1. Pengenalan
Besi kelabu, atau besi tuang kelabu-Disteishished oleh Microstructure Graphite Flaky -Combines keberkesanan kos, redaman getaran, dan kebolehkerjaan yang sangat baik.
Bermula pada awal abad ke -19 untuk silinder enjin stim, besi tuang kelabu sejak itu telah berkuasa dari drum brek automotif ke pangkalan mesin perindustrian.
Hari ini, ia tetap menjadi bahan asas di seberang Automotif, jentera berat, paip, dan domestik sektor terima kasih kepada gabungan sifatnya yang unik.
2. Apa itu besi tuang kelabu?
Besi tuang kelabu adalah sejenis besi tuang yang mudah dikenali dengan warna kelabu permukaan patah, yang dihasilkan dari kehadiran serpihan grafit dalam struktur mikro.
Flakes grafit ini memberikan besi kelabu sifatnya, termasuk kapasiti redaman yang sangat baik, kebolehkerjaan yang baik, dan kos yang agak rendah.
Ini adalah bentuk besi tuang yang paling biasa digunakan dan memainkan peranan asas dalam industri pembuatan tradisional dan moden.
Klasifikasi dan gred besi tuang kelabu
Klasifikasi ASTM A48 (U.S.. Standard)
Standard ASTM A48 mengklasifikasikan besi tuang kelabu ke dalam gred dengan kekuatan tegangan minimum, diukur dalam KSI (1 ksi = 6.89 MPA).
| Gred ASTM | Kekuatan tegangan minimum (MPA) | Struktur mikro biasa | Aplikasi biasa |
|---|---|---|---|
| Kelas 20 | 138 MPA | Kebanyakannya ferit | Counterweights, Hiasan Hiasan |
| Kelas 30 | 207 MPA | Ferritic -Pearlitic | Blok enjin, Perumahan pam |
| Kelas 40 | 276 MPA | Kebanyakannya pearlitic | Gendang brek, Flywheels, Katil mesin |
| Kelas 50 | 345 MPA | Pearlitic halus, ferit rendah | Pelapik silinder, kurungan beban tinggi |
Dalam 1561 Klasifikasi (Standard Eropah)
En standard Eropah 1561 Menggunakan awalan "en-gjl" (Gjl = besi tuang grafit dengan struktur lamellar, atau "Lamellar Graphite Cast Iron") diikuti oleh kekuatan tegangan di MPA.
| Ijazah | Min. Kekuatan tegangan (MPA) | Kekerasan (BHN) | Permohonan biasa |
|---|---|---|---|
| EN-GJL-150 | 150 | ~ 150 | Bahagian hiasan, penutup cahaya |
| EN-GJL-200 | 200 | ~ 160-170 | Perumahan gear, Kes penghantaran |
| EN-GJL-250 | 250 | ~ 180-200 | Blok silinder, Castings besar |
| EN-GJL-300 | 300 | ~ 220-240 | Rotor brek, perumahan tugas berat |
Julat komposisi kimia biasa (% mengikut berat badan)
| Elemen | Julat tipikal (%) | Berfungsi dengan besi kelabu |
|---|---|---|
| Karbon (C) | 2.5 - 4.0 | Menggalakkan Pembentukan Flake Grafit; Meningkatkan kebolehkerjaan |
| Silikon (Dan) | 1.8 - 3.0 | Grafit; AIDS pemendakan karbon dan meningkatkan ketidakstabilan |
| Mangan (Mn) | 0.2 - 1.0 | Menguatkan matriks; Menggalakkan pembentukan pearlite |
| Fosforus (P) | ≤ 0.12 (maks 0.5) | Meningkatkan ketidakstabilan; jumlah yang berlebihan menyebabkan kelembutan (Steadite) |
| Sulfur (S) | ≤ 0.12 | Secara amnya tidak diingini; membentuk kemasukan sulfida besi |
| Besi (Fe) | Keseimbangan | Metal asas matriks |
4. Fizikal & Sifat mekanikal
Besi tuang kelabu mempamerkan gabungan ciri -ciri fizikal dan mekanikal yang tersendiri kerana mikrostruktur flake grafitnya tertanam dalam matriks ferus.
Ciri -ciri ini menjadikannya sangat sesuai untuk pelbagai aplikasi struktur dan terma, terutamanya di mana redaman getaran, kekonduksian terma, dan kebolehkerjaan adalah penting.
Sifat mekanikal
Tingkah laku mekanikal besi tuang kelabu sangat dipengaruhi oleh morfologi serpihan grafit, Jenis matriks (Ferritic, Pearlitic, atau bercampur), dan ketebalan seksyen.
| Harta | Julat nilai tipikal | Nota |
|---|---|---|
| Kekuatan tegangan | 150-350 MPa | Berbeza mengikut gred (Mis., Kelas ASTM A48 20 ke kelas 50) |
| Kekuatan mampatan | 3-4 × kekuatan tegangan | Tinggi kerana orientasi serpihan grafit |
| Kekerasan | 130–250 BHN | Meningkat dengan kandungan pearlite |
| Pemanjangan | ~ 0.5-1% | Sangat rendah kerana kepekatan tekanan pada petua serpihan |
| Modulus keanjalan | 70-100 GPa | Lebih rendah daripada keluli kerana serpihan grafit mengganggu pemindahan tekanan |
Nota: Tidak seperti keluli, besi kelabu mempamerkan hampir tidak ada kemuluran dan gagal dengan cara yang rapuh di bawah pemuatan tegangan.
Sifat fizikal
| Harta | Nilai tipikal | Makna |
|---|---|---|
| Ketumpatan | 6.9-7.2 g/cm³ | Sedikit lebih rendah daripada keluli (~ 7.85 g/cm³) |
| Kekonduksian terma | 35-55 w/m · k | Jauh lebih tinggi daripada besi mulur atau lembut; Sesuai untuk pelesapan haba |
| Kapasiti haba tertentu | ~ 460 J/kg · k | Sebanding dengan logam ferus yang lain |
| Pekali pengembangan | ~ 10.5-11.5 × 10⁻⁶ /k | Sederhana; penting untuk aplikasi terma kritikal dimensi |
| Kapasiti redaman | 10× keluli | Getaran yang sangat baik dan penyerapan bunyi |
| Titik lebur | 1140-1200 ° C. | Lebih rendah daripada keluli; Meningkatkan kebolehan |
Kelebihan fungsional yang unik
- Kapasiti redaman unggul: Terima kasih kepada geseran dalaman yang dibuat oleh Flakes Grafit, Besi kelabu menyerap getaran jauh lebih baik daripada besi atau besi mulur.
Ini menjadikannya sesuai untuk blok enjin, Katil alat mesin, dan komponen brek. - Kekonduksian terma yang baik: Keupayaannya untuk memindahkan haba dengan cekap menjadikan besi tuang kelabu menjadi bahan pilihan untuk alat memasak, komponen radiator, dan cakera brek.
- Kebolehkerjaan yang sangat baik: Kehadiran grafit bertindak sebagai pelincir terbina dalam, Mengurangkan alat memakai dan membolehkan kelajuan pemotongan yang lebih tinggi.
Gred Pearlitic lebih sukar tetapi masih lebih banyak daripada keluli.
5. Kesesuaian pemutus untuk besi kelabu
Kelabu Cast Iron adalah salah satu logam yang paling mudah dipandang dalam industri faundry, terkenal dengan ketidakstabilannya yang sangat baik, suhu lebur yang rendah, dan pengecutan minimum.
Ciri -ciri ini menjadikannya sesuai untuk menghasilkan geometri kompleks, Castings besar, dan bahagian volum tinggi dengan ketepatan dimensi yang boleh dipercayai dan kemasan permukaan.
Ketidakstabilan yang sangat baik
Besi tuang kelabu mempamerkan ciri aliran cair yang luar biasa kerana suhu menuangkannya yang agak rendah (biasanya antara 1,150-1,250 ° C.) dan kandungan grafit.
Ketidakstabilan ini membolehkannya dengan mudah mengisi acuan rumit dan bahagian berdinding nipis (seperti nipis 3-5 mm), mengurangkan risiko penutupan sejuk atau kesilapan.
Kadar pengecutan rendah
Dengan pengecutan pemejalan linear biasanya dalam julat 0.8-1.0%, besi tuang kelabu mengekalkan kestabilan dimensi unggul.
Pengecutan yang boleh diramalkan ini boleh dikompensasi dengan tepat dalam reka bentuk corak, meminimumkan kecacatan dan elaun pemesinan.
Struktur Flake Grafite meningkatkan kebolehpercayaan
Grafit Flake dalam besi kelabu bukan sahaja menyumbang kepada redaman mekanikal dan kebolehkesanannya tetapi juga membantu dalam memberi makan semasa pemejalan, mengurangkan kemungkinan keliangan pengecutan dalaman.
Ia bertindak sebagai penjajar mikro semulajadi, Meningkatkan kekukuhan pemutus secara keseluruhan.
Kekonduksian terma yang tinggi
Kekonduksian terma yang tinggi (biasanya 50-60 w/m · k) Menggalakkan pelesapan haba yang cepat semasa pemejalan, Membantu mengawal mikrostruktur dan mengurangkan risiko retak terma.
Ini sangat berfaedah di lingkungan besar atau persekitaran pengeluaran berkelajuan tinggi.
Penyesuaian yang sangat baik
Kerana kesan pelincir serpihan grafit dan kekerasan yang agak rendah (Brinell 150-250 Hb), ia boleh mudah dimesin tanpa memerlukan proses penamat yang luas.
Ini mengurangkan kos pemprosesan selepas pemprosesan dan meningkatkan pengeluaran pengeluaran.
Kaedah pemutus yang sesuai untuk besi kelabu
| Kaedah pemutus | Aplikasi | Kelebihan | Pertimbangan |
|---|---|---|---|
| Pemutus pasir hijau | Blok enjin, perumahan, kurungan | Kos efektif, Pasir yang boleh diguna semula, boleh disesuaikan dengan kelantangan tinggi | Memerlukan kawalan kelembapan dan keseragaman acuan |
| Pemutus pasir terikat resin | Katil mesin, casing pam, badan injap | Ketepatan dimensi tinggi dan kemasan permukaan | Kos perkakas yang lebih tinggi, Sesuai untuk jumlah rendah hingga sederhana |
| Casting acuan shell | Komponen perindustrian ketepatan | Toleransi dimensi yang sangat baik dan kualiti permukaan | Lebih mahal, tetapi mengurangkan keperluan pemesinan |
| Pemutus acuan kekal | Geometri berulang seperti flywheels atau pulleys | Bagus untuk pengeluaran sederhana berjalan dengan kemasan permukaan halus | Terhad kepada bentuk yang lebih mudah disebabkan oleh kekangan acuan logam pepejal |
| Pemutus Centrifugal | Paip, lengan baju, rotor | Menghasilkan padat, bahagian silinder bebas kecacatan | Memerlukan peralatan khusus dan geometri seimbang |
6. Rawatan haba & Pemesinan
Besi kelabu jarang mengalami kitaran quench -and -temper; sebaliknya, Foundries memohon:
- Penyepuh/pelepasan tekanan: 650-700 ° C selama 1-2 jam mengurangkan tekanan sisa dan meningkatkan kebolehkerjaan.
- Menormalkan: Matriks halus -tunes (Ferrite vs. Pearlite) untuk kekerasan yang disasarkan.
Semasa pemesinan, Jurutera memihak:
- Alat karbida pada kelajuan sederhana (50-80 m/saya).
- Pemegang Kerja yang tegar untuk mengimbangi kekuatan tegangan rendah.
- Penggunaan penyejuk Untuk mengelakkan kelebihan terbina; Flakes grafit memudahkan pemecahan cip.
Post -machining, Besi Cast Grey Mencapai permukaan selesai serendah ra 1.6 μm dengan operasi sekunder yang minimum.
7. Kelebihan dan Kekurangan
Kelebihan:
- Redaman getaran: Hingga 90 % lebih baik daripada keluli, mengurangkan bunyi dan keletihan.
- Kebolehkerjaan: Serpihan grafit bertindak sebagai pemutus cip, menurunkan alat alat.
- Kecekapan kos: > 80 % kandungan kitar semula dan tenaga lebur yang lebih rendah daripada keluli.
Kekurangan:
- Kemuluran tegangan rendah: < 2 % pemanjangan mengehadkan penggunaan pemuatan kejutan.
- Anisotropi: Orientasi serpihan menghasilkan variasi kekuatan arah (~ 20 %).
- Brittleness: Rintangan kesan yang lebih rendah berbanding dengan besi mulur.
8. Aplikasi & Prestasi
Sinergi harta tanah kelabu Cast Iron memacu penggunaannya di:
- Automotif: Blok enjin, kepala silinder, gendang brek - Mengalami kekonduksian terma (~ 45 W/m · k) untuk pelesapan haba.
- Jentera berat: Perumahan gear, pangkalan alat mesin -menggunakan redaman getaran untuk memanjangkan kehidupan galas.
- Pembinaan & Paip: Penutup manhole, Badan injap -Benefit dari rintangan kakisan di perairan neutral dan kos rendah.
- Barang domestik: Alat memasak, RADIATOR -Memastikan walaupun pengedaran haba dan ketahanan.
9. Perbandingan dengan bahan alternatif
Kelabu besi kelabu telah lama berkhidmat sebagai bahan asas dalam kejuruteraan dan pembuatan, Tetapi ia sering bersaing dengan alternatif seperti besi mulur, keluli, aloi aluminium, dan komposit.
Setiap bahan ini membawa faedah dan perdagangan yang berbeza, Membuat pemilihan bahan sangat bergantung kepada permohonan.
Berikut adalah gambaran keseluruhan perbandingan yang menyoroti di mana besi kelabu berdiri mengenai pengganti biasa.
Jadual perbandingan: Besi tuang kelabu vs. Bahan alternatif
| Harta / Bahan | Besi tuang kelabu | Besi mulur | Keluli karbon | Aloi aluminium | Komposit |
|---|---|---|---|---|---|
| Ketumpatan (g/cm³) | 7.1 - 7.3 | 7.0 - 7.2 | 7.8 - 7.9 | 2.6 - 2.8 | 1.5 - 2.0 (berbeza) |
| Kekuatan tegangan (MPA) | 150 - 400 | 400 - 700 | 400 - 900 | 100 - 400 | 50 - 500+ (Bergantung pada serat) |
| Pemanjangan (%) | <1% (rapuh) | 5 - 18% | 10 - 25% | 2 - 12% | 1 - 10% |
| Kekonduksian terma | Tinggi (50 - 60 W/m · k) | Sederhana (35 - 50 W/m · k) | Rendah sederhana (20 - 40 W/m · k) | Tinggi (120 - 180 W/m · k) | Rendah sederhana (0.2 - 30 W/m · k) |
| Kapasiti redaman | Cemerlang | Baik | Miskin | Sangat miskin | Pembolehubah |
| Kebolehan | Cemerlang (bentuk kompleks, kos rendah) | Baik | Sederhana (memerlukan lebih banyak usaha) | Sederhana -baik (bergantung kepada aloi) | Miskin (biasanya dibentuk, tidak dilemparkan) |
| Kebolehkerjaan | Cemerlang (Kerana serpihan grafit) | Baik | Sederhana -baik | Cemerlang | Miskin -sederhana |
| Rintangan kakisan | Miskin tanpa salutan | Miskin -sederhana | Sederhana -baik (dengan mengutuk) | Baik (terutamanya siri 6xxx dan 5xxx) | Cemerlang (dengan reka bentuk) |
| Kos | Rendah | Sederhana | Sederhana -tinggi | Sederhana -tinggi | Tinggi (Terutama untuk komposit lanjutan) |
Besi mulur vs. Besi tuang kelabu
- Besi mulur menawarkan kemuluran dan kekuatan yang lebih tinggi, menjadikannya sesuai untuk aplikasi beban yang mengandungi tekanan atau dinamik.
Walau bagaimanapun, besi tuang kelabu masih mengatasinya dalam redaman dan kecekapan kos, Terutama di bahagian struktur statik.
Keluli karbon vs. Besi tuang kelabu
- Keluli memberikan sifat tegangan unggul dan kemuluran, tetapi lebih mahal dan lebih sukar untuk mesin.
Besi kelabu lebih disukai untuk bahagian yang memerlukan kawalan getaran (Mis., pangkalan mesin, perumahan).
Aloi aluminium vs. Besi tuang kelabu
- Aluminium lebih ringan dan menawarkan rintangan kakisan yang sangat baik, menjadikannya sesuai untuk pengangkutan dan komponen sensitif haba.
Besi kelabu, Sebaliknya, cemerlang dalam aplikasi yang memerlukan ketegaran dan penyerapan getaran.
Komposit vs. Besi tuang kelabu
- Walaupun komposit lanjutan dapat melampaui besi kelabu dalam nisbah kekuatan-ke-berat dan rintangan kakisan, mereka jauh lebih mahal dan sukar untuk dihasilkan secara berskala.
10. Kesimpulan
Besi kelabu kekal sebagai bahan asas disebabkan olehnya pengeluaran ekonomi, redaman terbina dalam, dan kemudahan pemesinan.
Dengan menguasainya Pembentukan grafit eutektik, amalan pemutus, dan garis panduan reka bentuk, jurutera boleh terus memanfaatkan besi tuang kelabu untuk dipercayai, penyelesaian kos efektif di seluruh industri -dari jantung enjin ke pangkal jentera berat.
Sebagai pengubahsuaian aloi yang muncul dan teknik pembuatan hibrid berkembang, kelabu besi kelabu akan mengekalkan peranannya dalam membentuk komponen kejuruteraan esok.
Ini adalah pilihan yang sesuai untuk keperluan pembuatan anda jika anda memerlukan berkualiti tinggi Casting besi kelabu.
