Серый чугун - Gray iron
Стали |
---|
Фазы |
Микроструктуры |
Классы |
Другие материалы на основе железа |
Серый чугун или серый чугун - это тип чугуна с графитовой микроструктурой. Он назван в честь серого цвета образовавшейся трещины из-за присутствия графита. Это самый распространенный чугун и наиболее широко используемый литой материал в зависимости от веса.
Он используется для корпусов, где жесткость компонента более важна, чем его прочность на разрыв , например, блоки цилиндров двигателя внутреннего сгорания , корпуса насосов, корпуса клапанов, электрические коробки и декоративные отливки . Высокая теплопроводность и удельная теплоемкость серого чугуна часто используются для изготовления чугунной посуды и роторов дисковых тормозов .
Структура
Типичный химический состав для получения графитовой микроструктуры составляет от 2,5 до 4,0% углерода и от 1 до 3% кремния по весу. Графит может занимать от 6 до 10% объема серого чугуна. Кремний важен для производства серого чугуна, в отличие от белого чугуна , потому что кремний является элементом, стабилизирующим графит в чугуне, что означает, что он помогает сплаву производить графит вместо карбидов 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. При умеренной скорости охлаждения образуется более перлитная матрица, а при высокой скорости охлаждения - более ферритная матрица. Чтобы получить полностью ферритную матрицу, сплав необходимо отжечь . Быстрое охлаждение частично или полностью подавляет графитизацию и приводит к образованию цементита , который называют белым чугуном .
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 чешуек действуют как ранее существовавшие выемки, в которых концентрируются напряжения, и поэтому они ведут себя хрупко . 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 часто используемой классификацией серого чугуна является международный стандарт ASTM A48 . Это классифицирует серый чугун по классам, которые соответствуют его минимальной прочности на разрыв 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). Класс 20 имеет высокоуглеродный эквивалент и ферритовую матрицу. Серые чугуны повышенной прочности, до класса 40, имеют более низкий углеродный эквивалент и перлитную матрицу. Серый чугун выше класса 40 требует легирования для обеспечения упрочнения твердого раствора , а для модификации матрицы используется термическая обработка . Класс 80 - это наивысший доступный класс, но он чрезвычайно хрупкий. ASTM A247 также обычно используется для описания структуры графита. Другие стандарты ASTM , касающиеся серого чугуна, включают ASTM A126 , ASTM A278 и ASTM A319 .
В автомобильной промышленности для обозначения классов вместо классов используется стандарт SAE International (SAE) SAE J431 . Эти марки являются мерой отношения прочности на разрыв к твердости по Бринеллю . 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.
Учебный класс | Прочность на растяжение (тыс. Фунтов / кв. Дюйм) |
Прочность на сжатие (тыс. Фунтов / кв. Дюйм) |
Модуль упругости при растяжении, E ( Mpsi ) |
---|---|---|---|
20 | 22 | 83 | 10 |
30 | 31 год | 109 | 14 |
40 | 57 год | 140 | 18 |
60 | 62,5 | 187,5 | 21 год |
Оценка | Твердость по Бринеллю | т / ч † | Описание |
---|---|---|---|
G1800 | 120–187 | 135 | Ферритно-перлитный |
G2500 | 170–229 | 135 | Перлитно-ферритный |
G3000 | 187–241 | 150 | Перлитный |
G3500 | 207–255 | 165 | Перлитный |
G4000 | 217–269 | 175 | Перлитный |
† t / h = предел прочности / твердость |
Преимущества и недостатки
Серый чугун является обычным конструкционным сплавом из-за его относительно низкой стоимости и хорошей обрабатываемости , что является результатом смазки среза графита и дробления стружки. Он также обладает хорошей стойкостью к истиранию и износу, поскольку чешуйки графита самосмазываются. Графит также придает серому чугуну отличную демпфирующую способность, поскольку он поглощает энергию и преобразует ее в тепло. Серый чугун не поддается обработке (ковке, прессованию, прокатке и т. Д.) Даже при температуре.
Материалы | Демпфирующая способность † |
---|---|
Серый чугун ( высокоуглеродный эквивалент ) | 100–500 |
Серый чугун (низкоуглеродный эквивалент) | 20–100 |
Ковкий чугун | 5–20 |
Ковкое железо | 8–15 |
Белое железо | 2–4 |
Стали | 4 |
Алюминий | 0,47 |
† Натуральный логарифм отношения последовательных амплитуд |
Серый чугун также испытывает меньшую усадку при затвердевании, чем другие чугуны, не образующие микроструктуры графита. Силикон способствует хорошей коррозионной стойкости и повышенной текучести при литье. Серый чугун обычно считается легко свариваемым. По сравнению с более современными сплавами железа серый чугун имеет низкую прочность на разрыв и пластичность ; поэтому его ударопрочность и ударопрочность практически отсутствуют.
Смотрите также
Примечания
использованная литература
- Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 9780471033066.
- Швейцер, Филип А. (2003), Металлические материалы , CRC Press, ISBN 9780203912423.
- Смит, Уильям Ф .; Хашеми, Джавад (2006), Основы материаловедения и инженерии (4-е изд.), McGraw-Hill, ISBN 9780072921946.
дальнейшее чтение
- Стефанеску, Дору Майкл (2002), Наука и техника затвердевания отливок , Springer, ISBN 978-0-306-46750-9.