خواص مکانیکی چدن انعطاف پذیر

1. چدن انعطاف پذیر چیست?

دوک چدن- از این رو به نام آهن گرافیت گره ای یا کروی - به خانواده آهنین ریخته گری می شود اما خود را با آن متمایز می کند اجزاء گرافیت کروی.

برخلاف آهن خاکستری, که حاوی گرافیت مانند پوسته است که باعث افزایش غلظت های استرس و شستشو می شود, گرافیت گره ای آهن داکتیل در برابر شروع ترک مقاومت می کند و باعث ایجاد رفتار شکستگی مقاوم در برابر اشک می شود.

در اوایل دهه 1940 توسعه یافته و توسط شرکت بین المللی نیکل در 1948,

آهن انعطاف پذیر با ترکیب اجزای سنگین و سنگین متحول شد قابلیت استفاده, مقاومت کششی بالا (تا 1000 MPA در نمرات تخصصی), وت انعطاف پذیری قابل توجه (کشیدگی به همان اندازه 20% در نمرات کاملاً فریت).

ماتریس آن می تواند از استحکام حداکثر مروارید - کاملاً مروارید - به مهندسین کاملاً مروارید - که به طور کامل مروارید است - به خواص متناسب با طیف وسیعی از 400-1000 MPa UTS وت 10-20 ٪ کشیدگی.

با درک ریزساختار گره ای منحصر به فرد آن و فازهای ماتریس قابل تنظیم, طراحان آهن انعطاف پذیر را برای برآورده کردن ایمنی سختگیرانه مهار می کنند, طول عمر, و اهداف هزینه.

2. ریزساختار و شیمی

چدن انعطاف پذیر ترکیبی استثنایی از قدرت خود را به دست می آورد, انعطاف پذیری, و مقاومت در برابر خستگی از ریزساختار با دقت مهندسی شده.

دو ویژگی به طور خاص - مورفولوژی گرافی و ترکیب فاز ماتریس - رفتار مکانیکی آن را تعریف کنید.

مورفولوژی گرافیتی: گره ها در مقابل. پوست

برخلاف گرافیت پوسته خاکستری آهن, که غلظت های استرس ناشی از ترک خوردگی را ایجاد می کند, آهن انعطاف پذیر گره های گرافیتی تقریباً کروی شکل می دهد.

تعداد گره های معمولی از 100 به 300 گره ها/mm², با گرهگی در بالا 80% تضمین عملکرد بهینه ترک -.

مطالعات نشان می دهد که تعداد گره های بالاتر از 200/mm² می تواند قدرت کششی را تا حداکثر افزایش دهد 15% و جذب انرژی دو برابر در مقایسه با تراکم گره پایین.

غذای اصلی: گرافیت کروی مسیرهای ترک را قطع می کند, ترویج شکستگی انعطاف پذیر و جذب انرژی به جای شکاف شکننده.

مراحل ماتریس: فریت, مروارید, و ساختارهای مختلط

ماتریس آهن اطراف این گره ها خاصیت مکانیکی را خیاطی می کند:

• ماتریس کاملاً فریت

• • ترکیب: ≥ 90% فریت
  • خواص: کشیدگی تا 20%, UTS اطراف 350-450 MPa
  • برنامه: مؤلفه هایی که نیاز به انعطاف پذیری بالا دارند, مانند محل های جذب شوک -

• ماتریس مروارید

• • ترکیب: ≥ 90% مروارید
  • خواص: UTS تا 650-800 MPa, کشیدگی محدود به 6-8 ٪
  • برنامه: چرخ دنده ها و شفت های بلند

• فریت پارلیت

• • ترکیب: مراحل متعادل (به عنوان مثال, 50:50)
  • خواص: بیدر 400–550 MPa با کشیدگی 10–15 ٪
  • برنامه: ریخته گری های هدف عمومی با ترکیب قدرت و سختی

تولید کنندگان نرخ خنک کننده را تنظیم می کنند - با استفاده از لرز قالب یا بخش های عایق - برای تغییر نسبت فریت pearlite و اهداف عملکرد ضربه.

عناصر آلیاژ و تلقیح

شیمی و روشهای تلفیقی آلیاژ دقیق زیربنای تشکیل گره سازگار و کنترل ماتریس:

• کربن (3.2-3.6 ٪) وت سیلیکون (1.8-2.8 ٪) پایه را برای پایداری و ثبات گرافیت تنظیم کنید.
• منیزیم (0.02-0.06 ٪) به عنوان یک گره دهنده قدرتمند عمل می کند; MG کافی منجر به شکل گرافیت نامنظم می شود.
• سریم یا زمین های نادر (0.005-0.02 ٪) هندسه گره را بیشتر اصلاح کنید و کاربیدهای باقیمانده را کاهش دهید.

ریخته گری این عناصر را از طریق معرفی می کند تلقیح کننده- آلیاژهای Ferrosilicon - Magnesium اضافه شده در 0.2-0.4 ٪ با وزن درست قبل از ریختن.

تلقیح مناسب احتمال انحطاط گرافیت را کاهش می دهد, تضمین ساختار یکنواخت گره ای.

به عنوان مثال, افزایش میلی گرم از 0.03% به 0.05% می تواند تعداد گره ها را جمع کند 20%, تقویت زندگی خستگی توسط 30% در اجزای چرخان.

3. طبقه بندی استاندارد & درجه

نام های درجه ASTM A536

استاندارد ASTM A536 از یک سیستم سه شماره استفاده می کند (به عنوان مثال, 65-45–12) جایی که هر عدد یک معیار مکانیکی را نشان می دهد:

• 65 حداقل قدرت کششی نهایی را نشان می دهد (بیدر) از 650 MPA.
• 45 حداقل قدرت عملکرد را مشخص می کند (0.2% جبران کردن) از 450 MPA.
• 12 نشانگر حداقل کشیدگی در شکستگی 12 درصد.

A536 سه درجه اصلی را با قدرت کششی تعریف می کند, قدرت عملکرد, و کشیدگی:

• 65-45–12: UTS 650 MPA, ys 450 MPA, کشیدگی 12%
• 80-55-06: UTS 800 MPA, ys 550 MPA, کشیدگی 6%
• 100-70-03: UTS 1000 MPA, ys 700 MPA, کشیدگی 3%

کلاسهای نامگذاری GJS

در اروپا, در 1563 آهنین گره ای را با برچسب هایی مانند GJS - 400‑15 یا GJS - 600‑3 تعریف می کند:

• GJS مخفف "Grafite Spheroidal","نشان دهنده گرافیت گره ای.
• شماره اول (به عنوان مثال, 400) برابر با UT در MPA است (GJS-400-15 400 MPA).
• شماره دوم (به عنوان مثال, 15) درصدی کشیدگی می دهد.

این سیستم متریک از نزدیک با نمرات ASTM هماهنگ است: GJS - 400‑15 تقریباً مربوط به ASTM A536 65-45–12 است, در حالی که GJS - 600‑3 با 100-70-03 مطابقت دارد.

4. خصوصیات مکانیکی اساسی

در این بخش معیارهای اصلی آن - قدرت و قدرت عملکردی بررسی شده است, انعطاف پذیری و تأثیرگذاری بر سختی, و سختی - و توضیح می دهد که چگونه تست های استاندارد هر ویژگی را تأیید می کنند.

مقاومت کششی و عملکردی

مقاومت کششی آهن انعطاف پذیر به طور گسترده ای از 350 MPA در نمرات کاملاً فریت تا 1000 MPA به طور خاص, آلیاژهای با درجه بالا.

• نمرات عمر عمومی مانند ASTM A536 65-45–12 نقاط قوت کششی نهایی در اطراف 650 MPA و نقاط قوت در نزدیکی 450 MPA.
• نمرات درجه بالا (80-55-06) فشار کششی را به 800 MPA با عملکرد 550 MPA, در حالی که انواع Austempered به راحتی فراتر می رود 1000 MPA.

آزمایش کششی استاندارد به شرح زیر است ASTM E8, که یک سرعت چهارراه ثابت و یک هندسه نمونه بون سگ را تجویز می کند.

قدرت عملکرد - تعیین شده در 0.2% جبران - شروع تغییر شکل دائمی را نشان می دهد, هدایت طراحان در انتخاب فاکتورهای ایمنی و محدودیت بار.

انعطاف پذیری و تأثیرگذاری بر سختی

انعطاف پذیری, اندازه گیری به عنوان کشیدگی در شکستگی, متفاوت است از 6% در آهنین کاملاً مروارید تا بیش از 20% در نمرات کاملاً فریت.

برای اکثر ریخته گری های ماتریس مخلوط (به عنوان مثال, 50:50 پربلیت), مهندسان می توانند انتظار داشته باشند 12–15 ٪ کشیدگی, ایجاد تعادل عملی بین شکل پذیری و قدرت.

سختی, از طریق تست های Notch Charpy V - ارزیابی شده است (ASTM E23), به طور معمول بین 30 j وت 60 j در دمای اتاق.

علاوه بر این, نمرات فریتیک اغلب جذب می شود 70 j, آنها را برای اجزای موجود در معرض بارگذاری شوک و فشارهای پویا ایده آل می کند.

این مقادیر حاکی از توانایی آهن انعطاف پذیر در تغییر شکل پلاستیکی در بارهای ناگهانی است, کاهش خطرات شکستگی فاجعه بار.

سختی و مقاومت در برابر سایش

سختی از نزدیک با مقاومت کششی و مقاومت در برابر سایش ارتباط نزدیکی دارد.

شماره سختی برینل آهن انعطاف پذیر (رفیق) معمولاً می گذرد 170–280 HB, با نمرات معمولی در اطراف 190–230 HB.

علاوه بر این, تست سختی راکول (به عنوان مثال, مقیاس HR B) سریع ارائه دهید, تأیید در سایت از عملیات حرارتی و وضعیت ماتریس.

به عنوان یک قانون شست, هر 50 HB افزایش سختی برینل مطابق با a است 150–200 MPa قدرت کششی برخیزید.

در نتیجه, آهن های انعطاف پذیر با فشار خون یا آستیمر - با مقادیر BHN بیش از 300- می تواند محیط های ساینده و سایش چرخه بالا را بدون قربانی کردن سختی هسته تحمل کند.

خلاصه خصوصیات کلیدی

دارایی	دامنه معمولی	معیار آزمون
قدرت کششی نهایی	350–1000 MPa	ASTM E8
قدرت عملکرد (0.2% جبران کردن)	250-700 MPa	ASTM E8
کشیدگی در شکستگی	6-20 ٪	ASTM E8
انرژی ضربه چارپی	30-70 j (دم)	ASTM E23
سختی برینل (رفیق)	170- 280	ASTM E10

5. خستگی و رفتار شکستگی

آهن انعطاف پذیر در خستگی برتری دارد زیرا گره های گرافیتی کروی آن استرس و رشد آهسته را توزیع می کنند.

در تست های در حال چرخش -, 65-45-12 نمونه زنده مانده است 10⁶ چرخه در دامنه استرس از 200 MPA, در مقایسه با 80 MPA در آهن خاکستری.

شروع ترک اغلب در اجزاء سطح رخ می دهد, اما گرافیت گره ای انتشار را به تأخیر می اندازد.

در مقایسه با فولاد کم آلیاژ, آهن انعطاف پذیر با چگالی کمتر از 30-30 ٪ کمتر از زندگی خستگی چرخه بالا به دست می آید, ارائه صرفه جویی در وزن در برنامه های چرخه ای.

6. دما و خاصیت خزش بالا

هنگامی که قطعات در دمای بالا با بارهای پایدار روبرو می شوند, چدن انعطاف پذیر به طرز چشمگیری مقاومت می کند.

مهندسان غالباً نمرات مانند 65-45-12 را در منیفولدهای اگزوز مستقر می کنند, محفظه توربوشارژر, و سایر قسمت های بخش گرم به دلیل اینکه قدرت را حفظ می کند و در برابر تغییر شکل وابسته به زمان مقاومت می کند تا تقریباً 300 درجه سانتیگراد.

پایداری حرارتی مقاومت مکانیکی

بلافاصله پس از گرمایش, آهن انعطاف پذیر تحت فشار قرار می گیرد.

برای یک درجه فریت -مترلیت مخلوط (به عنوان مثال, 65-45–12), استحکام کششی دما در نزدیکی اتاق 650 MPA قطره به حدود 550-580 MPa در 250 درجه سانتیگراد (85-90 ٪ احتباس).

در 300 درجه سانتیگراد, UTS هنوز تقریباً اندازه گیری می کند 500 MPA, طراحان را قادر می سازند تا در محیط های درجه حرارت بالا به ظرفیت تحمل بار قابل پیش بینی اعتماد کنند.

مقاومت خزش و تخمین عمر

خزش ylow, تغییر شکل برگشت ناپذیر تحت بار ثابت - از نظر اجزای بخش داغ بسیار مهم است.

تست های خزش در آهن 65-45-12 تراکتیل رفتار خزش اولیه و ثانویه را نشان می دهد 250 درجه سانتیگراد تحت استرس 200 MPA:

• خزش اصلی (سرعت کرنش کاهش می یابد) اولین بار است 100-200 ساعت.
• ثانی (حالت ثابت) خزیدن با نرخ کرنش پایین درآمد حاصل می شود 10⁻⁷ S⁻⁻, به معنای کمتر از 1% کشیدگی اضافی بیش از 1 000 سخنرانی.

برون یابی از طریق پارامتر لارسون -میلر, مهندسان پیش بینی می کنند 10 000 سخنرانی به 1% فشار در 200 MPA/300 درجه سانتیگراد, تطبیق الزامات خدمات برای بسیاری از توربوشارژرها و منیفولدهای اگزوز.

مکانیسم های خزش در آهن انعطاف پذیر

خزش در آهن انعطاف پذیر شامل سر خوردن دررفتگی در ماتریس فری و کشویی در رابط های فریت -پارلیت است.

گره های گرافیتی به عنوان موانع عمل می کنند, تغییر شکل بیشتر. در مقایسه با آهن خاکستری, آهن انعطاف پذیر نشان می دهد 2-3 پارگی خزش بالاتر در شرایط استرس و دما -دما و استرس یکسان زندگی می کند.

برنامه های معمولی درجه حرارت بالا

• منیفولدهای اگزوز: با دمای سطح اوج تا 600 درجه سانتیگراد, ساختار پشتیبان 200-300 درجه سانتیگراد را در سرویس مشاهده می کند.
  توانایی آهن انعطاف پذیر در تحمل دوچرخه سواری بین محیط و 300 درجه سانتیگراد بدون ترک خوردن آن را ایده آل می کند.
• محفظه توربوشارژر: قرار گرفتن در معرض مداوم به 350-450 درجه سانتیگراد گاز اگزوز هم مقاومت در برابر شوک حرارتی و هم ثبات خزش را می طلبد.
  نمرات مانند 80-55-06 (800 MPA UTS) اغلب در اینجا خدمت کنید, با تشکر از محتوای بالاتر مروارید و ثبات ماتریس.

پیامدهای طراحی

با توجه به این داده ها, طراحان باید:

1. نمرات را با دمای کار مشخص کنید: از نمرات فریت برای حداکثر استفاده کنید 250 درجه سانتیگراد, و نمرات مخلوط یا مروارید (به عنوان مثال, 80-55-06) هنگامی که دما نزدیکتر به 300 درجه سانتیگراد.
2. حساب های خزش را حساب کنید: متمایز کردن 1-2 ٪ ضخامت بخش اضافی در برنامه های خزش بلند مدت برای جبران فشار مورد انتظار در طول عمر.
3. از عوامل ایمنی استفاده کنید: حاشیه استرس طراحی را افزایش دهید 20-30 ٪ بالاتر از استرس خزش در حالت پایدار برای محافظت در برابر سنبله های حرارتی غیر منتظره.

7. تولید & اثرات درمان گرما

در حالی که ریزساختار و ترکیب چدن چدن مرحله ای را برای خصوصیات مکانیکی آن تعیین می کند, در فرآیند تولیدی وت درمان گرمای پس از صرفه جویی عملکرد نهایی را تعیین کنید.

با کنترل پارامترهای ریختن, نرخ خنک کننده, شمارش گره, وت پردازش حرارتی, Foundrries خیاط آهن انعطاف پذیر برای پاسخگویی به خواسته های سخت برنامه.

شیوه های ریختن و نرخ خنک کننده

ریخته گری آهن انعطاف پذیر مذاب را در دمای بین 1420 ° C و 1480 درجه سانتیگراد برای اطمینان از پر شدن کامل قالب بدون اکسیداسیون بیش از حد.

بعد از ریختن, در میزان خنک کننده, تحت تأثیر مواد قالب, ضخامت بخش, و استفاده از لرز, تعادل فریت - زیر را دیکته می کند.

به عنوان مثال, بوها 15 بخش دیواری میلی متر خنک شده در 5 ° C/S به طور معمول 60 ٪ ~ مروارید, تقویت قدرت کششی به 550 MPA با 8% کشیدگی.

در مقابل, همان بخش سرد شد 1 ° C/S 80 ٪ ~ فریت ایجاد می کند, در دست 400 MPA UTS و 15% کشیدگی.

مهندسان برای بهینه سازی ریخته گری از این جلوه های خنک کننده استفاده می کنند: خنک کننده سریعتر برای چرخ دنده های بلند, خنک کننده آهسته تر برای برخورد - خانه های مقاوم.

تعداد گره ها و تکنیک های تلقیح

گره گرافیتی - به عنوان درصد گرافیت گره ای در مقابل اندازه گیری می شود. منطقه گرافیتی کل - به طور جدی به تلقیح بستگی دارد.

تلقیح ریخته گری می افزاید 0.2-0.4 ٪ آلیاژ Magnesium Ferrosilicon - Magnesium به ملاقه, تولید کننده 80–95 ٪ گرهگیرانه و گره های 150-250/mm².

برای سطوح سایش بحرانی, تلقیح ("تلقیح سطح") آخرین جریان ریختن را افزایش می دهد, افزایش چگالی گره سطحی توسط 10-20 ٪ بدون تغییر ریزساختار هسته.

این رویکرد دوگانه خصوصیات مکانیکی سازگار را در بخش های ضخیم تضمین می کند و در جایی که بیشتر اهمیت دارد مقاومت سایش را به حداکثر می رساند.

روشهای عملیات حرارتی

عملیات حرارتی ابزاری قدرتمند برای خیاطی خواص مکانیکی چدن انعطاف پذیر برای کاربردهای خاص مهندسی. تکنیک های متداول شامل شامل:

• بازپخت: به طور معمول در دمای 870-950 درجه سانتیگراد انجام می شود, به دنبال خنک کننده کوره آهسته, بازپرداخت ماتریس های مروارید را به فرهای فری تبدیل می کند, انعطاف پذیری و مقاومت در برابر ضربه را بسیار افزایش می دهد.
  این ماده اغلب برای مؤلفه هایی که نیاز به سختی زیاد و شکنندگی کم دارند استفاده می شود.
• عادی سازی: در دمای 900 درجه سانتیگراد با خنک کننده هوا انجام می شود, این فرآیند ساختار دانه را اصلاح می کند و یک ماتریس مروارید یا مخلوط یکنواخت تر را ترویج می کند.
  این هم قدرت و هم قدرت پذیری را تقویت می کند, مناسب برای چرخ دنده ها, هاب, و براکت.
• خویشاوند شرقی: این عملیات حرارتی پیشرفته آهن انعطاف پذیر را به آهن انعطاف پذیر (ادی) با خاموش کردن ریخته گری به یک حمام نمکی (250-400 درجه سانتیگراد) و نگه داشتن تا زمانی که یک ماتریس بینیتی شکل بگیرد.
  ساختار حاصل از قدرت برتر برخوردار است (تا 1,400 MPA) و ضمن حفظ انعطاف پذیری منطقی ، مقاومت در برابر سایش.

کنترل فرآیند و قوام

حفظ کنترل فرآیند محکم - نظارت بر دمای در دمای 10 درجه سانتیگراد, ردیابی افزودن تلقیح در 0.02 ±, و تأیید دمای قالب - حسابرس دسته ای - به تکرار قابلیت تکرار.

ترموکوپل های درون محل و سیستم های تلقیح خودکار به اپراتورها هشدار داده اند تا انحراف داشته باشند, جلوگیری از ناهنجاری های ریزساختاری مانند گره زدن در زیر 75% یا تشکیل کاربید بیش از حد.

این اقدامات کنترل کیفیت ، اهداف خاصیت مکانیکی را پشتیبانی می کند و نرخ قراضه را به حداقل می رساند.

8. کاربردهای آهن انعطاف پذیر

صنعت خودرو

• لشکر میل لنگ - به دلیل مقاومت و سختی خستگی زیاد آنها, میل لنگ آهن انعطاف پذیر می تواند در برابر بارهای پویا میلیون ها چرخه مقاومت کند.
• موارد دیفرانسیل و چرخ دنده ها - از مقاومت سایش و توانایی جذب شوک ها بهره مند شوید.
• گره های فرمان, بازوهای کنترل, و اجزای تعلیق - جایی که ترکیبی از انعطاف پذیری و مقاومت کششی بالا هم ایمنی و هم عملکرد را تضمین می کند.

پمپ ها و دریچه ها

• محفظه و پروانه پمپ
• بدنهای شیر برای آب, روغن, و سیستم های گاز
• اتصالات لوله و فلنج در کاربردهای شهری و صنعتی

باد و انرژی تجدید پذیر

• جعبه دنده
• مراکز روتور
• حامل های تحمل

تجهیزات کشاورزی و سنگین

مؤلفه هایی مانند محفظه محور, براکت, و غلطک های پیست از آهن انعطاف پذیر به دلیل توانایی آن در مقاومت در برابر تغییر شکل در زیر بارهای بزرگ و سهولت ساخت آن به شکل های پیچیده ریخته می شوند.

روغن, گاز, و صنایع دریایی

• سیستم های خط لوله
• اجزای سکوی دریایی
• منیفولدهای زیرزمینی

9. تجزیه و تحلیل تطبیقی ​​با سایر مواد

در اینجا یک جدول مقایسه جامع وجود دارد که ویژگی های عملکرد چدن انعطاف پذیر را تثبیت می کند, خاکستری خاکستری, فولاد جعلی, و آهن انعطاف پذیر Austempered (ادی) به یک جدول حرفه ای:

10. پایان

چدن داکتیل در چهارراه ریخته گری مقرون به صرفه و عملکرد مکانیکی بالا قرار دارد.

آن را گرافیت گره ساختار قدرت را منتقل می کند, سختی, و مقاومت در برابر خستگی, در حالی که آلیاژ و پردازش اجازه می دهد - تنظیم خوب برای برنامه های خاص.

با پایبندی به طبقه بندی های استاندارد, کنترل ریزساختار, و اجرای پروتکل های با کیفیت دقیق, مهندسان آهن انعطاف پذیر را برای تولید ایمن مهار می کنند, بادوام, و مؤلفه های اقتصادی.

به عنوان نوآوری هایی مانند ادی و تولید افزودنی ظهور می کند, چدن انعطاف پذیر ادامه خواهد یافت, تقویت نقش خود به عنوان یک ماده سنگ بنای در مهندسی مدرن.

LangHe در صورت نیاز به کیفیت بالا ، انتخاب مناسبی برای نیازهای تولیدی شما است محصولات چدن انعطاف پذیر.

امروز با ما تماس بگیرید!