Пластичный железо против чугуна: Какой материал царит высшим?

1. Введение

Железные отливки играют ключевую роль в современной инженерии, Основные приложения от автомобильных трансмиссий в муниципальную инфраструктуру.

Среди различных доступных классов, пластичный железо против чугуна вместе составляют большинство черновых отливок по всему миру.

Серый железо, с его характерной флешечной графитной микроструктурой, использовался веками, ценится за превосходное вибрационное давление и простоту кастинга.

Пластичный железо, разработан в середине 20 -го века с помощью магния, преобразует графит в сфероидальные узлы, придавать значительно более высокую прочность на растяжение, пластичность, и ударопрочность.

2. Что такое пластичный железо?

Пластичный железо, также называется Узловой чугун или Сфероидальное графитовое железо, тип чугуна, в котором Графитовые частицы образуют сферические узлы а не хлопья (Как в сером чугуне).

Эта микроструктурная разница дает значительно пластичный чугун улучшенные механические свойства- вновь высокая прочность, пластичность, и ударопрочность.

Материал из пластичного железа был изобретен в 1943 к Кит Миллис в международной никелевой компании (Инко), кто обнаружил, что добавил магний для расплавленного железа трансформирует графитовые хлопья в сфероидальные формы во время затвердевания.

Это инновация ознаменовало революционное продвижение в металлургии, Предлагая материал с Сталеподобная прочность в сочетании с Прощедия железа литья.

Химический состав (Типично для оценки ASTM A536)

Ключевой элемент магний, который действует как узелзатор, чтобы вызвать сферическую форму графита.

Церий и редкоземельные металлы также используются в некоторых классах для контроля узлов и улучшения согласованности.

Особенности пластичного железа

• Высокая прочность на растяжение: Обычно между 60,000 и 100,000 пси (414–690 МПа)
• Хорошая сила урожая: Около 40 000–70 000 фунтов на квадратный дюйм (275–483 МПа)
• Высокое удлинение: До 18% в зависимости от оценки и термообработки
• Ударная вязкость: Превосходно, даже при низких температурах
• Литейность: Отличная текучесть, Подходит для сложной геометрии
• Износостойкость: Увеличено с помощью легирования или аустиперы
• Коррозионная стойкость: Хороший, Особенно с богатыми кремниевыми матрицами
• Усталостная прочность: Высокий предел выносливости при циклической нагрузке

Плюсы пластичного железа

• Превосходная сила и пластичность по сравнению с другими актерами
• Отличное воздействие, Даже в холодной среде
• Хорошая обрабатываемость в перлитических оценках
• Может быть адаптирован Для высокого износа или коррозионной стойкости
• Экономическая альтернатива стали, особенно в большом, сложные отливки
• Высокая надежность в компонентах структурных и рейтинга давления
• Хорошая усталостная производительность Для циклических применений загрузки

Минусы пластичного железа

• Дороже, чем серый чугун Из -за легирования и управления процессом
• Более низкое демпфирование вибрации чем серый чугун
• Требуется точный контроль металлургии (Магний исчезает, контроль узелки)
• Умеренная коррозионная стойкость без покрытий в агрессивной среде
• Немного более низкая механизм чем серого железа из -за узловых графитовых и более жестких фаз матрицы

3. Что такое чугун?

Чугун представляет собой группу железных углеродных сплавов с содержанием углерода, превышающего, чем 2%, обычно между 2.5–4,0%, наряду с различным количеством кремний, марганец, и следы элементов.

В отличие от пластичного железа, чугун обычно содержит графит в Flake или нерегулярные формы, придавая ему четкие свойства, как Бриттлис, Отличная литья, и Высокая демпфирующая способность.

Исторически, чугунный Китай в 5 веке до н.э., но это стало широко распространенным в Европе во время 14TH -18 -й веки С разработкой взрывных печей.

Его использование взорвалось во время Промышленная революция, стать основополагающим материалом для мосты, машины, железные дороги, и водная инфраструктура Из -за простоты литья и низкой стоимости.

Химический состав (Типичные диапазоны)

Типы чугуна & Происхождение

Чугун - это не один материал, а семейство сплавов с различными микроструктурами, каждый предлагает уникальные свойства:

1. Серый чугун

• • Графит появляется как хлопья
  • Самый распространенный тип; используется для блоков двигателя, корпуса, и посуда
  • Отличный демпфирование и обрабатываемость, но хрупкий

2. Белый чугун

• • Нет графита; Углерод присутствует как цемент (Fe₃c)
  • Очень сильно жесткий и хрупкий
  • Используется в устойчивый к истиранию Приложения, такие как мельницы и выстрел

3. Податливый чугун

• • Тепло, обработанное белым железом для образования Верно углеродные узелки
  • Улучшен пластичность и прочность над серым железом
  • Распространены в фитингах труб и небольших литых компонентах

4. Уплотненный графитный железо (CGI)

• • Графит находится в Вермикулярный (червячный) форма
  • Объединяет более высокую прочность, чем серое железо с лучшим демпфированием, чем пластичный железо
  • Широко используется в современном Дизельные двигатели блоки

Особенности чугуна

• Высокая литье: Низкая температура плавления (примерно. 1,200–1,300 ° C.) и отличная плавность
• Хорошая износостойкость: Особенно в твердофазном белом железе
• Отличная демпфирующая способность: Идеально подходит для управления вибрацией в машинах
• Хрупкая природа: Низкая сила воздействия и выносливость переломов в большинстве типов
• Коррозионная стойкость: Умеренный; улучшается с покрытиями или легированием
• Теплопроводность: Высоко в сером железе (до 55 Вт/м·К), сделать его подходящим для посуды и блоков двигателей

Плюсы чугуна

• Экономичный и широко доступен
• Высокая прочность на сжатие
• Отличная литья для сложных форм
• Верхняя вибрация демпфирование (Особенно серого железа)
• Хорошие тепловые свойства Для применения теплопередачи
• Обрабатываемость отлично в сером железе из -за графитовых хлопьев

Минусы чугуна

• Низкая пластичность и Бриттлис в большинстве типов (Особенно серого и белого железа)
• Плохое воздействие
• Свариваемость ограничена, Часто требуя предварительного нагревания и термообработки после пособия
• Нижняя прочность на растяжение по сравнению со стальным или пластичным железом
• Восприимчиво к растрескиванию под динамическими или шоковыми нагрузками

4. Механические свойства пластичного железа против. Чугун

5. Термальный & Физические свойства пластичного железа против. Чугун

6. Производство и обработка пластичного железа против. Чугун

Кастинг является наиболее распространенным методом производства.

Однако, Их металлургические характеристики определяют различные маршруты обработки, степени сложности, и пригодность для конкретных методов литья.

Общие методы литья для железных сплавов

Практика таяния и печи

Как пластичный железо, так и серого чугуна могут быть получены с использованием:

• ЧЕЛОВАЯ ПЕРСОВЫ: Традиционные и экономически эффективные для больших объемов, Но предлагают менее точный контроль над химией.
• Индукционные печи: Теперь широко принят для пластичного чугуна; Предлагайте высокую тепловую эффективность и точный контроль температуры/состава - критическая для обработки магния.

Графитовая морфология контроль

• Ковкий чугун:

• • Требует узловизация, обычно используется магний, Cerium, или редкоземельные сплавы, Чтобы преобразовать хлопьев в сфероидальные узелки.
  • Прививка с Ferrosilicon необходим после нуляризации для содействия формированию однородного графита и подавления карбидов.

• Серый чугун:

• • Только прививка необходим для обеспечения однородного хлопья -графита.
  • Естественная тенденция к формированию графитовых хлопьев упрощает обработку.

Обработка термообработки

7. Коррозия & Экологическое сопротивление

Окисляющее поведение и коррозионная стойкость

Ковкий чугун:

Из -за его графитовых узелков, встроенных в ферритную или перлитическую матрицу, Прочительное железо обычно демонстрирует лучшую коррозионную стойкость, чем традиционный серый чугун.

Структура узелкового графита имеет тенденцию к снижению количества точек инициации для коррозии по сравнению с графитом хлопья в чугуне.

Кроме того, пластичный железо часто содержит легирующие элементы, такие как никель, медь, или хром, который повышает устойчивость к окислению и общей коррозии.

Чугун (Серый железо):

Серый чугун, с его характерной структурой хлопья -графита, более подвержен коррозии, потому что графитовые хлопья создают микрогалванические клетки, Ускорение локализованной коррозии, Особенно в влажной или кислой среде.

Графит хлопья также способствует проникновению коррозийных агентов глубже в материал, вызывая ямку и ухудшение поверхности.

Устойчивость к окружающей среде и покрытия

Оба пластильного железа против чугуна подвержены коррозии при воздействии агрессивной среды, такой как соленая вода, Промышленные атмосферы, или кислые почвы. Чтобы улучшить их долговечность:

• Защитные покрытия:
  Эпоксидные покрытия, гальванизация, и системы красок широко применяются к литьям железа, чтобы ингибировать коррозию.
  Компоненты пластичных железа часто получают превосходные покрытия из -за их использования в критической инфраструктуре, таких как вода и канализационные трубы.
• Подкладка и катодная защита:
  Для труб и клапанов, Полимерные накладки (например, эпоксидная смола, полиэтилен) и системы катодной защиты - это обычная практика для продления срока службы за счет сокращения прямого воздействия на коррозионные СМИ.

8. Обрабатываемость & Изготовление пластичного железа против. Чугун

Характеристики изготовления и механизма являются важными факторами при выборе между чугуном и пронзительным железом, Влияние на эффективность производства, износ инструмента, Качество поверхности, и общая стоимость производства.

Обрабатываемость

Ковкий чугун:

Переворок, как правило, обеспечивает лучшую обрабатываемость по сравнению с традиционным серо -чугуном..

Структура узелкового графита снижает хрупкость, приводя к меньшему количеству износа инструмента и более плавной формировании чипов во время резки.

Матрица пронзака Железного (обычно ферритный или жемчужный) можно контролировать с помощью термообработков, обеспечение баланса между твердостью и оборудованием.

Однако, Его более высокая прочность на растяжение по сравнению с серого железа означает, что параметры обработки часто требуют корректировок, такие как увеличение сил резки и оптимизированные материалы для инструментов.

Серый чугун:

Серый чугун считается одним из самых простых железных материалов для машины из -за присутствия Flake Graphite, который действует как естественная смазка во время резки.

Это значительно снижает силы резки и износ инструмента.

Однако, хрупкая природа серого железа означает, что он может производить нерегулярные чипсы и потенциально вызывать поверхностные дефекты, такие как микротрещины или разбивать по краям, если не обрабатываются должным образом.

Поверхностные отделки имеют тенденцию быть более грубыми по сравнению с пластичным железом.

Износ инструмента и формация чипа

• В пластичный железо, Обработка производит дольше, непрерывные чипсы из -за более жесткой матрицы и узлового графита, Требование надлежащей эвакуации чипа для предотвращения засорения инструмента и перегрева.
  Карбид или инструменты с покрытием обычно используются для продления срока службы инструмента.
• В Серый чугун, Графитовые хлопья облегчают чипы в меньшие сегменты, сокращение тепла и продление срока службы инструмента.
  Это приводит к менее частым изменениям инструмента и повышению производительности в определенных операциях.

Поверхностная отделка и пост-обработка

• Ковкий чугун:
  Из -за более тонкой микроструктуры и более жесткой матрицы, пластичный железо часто достигает превосходной поверхности и точности размерных.
  Пост-обработки, такие как шлифование, полировка, и покрытие обычно применяется для повышения коррозионной устойчивости и свойств износа.
• Серый чугун:
  В то время как серые чугунные машины легко, его поверхностная отделка, как правило, более грубее, Требование дополнительных процессов отделки для приложений, требующих жестких допусков или плавных поверхностей.
  Пористый графит также может привести к повышенной шероховатости поверхности и потенциальной пористости..

Сварка и соображения присоединения

• Ковкий чугун:
  Пластичный железо может быть эффективно сваривать с использованием различных методов, таких как MIG, ТИГ, или окси-ацетилентная сварка.
  Его узловая графитовая структура снижает восприимчивость к растрескиванию, Но предварительное нагревание и тепловые обработки после почетного..
• Серый чугун:
  Сварная серая чугун сложно из -за высокого содержания углерода и графита хлопья, которые делают его склонным к растрескиванию и искажению.
  Специализированные сварки, включая предварительное нагревание и контролируемое охлаждение, необходимы.
  Часто, Пайлон или механическое крепление являются предпочтительными методами соединения для серого чугуна компонентов.

9. Применение пластичного железа против чугуна

Выбор между чугуном и пластичным железом значительно влияет на производительность, долговечность, и экономическая эффективность компонентов в различных отраслях промышленности.

Применение пластичного железа (и Auustemping Lauctile Iron)

• Автомобильная промышленность: Детали подвески, коленчатые валы, шестерни, блоки двигателя, шатуны
• Инфраструктура воды и сточных вод: Трубы, арматура, клапаны, крышки люков
• Тяжелая техника: Шестерни, Маховик, насос корпуса, Компоненты компрессора
• Сельскохозяйственное оборудование: Тракторные детали, Plowshares, тяжелые компоненты

Применение чугуна (Серый, Белый, Податливый)

• Автомобильная промышленность: Блоки двигателя, головки цилиндров, тормозные барабаны и диски
• Строительство и городская инфраструктура: Крышки люка, дренажные компоненты, архитектурные элементы
• Промышленное оборудование: Машинные базы, рамки, корпуса
• Бытовая техника: Посуда, Печь запчасти, Компоненты камина

10. Комплексное сравнение пластичного железа и чугуна

Пластичный железо и чугун-два широко используемых материала на основе железа в инженерии, Каждый предлагает отдельные свойства, подходящие для разных приложений.

11. Заключение

Пластичный железо и серое чугун предлагает четкие преимущества, обусловленные их графитой морфологией и полученными микроструктурами.

Пластичный железо превосходно в силе, пластичность, и усталостная жизнь - доступная для высоких и динамических применений,

Серый чугун остается выбором материала при демпфировании вибрации, экономическая эффективность, и простота обработки имеет первостепенное значение.

Понимая эти торговые оффа и используя данные на механическом, термический, и свойства изготовления - инженеры могут осведомлены, Материальные решения для приложения.

Часто задаваемые вопросы

Каково основное различие между пластичным железом и чугуном?

Основное различие заключается в микроструктуре и механических свойствах.

Пластичный железо содержит сферические графитовые узелки, которые обеспечивают более высокую пластичность, прочность, и сила, в то время как чугун обычно имеет хлопья -графит, что делает его более хрупким и менее пластичным.

Как пронзительно сравниваться с пластичным железом и чугуном с точки зрения оборудования?

Чугун обычно предлагает лучшую обработку из -за своей хрупкости и графитовой структуры., Облегчая сокращение.

Пластичный железо, быть более жестким, требует более надежных методов инструментов и обработки.

Можно ли пройти термообработку с пластичным железом?

Да, пластичный железо может подвергаться различным тепловым обработкам, такие как отжиг и эстист, для повышения его механических свойств, включая силу и прочность.

Является ли пластильный железо переработанный?

Да, Как пластичный железо, так и чугун являются переработанными материалами и обычно переоценивают для производства новых отливок, вклад в устойчивое производство.

Что лучше, чугун или пластичный железо?

Пластичный железо, как правило, лучше для силы, прочность, и ударопрочность, В то время как чугун лучше для экономической эффективности и оборудования. Выбор зависит от применения.

Является ли пластичный железо дороже, чем чугун?

Да, пластичный железо, как правило, стоит дороже из -за его легированных элементов, Требования к обработке, и превосходные механические свойства.

В чем разница между чугунными и пластичными железными клапанами?

Чугунное тело имеет графитовые хлопья, сделать это хрупким и менее пластичным, В то время как корпус железного железа имеет сферические графитовые узелки, которые обеспечивают большую прочность, гибкость, и прочность.