1. Увођење
Ливење песка је вековима погодио ливницу гвожђа, Омогућавање производње сложених геометрија на релативно ниским трошковима.
Недавно, Збијено графитно гвожђе (ЦГИ)-Пошто познато као Вермикуларне графитно гвожђе-Постало се као материјал премошћивање јаза између традиционалне сиве ливеног гвожђа и дуктилног гвожђа.
Комбиновањем пожељних својстава оба, ЦГИ нуди већу затезну чврстоћу и топлотну проводљивост од сивог гвожђа, Ипак задржава врхунску кастибубилност и пригушивање у поређењу са дуктилним оценама.
У овом чланку, Испитујемо "Шта је песак ливење са ЦГИ?" кроз металуршки, прерада, механички, и економска сочива.
Циљ нам је да предочимо свеобухватан, али практични ресурс за инжењере на ливери, Професионалци за дизајн, и истраживачи материјала заинтересовани за искориштавање давања ЦГИ-а.
2. Збијено графитно гвожђе (ЦГИ): Металургија и својства
Збијено (Вермичан) графитно гвожђе (ЦГИ) заузима средњи положај између сивог гвожђа и дуктилног гвожђа:
Његова јединствена графитна морфологија даје комбинацију снаге, укоченост, и топлотна својства не достижно у осталим одливним пеглама.
ГРАФИТЕ МОРФОЛОГИЈЕ: Од сиве до дуктилног до ЦГИ-ја
Графит у ливеном гвожђу појављује се у три примарна морфологије. Сваки утиче на механичко и топлотно понашање:
- Сиво гвожђе: ГРАФИТЕ ФЛЕЦЕ БАГИТЕР пружа понашање ухапшења пукотина под вибрацијама, али ограничава затезне својства.
- ЦГИ: Вермикуларни графит се појављује кратак, Компактни "црви" (Компактни фактор ≥ 60 %), Повећавање снаге и проводљивости док задржавају прихватљиву пригушивање.
- Дуктилни гвожђе: Графит се јавља као готово савршени чвори; Ово максимизира дуктилност, али смањује пригушивање и термичко провод у поређењу са ЦГИ.
Хемијски састав и алемни елементи
Хемијски, ЦГИ подсећа на дуктилно гвожђе, али захтева чвршће контролу одређених елемената, посебно магнезијум и сумпор, Да би се постигао жељени вермикуларну графитску форму.
Типични циљни састав (ЕН-ГЈВ-450-12) појављује се испод:
| Елемент | Типичан распон (венчање %) | Улога / Утицај |
|---|---|---|
| Угљеник (Ц) | 3.4 - 3.8 | Пружа потенцијал који формира графит; вишак Ц може довести до карбида. |
| Силицијум (И) | 2.0 - 3.0 | Промовише графитни падавине; Балансирање односа феритног / бисера. |
| Манган (Мн) | 0.10 - 0.50 | Контролише сулфиде и пречишћава зрно; Прекомерно МН веза горе ц, ризично формирање карбида. |
| Фосфор (П) | ≤ 0.20 | Нечистоћа; може повећати флуидност, али смањује жилавост ако > 0.10 %. |
| Сумпорни (С) | ≤ 0.01 | Мора бити минимално за спречавање формирања МГС-а, што би инхибирало нуклеатион у вермикуларним графитом. |
Магнезијум (Мг) |
0.03 - 0.06 | Критично за вермикуларну графит; премало мг приноси сиво гвожђе, превише производи сфероидни графит (дуктилни гвожђе). |
| Церијум / Ре (Це) | 0.005 - 0.015 | Делује као нодулазер / модификатор - пречишћава вермикуларну графит и стабилизује га против прекомерно-инокулације или недоследног хлађења. |
| Бакар (Цу) | 0.2 - 0.8 | Повећава снагу и тврдоћу; Високо са (> 1 %) може да промовише карбиде. |
Никл (У) |
≤ 0.5 | Побољшава жилавост и отпорност на корозију; често изостављени на трошковно разлоге, уколико нису потребне посебне перформансе. |
| Молибден (Мо) | ≤ 0.2 | Инхибира стварање карбида; помаже у одржавању феритне-бисеричке матрице са уједначеном графитном дистрибуцијом. |
| Гвожђе (Фе) | Равнотежа | Базни метал; носи све алегарне додатке и одређује укупна метална својства. |
Кључне тачке:
- Одржавање Мг између 0.035 % и 0.055 % (± ± 0.005 %) је суштинско; Пада изван овог прозора помера графитно морфологију.
- Сумпорни мора остати изузетно низак (< 0.01 %)-Евен 0.015 % С може везати мг као мгс, Спречавање формирања вермикуларних графита.
- Силицијум нивои изнад 2.5 % Подстакните раст графичног пахуљака и више феритнија матрица, Побољшање топлотне проводљивости, али потенцијално смањујући снагу ако је претерано.
Микроструктура: Вермикуларне графит у феритној / бисерској матрици
Микроструктура ЦГИ-а од ливеног ливе зависи од оштрије стопе, инокулација, и коначни топлотни третман. Типичне карактеристике укључују:
| Микроструктурна карактеристика | Опис | Контролни параметар |
|---|---|---|
| Вермикуларне графитне пахуљице | Графички пахуљице са заобљеним крајевима; Однос аспекта ~ 2:1-4:1; Компактност ≥ 60 %. | МГ / РЕ САДРЖАЈ, интензитет инокулације, брзина хлађења (0.5-2 ° Ц) |
| Феритинска матрица | Претежно α-Гвожђе са минималним карбидом; даје високу топлотну проводљивост. | Споро хлађење или нормализација пост-ливења |
| Пеарлититиц Матрик | Наизменичне ламеле ферита и цементита (~ 20-40 % бисер); Повећава снагу и тврдоћу. | Брже хлађење, Умерени ЦУ / МО додаје |
| Карбиди (Фе₃ц, М₇ц₃) | Непожељно ако је присутан у значајној количини; Смањивање дуктилности и израде. | Вишак си или претерано брз хлађење; недовољна инокулација |
| Инокулационе честице | Додан Ферросилицон, Ферро-баријум-силицијум, Или инокуланси засноване на Земљима стварају нуклетионске локације за вермикуларну графит. | Врста и количина инокуланта (0.6-1.0 кг / т) |
- Контрола матрице: А Феритинска матрица (≥ 60 % ферит) даје топлотну проводљивост 40-45 в / м · к,
док Мешалице ферите-бисера (30 % - 40 % бисер) Притисните снагу приноса на 250 - 300 МПА без прекомерног ембармента. - Бројање нодула вермикуларног графита: Мета 100 - 200 Вермикуларне пахуљице / мм² у одељцима ~ 10 дебљине мм. Доњи броји се смањују снагу; Виши одбројавање ризика који прелазе на нодуларност.
Механичка својства (Снага, Укоченост, Умор)
ЦГИ-ова механичка својства комбинују снагу, укоченост, и умерена дуктилност. Репрезентативне вредности (ЕН-ГЈВ-450-12, нормализован) појављују се испод:
| Имовина | Типичан распон | Упоредна вредност |
|---|---|---|
| Затезна чврстоћа (Утс) | 400 - 450 МПА | ~ 50 % виши од сивог гвожђа (200 - 300 МПА) |
| Снага приноса (0.2 % зборник) | 250 - 300 МПА | ~ 60 % виши од сивог гвожђа (120 - 200 МПА) |
| Издужење на паузи (А %) | 3 - 5 % | Средњи између сивог гвожђа (0 - 2 %) и дуктилно гвожђе (10 - 18 %) |
| Модул еластичности (Е) | 170 - 180 ГПА | ~ 50 % виши од сивог гвожђа (100 - 120 ГПА) |
| Тврдоћа (Бринелл ХБ) | 110 - 200 Хб (зависан од матрикса) | Ферититни ЦГИ: 110 - 130 Хб; Пеарлите ЦГИ: 175 - 200 Хб |
| Снага умор (Ротирање савијања) | 175 - 200 МПА | ~ 20 - 30 % виши од сивог гвожђа (135 - 150 МПА) |
| Жилавост (Цхарпи В-Нотцх @ 20 ° Ц) | 6 - 10 Ј | Боље од сивог гвожђа (~ 4-5 ј), испод дуктилног гвожђа (10-15 ј) |
Запажања:
- Високо Иоунг'с Модул (Е ≈ 175 ГПА) доводи до чврстих компонената који су повољни у блоковима мотора и структурним деловима који захтевају минималан одступање.
- Отпорност на умор (≈ 200 МПА) чини ЦГИ погодном за цикличке оптерећења (Нпр., Главе цилиндра под термичким циклусима).
- Тврдоћа Може се прилагодити композицији матрице: чисти феритни цги (~ 115 Хб) одликује се у хабању апликација; Пеарлитиц ЦГИ (~ 180 Хб) је изабран за потребе веће чврстоће.
Капацитет топлотне проводљивости и пригушивања
ЦГИ јединствени графитни облик и матрица производе карактеристичне топлотне и вибрационе карактеристике:
| Имовина | ЦГИ распон | Поређење |
|---|---|---|
| Топлотна проводљивост | 40 - 45 В / м · к | Сиво гвожђе: 30 - 35 В / м · к; Дуктилни гвожђе: 20 - 25 В / м · к |
| Специфична топлота (20 ° Ц) | ~ 460 Ј / кг · к | Слично осталим одливним пеглама (~ 460 Ј / кг · к) |
| Термално ширење (20-100 ° Ц) | 11.5 - 12.5 × 10⁻⁶ / ° Ц | Нешто више од сивог гвожђа (11.0 × 10⁻⁶ / ° Ц) |
| Капацитет пригушивања (Смањење дневника) | 0.004 - 0.006 | Сиво гвожђе: ~ 0.010; Дуктилни гвожђе: ~ 0.002 |
- Топлотна проводљивост: Висока проводљивост (40 В / м · к) убрзава расипање топлоте са врућих места у блоковима мотора и кућишта турбо-пуњача, Смањивање ризика топлотног умора.
- Пригушивање: ЦГИ-ов фактор пригушивања (0.004 - 0.006) Апсорбује вибрациона енергија боља од дуктилног гвожђа, помагање буком, вибрација, и оштрина (НВХ) Контрола - посебно у дизелским моторима.
- Коефицијент топлотне експанзије: ЦГИ-ова експанзија (≈ 11.5 × 10⁻⁶ / ° Ц) Усклађује челичне моторне облоге, Минимизирање топлотних напона на линији / блок интерфејсу.
3. Шта је ливење песка збијено графитно гвожђе (ЦГИ)?
Ливење песка са збијеним графитом гвожђем (ЦГИ) следи исте укупне кораке као и конвенционални ливење гвожђе песка,
Припрема калупа, топљење, сипајући, очвршћавање, и чишћење - али модификује кључне параметре за производњу јединствене "вермикуларне" графичке морфологије "вермикуларне".
Дефинисање процеса
Узорак и конструкција калупа
- Дизајн узорака: Ливнице стварају узорке (често од дрвета, епоксидан, или алуминијум) који укључују додатке за 3-6 % скупљање типично за легуре ЦГИ (солидус ~ 1 150 ° Ц, течност ~ 1 320 ° Ц).
- Селекција песка: Стандардни калупи са силицијама (пропустљивост > 200, ГФС зрно финоће ~ 200) добро радити,
али побољшани везива-феноличка-уретан или фурана-помоћ отпори се на ЦГИ већу температуру изливања (~ 1 350-1 420 ° Ц). - Субота и превлачење склопа: Техничари спакују повлачење око доње половине узорка, Затим уклоните узорак и језгре (ако је потребно) пре него што се прегази.
Пажљиво постављање одзрачивања осигурава бег на гас када висока температура ЦГИ испуњава шупљину.
Топљење и лечење метала
- Састав на пуњење: Типичне топине користе 70-80 % Рециклирани отпад, 10-20 % свињски гвожђе или хот-метал,
и мастер легуре за фино подешавање хемије. АМП-ови за Ц. 3.5 ± ± 0.1 %, И 2.5 ± ± 0.2 %, и с < 0.01 %. - Додаци магнезијума и ретког Земље: Тачно пре него што се излиш, Оператори додају 0.035-0,055 % Мг (Поред 0,005-0,015 % Прехлађен) у наткривеном ладу да формира вермикуларну графит, а не пахуљице или сфероиде.
Лагано мешају да би се једнолично дистрибуирале модификације. - Инокулација и де-оксидација: Ливнице инокулирају са ~ 0,6-1,0 кг / т феросилицон или баријум-силицијумним инокулантом да би се добило графитно нацјени сајтови.
Истовремено, де-оксиданти - као што су ФЕСИ-Сцавен растворени кисеоник и минимизирају инклузије оксида.
Пуњење и пливање калупа
- Менаџмент прегревања: Температура изливања за ЦГИ седи около 1 350-1 420 ° Ц (2 462-2 588 ° Ф), отприлике 30-70 ° Ц изнад ликвидације.
Овај додатни прегревач осигурава комплетно пуњење танких зидова (до краја 4 мм) али такође повећава ризик од ерозије песка. - Дизајн: Ливнице користе конусну и великодушну пресек тркача, величине за Реинолдс број (Ре) од 2 000-3 000 - да умањи турбуленција.
Керамичке пене филтре (30-40 ппи) често пресрећу све укључене у калупу. - Одзрачивање калупа: Јер ЦГИ флуидно ривал сиво гвожђе, Правилно одзрачивање доњих одоздова под кроводом и контролисано пропустљивост - спречава кривицу на гас.
Специјализовани рисери (егзотермичан или изолован) феед растопљени метал у последње-очврснуто вруће тачке.
СООСИФИКАЦИЈА И МИКРОструктурна контрола
- Графитно нуклерација: Како се растопљени ЦГИ охлади од ~ 1 350 ° Ц То 900 ° Ц, Нуклере у вермикуларним графитом на инокуларним локацијама.
Фунриес циљају брзину хлађења од 0,5-2,0 ° Ц / с у одељцима између 10-15 мм дебљине за развој 100-200 собаричних пахуљица по мм². - Формирање матрикса: Доњи део 900 ° Ц, Почиње транзиција Аустенит-То-Ферите.
Брзо хлађење даје више Пеарлите (Већа снага, али нижа топлотна проводљивост), Док умерено хлађење производи првенствено феритну матрицу (Боља расипање топлоте).
Ливне слике се често нормализују на 900 ° Ц након што се поправљате 60 % Феррите-40 % бисерна равнотежа. - Храњење скупљања: ЦГИ се приближно смањује 3.5 % Након учвршћивања. Рисерс величине у 10-15 % од ливења масовне позиције на стратешким врућим спотовима ублажавање порозности.
Утајајући, Чишћење, и коначна обрада
- Утајајући: После 30-45 минута хлађења, Страте се прекидају песак калупа користећи вибрирајуће столове или пнеуматске овнове. Поновљени песак пролази скрининг и рекламацију за поновну употребу.
- Чишћење: Размазивање (за обојено) или сечење ваздушног угљеника уклања преостали песак, који потиче, и успори. Техничари прегледавају површинске пукотине или пераје пре топлоте.
- Топлотни третман (Нормализација): ЦГИ одливци обично нормализују на 900 ° Ц (1 652 ° Ф) 1-2 сата, затим ваздух или угашена уља.
Овај корак пречишћава величину зрна и осигурава доследну дистрибуцију ферите-бисера. - Обрада и инспекција: После нормализације, Одливци достижу коначну тврдоћу (Феритиц ЦГИ ~ 115 Хб; Пеарлитиц Цги ~ 180 Хб).
ЦНЦ центри Машине критичне површине (толеранције ± 0.10 мм) и инспектори верификују графитну морфологију (Вермикуларност ≥ 60 %) путем металографије.
Кључне разлике од сивог ливења гвожђе песка
| Параметар | Сиво гвожђе | ЦГИ |
|---|---|---|
| Температура изливања | 1 260-1 300 ° Ц (2 300-2 372 ° Ф) | 1 350-1 420 ° Ц (2 462-2 588 ° Ф) |
| Графитна морфологија | Пахуљица графита (Дужина 50-100 μм) | Вермикуларни графит (компактни пахуљице, Дужина 25-50 μм) |
| Отежано лечење | Само инокулација (Одговарати) | Мг / пре додавања + инокулација |
| Захтеви за калупе | Стандардни фенолни или натријум силикат | Фенолички / уретански фенолик већих снага због ризика ерозије |
| Осетљивост на хлађење | Мање критичне пахуљице преко широког распона | Критичније хлађење 0,5-2 ° Ц / с Потребно је за вермикуларну |
| Скупљање | ~ 4.0 % | ~ 3.5 % |
| Контрола матрице | Пре свега бисерни или мешовити ферит | Прилагођено равнотеже ферите-бисера путем топлоте |
4. Предности и изазови ливења песка збијено графитно гвожђе (ЦГИ)
Предности ливења песка ЦГИ
Појачана снага и крутост
ЦГИ-ова затезна чврстоћа (400-450 МПА) прелази сиво гвожђе 50 %, Док је његов модул еластичности (170-180 ГПА) надмашује сиво гвожђе 50 %.
Као резултат, ЦГИ одливци показују мање одступања под оптерећењем, посебно вредним за блокове мотора и структурне компоненте.
Побољшана топлотна проводљивост
Са топлотном проводљивошћу 40-45 в / м · к, ЦГИ трансфери топлота 20-30 % брже од сивог гвожђа.
Ово омогућава брже загревање мотора, Смањене вруће тачке, и боља отпорност на топлотни умор у главама и облоге цилиндра.
Уравнотежено пригушивање
ЦГИ-ов фактор пригушивања (~ 0.005) пада на средини између сиве (~ 0.010) и дуктилни (~ 0.002) пешачити.
Сходно томе, ЦГИ апсорбује вибрације ефективно-редукцију НВХ (бука, вибрација, оштрост)-Од избегавање високе бритства сивог гвожђа.
Економична производња
Иако ЦГИ дода ~ 5-10 % Трошкови материјала захваљујући МГ / РЕ додаци и бочањој контроли процеса, то кошта 20-30 % мање него дуктилно гвожђе за еквивалентне перформансе.
Ниже додатке за обраду - Захваљујући побољшаној димензионалној стабилности - даље Облачите трошкове ливења.
ИЗАЗОВИ СИХНОГ ЛЕВИНГА ЗАВРШЕНО ГРАФИТЕ ГЛОЖЕН
- Уска контрола хемије: Одржавање мг унутар ± 0,005 % је критично. Незнатно одступање може вратити графитну морфологију за пахуљице или сфероидно, Потребно је у потпуности ублажавање.
- Веће температуре изливања: ЦГИ'с 1 350-1 420 ° Ц (2 462-2 588 ° Ф) топ захтева робусније везива и премаза да се спречи ерозија песка и превара.
- Ризик од формирања карбида: Вишак силицијума или брзо хлађење може произвести цементне мреже, Црбрилинг ЦГИС; Инокулација и контролисано хлађење су обавезне.
- Порозност: ЦГИ-ова већа флуидност доводи до веће тежње гасовима, осим ако су пракса одзрачивања и дегаксирања у калупу.
- ОГРАНИЧЕНА ГЛОБАЛНА СТРАНИЦА: Иако је ЦГИ-ов тржишни удео нарастао (посебно у аутомобилској), само 20-25 % линове гвожђа широм света су савладали специјализоване процедуре, Подизање времена за вођење.
5. Уобичајене збијене графитне гвожђе апликације путем ливења песка
- Аутомобилски блокови дизелских мотора
- Главе и облоге цилиндра
- Испушни разводници и кућишта турбо-пуњача
- Кућишта пумпе и компресора
- Мењач и преносни кућишта
- Компоненте индустријских мотора (Нпр., Блокови Генсет)
- Тела хидрауличних вентила и блокови пумпе
6. Поређења за алтернативни материјал за ливење
| Материјал | Затезна чврстоћа (МПА) | Топлотна проводљивост (В / м · к) | Густина (Г / цм³) | Капацитет пригушивања | Отпорност на корозију | Обрада | Релативне трошкове | Типичне апликације |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ЦГИ (Збијено графитно гвожђе) | 400-450 | 40-45 | ~ 7.1 | Умерен (~ 0.005) | Умерен | Умерен | Средњи (~ 5-10% > Сиво гвожђе) | Блокови дизелских мотора, Главе цилиндра |
| Сива лијевана гвожђа | 200-300 | 30-35 | ~ 7.2 | Високо (~ 0.01) | Умерен | Добри | Низак | Кочиони дискови, машински кревети |
| Дуктилни гвожђе | 550-700 | 20-25 | ~ 7.2 | Низак (~ 0.002) | Умерен | Умерен | Високо (~ 20-30% > ЦГИ) | Цранксхафттс, Тешки зупчаници |
| Алуминијумске легуре | 150-350 | 120-180 | ~ 2.7 | Низак | Високо | Одличан | Средње висок | Ваздухопловство, Аутомобилски кућишта |
| Карбонски челик (Лишити) | 400-800 | 35-50 | ~ 7.8 | Врло низак | Низак | Сиромашан | Високо | Структурални, под притиском |
| Нехрђајући челик (Лишити) | 500-900 | 15-25 | ~ 7.7-8.0 | Врло низак | Одличан | Сиромашан умерен | Веома висок (~ 2 × ЦГИ) | Хемијски, храна, и морска опрема |
| Легуре магнезијума | 150-300 | 70-100 | ~ 1.8 | Низак | Умерен | Добри | Високо | Лагана ваздухопловна ваздухопловство и електроника |
| Месинг / бронзане легуре | 300-500 | 50-100 | ~ 8.4-8.9 | Умерен | Високо | Умерен | Високо | Вентили, марински хардвер, чашица |
7. Закључак
Збијено графитно гвожђе (ЦГИ) пружа бољу снагу, укоченост, и термичке перформансе од сивог гвожђа - без трошкова дуктилног гвожђа.
Захтева уска контрола хемије, високе температуре улице, и правилан дизајн калупа како би се осигурало формирање вермикуларних графита.
Већ се користи у блоковима мотора и главама цилиндра, ЦГИ смањује тежину до 10% и побољшава век топлотног умора 30%.
Аванси у симулацији и контроли процеса проширују његову употребу у турбо-пуњачима, исцрпљује, и пумпе.
У току стална побољшања у легурама и одрживој производњи, ЦГИ постаје кључни материјал у модерном, Ефикасно инжењерство.
У Ово, Спремни смо да сарађујемо са вама у коришћењу ових напредних техника да оптимизирамо своје компонентне дизајне, Избор материјала, и производни токови.
Осигуравање да ваш следећи пројекат прелази све мерило перформанси и одрживости.
Често постављана питања
Зашто је пешчани ливење који се користи за ЦГИ?
Ливење песка је исплативо за комплекс, велики, и средње до велике дијелове јачине звука.
Сматра ЦГИ-ове специфичне термичке и механичке својства, Посебно у аутомобилској и индустријске компоненти.
Које су уобичајене апликације одцаја за ЦГИ песка?
Типичне апликације укључују блокове дизелских мотора, Главе цилиндра, Кочиони компоненте,
Кућишта турбо-пуњача, и структурни делови машина - где су снаге и топлотна стабилност критични.
Које су кључне предности песка који је ливење збијено графитним гвожђем?
ЦГИ пружа одличну омјер снаге, Побољшано отпорност умор, Боља расипање топлоте, и нижи трошак од дуктилног гвожђа у сличним улогама.
Како ЦГИ утиче на машинерибилност?
ЦГИ је умерено лакши и абразивнији од сивог гвожђа, али лакше од дуктилног гвожђа. Препоручују се напредна стратегија алата и сечења.
Да ли је ЦГИ погодан за апликације са високим температурама?
Да. Микроструктура се опира топлотним умором и изобличењем, чинећи добро прилагођеним компонентама изложеним цикличним термичким оптерећењима, као што су главне диониндар и главе цилиндра.
