เหล็กสีเทาเทียบกับเหล็กดัด: ความแตกต่างที่สำคัญ

1. การแนะนำ

เหล็กสีเทา เทียบกับ เหล็กดัด เป็นสองประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายของเหล็กหล่อ, แต่ละเสนอคุณสมบัติและข้อได้เปรียบที่เป็นเอกลักษณ์ที่ทำให้พวกเขาขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย.

ในฐานะสมาชิกของตระกูลเหล็กหล่อ-โลหะผสม-คาร์บอน-คาร์บอน-ซิลิกอนที่เกิดขึ้นจากการหล่อโลหะหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์-วัสดุทั้งสองมีค่าสำหรับความแข็งแรงของพวกเขา, ความสามารถกล, ความสามารถในการร่ายได้, และความคุ้มค่า.

2. เหล็กหล่อคืออะไร?

เหล็กหล่อ เป็นกลุ่มของโลหะผสมคาร์บอนเหล็กที่มีปริมาณคาร์บอนมากกว่า 2%.

มันผลิตโดยเหล็กหมูละลาย - โดยปกติมาจากแร่เหล็ก - ในเตาเผาและเทโลหะหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์เพื่อสร้างรูปร่างที่ต้องการ.

ผลที่ได้คือยาก, เปราะ, และวัสดุที่แข็งแกร่งที่ให้ความสามารถในการหล่อที่ยอดเยี่ยมและคุณสมบัติเชิงกลที่หลากหลายขึ้นอยู่กับสูตรและการรักษาที่เฉพาะเจาะจง.

องค์ประกอบทั่วไป

องค์ประกอบพื้นฐานของเหล็กหล่อรวมถึง:

• เหล็ก (เฟ) - องค์ประกอบหลัก
• คาร์บอน (ค) - 2.0–4.0%, การส่งเสริมความสามารถในการหล่อและมีอิทธิพลต่อความแข็งและความเปราะบาง
• ซิลิคอน (และ) - 1.0–3.0%, ซึ่งส่งเสริมการก่อตัวของกราไฟท์ในระหว่างการทำให้แข็งตัว
• ติดตามจำนวน แมงกานีส (มน), กำมะถัน (ส), และ ฟอสฟอรัส (ป) อาจมีอยู่

ลักษณะสำคัญของเหล็กหล่อ:

• ความสามารถในการหล่อได้ดีเยี่ยม: ไหลเข้าสู่แม่พิมพ์ที่ซับซ้อน, ทำให้เหมาะสำหรับรูปร่างที่สลับซับซ้อน
• ความสามารถในการกลืนได้ดี: โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบางเกรดเช่นเหล็กสีเทา
• แรงอัดสูง: ทำให้เหมาะสำหรับแบริ่งโหลดในแอปพลิเคชันโครงสร้าง
• การหน่วงการสั่นสะเทือนที่เหนือกว่า: ลดเสียงรบกวนและการเคลื่อนไหวในเครื่องจักรและอุปกรณ์
• คุ้มค่า: ราคาไม่แพงในการผลิตในปริมาณมาก

ชนิดทั่วไปของเหล็กหล่อ:

3. เหล็กสีเทาคืออะไร?

เหล็กสีเทา, ยังเป็นที่รู้จักกันในนาม เหล็กหล่อสีเทา, เป็นชนิดเหล็กหล่อที่ใช้กันมากที่สุด. มันถูกตั้งชื่อตามสีเทาของพื้นผิวการแตกหัก, ซึ่งเกิดจากการปรากฏตัวของ กราไฟท์สะเก็ด ในโครงสร้างจุลภาค.

สะเก็ดกราไฟท์เหล่านี้สร้างความไม่ต่อเนื่องในเมทริกซ์เหล็ก, ให้เหล็กสีเทาลักษณะลักษณะและคุณสมบัติเชิงกล.

โครงสร้างจุลภาค

คุณสมบัติที่กำหนดของเหล็กสีเทาคือ โครงสร้างกราไฟท์เกล็ด ฝังอยู่ภายในเมทริกซ์ของ เฟอร์ไรท์, ไข่มุก, หรือทั้งสองอย่างรวมกัน.

รูปแบบเกล็ดเหล่านี้ในระหว่างการทำให้แข็งตัวและรับผิดชอบต่อวัสดุ:

• ยอดเยี่ยม ลดแรงสั่นสะเทือน
• ดี การนำความร้อน
• สูง แรงอัด

อย่างไรก็ตาม, ขอบคมของสะเก็ดทำหน้าที่เป็น ความเครียดเข้มข้น, ซึ่งลดความต้านทานแรงดึงอย่างมีนัยสำคัญและ ทำให้วัสดุเปราะ ภายใต้ความตึงเครียดหรือผลกระทบ.

เกรดและมาตรฐาน

เหล็กสีเทาจัดโดย แรงดึง, มักจะกำหนดโดยใช้มาตรฐานเช่น ASTM A48. ตัวอย่างได้แก่:

• ระดับ 20 (CL20): ความแข็งแรงต่ำ, ความสามารถในการแปรรูปที่ดีเยี่ยม
• ระดับ 30 (CL30): การใช้งานทั่วไป
• ระดับ 40 (CL40): ความแข็งแรงสูงขึ้น, เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนัก

ตัวเลขชั้นเรียนที่สูงขึ้นบ่งบอกถึงความต้านทานแรงดึงที่สูงขึ้น, โดยทั่วไปจะทำได้โดยการปรับอัตราการระบายความร้อนหรือเนื้อหาโลหะผสม.

คุณสมบัติสำคัญ:

• แรงอัดสูง
• ความสามารถในการหน่วงที่ยอดเยี่ยม
• ความเหนียวและความต้านทานต่อแรงกระแทกไม่ดี

การใช้งานทั่วไปของเหล็กสีเทา

ความคุ้มค่าและประสิทธิภาพของ Grey Iron ในแอปพลิเคชันที่มีการบีบอัดทำให้เป็นวัสดุสำหรับ:

• บล็อกเครื่องยนต์และหัวกระบอกสูบ
• ดิสก์เบรกและกลอง
• เตียงเครื่องมือและฐาน
• กล่องเกียร์และตัวเรือน
• ปั๊มและวาล์ว

4. เหล็กดัดคืออะไร?

เหล็กดัด, ยังเป็นที่รู้จักกันในนาม เหล็กหล่อ หรือ เหล็กกราไฟท์ทรงกลม (SGI), เป็นชนิดของเหล็กหล่อที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเหนือเหล็กสีเทาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของ ความเหนียว, แรงดึง, และ ทนต่อแรงกระแทก.

ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ใน รูปร่างของกราไฟท์ ภายในโครงสร้างจุลภาคของโลหะ. เป็นเหล็กดัด, กราไฟท์ฟอร์มเป็น ก้อนกลม, แทนที่จะเป็นเกล็ดเหมือนเหล็กสีเทา.

สัณฐานวิทยารอบนี้ช่วยลดความเข้มข้นของความเครียด, การอนุญาตให้เหล็กดัดยืดหรือผิดรูปได้โดยไม่ต้องร้าว - ชื่อ“ Ductile”

โครงสร้างจุลภาค

• กราไฟท์เป็นก้อนกลม: อนุภาคทรงกลม (5เส้นผ่านศูนย์กลาง –20 μm) ที่ลดความเข้มข้นของความเครียด, การอนุญาตให้เสียรูปพลาสติก.
• เมทริกซ์: ได้รับการปรับแต่งผ่านการรักษาความร้อน - ferritic (เหนียว), ไข่มุก (แข็งแกร่ง), หรือ Bainitic (ความแข็งแรงและความทนทานสูง).

เกรดและมาตรฐาน

ASTM A536 - ข้อกำหนดมาตรฐานสำหรับการหล่อเหล็กดัด

• 60-40-18 → 60 แรงดึง, 40 ผลผลิต KSI, 18% การยืดตัว
• 80-55-06 →ความแข็งแรงที่สูงขึ้น, ความเหนียวปานกลาง
• 100-70-03 →ความแข็งแรงสูงมาก, ความเหนียวต่ำ

ไอเอสโอ 1083 - การกำหนดระหว่างประเทศสำหรับเหล็กกราไฟท์ Spheroidal

• EN-GJS-400-15 (คล้ายกับ ASTM 60-40-18)
• EN-GJS-700-2 (คล้ายกับ ASTM 100-70-03)

คุณสมบัติสำคัญ:

• ความแข็งแรงและความเหนียวที่สูงขึ้นมาก
• ความต้านทานต่อแรงกระแทกมากขึ้น
• ความต้านทานความเหนื่อยล้าที่ดีขึ้น, เหมาะสำหรับการโหลดแบบวัฏจักร
• รักษาความสามารถในการทำให้หมาด ๆ, แม้ว่าน้อยกว่าเหล็กสีเทา

การใช้งานทั่วไปของเหล็กดัด

ขอบคุณลักษณะการปฏิบัติงาน, เหล็กดัดถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

• ส่วนประกอบยานยนต์: เพลาข้อเหวี่ยง, แขนควบคุม, ตัวเรือนเพลา
• ระบบน้ำและน้ำเสียเทศบาล: ท่อเหล็กดัดและอุปกรณ์
• เครื่องจักรกลหนัก: เกียร์, ข้อต่อ, วงเล็บ, ชิ้นส่วนโครงสร้าง
• ภาคพลังงาน: ฮับกังหันลม, ระบบไฮดรอลิก
• อุปกรณ์ทางรถไฟและเหมืองแร่: ติดตามชิ้นส่วน, ตลับลูกปืน

5. การเปรียบเทียบองค์ประกอบทางเคมี

โลหะผสมทั้งสองประกอบด้วยเหล็กเป็นหลัก (เฟ), เช่นเดียวกับคาร์บอน (ค) และซิลิคอน (และ), แต่ความแตกต่างเล็กน้อยและสารเติมแต่งแยกแยะพวกเขา:

6. การเปรียบเทียบคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็กสีเทาเทียบกับเหล็กดัด

7. การเปรียบเทียบคุณสมบัติเชิงกลของเหล็กสีเทาเทียบกับเหล็กดัด

8. การผลิตและการคัดเลือก

ทั้งเหล็กสีเทาและเหล็กดัดนั้นผลิตโดยใช้วิธีการหล่อที่กำหนดไว้, แต่การประมวลผลของพวกเขาแตกต่างกันไปเนื่องจากโครงสร้างจุลภาคและความต้องการทางกลที่แตกต่างกัน.

การผลิตเหล็กสีเทา:

• การละลายและการผสม: โดยทั่วไปแล้วเหล็กสีเทาจะละลายในเตาแก๊สหรือเตาเผาไฟฟ้าเหนี่ยวนำไฟฟ้า. องค์ประกอบพื้นฐานรวมถึงเหล็ก, คาร์บอน (ส่วนใหญ่เป็นกราไฟท์), และซิลิคอน.
  องค์ประกอบการผสมเช่นแมงกานีส, กำมะถัน, และฟอสฟอรัสถูกควบคุมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพความสามารถในการหล่อและการก่อตัวของกราไฟท์.
• วิธีการหล่อ: กระบวนการที่พบบ่อยที่สุดคือ การหล่อทราย, ได้รับการสนับสนุนสำหรับความยืดหยุ่นและความคุ้มค่า, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับส่วนประกอบที่ซับซ้อนหรือขนาดใหญ่เช่นบล็อกเครื่องยนต์, ฐานของเครื่องจักร, และกลองเบรก.
• การแข็งตัว: กราไฟท์เป็นสะเก็ดภายในเมทริกซ์เหล็กในระหว่างการระบายความร้อน, ให้การหน่วงการสั่นสะเทือนที่ยอดเยี่ยม แต่นำไปสู่ความเปราะ.
• ความสามารถในการแปรรูป: โครงสร้างกราไฟท์เกล็ดของเหล็กสีเทาทำหน้าที่เป็นน้ำมันหล่อลื่นในระหว่างการตัดเฉือน, ทำให้เครื่องจักรง่ายกว่าเหล็กดัด.

การผลิตเหล็กดัด:

• การหลอมละลายและการรักษา: เหล็กดัดเริ่มต้นจากวัตถุดิบที่คล้ายกัน, ละลายในการเหนี่ยวนำหรือเตาเผาไฟฟ้า.
  ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ใน การรักษาที่เป็นลายมือ- เพิ่มแมกนีเซียมหรือซีเรียมเป็นเหล็กหลอมเหลวเพื่อเปลี่ยนสะเก็ดกราไฟท์เป็นก้อนทรงกลม.
• วิธีการหล่อ: เหล็กดัดมักใช้โดยใช้ การหล่อทราย หรือ การหล่อการลงทุน สำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำ.
  อัตราการระบายความร้อนที่ควบคุมและการปรับแต่งองค์ประกอบให้แน่ใจว่าการก่อตัวของกราไฟท์เป็นก้อนกลมและคุณสมบัติเชิงกล.
• การควบคุมโครงสร้างจุลภาค: กราไฟท์ทรงกลมช่วยลดความเข้มข้นของความเครียดและเพิ่มความเหนียวและความเหนียว.
• การรักษาความร้อน: เหล็กดัดสามารถรักษาด้วยความร้อนได้ (อบอ่อน, ซึ่งถูกทำให้เป็นมาตรฐาน, หรือ austempered) เพื่อเพิ่มคุณสมบัติเชิงกล, รวมถึงความต้านทานแรงดึงและความต้านทานความเหนื่อยล้า.
• ความสามารถในการแปรรูป: ความท้าทายเล็กน้อยสำหรับเครื่องจักรเนื่องจากความแข็งแรงและความเหนียวที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับเหล็กสีเทา.

9. ความต้านทานการกัดกร่อนและความทนทาน

ความต้านทานการกัดกร่อนและความทนทานในระยะยาวเป็นปัจจัยสำคัญเมื่อเลือกระหว่างเหล็กสีเทาและเหล็กดัด, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง.

เหล็กสีเทา:

• พฤติกรรมการกัดกร่อน: เหล็กสีเทาทนต่อการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่แห้งพอสมควร แต่มีความไวต่อการเกิดสนิมเมื่อสัมผัสกับความชื้น, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการปรากฏตัวของเกลือหรือสภาพที่เป็นกรด.
  สะเก็ดกราไฟท์สามารถสร้างเซลล์ขนาดเล็ก galvanic ด้วยเมทริกซ์เหล็ก, เร่งการกัดกร่อนในท้องถิ่น.
• การป้องกันพื้นผิว: เพื่อเพิ่มความทนทาน, ส่วนประกอบเหล็กสีเทามักจะได้รับการเคลือบป้องกันเช่นการวาดภาพ, เคลือบผง, หรือชุบสังกะสี.
  ในบางกรณี, มีการใช้โลหะผสมหรือวัสดุบุผิวที่ทนต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษสำหรับสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าว.
• ความทนทาน: ในขณะที่เหล็กสีเทามีความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยม, การกัดกร่อนสามารถลดอายุการใช้งานของส่วนประกอบในการใช้งานกลางแจ้งหรือเปียกโดยไม่ต้องป้องกันอย่างเพียงพอ.

เหล็กดัด:

• ปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อน: โครงสร้างกราไฟท์ทรงกลมในเหล็กดัดช่วยลดความเข้มข้นของความเครียดและสร้างเมทริกซ์ที่สม่ำเสมอมากขึ้น, ซึ่งมีแนวโน้มที่จะปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนเมื่อเทียบกับเหล็กสีเทา.
• การรักษาพื้นผิวที่เพิ่มขึ้น: ส่วนประกอบเหล็กดัดโดยทั่วไปใช้การเคลือบป้องกันเช่นซับอีพ็อกซี่, สารเคลือบสังกะสี, หรือสีโพลียูรีเทน, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในระบบท่อน้ำและน้ำเสีย.
• การป้องกันแบบแคโทด: ในแอปพลิเคชันใต้ดินหรือจมอยู่ใต้น้ำ, ท่อเหล็กดัดมักจะรวมระบบป้องกันแคโทดเพื่อลดการกัดกร่อน.
• ความทนทานในสภาพที่รุนแรง: ขอบคุณความเหนียวและความเหนียวที่สูงขึ้น, เหล็กดัดทนต่อความเครียดเชิงกลในระหว่างกระบวนการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กสีเทา, มีส่วนช่วยชีวิตการบริการที่ยาวนานขึ้นภายใต้การโหลดแบบวัฏจักรและสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน.

10. การเปรียบเทียบต้นทุน

• วัตถุดิบ: เหล็กสีเทาราคา $ 1– $ 3/kg; เหล็กดัดมีราคา $ 1.5– $ 4.5/kg (30สูงกว่า –50%) เนื่องจาก mg/ce nodulizers.
• กำลังประมวลผล: เหล็กสีเทาไม่จำเป็นต้องมีหลังการรักษา; เหล็กดัดอาจต้องหลอม ($0.2- เพิ่ม $ 0.5/kg พิเศษ).
• ค่าใช้จ่ายวงจรชีวิต: เหล็กดัดมักจะเสนอค่าใช้จ่ายระยะยาวที่ต่ำกว่าในแอปพลิเคชันที่มีความเครียดสูง (เช่น, ท่อ: 50-อายุการใช้งานปีกับ. 30 ปีสำหรับเหล็กสีเทา).

11. ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเหล็กสีเทากับเหล็กดัด

การทำความเข้าใจความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเหล็กสีเทาและเหล็กดัดเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเลือกวัสดุที่เหมาะสมตามข้อกำหนดการใช้งาน.

12. การเลือกระหว่างเหล็กสีเทาและเหล็กดัด

• จัดลำดับความสำคัญของการควบคุมการหน่วง/การสั่นสะเทือน: เหล็กสีเทา (เช่น, บล็อกเครื่องยนต์, เตียงกลึง).
• ต้องการความแข็งแรง/ความเหนียว: เหล็กดัด (เช่น, เพลาข้อเหวี่ยง, ท่อ).
• เสียค่าใช้จ่าย, แอพความเครียดต่ำ: เหล็กสีเทา (เช่น, ฝาปิดท่อระบาย).
• ความเสี่ยงจากการโหลด/ผลกระทบแบบไดนามิก: เหล็กดัด (เช่น, ส่วนประกอบช่วงล่าง).

13. บทสรุป

เหล็กสีเทาเทียบกับเหล็กดัด, เหล็กหล่อทั้งสองประเภท, ให้บริการบทบาทที่แตกต่างกัน: เหล็กสีเทาเก่งในราคาประหยัด, การสั่นสะเทือน, และแอปพลิเคชันแรงอัดโหลด, ในขณะที่เหล็กดัดมีความเครียดสูง, พลวัต, และสถานการณ์ที่ได้รับผลกระทบ.

ความแตกต่างของพวกเขา, รูทในสัณฐานวิทยากราไฟท์, ทำให้พวกเขาไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในวิศวกรรมสมัยใหม่, สร้างความมั่นใจในความเกี่ยวข้องอย่างต่อเนื่องในยานยนต์, โครงสร้างพื้นฐาน, และเครื่องจักร.

คำถามที่พบบ่อย

เหล็กดัดแข็งแรงกว่าเหล็กกล้า?

ใช่ - เหล็กดิสไทล์สามารถเทียบได้กับเหล็กคาร์บอนต่ำถึงปานกลาง (~ 400–600 MPa), แม้ว่าจะมีความเหนียวน้อยลง.

เหล็กสีเทาสามารถได้รับความร้อน?

ไม่ - ยังคงความเปราะบางเนื่องจากสะเก็ดกราไฟท์และไม่ดีขึ้นผ่านการรักษาด้วยความร้อน.

ทำไมต้องใช้เหล็กสีเทาสำหรับบล็อกเครื่องยนต์?

การสั่นสะเทือนที่ยอดเยี่ยม, เสถียรภาพทางความร้อน, และต้นทุนต่ำทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบเครื่องยนต์.

ท่อเหล็กที่มีความเหนียวจะอยู่ได้นานแค่ไหน?

ด้วยการเคลือบและการติดตั้งที่เหมาะสม, พวกเขามักจะได้รับการบริการ 50–100+ ปี.

สามารถรีไซเคิลได้ทั้งสองประเภท?

ใช่, ทั้งสองคือ 95% รีไซเคิลได้, ด้วยการยึดเหล็กสีเทา/ดัดรีไซเคิล 90% ของคุณสมบัติดั้งเดิม.