1. Wstęp
Szare żelazo, lub szare żeliwo—Ditraste przez jej łuszczącą się mikrostrukturę grafitową - combines opłacalność, tłumienie drgań, I doskonała obrabialność.
Pochodzący z początku XIX wieku dla cylindrów silnika parowego, Od tego czasu szare żeliwo ma napędzane aplikacje od bębnów hamulcowych samochodowych po podstawy maszyny przemysłowej.
Dzisiaj, pozostaje podstawowym materiałem automobilowy, ciężkie maszyny, rurociąg, I domowy Sektory dzięki unikalnej mieszance nieruchomości.
2. Co to jest szare żeliwa?
Szare żeliwo jest rodzajem żeliwa, które można łatwo rozpoznać przez szary kolor jego pękniętej powierzchni, co wynika z obecności płatków grafitowych w jej mikrostrukturze.
Te płatki grafitowe nadają szare żelazo charakterystyczne właściwości, w tym doskonała zdolność tłumienia, dobra obrabialność, i stosunkowo niski koszt.
Jest to najczęściej stosowana forma żeliwa i odgrywa fundamentalną rolę zarówno w tradycyjnych, jak i nowoczesnych branżach produkcyjnych.
Klasyfikacja i stopnie szarego żeliwa
Klasyfikacja ASTM A48 (NAS. Standard)
Standard ASTM A48 sklasyfikuje szare żeliwo do gatunków według minimalnej wytrzymałości na rozciąganie, mierzone w KSI (1 KSI = 6.89 MPa).
| Grade ASTM | Minimalna wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | Typowa mikrostruktura | Typowe zastosowania |
|---|---|---|---|
| Klasa 20 | 138 MPa | Przeważnie ferrytyczne | Przeciwwagi, Odlewy dekoracyjne |
| Klasa 30 | 207 MPa | Ferriticals -polityczny | Bloki silnika, pompowanie obudowa |
| Klasa 40 | 276 MPa | Przeważnie perlityczne | Bębny hamulcowe, Koła zamachowe, Łóżka maszynowe |
| Klasa 50 | 345 MPa | Fine Pearlityc, Niski ferryt | Wkładki cylindrów, Wsporniki o wysokim obciążeniu |
W 1561 Klasyfikacja (Standard europejski)
Europejska norma EN 1561 używa prefiks „EN-GJL” (Gjl = żelit grafitowy z strukturą lamelli, lub „lamellar grafitowe żelit”) a następnie wytrzymałość na rozciąganie w MPA.
| Ocena | Min. Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | Twardość (Bnn) | Typowa aplikacja |
|---|---|---|---|
| EN-GJL-15 | 150 | ~ 150 | Części ozdobne, Lekkie osłony |
| EN-GJL-200 | 200 | ~ 160–170 | Obudowy na sprzęt, przypadki transmisji |
| EN-GJL-250 | 250 | ~ 180–200 | Bloki cylindrów, duże odlewy |
| EN-GJL-300 | 300 | ~ 220–240 | Rotory hamulcowe, ciężkie obudowy |
Typowy zakres składu chemicznego (% wagowo)
| Element | Typowy zakres (%) | Funkcja w szarej żelazku |
|---|---|---|
| Węgiel (C) | 2.5 – 4.0 | Promuje tworzenie płatków grafitowych; Zwiększa możliwość obsługi |
| Krzem (I) | 1.8 – 3.0 | Graphitizer; Pomaga opadami węglowymi i poprawia płynność |
| Mangan (Mn) | 0.2 – 1.0 | Wzmacnia matrycę; promuje tworzenie perlitów |
| Fosfor (P) | ≤ 0.12 (maks 0.5) | Poprawia płynność; Nadmierne ilości powodują kruchość (steadite) |
| Siarka (S) | ≤ 0.12 | Ogólnie niepożądane; tworzy inkluzje siarczku żelaza |
| Żelazo (Fe) | Balansować | Metal bazowy matrycy |
4. Fizyczny & Właściwości mechaniczne
Szary żeliwo, wykazuje charakterystyczną kombinację właściwości fizycznych i mechanicznych ze względu na jego mikrostrukturę płatków grafitową osadzoną w matrycy żeglowej.
Właściwości te sprawiają, że jest bardzo odpowiedni do szerokiej gamy zastosowań strukturalnych i termicznych, szczególnie tam, gdzie tłumienie wibracji, przewodność cieplna, i możliwość obsady są niezbędne.
Właściwości mechaniczne
Na zachowanie mechaniczne szarego żelaza jest pod silnym wpływem morfologii płatków grafitowych, Typ macierzy (ferrytyczny, perlityka, lub mieszane), i grubość sekcji.
| Nieruchomość | Typowy zakres wartości | Notatki |
|---|---|---|
| Wytrzymałość na rozciąganie | 150–350 MPa | Różni się w zależności od oceny (np., Klasa ASTM A48 20 do klasy 50) |
| Wytrzymałość na ściskanie | 3–4 × wytrzymałość na rozciąganie | Wysoki z powodu orientacji płatków grafitowych |
| Twardość | 130–250 BHN | Wzrost wraz z zawartością perlitu |
| Wydłużenie | ~ 0,5–1% | Bardzo niskie z powodu stężeń stresu na końcówkach płatków |
| Moduł sprężystości | 70–100 GPA | Niższe niż stal z powodu płatków grafitowych zakłócających transfer naprężenia |
Notatka: W przeciwieństwie do stali, szare żelazo nie wykazuje praktycznie żadnej plastyczności i zawodzi w krucha sposób pod obciążeniem rozciągającym.
Właściwości fizyczne
| Nieruchomość | Typowa wartość | Znaczenie |
|---|---|---|
| Gęstość | 6.9–7,2 g/cm³ | Nieco niższe niż stal (~ 7,85 g/cm³) |
| Przewodność cieplna | 35–55 W/m · k | Znacznie wyższe niż żelazo plastyczne lub plastyczne; Idealny do rozpraszania ciepła |
| Specyficzna pojemność cieplna | ~ 460 J/kg · k | Porównywalne z innymi metali żelaznych |
| Współczynnik ekspansji | ~ 10,5–11,5 × 10⁻⁶ /k | Umiarkowany; Ważne dla krytycznego wymiaru zastosowań termicznych |
| Zdolność tłumienia | 10× stal | Doskonałe wibracje i wchłanianie hałasu |
| Temperatura topnienia | 1140–1200 ° C. | Niższy niż stal; Zwiększa możliwość Castiable |
Unikalne zalety funkcjonalne
- Doskonała zdolność tłumienia: Dzięki wewnętrznemu tarciu stworzonym przez płatki grafitowe, szare żelazo pochłania wibracje znacznie lepiej niż żelazo stalowe lub plastyczne.
To sprawia, że jest idealny do bloków silników, Łóżka narzędzi maszynowych, i komponenty hamulcowe. - Dobra przewodność cieplna: Jego zdolność do wydajnego przenoszenia ciepła sprawia, że szary żelazo jest preferowanym materiałem do naczyń kuchennych, Komponenty chłodnicy, i dyski hamulcowe.
- Doskonała maszyna: Obecność grafitu działa jak wbudowany smar, Zmniejszenie zużycia narzędzia i umożliwianie wyższych prędkości cięcia.
Gatunki perlityczne są trudniejsze, ale wciąż bardziej maszynowe niż wiele stali.
5. Odlewanie przydatności do szarego żelaza
Grey Cast Iron jest jednym z najbardziej odlewanych metali w branży odlewniczej, znany ze doskonałej płynności, Niska temperatura topnienia, i minimalny skurcz.
Te cechy sprawiają, że idealnie nadaje się do wytwarzania złożonych geometrii, duże odlewy, oraz części o dużej objętości o niezawodnej dokładności wymiarowej i wykończeniu powierzchni.
Doskonała płynność
Szare żeliwa, wykazuje wyjątkowe charakterystyki stopionego przepływu ze względu na stosunkowo niską temperaturę nalewania (Zazwyczaj między 1150–1 250 ° C.) i zawartość grafitu.
Ta płynność pozwala łatwo wypełnić skomplikowane formy i cienkościenne sekcje (tak cienkie jak 3–5 mm), Zmniejszenie ryzyka zamknięcia przeziębienia lub błędów.
Niski wskaźnik skurczu
Z liniowym skurczem zestalania zwykle w zakresie 0,8–1,0%, szare żeliwa, utrzymuje lepszą stabilność wymiarów.
Ten przewidywalny skurcz można dokładnie zrekompensować w projektowaniu wzorów, Minimalizowanie wad i dodatków do obróbki.
Struktura płatków grafitowych zwiększa możliwość wyboru
Grafit płatkowy w szarej żelazie nie tylko przyczynia się do jego mechanicznego tłumienia i maszynowości, ale także pomaga w karmieniu podczas zestalania, zmniejszenie prawdopodobieństwa wewnętrznego porowatości skurczowej.
Działa jako naturalny mikro-Risiser, Poprawa ogólnej solidności odlewu.
Wysoka przewodność cieplna
Wysoka przewodność cieplna (Zazwyczaj 50–60 w/m · k) promuje szybkie rozpraszanie ciepła podczas zestalania, Pomaganie w kontrolowaniu mikrostruktury i zmniejszeniu ryzyka pękania termicznego.
Jest to szczególnie korzystne w dużych odlewach lub szybkich środowiskach produkcyjnych.
Doskonała materia po odchudzaniu
Z powodu efektu smarowania płatków grafitowych i stosunkowo niskiej twardości (Brinell 150–250 Hb), Można go łatwo obrobić bez wymagania intensywnych procesów wykończenia.
To obniża koszty po przetwarzaniu i zwiększa przepustowość produkcji.
Odpowiednie metody odlewania szarego żelaza
| Metoda odlewania | Aplikacje | Zalety | Rozważania |
|---|---|---|---|
| Casting z zielonego piasku | Bloki silnika, obudowy, nawiasy | Ekonomiczne, piasek wielokrotnego użytku, Dostosowanie się do dużej objętości | Wymaga kontroli wilgoci i jednolitości pleśni |
| Odlew piasku związany z żywicą | Łóżka maszynowe, PMIP ASPINGS, ciała zaworów | Dokładność wysokiej wymiarów i wykończenie powierzchniowe | Wyższy koszt narzędzi, odpowiedni do objętości o niskiej i średnich |
| Odlewanie form skorupowych | Precyzyjne komponenty przemysłowe | Doskonała tolerancja wymiarowa i jakość powierzchni | Droższe, Ale zmniejsza potrzeby obróbki |
| Trwałe odlewanie form | Powtarzalne geometrie, takie jak kółki zamachowe lub koła pasowe | Dobre do umiarkowanych przebiegów produkcyjnych z drobnymi wykończeniami powierzchniowymi | Ograniczone do prostszych kształtów z powodu ograniczeń form stałych metalowych |
| Casting odśrodkowy | Kobza, rękawy, wirniki | Produkuje gęste, Bez wady cylindrycznych części | Wymaga specjalistycznego sprzętu i zrównoważonej geometrii |
6. Obróbka cieplna & Obróbka
Szare żelazo rzadko ulega cykli hartowniskowym i; Zamiast, Obowiązują odlewnie:
- Wyżarzanie/ulga stresu: 650–700 ° C przez 1–2 godziny zmniejsza naprężenia szczątkowe i poprawia maszynowalność.
- Normalizowanie: Matryca drobnoziarnistej (ferryt vs. Perlite) za ukierunkowaną twardość.
Podczas obróbki, Inżynierowie przysługują:
- Narzędzia do węglików Przy umiarkowanych prędkościach (50–80 m/ja).
- Sztywne działanie Aby zrównoważyć niską wytrzymałość na rozciąganie.
- Zastosowanie chłodziwa Aby uniknąć wbudowanej krawędzi; płatki grafitowe ułatwiają łamanie chipów.
Po matach, szare żeliwo osiąga wykończenia powierzchni tak niski jak RA 1.6 µm z minimalnymi operacjami wtórnymi.
7. Zalety i wady
Zalety:
- Tłumienie wibracji: Aż do 90 % Lepsze niż stal, Zmniejszenie hałasu i zmęczenia.
- Skrawalność: Płatki grafitowe działają jak wyłączniki chipów, obniżenie zużycia narzędzia.
- Efektywność kosztowa: > 80 % Zawartość recyklingu i niższa energia topnienia niż stal.
Wady:
- Niska plastyczność rozciągania: < 2 % Ograniczenie wydłużenia ogranicza użycie wstrząsu.
- Anizotropia: Orientacja płatków tworzy zmiany siły kierunkowej (~ 20 %).
- Kruchość: Niższa odporność na uderzenie w porównaniu z żelazem plastycznym.
8. Aplikacje & Wydajność
Synergia nieruchomości szarości żelaza napędza jej użycie w:
- Automobilowy: Bloki silnika, głowice cylindrów, Bębny hamulcowe - przechodzenie przewodności cieplnej (~ 45 W/m·K) do rozpraszania ciepła.
- Ciężka maszyna: Obudowy na sprzęt, Podstawy narzędzi maszynowych - wykorzystanie tłumienia wibracji w celu przedłużenia żywotności łożyska.
- Budowa & Rurociąg: Pokrywa włazu, Ciała zastawkowe - po prostu od odporności na korozję w wodach neutralnych i niski koszt.
- Towary krajowe: Naczynia kuchenne, Gromiatory - zachowanie nawet rozkładu ciepła i trwałości.
9. Porównanie z materiałami alternatywnymi
Szare żeliwa od dawna służy jako materiał fundamentalny w inżynierii i produkcji, ale często konkuruje z alternatywami takimi jak żelazo plastyczne, stal, stopy aluminium, i kompozyty.
Każdy z tych materiałów przynosi wyraźne korzyści i kompromisy, Wybór materiału wysoce zależny od aplikacji.
Poniżej znajduje się przegląd porównawczy, który podkreśla, gdzie szare żelazo stoi na temat jego wspólnych substytutów.
Tabela porównawcza: Szare żeliwo vs. Materiały alternatywne
| Nieruchomość / Tworzywo | Szare żeliwo | Żeliwo sferoidalne | Stal węglowa | Stopy aluminium | Kompozyty |
|---|---|---|---|---|---|
| Gęstość (g/cm3) | 7.1 – 7.3 | 7.0 – 7.2 | 7.8 – 7.9 | 2.6 – 2.8 | 1.5 – 2.0 (różni się) |
| Wytrzymałość na rozciąganie (MPa) | 150 – 400 | 400 – 700 | 400 – 900 | 100 – 400 | 50 – 500+ (w zależności od błonnika) |
| Wydłużenie (%) | <1% (kruchy) | 5 – 18% | 10 – 25% | 2 – 12% | 1 – 10% |
| Przewodność cieplna | Wysoki (50 – 60 W/m·K) | Umiarkowany (35 – 50 W/m·K) | Niski - umiarkowany (20 – 40 W/m·K) | Wysoki (120 – 180 W/m·K) | Niski - umiarkowany (0.2 – 30 W/m·K) |
| Zdolność tłumienia | Doskonały | Dobry | Słaby | Bardzo biedny | Zmienny |
| Odlewalność | Doskonały (złożone kształty, niski koszt) | Dobry | Umiarkowany (wymaga więcej wysiłku) | Umiarkowany - dobry (zależne od stopu) | Słaby (zazwyczaj formowane, nie rzucić) |
| Skrawalność | Doskonały (Z powodu płatków grafitowych) | Dobry | Umiarkowany - dobry | Doskonały | Słaba - umiarkowana |
| Odporność na korozję | Biedne bez powłoki | Słaba - umiarkowana | Umiarkowany - dobry (ze stopem) | Dobry (zwłaszcza seria 6xxx i 5xxx) | Doskonały (z projektem) |
| Koszt | Niski | Umiarkowany | Umiarkowane - wysokie | Umiarkowane - wysokie | Wysoki (szczególnie w przypadku zaawansowanych kompozytów) |
Żelazo plastyczne vs.. Szare żeliwo
- Żelazo plastyczne oferuje znacznie wyższą plastyczność i siłę, dzięki czemu jest odpowiednia do zastosowań zawierających ciśnienie lub dynamiczne obciążenie.
Jednakże, szare żeliwo wciąż przewyższa je w tłumienie i opłacalności, szczególnie w statycznych częściach strukturalnych.
Stal węglowa vs. Szare żeliwo
- Stal zapewnia doskonałe właściwości rozciągania i plastyczność, ale jest droższy i trudniejszy do maszyny.
Szare żelazo jest preferowane dla części wymagających kontroli wibracji (np., bazy maszynowe, obudowy).
Stopy aluminium vs.. Szare żeliwo
- Aluminium jest znacznie lżejszy i oferuje doskonałą odporność na korozję, dzięki czemu jest idealny do transportu i komponentów wrażliwych na ciepło.
Szare żelazo, z drugiej strony, wyróżnia się w zastosowaniach wymagających sztywności i wchłaniania wibracji.
Kompozyty vs.. Szare żeliwo
- Podczas gdy zaawansowane kompozyty mogą przewyższać szare żelazo pod względem stosunku wytrzymałości do masy i odporności na korozję, Są o wiele bardziej kosztowne i trudne do produkcji na dużą skalę.
10. Wniosek
Szare żelazo trwa jako materiał kamieni węgielnych ze względu na Produkcja gospodarcza, Wbudowane tłumienie, I łatwość obróbki.
Opanowując to Eutektyczne tworzenie grafitu, Praktyki castingu, I Wytyczne projektowe, Inżynierowie mogą kontynuować wykorzystanie szarego żeliwa do niezawodnego, Opłacalne rozwiązania w różnych branżach - od serca silnika po podstawę ciężkich maszyn.
W miarę ewolucji pojawiających się modyfikacji stopów i hybrydowych technik produkcyjnych, Grey Cast Iron utrzyma swoją rolę w kształtowaniu jutrzejszych komponentów.
TEN jest idealnym wyborem dla twoich potrzeb produkcyjnych, jeśli potrzebujesz wysokiej jakości Szare odlewy żelaza.
