เหล็กสีเทาคืออะไร?

1. การแนะนำ

เหล็กสีเทา, หรือเหล็กหล่อสีเทา—Distinguished โดยโครงสร้างจุลภาคกราไฟท์ที่ไม่สม่ำเสมอ - combines ค่าใช้จ่าย - ประสิทธิภาพ, ลดแรงสั่นสะเทือน, และ ความสามารถในการแปรรูปที่ดีเยี่ยม.

มีต้นกำเนิดในต้นศตวรรษที่ 19 สำหรับสูบไอน้ำเครื่องยนต์, เหล็กหล่อสีเทาตั้งแต่ใช้งานแอพพลิเคชั่นจากกลองเบรกยานยนต์ไปจนถึงฐานเครื่องจักรอุตสาหกรรม.

วันนี้, มันยังคงเป็นวัสดุพื้นฐานทั่ว ยานยนต์, เครื่องจักรกลหนัก, ท่อ, และ ภายในประเทศ ภาคนี้ต้องขอบคุณการผสมผสานที่เป็นเอกลักษณ์ของคุณสมบัติ.

2. เหล็กหล่อสีเทาคืออะไร?

เหล็กหล่อสีเทา เป็นชนิดของเหล็กหล่อที่จดจำได้ง่ายโดยสีเทาของพื้นผิวร้าว, ซึ่งเป็นผลมาจากการปรากฏตัวของสะเก็ดกราไฟท์ในโครงสร้างจุลภาค.

สะเก็ดกราไฟท์เหล่านี้ให้คุณสมบัติคุณสมบัติของเหล็กสีเทา, รวมถึงความสามารถในการหน่วงที่ยอดเยี่ยม, การแปรรูปที่ดี, และต้นทุนค่อนข้างต่ำ.

มันเป็นรูปแบบที่ใช้กันมากที่สุดของเหล็กหล่อและมีบทบาทพื้นฐานในอุตสาหกรรมการผลิตแบบดั้งเดิมและสมัยใหม่.

การจำแนกประเภทและเกรดของเหล็กหล่อสีเทา

การจำแนกประเภท ASTM A48 (เรา. มาตรฐาน)

มาตรฐาน ASTM A48 จัดประเภทเหล็กหล่อสีเทาเป็นเกรดโดยความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ, วัดใน KSI (1 ksi = 6.89 MPa).

เกรด ASTM	ความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ (MPa)	โครงสร้างจุลภาคทั่วไป	การใช้งานทั่วไป
ระดับ 20	138 MPa	เฟอร์ริติกส่วนใหญ่	น้ำหนักถ่วง, การหล่อตกแต่ง
ระดับ 30	207 MPa	Ferritic - Pearlitic	บล็อกเครื่องยนต์, ตัวเรือนปั๊ม
ระดับ 40	276 MPa	ไข่มุกส่วนใหญ่	กลองเบรก, มู่เล่, เตียงเครื่องจักร
ระดับ 50	345 MPa	ไข่มุกดี, เฟอร์ไรต์ต่ำ	เครื่องประดับ, วงเล็บโหลดสูง

ใน 1561 การจำแนกประเภท (มาตรฐานยุโรป)

มาตรฐานยุโรป EN 1561 ใช้คำนำหน้า“ en-gjl” (GJL = เหล็กหล่อกราไฟท์ที่มีโครงสร้าง lamella, หรือ“ เหล็กหล่อกราไฟท์ lamellar”) ตามด้วยความต้านทานแรงดึงใน MPA.

เกรด	นาที. ความต้านแรงดึง (MPa)	ความแข็ง (Bnn)	แอปพลิเคชันทั่วไป
en-gjl-15	150	~ 150	ชิ้นส่วนประดับ, ปกอ่อน
en-gjl-200	200	~ 160–170	ตัวเรือนเกียร์, กรณีการส่ง
en-gjl-2550	250	~ 180–200	บล็อกกระบอกสูบ, การหล่อขนาดใหญ่
EN-GJL-300	300	~ 220–240	ใบพัดเบรก, ตัวเรือนหนัก

ช่วงองค์ประกอบทางเคมีทั่วไป (% ตามน้ำหนัก)

องค์ประกอบ	ช่วงทั่วไป (%)	ฟังก์ชั่นในเหล็กสีเทา
คาร์บอน (ค)	2.5 - 4.0	ส่งเสริมการก่อตัวของเกล็ดกราไฟท์; เพิ่มความสามารถในการหล่อ
ซิลิคอน (และ)	1.8 - 3.0	เครื่องเขียนเครื่องเขียนกราฟิก; เอดส์การตกตะกอนคาร์บอนและปรับปรุงการไหล
แมงกานีส (มน)	0.2 - 1.0	เสริมสร้างเมทริกซ์; ส่งเสริมการก่อตัวของไข่มุก
ฟอสฟอรัส (ป)	≤ 0.12 (สูงสุด 0.5)	ปรับปรุงความลื่นไหล; จำนวนที่มากเกินไปทำให้เกิดความเปราะ (คงที่)
กำมะถัน (ส)	≤ 0.12	โดยทั่วไปไม่พึงปรารถนา; รูปแบบการรวมซัลไฟด์เหล็ก
เหล็ก (เฟ)	สมดุล	โลหะฐานเมทริกซ์

4. ทางกายภาพ & คุณสมบัติทางกล

เหล็กหล่อสีเทาแสดงให้เห็นถึงการผสมผสานที่โดดเด่นของคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลเนื่องจากโครงสร้างจุลภาคของเกล็ดกราไฟท์ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์เฟอร์รัส.

คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานโครงสร้างและความร้อนที่หลากหลาย, โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่การสั่นสะเทือนทำให้หมาด ๆ, การนำความร้อน, และความสามารถในการหล่อเป็นสิ่งจำเป็น.

คุณสมบัติทางกล

พฤติกรรมเชิงกลของเหล็กหล่อสีเทาได้รับอิทธิพลอย่างมากจากสัณฐานวิทยาของเกล็ดกราไฟท์, ประเภทเมทริกซ์ (เฟอร์ริติก, ไข่มุก, หรือผสม), และความหนาของส่วน.

คุณสมบัติ	ช่วงค่าทั่วไป	หมายเหตุ
ความต้านแรงดึง	150–350 MPa	แตกต่างกันไปตามเกรด (เช่น, ASTM A48 คลาส 20 ไปเรียน 50)
แรงอัด	3–4 ×แรงดึง	สูงเนื่องจากการวางแนวเกล็ดกราไฟท์
ความแข็ง	130–250 BHN	เพิ่มขึ้นด้วยเนื้อหาไข่มุก
การยืดตัว	~ 0.5–1%	ต่ำมากเนื่องจากความเข้มข้นของความเครียดที่ปลายเกล็ด
โมดูลัสความยืดหยุ่น	70–100 เกรดเฉลี่ย	ต่ำกว่าเหล็กเนื่องจากสะเก็ดกราไฟท์รบกวนการถ่ายโอนความเครียด

บันทึก: แตกต่างจากเหล็กกล้า, เหล็กสีเทาแสดงให้เห็นว่าไม่มีความเหนียวและล้มเหลวในลักษณะเปราะภายใต้การโหลดแรงดึง.

คุณสมบัติทางกายภาพ

คุณสมบัติ	ค่าทั่วไป	ความสำคัญ
ความหนาแน่น	6.9–7.2 g/cm³	ต่ำกว่าเหล็กเล็กน้อย (~ 7.85 g/cm³)
การนำความร้อน	35–55 w/m · k	สูงกว่าเหล็กที่เหนียวหรืออ่อน; เหมาะสำหรับการกระจายความร้อน
ความจุความร้อนจำเพาะ	~ 460 j/kg · k	เทียบได้กับโลหะเหล็กอื่น ๆ
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว	~ 10.5–11.5 ×10⁻⁶ /K	ปานกลาง; สิ่งสำคัญสำหรับแอปพลิเคชันความร้อนที่มีความสำคัญต่อมิติ
ความสามารถในการทำให้หมาด ๆ	10×นั่นคือเหล็กกล้า	การสั่นสะเทือนและการดูดซับเสียงที่ยอดเยี่ยม
จุดหลอมเหลว	1140–1200 ° C	ต่ำกว่าเหล็กกล้า; เพิ่มความสามารถในการหล่อ

ข้อดีของการทำงานที่ไม่ซ้ำกัน

• ความสามารถในการหน่วงที่เหนือกว่า: ขอบคุณแรงเสียดทานภายในที่สร้างขึ้นโดยกราไฟท์สะเก็ด, เหล็กสีเทาดูดซับการสั่นสะเทือนได้ดีกว่าเหล็กหรือเหล็กดัด.
  สิ่งนี้ทำให้เหมาะสำหรับบล็อกเครื่องยนต์, เตียงเครื่องมือเครื่องจักร, และส่วนประกอบเบรก.
• การนำความร้อนที่ดี: ความสามารถในการถ่ายเทความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพทำให้เหล็กหล่อสีเทาเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับเครื่องครัว, ส่วนประกอบหม้อน้ำ, และดิสก์เบรก.
• ความสามารถในการกลืนได้ดีเยี่ยม: การปรากฏตัวของกราไฟท์ทำหน้าที่เป็นน้ำมันหล่อลื่นในตัว, ลดการสึกหรอของเครื่องมือและเปิดใช้งานความเร็วในการตัดที่สูงขึ้น.
  เกรด Pearlitic นั้นยากกว่า แต่ก็ยังสามารถทำได้มากกว่าหลายเหล็ก.

5. ความเหมาะสมในการหล่อสำหรับเหล็กสีเทา

เหล็กหล่อสีเทาเป็นหนึ่งในโลหะที่น่ารักที่สุดในอุตสาหกรรมโรงหล่อ, มีชื่อเสียงในด้านความลื่นไหลที่ยอดเยี่ยม, อุณหภูมิหลอมเหลวต่ำ, และการหดตัวน้อยที่สุด.

ลักษณะเหล่านี้ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน, การหล่อขนาดใหญ่, และชิ้นส่วนที่มีปริมาณมากที่มีความแม่นยำมิติที่เชื่อถือได้และพื้นผิวเสร็จสิ้น.

ความลื่นไหลที่ยอดเยี่ยม

เหล็กหล่อสีเทาแสดงให้เห็นถึงลักษณะการไหลของการหลอมเหลวที่ยอดเยี่ยมเนื่องจากอุณหภูมิเทที่ค่อนข้างต่ำ (โดยทั่วไประหว่าง 1,150–1,250 ° C) และเนื้อหากราไฟท์.

ความลื่นไหลนี้ช่วยให้สามารถเติมเชื้อราที่ซับซ้อนและส่วนที่มีผนังบาง ๆ ได้อย่างง่ายดาย (บางเท่า 3-5 มม.), ลดความเสี่ยงของการปิดตัวลงหรือถูกจู่โจม.

อัตราการหดตัวต่ำ

ด้วยการหดตัวของการแข็งตัวเชิงเส้นโดยทั่วไปในช่วง 0.8–1.0%, เหล็กหล่อสีเทารักษาเสถียรภาพมิติที่เหนือกว่า.

การหดตัวที่คาดการณ์ได้นี้สามารถชดเชยได้อย่างถูกต้องสำหรับการออกแบบรูปแบบ, ลดข้อบกพร่องและค่าใช้จ่ายการตัดเฉือน.

โครงสร้างเกล็ดกราไฟท์ช่วยเพิ่มความสามารถในการหล่อ

กราไฟท์เกล็ดในเหล็กสีเทาไม่เพียง แต่ก่อให้เกิดการทำให้หมาด ๆ เชิงกลและความสามารถในการกลึงได้ แต่ยังช่วยในการให้อาหารในระหว่างการทำให้แข็งตัว, ลดโอกาสในการหดตัวภายใน.

มันทำหน้าที่เป็นผู้ร่ำรวยจากธรรมชาติ, การปรับปรุงความสมบูรณ์ของการหล่อโดยรวม.

การนำความร้อนสูง

การนำความร้อนสูง (โดยทั่วไป 50–60 w/m · k) ส่งเสริมการกระจายความร้อนอย่างรวดเร็วในระหว่างการทำให้แข็งตัว, ช่วยควบคุมโครงสร้างจุลภาคและลดความเสี่ยงการแตกร้าวด้วยความร้อน.

นี่เป็นข้อได้เปรียบโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการหล่อขนาดใหญ่หรือสภาพแวดล้อมการผลิตความเร็วสูง.

ความสามารถในการผลิตเครื่องจักรที่ยอดเยี่ยมหลังการหล่อ

เนื่องจากผลการหล่อลื่นของสะเก็ดกราไฟท์และความแข็งค่อนข้างต่ำ (Brinell 150–250 HB), สามารถกลึงได้ง่ายโดยไม่ต้องใช้กระบวนการตกแต่งที่กว้างขวาง.

สิ่งนี้จะลดต้นทุนหลังการประมวลผลและเพิ่มปริมาณงานการผลิต.

วิธีการหล่อที่เหมาะสมสำหรับเหล็กสีเทา

6. การรักษาความร้อน & เครื่องจักรกล

เหล็กสีเทาไม่ค่อยผ่านการดับ - และ - วัฏจักรเทมเปอร์; แทน, ใช้โรงหล่อ:

• การหลอม/การบรรเทาความเครียด: 650–700 ° C เป็นเวลา 1-2 ชั่วโมงจะช่วยลดความเครียดที่เหลือและปรับปรุงความสามารถในการกลึงได้.
• การทำให้เป็นมาตรฐาน: เมทริกซ์ชั้นดี (เฟอร์ไรต์กับ. ไข่มุก) สำหรับความแข็งเป้าหมาย.

ระหว่างการตัดเฉือน, วิศวกรชอบ:

• คาร์ไบด์เครื่องมือ ด้วยความเร็วปานกลาง (50–80 m/me).
• การทำงานที่เข้มงวด เพื่อชดเชยความต้านทานแรงดึงต่ำ.
• การใช้สารหล่อเย็น เพื่อหลีกเลี่ยงขอบที่สร้างขึ้น; กราไฟท์สะเก็ดช่วยอำนวยความสะดวกในการแตกของชิป.

การโพสต์, เหล็กหล่อสีเทาประสบความสำเร็จ เสร็จสิ้นพื้นผิว ต่ำที่สุดเท่า RA 1.6 µm กับการดำเนินการรองน้อยที่สุด.

7. ข้อดีและข้อเสีย

ข้อดี:

• การหน่วงการสั่นสะเทือน: ขึ้นไป 90 % ดีกว่าเหล็กกล้า, ลดเสียงรบกวนและความเหนื่อยล้า.
• ความสามารถในการแปรรูป: กราไฟท์สะเก็ดทำหน้าที่เป็นเบรกเกอร์ชิป, การสึกหรอของเครื่องมือลดลง.
• ประสิทธิภาพต้นทุน: > 80 % เนื้อหารีไซเคิลและพลังงานหลอมละลายต่ำกว่าเหล็กกล้า.

ข้อเสีย:

• ความเหนียวแรงดึงต่ำ: < 2 % จำกัด การใช้งาน.
• แอนไอโซโทรปี: การวางแนวเกล็ดสร้างความแปรปรวนของทิศทาง (- 20 %).
• ความเปราะบาง: ความต้านทานต่อแรงกระแทกลดลงเมื่อเทียบกับเหล็กดัด.

8. การใช้งาน & ผลงาน

การทำงานร่วมกันของ Cast Iron Iron ขับเคลื่อนการใช้งาน:

• ยานยนต์: บล็อกเครื่องยนต์, หัวถัง, กลองเบรก - การนำความร้อนใช้ประโยชน์ (- 45 W/ม·เค) สำหรับการกระจายความร้อน.
• เครื่องจักรกลหนัก: ตัวเรือนเกียร์, ฐานเครื่องมือเครื่องจักร - การทำให้การสั่นสะเทือนของการสั่นสะเทือนเพื่อยืดอายุการใช้งานแบริ่ง.
• การก่อสร้าง & การวางท่อ: ท่อระบายน้ำ, ร่างกายของวาล์ว - การทำลายจากการต้านทานการกัดกร่อนในน่านน้ำที่เป็นกลางและต้นทุนต่ำ.
• สินค้าในประเทศ: เครื่องครัว, Radiators - ช่วยให้การกระจายความร้อนและความทนทาน.

9. เปรียบเทียบกับวัสดุทางเลือก

เหล็กหล่อสีเทาทำหน้าที่เป็นวัสดุพื้นฐานด้านวิศวกรรมและการผลิตมานาน, แต่มักจะแข่งขันกับทางเลือกอื่นเช่นเหล็กดัด, เหล็ก, อลูมิเนียมอัลลอยด์, และคอมโพสิต.

วัสดุเหล่านี้แต่ละชิ้นนำผลประโยชน์และการแลกเปลี่ยนที่แตกต่างกัน, การเลือกวัสดุขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชันสูง.

ด้านล่างเป็นภาพรวมเปรียบเทียบที่เน้นที่เหล็กสีเทายืนเกี่ยวกับสารทดแทนทั่วไป.

ตารางเปรียบเทียบ: เหล็กหล่อสีเทาเทียบกับ. วัสดุทางเลือก

เหล็กดัดเทียบกับ. เหล็กหล่อสีเทา

• เหล็กดัด ให้ความเหนียวและความแข็งแรงที่สูงขึ้นมาก, ทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันโหลดที่มีแรงดันหรือแบบไดนามิก.
  อย่างไรก็ตาม, เหล็กหล่อสีเทายังคงมีประสิทธิภาพสูงกว่าในการทำให้หมาด ๆ และประหยัดต้นทุน, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในชิ้นส่วนโครงสร้างคงที่.

เหล็กกล้าคาร์บอน เทียบกับ. เหล็กหล่อสีเทา

• เหล็กให้คุณสมบัติแรงดึงและความเหนียวที่เหนือกว่า, แต่มีราคาแพงกว่าและยากต่อการใช้เครื่อง.
  เหล็กสีเทาเป็นที่ต้องการสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการการควบคุมการสั่นสะเทือน (เช่น, ฐานของเครื่องจักร, เรือน).

อลูมิเนียมอัลลอยด์เทียบกับ. เหล็กหล่อสีเทา

• อลูมิเนียม มีน้ำหนักเบาและมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม, ทำให้เหมาะสำหรับการขนส่งและส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อน.
  เหล็กสีเทา, ในทางกลับกัน, เก่งในแอปพลิเคชันที่ต้องการความแข็งแกร่งและการดูดซับการสั่นสะเทือน.

คอมโพสิตกับ. เหล็กหล่อสีเทา

• ในขณะที่คอมโพสิตขั้นสูงสามารถเกินเหล็กสีเทาในอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักและความต้านทานการกัดกร่อน, พวกเขามีราคาแพงกว่าและยากต่อการผลิตในระดับ.

10. บทสรุป

เหล็กสีเทากิน วัสดุที่สำคัญ เนื่องจากมัน การผลิตทางเศรษฐกิจ, สร้าง - ในการทำให้หมาด ๆ, และ ความสะดวกในการตัดเฉือน.

โดยการควบคุมมัน การก่อตัวของกราไฟท์ Eutectic, การคัดเลือกนักแสดง, และ แนวทางการออกแบบ, วิศวกรสามารถใช้ประโยชน์จากเหล็กหล่อสีเทาเพื่อความน่าเชื่อถือ, ค่าใช้จ่ายโซลูชั่นที่มีประสิทธิภาพในอุตสาหกรรม - จากหัวใจของเครื่องยนต์ไปจนถึงฐานของเครื่องจักรกลหนัก.

เนื่องจากการดัดแปลงโลหะผสมที่เกิดขึ้นใหม่และเทคนิคการผลิตไฮบริดวิวัฒนาการ, เหล็กหล่อสีเทาจะรักษาบทบาทในการสร้างส่วนประกอบทางวิศวกรรมของวันพรุ่งนี้.

นี้ เป็นตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบสำหรับความต้องการด้านการผลิตของคุณหากคุณต้องการคุณภาพสูง การหล่อเหล็กสีเทา.

ติดต่อเราวันนี้!