جدول المحتويات
يعرض
1. مقدمة
يعد الألمنيوم المصبوب والحديد الزهر من أكثر مواد الصب استخدامًا في الصناعة.
يقدم كلاهما طرقًا لإنتاج مكونات معقدة على شكل شبكة, لكنها تختلف بشكل أساسي في الكثافة, صلابة, أوضاع القوة, السلوك الحراري, طرق الصب, مقاومة التآكل وتكلفة دورة الحياة.
والاختيار بينهما هو مقايضة بين الوزن, صلابة, ارتداء المقاومة, القابلية للآلات, التكلفة وبيئة التشغيل.
تقارن هذه المقالة بين الاثنين عبر المحاور الفنية وتوفر بيانات قابلة للتنفيذ وإرشادات الاختيار.
2. ما هو الألمنيوم المصبوب?
يلقي الألومنيوم يشير إلى المكونات المنتجة عن طريق صب الألومنيوم المنصهر (أو سبائك الألومنيوم) في قالب وتركه يتصلب في الشكل الهندسي النهائي أو شبه النهائي.
لأن الألومنيوم لديه نقطة انصهار منخفضة نسبيا, سيولة جيدة في شكل سبائك, وكثافة منخفضة, يعتبر الألمنيوم المصبوب هو الخيار المفضل حيث الهندسة المعقدة, وزن خفيف, الموصلية الحرارية أو مقاومة التآكل مهمة.
تشمل طرق صب الألومنيوم الصب بالقالب عالي الضغط, صب القالب الدائم بالضغط المنخفض والجاذبية, صب الرمال, والاستثمار (خاسر الشمع) صب; يعطي كل طريق حدودًا مختلفة لسمك الجدار, الانتهاء من السطح, دقة الأبعاد والخواص الميكانيكية.
سمات
- خفيف الوزن: الكثافة ≈ 2.6-2.8 جم/سم3 (عادة 2.70 ز/سم).
- معامل مرونة منخفض: معامل يونج ≈ 69-72 جيجا (≈ 69 المعدل التراكمي نموذجي).
- الموصلية الحرارية الجيدة: تختلف السبائك ولكن في كثير من الأحيان 100–200 واط·م⁻¹·ك⁻¹; الألومنيوم النقي هو ~ 237 واط·م⁻¹·ك⁻¹.
- مقاومة تآكل جيدة: يشكل فيلم أكسيد مستقر; تحسن السلوك مع أنودة أو الطلاء.
- سلوك الكسر المرن: العديد من سبائك آل المصبوبة تكون قابلة للسحب بشكل معقول (اعتمادا على السبائك والمعالجة الحرارية).
- تشكيله بسهولة: قوى قطع منخفضة نسبيًا وقابلية تصنيع جيدة للعديد من السبائك.
- قابل لإعادة التدوير: الألومنيوم قابل لإعادة التدوير بشكل كبير مع طاقة منخفضة نسبيًا لإعادة الصهر مقارنة بالإنتاج الأولي.
سبائك الألومنيوم المشتركة (عائلات الممثلين النموذجية)
| عائلة سبائك (اسم نموذجي) | الدرجات التمثيلية / الأسماء التجارية | عناصر صناعة السبائك الرئيسية (بالوزن ٪) | معالجة بالحرارة? | التطبيقات النموذجية |
| آل - نعم (للأغراض العامة) | A356 / AlSi7 | و ≈ 6–8; ملغ ≈ 0.2-0.5 | غالباً (T6 متاح) | المساكن الهيكلية, أجسام المضخة, المسبوكات العامة للسيارات |
| آل سي ملغ (الهيكلية, معالجة بالحرارة) | A356-T6, A357 | و ≈ 6–7; ملغ ≈ 0.3-0.6 | نعم (T5/T6) | مكونات التعليق, عجلات, علب النقل |
| يموت الصب آل-سي-النحاس / آل - نعم | A380, ADC12, A383 | و ≈ 8–13; النحاس ≈ 1–4; الحديد تسيطر عليها | محدود (في الغالب مصبوب أو شبه العمر) | المساكن ذات الجدران الرقيقة, الموصلات, حاويات المستهلك |
آل (محرك & سبائك مرتفعة T) |
سبيكة 319 | و~6-8; النحاس ~ 3-4; ملغ صغير | نعم (حل + شيخوخة) | رؤوس الأسطوانة, المكابس (مع بطانات), أجهزة المحرك |
| عالية سي / سبائك مفرطة النشاط | آل - نعم (10-20% نعم) | و10-20; طفيفة ملغم / نحاس | إلى حد ما (محدود) | المكابس, ارتداء الأسطح, مكونات منخفضة التوسع |
| آل سي سن / سبائك تحمل | متغيرات تحمل Al – Si – Sn | يرجى الاعتدال; Sn (± الرصاص) كمواد تشحيم صلبة | عادة لا (لينة كما يلقي) | محامل عادي, البطانات, الأسطح المنزلقة |
| تخصص صب عالي القوة Al | متغيرات Al-Zn-Mg (استخدام محدود للطاقم) | Zn, ملغ, إضافات النحاس الصغيرة | نعم (قابل للتصلب مع تقدم العمر) | الأجزاء الهيكلية عالية القوة (المتخصصة / الفضاء) |
3. ما هو الحديد الزهر?
الحديد الزهر هي عائلة من سبائك الحديد والكربون يتم إنتاجها عن طريق صب المعدن المنصهر في قوالب والسماح له بالتصلب.
ما يميز الحديد الزهر عن الفولاذ هو نسبيا ارتفاع محتوى الكربون (عادة >2.0 بالوزن) ووجود الكربون الجرافيتي في البنية المجهرية المصبوبة.
يحدث الكربون عادة على شكل جرافيت (في العديد من التشكلات) أو على شكل كربيد الحديد (الأسمنت) اعتمادًا على كيمياء السبائك وظروف التصلب.
يتحكم هذا الجرافيت - والمصفوفة المحيطة به - في السلوك الميكانيكي, إمكانية التشغيل الآلي ومساحة التطبيق لمختلف أنواع الحديد الزهر.
الحديد الزهر هي خيول العمل الثقيلة, تطبيقات مقاومة للاهتراء وحساسة للاهتزاز لأنها اقتصادية في صب الأشكال الكبيرة أو المعقدة, تقديم التخميد ممتازة, ويمكن تصميمه من خلال الكيمياء والمعالجة الحرارية بعد الصب (على سبيل المثال, التهدئة الشرقية) إلى مجموعة واسعة من الخصائص.
الميزات الرئيسية
- يتحكم مورفولوجيا الجرافيت في الخصائص. الشكل, حجم وتوزيع الجرافيت (تقشر, كروي, مضغوط) تهيمن على ليونة الشد, صلابة, صلابة وقابلية التشغيل الآلي:
-
- قشاري (رمادي) الجرافيت تنتج قدرة جيدة على الماكينات والتخميد ولكن قوة شد أقل وحساسية للشق.
- كروي (عقيدية / الدكتايل) الجرافيت ينتج قوة شد وليونة أعلى بكثير.
- الجرافيت المضغوط (CGI) متوسط القوة ومقاومة التعب الحراري أفضل من الحديد الرمادي مع الحفاظ على التخميد الجيد.
- تخميد اهتزاز ممتاز. عقيدات/رقائق الجرافيت تعرقل انتشار الموجات المرنة, لذلك يُفضل استخدام مكاوي الزهر في إطارات الأدوات الآلية, كتل المحرك والمبيتات حيث يعمل التخميد على منع الضوضاء والاهتزاز.
- قوة ضغط جيدة ومقاومة التآكل. وخاصة في الحديد اللؤلؤي والأبيض; مناسبة للمحامل الثقيلة, بكرات وأجزاء التآكل.
- هشة نسبيا في التوتر (بعض الدرجات). الحديد الرمادي حساس للدرجة ويظهر استطالة منخفضة; يعمل حديد الدكتايل على تحسين المتانة بشكل كبير ولكنه لا يزال يتصرف بشكل مختلف عن الفولاذ.
- اقتصادية للمسبوكات الكبيرة/المعقدة. إن صب الرمل وقولبة الصدفة راسخة; انكماش, تتم إدارة التغذية والتصلب الاتجاهي باستخدام تقنيات المسبك القياسية.
- غلاف تصميمي واسع من خلال معالجة ما بعد التصلب. من خلال المعالجات الحرارية (التطبيع, الصلب, التهدئة الشرقية) والسبائك (في, كر, شهر),
يمكن تصميم مكاوي الزهر من درجات التآكل شديدة التحمل إلى درجات هيكلية قاسية (على سبيل المثال, ADI - حديد مطاوع مطاط). - استقرار حراري جيد في العديد من الدرجات. تحافظ بعض مكاوي الزهر على ثبات الأبعاد وقوتها عند درجات حرارة مرتفعة بشكل أفضل من سبائك الألومنيوم.
أنواع الحديد الزهر الشائعة
فيما يلي ملخص عملي لعائلات الحديد الزهر الرئيسية, اتجاهات الكيمياء النموذجية, البنية المجهرية والخصائص التمثيلية / التطبيقات.
| يكتب | تكوين نموذجي (تقريبا. بالوزن ٪) | ميزة البنية المجهرية الرئيسية | السلوك الميكانيكي التمثيلي | التطبيقات النموذجية |
| الحديد الزهر الرمادي (جي جي إل / مصنفة حسب ASTM A48) | ج ~3.0-3.8; و ~1.5-3.0; من .50.5; ق & تسيطر عليها P | رقائق الجرافيت في مصفوفة الفريت/بيرلايت | قوة الشد على نطاق واسع ~150-350 ميجا باسكال (يختلف حسب الطبقة); استطالة منخفضة (<1-3 ٪); التخميد الممتاز; صلابة معتدلة | كتل المحرك, براميل الفرامل, مضخة العلب, قواعد الآلة |
| الدوقات (عقدي) حديد (GJS / ASTM A536) | ج ~3.2-3.8; و ~1.8-2.8; ملغ ~ 0.03-0.06 (عقيدية), تتبع Ce/RE | عقيدات الجرافيت الكروية في الفريت/بيرلايت | قوة الشد العالية والليونة; الدرجات المشتركة مثل 60-40-18 (60 عمل UTS ≈ 414 MPA, 40 كسي نعم ≈ 276 MPA, 18% استطالة) | علب العتاد, العمود المرفقي, المسبوكات الهيكلية الحرجة للسلامة |
| مكواة الجرافيت مضغوطة (CGI) (GJV) | ج ~3.2-3.6; و ~1.8-2.6; تتبع ملغ / إعادة | مدمج (ديداني) الجرافيت - وسيط بين الرقائق والأجسام الشبه الكروية | قوة شد ومقاومة للتعب الحراري أفضل من الحديد الرمادي, مع التخميد الجيد; UTS في المدى المتوسط | كتل محرك الديزل, مكونات العادم, كتل اسطوانة الثقيلة |
| حديد ابيض | ج ~2.6-3.6; سي منخفض (<1.0); معدلات تبريد عالية | الأسمنت / ليدبوريت (كربيد) - في الأساس لا يوجد الجرافيت | صلابة عالية جدا (في كثير من الأحيان HB عدة مئات), مقاومة التآكل الكاشطة ممتازة; صلابة منخفضة | الكسارات, ارتداء لوحات, بطانات الانفجار, بيئات التآكل الشديدة |
حديد قابل للطرق |
في البداية تكوين الحديد الأبيض; معالجة الحرارة | يلقي كالحديد الأبيض إذن صلب لتلطيف الكربون إلى مجاميع غير منتظمة (مزاج الكربون) | يجمع بين الليونة/الصلابة المحسنة مقابل. الحديد الرمادي; قوة معتدلة | المسبوكات الصغيرة التي تتطلب ليونة (التركيبات, قوسين) |
| الحديد الدكتايل أوستمذر (عدي) | قاعدة من حديد الدكتايل + المعالجة الحرارية austempering التي تسيطر عليها | الجرافيت الكروي في المصفوفة الأسفريتية (الفريت الباينيتيك + الأوستينيت المستقر) | نسبة القوة إلى الليونة استثنائية: UTS من ~600 ل >1000 MPA مع استطالة مفيدة (3– 10% حسب الدرجة); مقاومة التعب الممتازة | نظام نقل الحركة عالي الأداء, مكونات التعليق, آلات ثقيلة |
| سبائك الحديد الزهر (على سبيل المثال, ني مقاومة, مكاوي عالية الكروم) | قاعدة مع ني كبير, كر, اضافات مو | مصفوفة مصممة لمقاومة الحرارة/التآكل; قد يكون الجرافيت موجودًا أو مكبوتًا | مقاومة متخصصة للتآكل/الأكسدة, أو قوة درجات الحرارة العالية | مكونات المضخة للسوائل المسببة للتآكل, جثث الصمام, أجزاء تآكل ذات درجة حرارة عالية |
4. خصائص الميكانيكية مقارنة
يتم تقديم الأرقام على أنها عملية, مستوى المسبك النطاقات النموذجية (غير مضمون الحد الأدنى/الحد الأقصى) لأن القيم الفعلية تعتمد بقوة على الكيمياء الدقيقة, طريق الصب, حجم القسم, والمعالجة الحرارية.
نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية - درجات الألمنيوم المصبوب مقابل درجات الحديد الزهر
| مادة / درجة (تسمية نموذجية) | كثافة (G · cm⁻⁻) | معامل يونغ (GPA) | قوة الشد, UTS (MPA) | قوة العائد (MPA) | استطالة (أ, %) | صلابة (برينيل, HB) | التطبيقات النموذجية |
| A356-T6 (آل سي ملغ, الألومنيوم المصبوب المعالج بالحرارة) | 2.68-2.72 | 68-72 | 200 - 320 | 150 - 260 | 5 - 12 | 60 - 110 | المساكن الهيكلية, محاور العجلات, علب النقل |
| A380 / ADC12 (عائلة السي المشهورة في الصب بالقالب, كما) | 2.70-2.78 | 68-72 | 160 - 280 | 100 - 220 | 1 - 6 | 70 - 130 | المساكن ذات الجدران الرقيقة, أجزاء المستهلك, الموصلات (يموت الصب) |
| فرط الحساسية آل سي (مكبس / سبائك منخفضة التوسع) | 2.70-2.78 | 68-72 | 150 - 260 | 100 - 220 | 1 - 6 | 80 - 140 | المكابس, مكونات الانزلاق, أجزاء منخفضة التوسع |
| الحديد الزهر الرمادي (فئة ASTM A48 النموذجية 30) | 6.9-7.3 | 100-140 | ≈207 (≈30 كيلو لكل بوصة مربعة) | - (لا يوجد عائد مميز) | <1 - 3 | 140 - 260 | كتل المحرك, إطارات الماكينة, براميل الفرامل |
| الحديد الزهر الرمادي (فئة ASTM A48 40) | 6.9-7.3 | 100-140 | ≈276 (≈40 كيلو لكل بوصة مربعة) | - | <1 - 3 | 160 - 260 | المساكن الثقيلة, أجسام المضخة |
| الدوقات (عقدي) الحديد - 60-40-18 (ASTM A536) | 7.0-7.3 | 160-180 | ≈414 (60 KSI) | ≈276 (40 KSI) | ~ 18 | 160 - 260 | علب العتاد, مكونات الكرنك, المسبوكات الهيكلية |
| مكواة الجرافيت مضغوطة (CGI) (النطاق النموذجي) | 7.0-7.3 | 140-170 | 350 - 500 | 200 - 380 | 2 - 8 | 180 - 300 | كتل محرك الديزل, مكونات العادم (مقاومة التعب الحراري العالية) |
| أبيض / الحديد عالي الكروم (ارتداء الدرجات) | 7.0-7.3 | 160-200 | الشد المنخفض / هش | - | <1 - 2 | >300 - 700 | الكسارات, ارتداء بطانات, مكونات الانفجار |
5. اعتبارات العملية الحرارية والصب
سلوك الذوبان والتصلب
- نقطة الانصهار / سائل: سبائك الألومنيوم تذوب في ~ 550-650 درجة مئوية يتراوح (الألومنيوم النقي 660.3 درجة مئوية).
يتجمد الحديد الزهر عند درجات حرارة أعلى (~1150-1250 درجة مئوية حسب التركيب) ويشكل الجرافيت أو السمنتيت على أساس التركيب ومعدل التبريد. - الموصلية الحرارية: سبائك الألومنيوم عادة ما تكون موصلة للحرارة أفضل بكثير من الحديد الزهر (في كثير من الأحيان 2-4x أعلى), مما يؤثر على تبريد العفن, سرعة التصلب وسلوك البرد.
- انكماش التصلب: الانكماش الخطي النموذجي لسبائك الألومنيوم ~1.3-1.6%; انكماش الحديد الزهر الرمادي أصغر (~0.5-1.0 ٪), على الرغم من مايكرو- والانكماش الكلي يعتمد على سمك القسم والتغذية.
طرق الصب & الاستخدام النموذجي
- يقذف الألومنيوم: التي تنتجها عادة يموت الصب (الضغط العالي), قالب دائم, الضغط المنخفض, و صب الرمال.
ينتج عن الصب بالقالب تشطيبًا ممتازًا للسطح وقدرة على الجدران الرقيقة; مقابض صب الرمل كبيرة, ثقيل, أو الأجزاء المعقدة بتكلفة أقل للأدوات. - الحديد الزهر: عادة صب الرمال (الرمال الخضراء, صدَفَة) و فقدان/صدَفَة للأشكال المعقدة.
مصبوبات حديد الدكتايل عادة ما تكون مصبوبة بالرمل. يتحمل الحديد الزهر الأقسام الكبيرة والمسبوكات الثقيلة جيدًا.
تحمل الأبعاد & الانتهاء من السطح
- الألومنيوم المصبوب: أفضل قدرة على الأبعاد لطرق الصب - التفاوتات النموذجية في النطاق ±0.1–0.5 مم للعديد من الأبعاد (يعتمد على الحجم), الانتهاء من السطح را في كثير من الأحيان 0.8-3.2 ميكرون كما.
- الألومنيوم القالب الدائم: التفاوتات ± 0.25-1.0 مم, الانتهاء من السطح أفضل من صب الرمل.
- الحديد الزهر الرملي: التحمل الخشنة, عادة ± 0.5-3.0 مم حسب الحجم والتشطيب; الانتهاء من السطح أكثر خشونة, را في كثير من الأحيان 6-25 ميكرون كما يلقي ما لم يتم تشكيله.
- القدرة على سمك الجدار: يمكن للألمنيوم المصبوب أن ينتج جدرانًا رقيقة (<2 مم) اقتصاديا;
يتطلب الحديد الزهر عادةً أقسامًا أكثر سمكًا لتجنب العيوب ولتغذية الانكماش, على الرغم من أن القوالب الحديثة يمكن أن تحقق أقسامًا رفيعة معتدلة للأجزاء الصغيرة.
إمكانية التشغيل الآلي والعمليات الثانوية
- الألومنيوم الآلات بسهولة بسرعات أعلى وقوى أقل; حياة الأدوات جيدة; تعتبر بدلات التصنيع متواضعة بالنسبة للأجزاء المصبوبة.
- الحديد الزهر تختلف الآلات - من السهل نسبيًا تصنيع الحديد الرمادي بسبب عمل الجرافيت ككسارة للرقائق ومواد تشحيم;
حديد الدكتايل أصعب ويتطلب أدوات مختلفة; غالبًا ما يؤدي قطع الحديد الزهر إلى رقائق هشة ويتطلب درجات مناسبة من الأدوات.
6. مقاومة التآكل وبيئات التشغيل
- يلقي الألومنيوم: مقاومة للتآكل بشكل طبيعي بسبب طبقة الأكسيد المستقرة; يؤدي بشكل جيد في الغلاف الجوي, البيئات البحرية المسببة للتآكل بشكل معتدل إذا تم اختيار السبائك/الطلاء المناسب.
تعمل أنظمة الأنودة والطلاء على تحسين متانة السطح ومظهره. - الحديد الزهر: المواد الحديدية المعرضة للصدأ (أكسدة) في البيئات الرطبة; يتطلب الطلاء الواقي (الدهانات, تصفيح), الحماية الكاثودية أو صناعة السبائك لمقاومة التآكل.
في بعض التطبيقات (كتل المحرك), يعمل الحديد الزهر بشكل مقبول بسبب حماية الزيت والبيئات الخاضعة للرقابة. - أداء درجات الحرارة العالية: الحديد الزهر (وخاصة الرمادية والدكتايل) يحتفظ بالقوة في درجات حرارة مرتفعة أفضل من الألومنيوم.
تنخفض قوة الألومنيوم بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة إلى ما يزيد عن 150-200 درجة مئوية, الحد من استخدامه في المكونات ذات المحرك الساخن أو المكشوفة للعادم ما لم يتم استخدام سبائك خاصة أو تبريد.
7. مزايا الألمنيوم المصبوب مقابل الحديد الزهر
مزايا الألمنيوم المصبوب
- توفير الوزن: ~62.5% أخف وزنًا من الحديد الزهر بالنسبة للحجم المكافئ - وهو أمر بالغ الأهمية في النقل من أجل الاقتصاد في استهلاك الوقود.
- الموصلية الحرارية العالية: تبديد حرارة أفضل (مفيدة للمبادلات الحرارية, رؤوس الأسطوانات في السيارات بعد التصميم المناسب).
- مقاومة تآكل جيدة كما; يمكن أنودة اختياريا لتعزيز الحماية والجماليات.
- قدرة رقيقة الجدار ومعقدة ذات ميزات رقيقة (يموت بشكل خاص الصب) — يتيح تجميع الأجزاء وتوفير التكاليف في المراحل الأولية.
- قابلية إعادة التدوير المواتية وانخفاض تكاليف الشحن المتعلقة بالكتلة.
مزايا الحديد الزهر
- صلابة أعلى والتخميد: جيد للهياكل التي تتطلب الصلابة والتحكم في الاهتزاز (قواعد أداة الآلة, مضخة العلب).
- مقاومة التآكل متفوقة والخصائص tribological: تتفوق المكاوي اللؤلؤية والبيضاء في بيئات الكشط/التآكل.
- قوة ضغط أعلى وثبات حراري عند درجات الحرارة المرتفعة - تستخدم لكتل المحركات الثقيلة, بطانات الأسطوانة, ودوارات الفرامل.
- عادة ما تكون تكلفة المواد الخام أقل لكل كجم وسلوك الصب القوي للأقسام الكبيرة جدًا.
8. حدود الألمنيوم المصبوب مقابل الحديد الزهر
قيود الألمنيوم المصبوب
- انخفاض الصلابة: يتطلب مقاطع عرضية أو أضلاعًا أكبر لتحقيق صلابة مكافئة - يمكن أن يقلل من بعض مزايا الوزن.
- انخفاض قوة درجات الحرارة العالية: يفقد الألومنيوم قوة الخضوع عند درجات الحرارة المرتفعة بشكل أسرع من الحديد.
- مقاومة أقل للتآكل: الألمنيوم المصبوب العادي أكثر ليونة; يتطلب المعالجات السطحية (anodize الصعب, الطلاء) للأسطح الحرجة للتآكل.
- المسامية والعيوب المتعلقة بالغاز: يكون الألومنيوم عرضة لمسامية الغاز وعيوب الانكماش إذا لم يتم التحكم في ممارسات الصهر والصب.
قيود الحديد الزهر
- ثقيل: تزيد الكثافة الأعلى من كتلة الجزء - وهي سلبية بالنسبة للتطبيقات الحساسة للوزن.
- سلوك الشد الهش: يُظهر الحديد الرمادي ليونة شد منخفضة ويكون عرضة للكسر الهش تحت التأثير; يجب أن يأخذ التصميم في الاعتبار حساسية الشق.
- يتآكل إذا كان غير محمي: يتطلب الطلاء أو إدارة التآكل.
- انخفاض الموصلية الحرارية من آل (تبديد الحرارة أبطأ); قد يتطلب تعديلات في تصميم التبريد.
9. الألمنيوم المصبوب مقابل الحديد الزهر: مقارنة الاختلافات
| يصف | يلقي الألومنيوم (على سبيل المثال, A356-T6, A380) | الحديد الزهر (رمادي, الدوقات) | الآثار العملية |
| كثافة | ~2.6–2.8 جم·سم⁻³ | ~6.8–7.3 جم·سم⁻³ | الألومنيوم أخف بنسبة 60-63% تقريبًا، وهي فائدة كبيرة للتصميمات الحساسة للوزن. |
| معامل مرن (ه) | ≈ 69-72 جيجا باسكال | ≈ 100-170 جيجا باسكال | الحديد أكثر صلابة بمقدار 1.5-2.5×; يحتاج الألومنيوم إلى المزيد من المواد/الأضلاع ليتناسب مع الصلابة. |
| قوة الشد (عادي) | A356-T6: ~200-320 ميجا باسكال; A380: ~160-280 ميجا باسكال | رمادي: ~150-300 ميجا باسكال; الدوقات: ~350-700 ميجا باسكال | يتفوق حديد الدكتايل على Al في القوة والليونة; تقترب بعض سبائك آل من نقاط قوة الحديد المنخفضة. |
| قوة العائد | ~150-260 ميجا باسكال (A356-T6) | رمادي: لا يوجد عائد واضح; الدوقات: ~200-300 ميجا باسكال | استخدم حديد الدكتايل عند الحاجة إلى سلوك إنتاجي متميز وقوة ثابتة أعلى. |
| استطالة (ليونة) | ~5-12% (A356-T6) أو 1-6% (يموت الصب) | رمادي: <1-3 ٪; الدوقات: ~10-20% | يوفر حديد الدكتايل والمعالج بالحرارة ليونة جيدة; الحديد الرمادي هش في التوتر. |
| صلابة / يرتدي | خضاب الدم ≈ 60-130 (تعتمد السبائك) | خضاب الدم ≈ 140–260 (رمادي); >300 (أبيض/بيرليتي) | حديد, وخاصة الدرجات اللؤلؤية/البيضاء, أفضل لارتداء جلخ. يتطلب الألومنيوم طلاءات/إدراجات للارتداء. |
| الموصلية الحرارية | ~80–180 وات·م⁻¹·ك⁻¹ (تعتمد السبائك) | ~30–60 وات·م⁻¹·ك⁻¹ | يفضل الألومنيوم لأجزاء تبديد الحرارة (أحواض الحرارة, العلب). |
| الاستقرار الحراري / قوة عالية T | تنخفض القوة بسرعة فوق ~ 150-200 درجة مئوية | أفضل الاحتفاظ بالقوة في درجات الحرارة العالية | استخدم الحديد لتحمل درجات الحرارة المرتفعة. |
| التخميد / اهتزاز | معتدل | ممتاز (وخاصة الحديد الرمادي) | الحديد المفضل لإطارات الآلة, القواعد والمكونات التي يكون فيها تخميد الاهتزاز مهمًا. |
| قابلية القابلية / قدرة الجدار الرقيق | ممتاز (يموت الصب; الجدران الرقيقة <2 مم ممكن) | محدود - أفضل للأقسام الأكثر سمكًا | الألومنيوم يتيح الموحدة, أجزاء رقيقة الجدران خفيفة الوزن; الحديد أفضل للأقسام الثقيلة. |
الانتهاء من السطح & التسامح (كما) |
يموت الصب: الانتهاء من غرامة, التحمل الصارم | صب الرمل: خشن, التسامح على نطاق أوسع | يموت الصب يقلل من مرحلة ما بعد التصنيع; غالبًا ما يتطلب الحديد الزهر الرملي المزيد من الآلات. |
| القابلية للآلات | سهل, معدلات إزالة عالية; ارتداء أداة منخفضة | آلات الحديد الرمادية بشكل جيد (يساعد الجرافيت على تكوين الرقاقة); حديد الدكتايل أصعب على الأدوات | يقلل الألومنيوم من أوقات دورة المعالجة; قد تحتاج المكواة إلى أدوات أكثر صرامة ولكن المكواة الرمادية تقطع بشكل نظيف. |
| مقاومة التآكل | جيد (أكسيد وقائي); مزيد من التحسين عن طريق أنودة / الطلاء | فقير في البيئات الرطبة/الكلورية بدون حماية | غالبًا ما يحتاج الألومنيوم إلى حماية أقل من التآكل; يجب أن يكون الحديد مطليًا/مطليًا أو مخلوطًا. |
| Recyclabality | ممتاز; طاقة إعادة الصهر أقل لكل كجم من الطاقة الأولية | ممتاز; قابلة لإعادة التدوير بدرجة كبيرة | كلاهما لهما قيمة خردة قوية; توفير الطاقة من الألومنيوم لكل كجم كبير مقابل الإنتاج الأولي. |
| اعتبارات التكلفة النموذجية | ارتفاع دولار/كجم ولكن انخفاض الكتلة قد يقلل من تكلفة النظام; أدوات الصب يموت عالية | انخفاض دولار/كجم; أدوات صب الرمل منخفضة للكميات المنخفضة | اختر على أساس كتلة الجزء, الحجم والتشطيب المطلوب. |
| التطبيقات النموذجية | علب السيارات, أحواض الحرارة, الأجزاء الهيكلية خفيفة الوزن | كتل المحرك, قواعد الآلة, ارتداء أجزاء, المساكن الثقيلة | قم بمطابقة المواد مع الأولويات الوظيفية - الوزن مقابل الصلابة/التآكل. |
توجيه الاختيار (القواعد العملية)
- اختر الألومنيوم المصبوب متى: تخفيض الكتلة, تبديد حراري, تعد مقاومة التآكل ودمج ميزات الجدران الرقيقة من المحركات الأساسية (على سبيل المثال, مكونات جسم السيارة, أحواض الحرارة, المساكن خفيفة الوزن).
استخدم صب الألومنيوم للأحجام الكبيرة والجدران الرقيقة, أجزاء غنية بالميزات; استخدم A356-T6 عند الحاجة إلى أداء هيكلي أعلى ومعالجة ما بعد الحرارة. - اختر الحديد الزهر متى: صلابة, التخميد, تعد مقاومة التآكل أو درجات حرارة الخدمة المرتفعة أمرًا بالغ الأهمية (على سبيل المثال, قواعد أداة الآلة, مكونات الفرامل, المساكن الثقيلة, بطانات ارتداء جلخ).
حدد حديد الدكتايل للأجزاء الهيكلية التي تتطلب المتانة وبعض ليونة الشد.
استخدم الحديد الرمادي عند التخميد وقابلية التشغيل الآلي (لعمليات الآلات الثقيلة) مهمة وليونة الشد أقل أهمية. - عندما تكون في شك, تقييم المقايضات على مستوى النظام: قد يكون الجزء الحديدي الأثقل أرخص لكل كيلوغرام ولكنه يزيد من تكاليف المصب (استهلاك الوقود, التعامل, تثبيت);
على العكس, يمكن أن يقلل الألومنيوم من كتلة النظام ولكنه قد يتطلب أقسامًا أو إدخالات أكبر لتحقيق أهداف الصلابة/عمر التآكل - تشغيل كتلة على مستوى الجزء, صلابة ومقارنة التكلفة.
10. خاتمة
يعتبر الألمنيوم المصبوب مقابل الحديد الزهر من المواد التكميلية, كل منها يتفوق في السيناريوهات التي تتوافق فيها خصائصه الفريدة مع متطلبات التطبيق.
تهيمن سبائك الألومنيوم على الوزن الخفيف, القطاعات ذات الكفاءة العالية (السيارات الكهربائية, الفضاء الجوي, إلكترونيات المستهلك) بفضل نسبة القوة إلى الوزن, الموصلية الحرارية, والقدرة على الصب المعقدة. </فترة>
يبقى الحديد الزهر لا يمكن الاستغناء عنه في الخدمة الشاقة, التطبيقات الحساسة للتكلفة (أدوات الآلة, أنابيب البناء, المحركات التقليدية) بسبب مقاومتها للتآكل, التخميد الاهتزاز, وتكلفة منخفضة.</فترة>
الأسئلة الشائعة
ما مدى أخف جزء من الألومنيوم المصبوب من الجزء نفسه من الحديد الزهر?
كثافات نموذجية: الألومنيوم ~ 2.7 جم / سم 3 مقابل الحديد الزهر ~ 7.2 جم / سم 3. للحصول على حجم متساوي للمكونات, الألومنيوم هو عن 62.5% أخف (أي., كتلة الألومنيوم ذات الحجم نفسه = 37.5% من كتلة الحديد الزهر).
هل يمكن للألمنيوم أن يحل محل الحديد الزهر في كتل المحرك?
يستخدم الألومنيوم على نطاق واسع في كتل المحركات الحديثة ورؤوس الأسطوانات لتوفير الوزن.
يتطلب استبدال الحديد تصميمًا دقيقًا للصلابة, التمدد الحراري, استراتيجيات بطانة الاسطوانة (على سبيل المثال, بطانات مصبوبة, الأكمام الحديدية) والاهتمام بالتعب والارتداء.
للتطبيقات ذات التحميل العالي أو درجات الحرارة العالية, قد يكون من المفضل الحديد الزهر أو سبائك / تصميمات الألومنيوم الخاصة.
وهو أرخص: الألومنيوم المصبوب أو الحديد الزهر?
على أ لكل كيلوغرام أساس, الحديد يميل إلى أن يكون أرخص; على أ لكل جزء أساس الجواب يعتمد على الحجم, الأدوات (يموت الصب غالية الثمن), وقت المعالجة, وتكاليف النظام القائم على الوزن (على سبيل المثال, استهلاك الوقود في المركبات).
لأحجام عالية, قد يكون الألمنيوم المصبوب اقتصاديًا على الرغم من ارتفاع تكلفة المواد.
ما هي المواد التي تقاوم التآكل بشكل أفضل?
الحديد الزهر (وخاصة الحديد البرليتي أو الأبيض) يُظهر عمومًا مقاومة فائقة للتآكل مقارنةً بالألمنيوم المصبوب.
يمكن معالجة أسطح الألومنيوم أو طلاءها لتطبيقات التآكل ولكن نادرًا ما يتطابق مع الحديد المتصلب بدون عمليات إضافية.
هل يصدأ الألمنيوم?
الألومنيوم لا يصدأ مثل الحديد; فهو يشكل طبقة أكسيد تحميه من المزيد من التآكل. في ظل بعض الظروف (التعرض للكلوريد, اقتران كلفاني) يمكن أن يتآكل الألومنيوم وقد يتطلب طلاءات أو حماية كاثودية.
