1. Giới thiệu
Sắt xám, hoặc gang xám" Hiệu quả chi phí, giảm chấn rung, Và khả năng gia công tuyệt vời.
Bắt nguồn từ đầu thế kỷ 19 cho các xi lanh động cơ hơi nước, Gang màu xám kể từ khi các ứng dụng được cung cấp năng lượng từ trống phanh ô tô đến cơ sở máy công nghiệp.
Hôm nay, Nó vẫn là một vật liệu nền tảng ô tô, máy móc hạng nặng, đường ống, Và nội địa các lĩnh vực nhờ sự pha trộn độc đáo của nó.
2. Gang màu xám là gì?
Gang xám là một loại gang có thể dễ dàng nhận ra bởi màu xám của bề mặt bị gãy của nó, kết quả từ sự hiện diện của vảy than chì trong cấu trúc vi mô của nó.
Những mảnh than chì này cho chất sắt màu xám tính chất đặc trưng của nó, bao gồm khả năng giảm xóc tuyệt vời, khả năng gia công tốt, và chi phí tương đối thấp.
Đây là hình thức gang được sử dụng phổ biến nhất và đóng vai trò nền tảng trong cả ngành sản xuất truyền thống và hiện đại.
Phân loại và các lớp gang xám
Phân loại ASTM A48 (CHÚNG TA. Tiêu chuẩn)
Tiêu chuẩn ASTM A48 phân loại gang xám thành các lớp theo độ bền kéo tối thiểu, được đo bằng KSI (1 ksi = 6.89 MPa).
| Lớp ASTM | Độ bền kéo tối thiểu (MPa) | Cấu trúc vi mô điển hình | Ứng dụng phổ biến |
|---|---|---|---|
| Lớp học 20 | 138 MPa | Chủ yếu là ferritic | Đối trọng, Đóng vật trang trí |
| Lớp học 30 | 207 MPa | Ferritic Pearlitic | Khối động cơ, Vỏ bơm |
| Lớp học 40 | 276 MPa | Chủ yếu là ngọc trai | Trống phanh, Bánh đà, Giường máy |
| Lớp học 50 | 345 MPa | Ngọc trai tốt, Ferrite thấp | Lót xi lanh, Giá đỡ tải cao |
TRONG 1561 Phân loại (Tiêu chuẩn châu Âu)
Tiêu chuẩn Châu Âu EN 1561 sử dụng tiền tố của en en-gjl (Gjl = gang than chì với cấu trúc lamella, hoặc gang gang than chì Lamellar) tiếp theo là độ bền kéo trong MPA.
| Một lớp | Tối thiểu. Độ bền kéo (MPa) | độ cứng (Bnn) | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| EN-GJL-15 | 150 | ~ 150 | Các bộ phận trang trí, Bìa nhẹ |
| EN-GJL-200 | 200 | ~ 160 bóng170 | Vỏ bánh, trường hợp truyền |
| EN-GJL-250 | 250 | ~ 180 trận200 | Khối xi lanh, Đúc lớn |
| EN-GJL-300 | 300 | ~ 220 bóng240 | Phanh cánh quạt, vỏ nặng |
Phạm vi thành phần hóa học điển hình (% theo trọng lượng)
| Yếu tố | Phạm vi điển hình (%) | Chức năng trong sắt xám |
|---|---|---|
| Cacbon (C) | 2.5 – 4.0 | Thúc đẩy sự hình thành vảy than chì; Tăng khả năng đúc |
| Silicon (Và) | 1.8 – 3.0 | Đồ họa; hỗ trợ kết tủa carbon và cải thiện tính trôi chảy |
| Mangan (Mn) | 0.2 – 1.0 | Tăng cường ma trận; Thúc đẩy sự hình thành ngọc trai |
| Phốt pho (P) | ≤ 0.12 (tối đa 0.5) | Cải thiện tính trôi chảy; Số lượng quá mức gây ra sự đầm lầy (Giấy ổn định) |
| lưu huỳnh (S) | ≤ 0.12 | Nói chung không mong muốn; tạo thành các vùi sunfua sắt |
| Sắt (Fe) | Sự cân bằng | Ma trận kim loại cơ sở |
4. Thuộc vật chất & Tính chất cơ học
Gang màu xám thể hiện sự kết hợp đặc biệt của các tính chất vật lý và cơ học do cấu trúc vảy than chì của nó được nhúng trong một ma trận màu.
Những tính chất này làm cho nó rất phù hợp cho một loạt các ứng dụng cấu trúc và nhiệt, đặc biệt là nơi giảm chấn rung, độ dẫn nhiệt, và khả năng đúc là điều cần thiết.
Tính chất cơ học
Hành vi cơ học của gang xám bị ảnh hưởng nặng nề bởi hình thái vảy than chì, Loại ma trận (ferit, Ngọc trai, hoặc hỗn hợp), và độ dày phần.
| Tài sản | Phạm vi giá trị điển hình | Ghi chú |
|---|---|---|
| Độ bền kéo | 150MP350 MPa | Thay đổi theo lớp (ví dụ., Lớp ASTM A48 20 đến lớp 50) |
| cường độ nén | 3Độ bền kéo | Cao do định hướng vảy than chì |
| độ cứng | 130Mạnh250 BHN | Tăng theo nội dung ngọc trai |
| Độ giãn dài | ~ 0,5 …1% | Rất thấp do nồng độ căng thẳng ở mẹo flake |
| Mô đun đàn hồi | 70GP100 GPA | Thấp hơn thép do than chì làm gián đoạn chuyển tiếp căng thẳng |
Ghi chú: Không giống như thép, Triển lãm sắt màu xám hầu như không có độ dẻo và thất bại theo cách giòn dưới tải trọng kéo.
Tính chất vật lý
| Tài sản | Giá trị điển hình | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| Tỉ trọng | 6.9Mạnh7.2 g/cm³ | Hơi thấp hơn thép (~ 7,85 g/cm³) |
| Độ dẫn nhiệt | 35Mạnh55 W/M · K. | Cao hơn nhiều so với sắt hoặc sắt dễ uốn; Lý tưởng cho sự tản nhiệt |
| Công suất nhiệt cụ thể | ~ 460 j/kg · k | Có thể so sánh với các kim loại màu khác |
| Hệ số mở rộng | ~ 10,5 bóng11,5 × 10⁻⁶ /k | Vừa phải; quan trọng đối với các ứng dụng nhiệt quan trọng về kích thước |
| Khả năng giảm xóc | 10× của thép | Độ rung tuyệt vời và hấp thụ tiếng ồn |
| điểm nóng chảy | 1140Mạnh1200 ° C. | Thấp hơn thép; Tăng cường khả năng đúc |
Ưu điểm chức năng độc đáo
- Khả năng giảm xóc vượt trội: Nhờ ma sát nội bộ được tạo ra bởi vảy than chì, Sắt xám hấp thụ rung động tốt hơn nhiều so với thép hoặc sắt dẻo.
Điều này làm cho nó lý tưởng cho các khối động cơ, Giường máy công cụ, và các thành phần phanh. - Độ dẫn nhiệt tốt: Khả năng chuyển nhiệt hiệu quả của nó làm cho gang xám trở thành vật liệu ưa thích cho dụng cụ nấu ăn, Các thành phần tản nhiệt, và đĩa phanh.
- Khả năng gia công tuyệt vời: Sự hiện diện của than chì hoạt động như một chất bôi trơn tích hợp, giảm hao mòn công cụ và cho phép tốc độ cắt cao hơn.
Các lớp ngọc trai khó hơn nhưng vẫn có khả năng máy móc hơn nhiều thép.
5. Sự phù hợp đúc cho sắt xám
Gang gang là một trong những kim loại có thể đúc nhất trong ngành công nghiệp đúc, nổi tiếng vì sự trôi chảy tuyệt vời của nó, Nhiệt độ nóng chảy thấp, và co rút tối thiểu.
Những đặc điểm này làm cho nó lý tưởng để sản xuất hình học phức tạp, Đúc lớn, và các bộ phận có khối lượng lớn với độ chính xác chiều đáng tin cậy và hoàn thiện bề mặt.
Tính trôi chảy tuyệt vời
Gang màu xám thể hiện các đặc tính dòng chảy nóng chảy đặc biệt do nhiệt độ rót tương đối thấp của nó (Thông thường trong khoảng 1.150 Từ1,250 ° C.) và nội dung than chì.
Tính trôi chảy này cho phép nó dễ dàng lấp đầy các khuôn phức tạp và các phần tường mỏng (mỏng như 3 trận5 mm), giảm nguy cơ tắt hoặc sai.
Tốc độ co rút thấp
Với độ co rút hóa rắn tuyến tính thường trong khoảng 0,81,0%, Gang màu xám duy trì sự ổn định chiều cao.
Sự co rút dự đoán này có thể được bù chính xác trong thiết kế mẫu, giảm thiểu các khuyết tật và phụ cấp gia công.
Cấu trúc vảy than chì giúp tăng cường khả năng đúc
Nhất than chì trong sắt xám không chỉ góp phần vào giảm xóc cơ học và khả năng gia công mà còn hỗ trợ cho ăn trong quá trình hóa rắn, Giảm khả năng độ xốp co ngót bên trong.
Nó hoạt động như một người tái tạo vi mô tự nhiên, Cải thiện âm thanh đúc tổng thể.
Độ dẫn nhiệt cao
Độ dẫn nhiệt cao (Thông thường 50 trận60 W/m · k) thúc đẩy sự tản nhiệt nhanh chóng trong quá trình hóa rắn, giúp kiểm soát cấu trúc vi mô và giảm nguy cơ nứt nhiệt.
Điều này đặc biệt thuận lợi trong các vật đúc lớn hoặc môi trường sản xuất tốc độ cao.
Khả năng gia công tuyệt vời sau đúc
Do tác dụng bôi trơn của vảy than chì và độ cứng tương đối thấp (Brinell 150 Từ250 HB), Nó có thể dễ dàng gia công mà không cần các quy trình hoàn thiện rộng rãi.
Điều này làm giảm chi phí xử lý hậu kỳ và tăng cường thông lượng sản xuất.
Phương pháp đúc phù hợp cho sắt xám
| Phương pháp đúc | Ứng dụng | Thuận lợi | Cân nhắc |
|---|---|---|---|
| Đúc cát xanh | Khối động cơ, nhà ở, dấu ngoặc đơn | Tiết kiệm chi phí, Cát có thể tái sử dụng, thích ứng với khối lượng lớn | Yêu cầu kiểm soát độ ẩm và đồng nhất khuôn |
| Đúc cát liên kết nhựa | Giường máy, Vỏ bơm, thân van | Độ chính xác chiều cao và hoàn thiện bề mặt | Chi phí công cụ cao hơn, phù hợp cho khối lượng thấp đến trung bình |
| Vỏ đúc đúc | Các thành phần công nghiệp chính xác | Khả năng dung nạp kích thước tuyệt vời và chất lượng bề mặt | Đắt hơn, Nhưng giảm nhu cầu gia công |
| Đúc khuôn vĩnh viễn | Hình học lặp đi lặp lại như bánh đà hoặc ròng rọc | Tốt cho các hoạt động sản xuất vừa phải với hoàn thiện bề mặt mịn | Giới hạn ở hình dạng đơn giản hơn do các ràng buộc khuôn kim loại rắn |
| Đúc ly tâm | Ống, tay áo, cánh quạt | Sản xuất dày đặc, Các bộ phận hình trụ không khuyết tật | Yêu cầu thiết bị chuyên dụng và hình học cân bằng |
6. Xử lý nhiệt & Gia công
Sắt xám hiếm khi trải qua các chu kỳ dập tắt và temper; thay vì, Foundries áp dụng:
- Ủ/giảm căng thẳng: 650Mạnh700 ° C trong 1 giờ2 giờ làm giảm ứng suất dư và cải thiện khả năng gia công.
- Bình thường hóa: Ma trận tốt (Ferrite vs. Ngọc trai) cho độ cứng được nhắm mục tiêu.
Trong quá trình gia công, Kỹ sư ủng hộ:
- Dụng cụ cacbua ở tốc độ vừa phải (50–80 m/tôi).
- Công việc cứng nhắc để bù độ bền kéo thấp.
- Sử dụng chất làm mát Để tránh cạnh xây dựng; vảy than chì tạo điều kiện phá vỡ chip.
Sau khi vận hành, gang xám đạt được bề mặt hoàn thiện Thấp như RA 1.6 “Với các hoạt động thứ cấp tối thiểu.
7. Ưu điểm và nhược điểm
Thuận lợi:
- Giảm chấn rung: Lên đến 90 % Tốt hơn thép, giảm tiếng ồn và mệt mỏi.
- Khả năng gia công: Vảy than chì hoạt động như bộ ngắt chip, Giảm công cụ hao mòn.
- Hiệu quả chi phí: > 80 % Nội dung tái chế và năng lượng nóng chảy thấp hơn thép.
Nhược điểm:
- Độ dẻo kéo thấp: < 2 % độ giãn dài giới hạn sốc Ứng dụng sử dụng.
- Bất đẳng hướng: Định hướng vảy tạo ra các biến thể sức mạnh định hướng (~ 20 %).
- độ giòn: Điện trở tác động thấp hơn so với sắt dẻo.
8. Ứng dụng & Hiệu suất
Sức mạnh tổng hợp tài sản màu xám gang, thúc đẩy việc sử dụng nó trong:
- ô tô: Khối động cơ, Đầu xi lanh, trống phanh (~ 45 W/m·K) Để tản nhiệt.
- Máy móc hạng nặng: Vỏ bánh, Cơ sở máy công cụ, sử dụng giảm chấn rung để kéo dài tuổi thọ.
- Sự thi công & Đường ống: Hanhe bao gồm, Thân van có sức chứa từ kháng ăn mòn ở vùng nước trung tính và chi phí thấp.
- Hàng hóa gia đình: Dụng cụ nấu nướng, bộ tản nhiệt - đảm bảo sự phân phối nhiệt và độ bền.
9. So sánh với các vật liệu thay thế
Gang gang từ lâu đã phục vụ như một vật liệu nền tảng trong kỹ thuật và sản xuất, Nhưng nó thường cạnh tranh với các lựa chọn thay thế như sắt dẻo, thép, hợp kim nhôm, và vật liệu tổng hợp.
Mỗi vật liệu này mang lại lợi ích và sự đánh đổi riêng biệt, Lựa chọn vật liệu phụ thuộc rất nhiều vào ứng dụng.
Dưới đây là một tổng quan so sánh nổi bật trong đó chất sắt xám đứng về các sản phẩm thay thế phổ biến của nó.
Bảng so sánh: Gang xám vs. Vật liệu thay thế
| Tài sản / Vật liệu | Gang xám | Sắt dễ uốn | Thép cacbon | Hợp kim nhôm | vật liệu tổng hợp |
|---|---|---|---|---|---|
| Tỉ trọng (g/cm³) | 7.1 – 7.3 | 7.0 – 7.2 | 7.8 – 7.9 | 2.6 – 2.8 | 1.5 – 2.0 (khác nhau) |
| Độ bền kéo (MPa) | 150 – 400 | 400 – 700 | 400 – 900 | 100 – 400 | 50 – 500+ (Tùy thuộc vào sợi) |
| Độ giãn dài (%) | <1% (giòn) | 5 – 18% | 10 – 25% | 2 – 12% | 1 – 10% |
| Độ dẫn nhiệt | Cao (50 – 60 W/m·K) | Vừa phải (35 – 50 W/m·K) | Thấp trung bình (20 – 40 W/m·K) | Cao (120 – 180 W/m·K) | Thấp trung bình (0.2 – 30 W/m·K) |
| Khả năng giảm xóc | Xuất sắc | Tốt | Nghèo | Rất nghèo | Biến |
| Khả năng đúc | Xuất sắc (hình dạng phức tạp, chi phí thấp) | Tốt | Vừa phải (đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn) | Trung bình tốt (phụ thuộc vào hợp kim) | Nghèo (thường được đúc, không đúc) |
| Khả năng gia công | Xuất sắc (Do vảy than chì) | Tốt | Trung bình tốt | Xuất sắc | Tho kém hiện đại |
| Chống ăn mòn | Nghèo mà không có lớp phủ | Tho kém hiện đại | Trung bình tốt (với hợp kim) | Tốt (Đặc biệt là loạt 6xxx và 5xxx) | Xuất sắc (với thiết kế) |
| Trị giá | Thấp | Vừa phải | Trung bình cao | Trung bình cao | Cao (Đặc biệt đối với vật liệu tổng hợp nâng cao) |
Iron dễ uốn vs. Gang xám
- Sắt dễ uốn cung cấp độ dẻo và sức mạnh cao hơn nhiều, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng tải trọng hoặc tải trọng áp lực.
Tuy nhiên, Gang màu xám vẫn vượt trội so với nó trong giảm xóc và hiệu quả chi phí, đặc biệt là trong các bộ phận cấu trúc tĩnh.
Thép cacbon vs. Gang xám
- Thép cung cấp các đặc tính kéo cao và độ dẻo, nhưng đắt hơn và khó hơn để máy.
Sắt xám được ưa thích cho các bộ phận yêu cầu điều khiển rung (ví dụ., cơ sở máy, nhà ở).
Hợp kim nhôm so với. Gang xám
- Nhôm nhẹ hơn đáng kể và cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các thành phần vận chuyển và nhạy cảm với nhiệt.
Sắt xám, mặt khác, vượt trội trong các ứng dụng cần độ cứng và sự hấp thụ rung động.
Vật liệu tổng hợp vs. Gang xám
- Trong khi vật liệu tổng hợp tiên tiến có thể vượt qua sắt màu xám theo tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng và khả năng chống ăn mòn, Chúng tốn kém hơn và khó sản xuất ở quy mô.
10. Phần kết luận
Sắt xám chịu đựng như một Vật liệu nền tảng do nó sản xuất kinh tế, Được xây dựng - trong giảm xóc, Và dễ gia công.
Bằng cách làm chủ nó Sự hình thành than chì eutectic, thực hành đúc, Và Hướng dẫn thiết kế, Các kỹ sư có thể tiếp tục tận dụng gang xám, chi phí - các giải pháp hiệu quả giữa các ngành công nghiệp từ trung tâm của một động cơ đến cơ sở của máy móc hạng nặng.
Khi các sửa đổi hợp kim mới nổi và kỹ thuật sản xuất lai phát triển, Grey Cast Iron sẽ duy trì vai trò của nó trong việc định hình các thành phần được thiết kế vào ngày mai.
CÁI NÀY là lựa chọn hoàn hảo cho nhu cầu sản xuất của bạn nếu bạn cần chất lượng cao Đóng gang sắt màu xám.
