam aplikasi luaran atau basah tanpa perlindungan yang mencukupi.
Besi mulur:
- Rintangan kakisan yang lebih baik: Struktur grafit spheroidal dalam besi mulur mengurangkan kepekatan tekanan dan mewujudkan matriks yang lebih seragam, yang cenderung meningkatkan rintangan kakisan berbanding besi kelabu.
- Rawatan permukaan yang dipertingkatkan: Komponen besi mulur biasanya menggunakan lapisan pelindung seperti lapisan epoksi, Lapisan zink, atau cat poliuretana, Terutama untuk digunakan dalam sistem paip air dan air sisa.
- Perlindungan Katodik: Dalam permohonan bawah tanah atau tenggelam, Paip besi mulur sering menggabungkan sistem perlindungan katodik untuk mengurangkan kakisan.
- Ketahanan dalam keadaan yang teruk: Terima kasih atas ketangguhan dan kemuluran yang lebih tinggi, besi mulur menahan tekanan mekanikal semasa proses kakisan lebih baik daripada besi kelabu, Menyumbang kepada hayat perkhidmatan yang lebih lama di bawah loading kitaran dan persekitaran yang menghakis.
10. Perbandingan kos
- Bahan mentah: Besi kelabu berharga $ 1- $ 3/kg; Besi mulur berharga $ 1.5- $ 4.5/kg (30-50% lebih tinggi) Kerana Nodulizers MG/CE.
- Pemprosesan: Besi kelabu tidak memerlukan rawatan selepas; besi mulur mungkin memerlukan penyepuhlindapan ($0.2- $ 0.5/kg tambahan).
- Kos kitaran hayat: Besi mulur sering menawarkan kos jangka panjang yang lebih rendah dalam aplikasi tekanan tinggi (Mis., paip: 50-jangka hayat tahun vs. 30 tahun untuk besi kelabu).
11. Perbezaan utama antara besi kelabu vs besi mulur
Memahami perbezaan asas antara besi kelabu dan besi mulur adalah penting untuk memilih bahan yang sesuai berdasarkan keperluan aplikasi.
| Ciri | Besi kelabu | Besi mulur |
| Morfologi grafit | Flaky Graphite Flakes | Spheroidal (nodular) grafit |
| Kekuatan tegangan | ~ 150-400 MPa | ~ 400-700 MPa |
| Pemanjangan | 1-3% | Hingga 18% |
| Kekuatan mampatan | Tinggi | Sederhana hingga tinggi |
| Rintangan kesan | Rendah (rapuh) | Tinggi (Dukes) |
| Redaman getaran | Cemerlang | Baik tetapi kurang dari besi kelabu |
| Kebolehkerjaan | Mudah (Grafit bertindak sebagai pelincir) | Lebih sukar (Matriks yang sukar) |
| Kebolehan | Cemerlang, Kecacatan yang lebih sedikit | Baik, Memerlukan kawalan nodulizer |
| Kecenderungan pengecutan | Rendah | Sedikit lebih tinggi |
| Kos | Lebih rendah | Lebih tinggi disebabkan oleh pengaliran dan kawalan |
| Aplikasi biasa | Blok enjin, pangkalan mesin | Paip, bahagian automotif, komponen struktur |
12. Memilih antara besi kelabu dan mulur
- Mengutamakan kawalan redaman/getaran: Besi kelabu (Mis., Blok enjin, Katil Lathe).
- Memerlukan kekuatan/kemuluran: Besi mulur (Mis., Crankshafts, paip).
- Kos sensitif, Aplikasi tekanan rendah: Besi kelabu (Mis., penutup manhole).
- Beban dinamik/risiko kesan: Besi mulur (Mis., komponen penggantungan).
13. Kesimpulan
Besi kelabu vs besi mulur, Kedua -dua jenis besi tuang, Hidangkan peranan yang berbeza: besi kelabu cemerlang dalam kos rendah, getaran yang diredam, dan aplikasi beban mampatan, Walaupun besi mulur menguasai tekanan tinggi, dinamik, dan senario yang rawan kesan.
Perbezaan mereka, berakar dalam morfologi grafit, menjadikan mereka tidak boleh digantikan dalam kejuruteraan moden, memastikan kaitan berterusan mereka dalam automotif, Infrastruktur, dan jentera.
Soalan Lazim
Adakah besi mulur lebih kuat daripada keluli?
Ya - Besi multipil dapat menyaingi keluli karbon rendah hingga sederhana (~ 400-600 MPa), walaupun ia kurang mulur.
Boleh besi kelabu dirawat haba?
Tidak - ia mengekalkan kelembutan kerana serpihan grafit dan tidak bertambah baik melalui rawatan haba.
Mengapa menggunakan besi kelabu untuk blok enjin?
Redaman getaran yang sangat baik, Kestabilan terma, dan kos rendah menjadikannya sesuai untuk komponen enjin.
Berapa lama paip besi mulur bertahan?
Dengan salutan dan pemasangan yang betul, Mereka sering mencapai 50-100+ tahun perkhidmatan.
Kedua -dua jenis boleh dikitar semula?
Ya, kedua -duanya adalah 95% boleh dikitar semula, dengan penahan besi kelabu/mulur kitar semula 90% sifat asal.
