Серый чугун - Gray iron

Микрофотография серого чугуна.

Серый чугун, или серый чугун, это тип чугун который имеет графитовый микроструктура. Он назван в честь серого цвета перелом он образуется, что связано с наличием графита.[1] Это самый распространенный чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса.[2]

Он используется для корпусов, в которых жесткость компонента важнее, чем его предел прочности, Такие как двигатель внутреннего сгорания блоки цилиндров, насос корпуса, клапаны, электрические коробки и декоративные отливки. Серый чугун высокий теплопроводность и удельная теплоемкость часто используются для создания чугунная посуда и дисковый тормоз роторы.[3]

Структура

Типичный химический состав для получения графитовой микроструктуры составляет от 2,5 до 4,0%. углерод и от 1 до 3% кремний по весу. Графит может занимать от 6 до 10% объема серого чугуна. Кремний важен для производства серого чугуна, в отличие от белый чугун, поскольку кремний графитовый стабилизатор элемент в чугуне, что означает, что он помогает сплаву производить графит вместо карбиды железа; при 3% кремния углерод почти не содержится в химической форме в виде карбида железа. Другой фактор, влияющий на графитизацию, - это скорость затвердевания; чем медленнее скорость, тем больше времени для диффузии углерода и его накопления в графит. Умеренная скорость охлаждения формирует более перлитный матрица, в то время как высокая скорость охлаждения формирует более ферритный матрица. Чтобы получить полностью ферритную матрицу, сплав должен быть отожженный.[1][4] Быстрое охлаждение частично или полностью подавляет графитизацию и приводит к образованию цементит, который называется белое железо.[5]

Графит приобретает форму трехмерной чешуи. В двух измерениях на полированной поверхности чешуйки графита выглядят как тонкие линии. Графит не имеет заметной прочности, поэтому их можно рассматривать как пустоты. Кончики хлопьев действуют как ранее существовавшие выемки, в которых концентрируются напряжения, и поэтому они ведут себя как хрупкий манера.[5][6] Наличие чешуек графита делает серый чугун легко обрабатываемым, поскольку они имеют тенденцию легко растрескиваться по чешуйкам графита. Серый чугун также имеет очень хорошую демпфирующую способность, поэтому его часто используют в качестве основы для крепления станков.

Классификации

В Соединенных Штатах Америки наиболее распространенной классификацией серого чугуна является ASTM International стандарт A48.[2] Это заказывает серое железо в классы которые соответствуют его минимуму предел прочности в тысячах фунтов на квадратный дюйм (ksi); например Серый чугун класса 20 имеет минимальную прочность на разрыв 20 000 фунтов на квадратный дюйм (140 МПа). 20 класс имеет высокий углеродный эквивалент и ферритовая матрица. Серый чугун повышенной прочности, до класса 40, имеет более низкий углеродный эквивалент и перлит матрица. Серый чугун выше класса 40 требует легирования для обеспечения упрочнение твердого раствора, и термообработка используется для модификации матрицы. Класс 80 - это наивысший доступный класс, но он чрезвычайно хрупкий.[5] ASTM A247 также обычно используется для описания структуры графита. Другие стандарты ASTM, касающиеся серого чугуна, включают: ASTM A126, ASTM A278, и ASTM A319.[2]

В автомобильной промышленности SAE International (SAE) стандарт SAE J431 используется для обозначения оценки вместо классов. Эти классы являются мерой прочности на разрыв.Твердость по Бринеллю соотношение.[2] Изменение модуля упругости при растяжении различных марок является отражением процентного содержания графита в материале, поскольку такой материал не имеет ни прочности, ни жесткости, а пространство, занятое графитом, действует как пустота, тем самым создавая губчатый материал.

Свойства серого чугуна классов ASTM A48[7]
КлассРастяжимый
прочность (тыс. фунтов / кв. дюйм)		Сжатие
прочность (тыс. фунтов / кв. дюйм)		Модуль упругости при растяжении,
E (Mpsi )
20228310
303110914
405714018
6062.5187.521
Свойства серого чугуна марок SAE J431[7]
ОценкаТвердость по Бринеллют / ч†Описание
G1800120–187135Ферритно-перлитный
G2500170–229135Перлитно-ферритный
G3000187–241150Перлитный
G3500207–255165Перлитный
G4000217–269175Перлитный
†t / h = предел прочности / твердость

Преимущества и недостатки

Серый чугун - обычное дело инженерный сплав из-за относительно невысокой стоимости и хороших обрабатываемость, который возникает из-за того, что графит смазывает рез и дробит стружку. Также есть хорошие раздражающий и износостойкость потому что хлопья графита самосмазываются. Графит также придает серому чугуну отличную демпфирующая способность потому что он поглощает энергию и превращает ее в тепло.[3] Серый чугун нельзя обрабатывать (ковать, прессовать, катать и т. Д.) Даже при температуре.

Относительная демпфирующая способность различных металлов
МатериалыДемпфирующая способность†
Серый чугун (высокий углеродный эквивалент )100–500
Серый чугун (с низким содержанием углерода)20–100
Ковкий чугун5–20
Ковкое железо8–15
Белое железо2–4
Стали4
Алюминий0.47
†Натуральный логарифм отношения последовательных амплитуд

Серый чугун также меньше затвердевает. усадка чем другие чугуны, не образующие микроструктуры графита. Кремний способствует хорошему устойчивость к коррозии и повышенная текучесть при литье.[5] Серый чугун обычно считается легко свариваемым.[8] По сравнению с более современными сплавами железа серый чугун имеет низкую прочность на разрыв и пластичность; поэтому его влияние и ударопрочность практически не существует.[8]

Смотрите также

Заметки

  1. ^ а б Смит и Хашеми, 2006 г., п. 431.
  2. ^ а б c d Швейцер 2003, п. 72.
  3. ^ а б «Введение в металлургию тормозных роторов из серого чугуна» (PDF). SAE. Получено 2011-05-24.
  4. ^ Смит и Хашеми, 2006 г., п. 432.
  5. ^ а б c d Дегармо, Блэк и Козер, 2003 г., п. 77.
  6. ^ Дегармо, Блэк и Козер, 2003 г., п. 76.
  7. ^ а б Швейцер 2003, п. 73.
  8. ^ а б Миллер, Марк Р. (2007), Руководство по экзамену на получение лицензии на сварку, McGraw-Hill Professional, стр. 191, ISBN  9780071709972.

Рекомендации

дальнейшее чтение