Lijevani čelik vs lijevano željezo: Ključne razlike, Svojstva & Prijave

1. Uvod

Lijevani čelik i lijevano željezo su oboje željezni metali proizvedeni postupcima taljenja i lijevanja.

Iako dijele osnovni element - željezo - njihova svojstva, prijava, i karakteristike performansi značajno se razlikuju zbog varijacija u sadržaju ugljika i legirajućih elemenata.

Odabir između lijevanog čelika i lijevanog željeza ključan je za inženjere, proizvođači, i dizajneri jer izravno utječe na snagu, obradivost, otpor korozije, i ukupni troškovi života komponente.

Ovaj članak istražuje metalurgiju, mehaničko ponašanje, Metode proizvodnje, i krajnju upotrebu prikladnosti lijevanog čelika i lijevanog željeza u dubini.

2. Što je lijevano željezo?

Lijevano željezo je skupina legura od željeznog karbona s a Sadržaj ugljika obično između 2.0% i 4.0%, zajedno s različitim razinama silicija (1.0–3,0%), mangan, sumpor, i fosfor.

Ovaj visoki sadržaj ugljika razlikuje ga od čelika i daje lijevano željezo njegova izrazita fizička i mehanička svojstva.

Jedan je od najstarijih i najčešće korištenih željeznih metala u inženjerstvu i proizvodnji, cijenjena zbog svog Izvrsna odljevanost, prigušivanje vibracija, i tlačna čvrstoća.

Povijesni kontekst

Upotreba lijevanog željeza datira iz 5. stoljeća prije Krista u Kini, s širokim industrijskim usvajanjem počevši u 15. stoljeću.

Revolucionirala je konstrukciju, strojevi, i prijevoz, Ulazi u sve, od mostova i cijevi do motora i posuđa.

Ključne vrste lijevanog željeza

Ključne karakteristike lijevanog željeza

• Visok sadržaj ugljika: Povećava otpornost i otpornost na habanje, ali smanjuje duktilnost.
• Izvrsna odljevanost: Točka taljenja (≈1150–1200 ° C) a dobra fluidnost omogućuje zamršenu, velik, i složeni oblici koji će se lako liječiti.
• Dobar kapacitet prigušivanja: Posebno u sivom željezu, koja dobro apsorbira vibraciju, čineći ga idealnim za baze strojeva.
• Lomljivost: Većina oblika, posebno sivo i bijelo lijevano željezo, lom pod zatezanim ili udarnim opterećenjima.
• Toplinska vodljivost: Učinkovito za raspodjelu topline, čineći ga dobrim materijalom za dijelove motora i posuđe.
• Otpor korozije: Umjereno bez premaza, iako poboljšani određenim legirajućim elementima ili površinskim tretmanima.

3. Što je lijevano čelik?

Lijevani čelik je kategorija legura od željeznog karbona s a Sadržaj ugljika obično se kreće od 0.1% do 0.5%, Proizvedeno topljenjem i lijevanjem rastaljenog čelika u kalupe kako bi se stvorio određeni oblici.

Za razliku od lijevanog željeza, lijevani čelik ima niži sadržaj ugljika, što rezultira značajno veća duktilnost, žilavost, i zavarivost.

Posebno je favoriziran za prijave koje uključuju dinamična opterećenja, otpor udara, i nositi otpor.

Povijesni kontekst

Dok kovani čelik datira natrag do antike, lijevani čelik postao široko dostupan u 19. stoljeću nakon napretka u procesima izrade čelika, kao što su Bessemer i metode otvorenog zapisa.

Danas, lijevani čelik je vitalni materijal u konstrukciji, automobilski, rudarstvo, i primjene koje sadrže pritisak zbog njegove snage i svestranosti.

Ključne vrste lijevanog čelika

Ključne karakteristike lijevanog čelika

• Niži sadržaj ugljika: Obično 0,1–0,5%, što rezultira superiornom duktilnošću i zavarivanjem u usporedbi s lijevanim željezom.
• Visoka snaga & Žilavost: Ponude lijevanih čelika Izvrsna mehanička svojstva, uključujući visoku vlačnu čvrstoću i otpornost na udarce.
• Toplinski lijek: Za razliku od lijevanog željeza, lijevani čelik može se liječiti toplinom (ugašen, temperiran, normaliziran) kako bi se poboljšala tvrdoća, žilavost, I nositi otpor.
• Zavarivost: Izvrsno za izradu, popravak, i pridruživanje - idealno za komponente koje će možda trebati modifikaciju ili održavanje.
• Obradivost: Općenito dobro, iako se razlikuje od sastava legure i toplinskog liječenja.
• Otpor korozije: Ovisno ovisno o legirajućim elementima. Ocjene od nehrđajućih.

4. Tablica za usporedbu: Lijevani čelik vs lijevano željezo

5. Uobičajene metode lijevanja: Lijevani čelik vs lijevano željezo

Odabir metode lijevanja je ključni za kontrolu troškova, dimenzijska preciznost, mehanički izvedba, i skala proizvodnje.

Lijevani čelik i lijevano željezo dijele nekoliko tehnika lijevanja, Ali svaki materijal predstavlja jedinstvene izazove zbog razlika u talištu, ponašanje učvršćivanja, i legura reaktivnost.

Metode lijevanja za lijevani čelik

Lijevani čelični pijesak

Lijevanje pijeska je najčešće korištena metoda za proizvodnju dijelova od lijevanog čelika, posebno za srednje do velike komponente.

Uzorak (drvo, metal, ili smola) koristi se za oblikovanje šupljine u pijesku - bilo zeleno (glinen) ili kemijski vezano.

Jer lijevani čelik zahtijeva visoke temperature ulijevanja (1,450–1,600 ° C), Materijali za plijesni i sustavi za gatiranje moraju biti dizajnirani za obradu toplinskog udara, erozija, I skupljanje.

Uobičajeni dijelovi: Mjenjači, tijela ventila, strukturni zagrada.

Casting ulaganja u list čelika (Izgubljeni vosak)

Investicijski lijev izvrsno stvara zamršene oblike s tankim zidovima i tijesnim tolerancijama. Uzorak voska obložen je keramičkom suspenzijom, formirajući školjku koja je kasnije odbijena i ispaljena.

Ovaj postupak visoke preciznosti idealan je za lijevani čelik zbog njegove sposobnosti da minimizira obradu, posebno za složeno zrakoplovstvo, medicinski, ili energetske komponente.

Uobičajeni dijelovi: Turbinske lopatice, medicinski instrumenti, vojne komponente.

Lijevano od lijevanog kalupa za školjku

Ljuskanje Koristi grijani metalni uzorak za liječenje ljuske pijeska obložene smolom. Omogućuje vrhunsku površinsku završnu obradu i dimenzionalnu konzistenciju u usporedbi s tradicionalnim lijevanjem pijeska.

Za čelik, Proces je posebno učinkovit kada su potrebne komponente srednje kompleksiranja s velikom ponovljivošću.

Uobičajeni dijelovi: Motorni nosači, hidraulički zagrada, nosači.

Lijevani čelični centrifugalni lijevanje

U centrifugalno lijevanje, Potaljani čelik se izliva u rotirajući kalup.

Predenje velike brzine distribuira metal prema van o zidu kalupa, Povećavanje gustoće i smanjenje oštećenja poput uključivanja ili poroznosti plina.

Posebno korisno za cilindrične ili cjevaste dijelove, Ova metoda proizvodi komponente s finozrnatom, visoko ujednačena struktura.

Uobičajeni dijelovi: Čelične cijevi, rukavi, i prstenovi za ulje & Primjena plina ili željeznica.

Lijevani čelik kontinuirano lijevanje (za polupravljene proizvode)

Iako se ne koristi za gotovo net ili gotove dijelove, Kontinuirano lijevanje je ključno u industriji čelika za proizvodnju gredice, cvjetanje, i ploče.

Potaljani čelik se ulijeva u kalup s vodenim hlađenjem, Učvršćivanje kako se izvlači. Ti se oblici kasnije obrađuju kovanjem, obrada, Ili valjanje.

Proizvodi: Bar, strukturne grede, čelik.

Metode lijevanja za lijevano željezo

Lijevano željezo zeleni pijesak lijevanje

Lijevanje zelenog pijeska ostaje dominantna metoda lijevanog željeza zbog niskih troškova, Reciklalnost, i prilagodljivost.

"Zelena" se odnosi na sadržaj vlage u pijesku, koja je vezana s bentonitnom glinom.

Izvrsna fluidnost od lijevanog željeza i niže talište (1,100–1,250 ° C) Neka bude savršeno prikladan za ovaj postupak.

Uobičajeni dijelovi: Prekrivači šahtova, Blokovi motora, Kućišta kompresora.

Lijevano željezo bez pečenja (Vezan za smolu) Lijevanje pijeska

U oblikovanju bez pečenja, pijesak se pomiješa sa smolom i katalizatorom koji liječi na sobnoj temperaturi, formirajući snažno, kruti kalupi.

Ovaj se postupak preferira za velike dijelove od lijevanog željeza koji zahtijevaju bolju dimenzionalnu točnost i glatke površine nego što to može pružiti zeleni pijesak.

Uobičajeni dijelovi: Velike baze strojeva, industrijska kućišta, ronilaca.

Lijevanje školjke od lijevanog željeza

Lijevanje kalupa za školjku rjeđe se koristi u željezu, ali ostaje korisno kada su potrebne čvršće tolerancije ili glatkiji završeci. Pijesak obloženi smolom tvori tanku, polu-krigidna školjka oko uzorka.

Jer lijevano željezo dobro teče, Ovaj postupak osigurava minimalnu definiciju bljeskanja i fine rubove.

Uobičajeni dijelovi: Kućišta zupčanika, tijela ventila, Dekorativna željezna radnja.

Lijevano željezo centrifugalno lijevanje

Široko se koristi za obloge od duktilne željezne cijevi i cilindra, Centrifugalno lijevanje koristi rotacijsku silu za distribuciju rastaljenog metala unutar kalupa.

Za lijevano željezo, To poboljšava stvaranje nodula (u duktilnim razredima), smanjuje poroznost, i promiče rafiniranost žitarica.

Uobičajeni dijelovi: Dijelovi cijevi, kišnice, i kočni bubnjevi.

Lijevano željezo Izgubljena pjena

Izgubljeni pjenasti lijevanje Koristi polistirenski uzorak ugrađen u neograničeni pijesak. Kad se rastopljeno lijevano željezo ulije, pjena isparava, formiranje oblika s minimalnim ugradnjom plina zbog niže reaktivnosti željeza.

Ova se metoda ističe za složene geometrije bez linija ili jezgara.

Uobičajeni dijelovi: Motorski razdjelnici, Kućiva pumpe, ukrasni odljevi.

Ključne razlike u karakteristikama lijevanja

6. Toplotna obrada i zavarivost: Lijevani čelik vs lijevano željezo

Toplotna obrada i zavarivost su kritični čimbenici koji utječu na izvedbu, Održavanje života, i popravljivost lijevanih komponenti.

Temeljne metalurške razlike između lijevanog čelika i lijevanog željeza izravno utječu na to kako svaki materijal reagira na toplinsku obradu i zavarivanje.

Lijevani čelik

Toplotna obrada:

Lijevani čelik uglavnom sadrži niži ugljik (0.1–0,5%) i više je podložnija raznim tretmanima topline kako bi se prilagodila njegova mehanička svojstva. Uobičajeni tretmani topline uključuju:

• Žalost: Omekšava čelik, smanjuje zaostale napone, i poboljšava obradivost.
• Normaliziranje: Usavršava strukturu zrna zagrijavanjem iznad kritične temperature (~ 870–950 ° C) nakon čega slijedi zračno hlađenje; Povećava snagu i žilavost.
• Gašenje i ublažavanje: Brzo hlađenje (gašenje) od temperature austenitizacije (~ 900–1,000 ° C) formirati martenzit, nakon čega je uslijedilo uravnoteženje tvrdoće i duktilnosti.
  Ovaj je postupak neophodan za čelične dijelove otpornih na habanje ili visoke čvrstoće.

Ovi tretmani topline omogućuju lijevanim čeličnim da postigne širok raspon mehaničkih svojstava, uključujući visoku vlačnu čvrstoću (400–800 MPa), Poboljšana žilavost utjecaja, i kontrolirana tvrdoća.

Zavarivost:

Relativno nizak sadržaj ugljika od lijevanog čelika i homogena mikrostruktura čine ga vrlo zavarivom. Može se zavariti pomoću konvencionalnih tehnika poput:

• Zaštićeno metalni lučki zavarivanje (Slabost)
• Zavarivanje plinskog volframskog luka (GTAW)
• Lučno zavarivanje zavarivanja (FCAW)

Međutim, Morate paziti na kontrolu toplinske obrade predgrijavanja i nakon što se izbjegne pucanje, posebno u legiranim lijevanim čelicima ili debelim dijelovima.

Metal zavarivanja može usko uskladiti svojstva osnovnog materijala, Dopuštanje učinkovitog popravka i spajanja.

Lijevano željezo

Toplotna obrada:

Lijevano željezo, sa svojim visokim udjelom ugljika (2.0–4.0%) i prisutnost grafitnih pahuljica ili čvorova, različito reagira na toplinsku obradu:

• Žalost: Često se primjenjuje na kolumljivo željezo kako bi se smanjio tvrdoću i poboljšao duktilnost.
• Normaliziranje: Ograničena upotreba, prvenstveno za modificiranje mikrostrukture u bijelom lijevanom željezu.
• Ublažavanje stresa: Smanjuje zaostale napone, ali ne mijenja značajno tvrdoću ili snagu.

Za razliku od lijevanog čelika, lijevano željezo ne može se učinkovito očvrsnuti gašenjem zbog prisutnosti grafita, koja inhibira martenzitsku transformaciju.

Stoga, Njegova mehanička svojstva uglavnom su fiksirana nakon lijevanja i hlađenja.

Zavarivost:

Zavarivanje lijevanog željeza predstavlja značajne izazove:

• Prisutnost grafitnih pahuljica (posebno u sivom lijevanom željezu) promiče inicijaciju i širenje pukotina tijekom zavarivanja.
• Visoki ekvivalent ugljika dovodi do krhkosti i rizika od vrućeg pucanja.
• Neusklađivanje toplinske ekspanzije između zavarivanja i baznog metala uzrokuje zaostale napone.

Zavarivanje lijevano željezo često zahtijeva:

• Specijalizirane tehnike poput predgrijavanja (200–400 ° C), sporo hlađenje, i uporaba metala punila na bazi nikla.
• Zavarivanje ili ublažavanje stresa nakon zavarivanja kako bi se minimiziralo pucanje.

8. Otpornost na koroziju i površinski završetak: Lijevani čelik vs lijevano željezo

Materijalno ponašanje u korozivnim okruženjima i ostvariva kvaliteta površine nakon lijevanja ili obrade ključni su čimbenici u trajnosti komponenti, performanse, i estetika.

Od lijevanog čelika i lijevanog željeza, Iako oba željezna materijala, Značajno se razlikuju u karakteristikama otpornosti na koroziju i završne obrade nakon njihovog sastava, mikrostruktura, i sadržaj ugljika.

Otpor korozije

Lijevani čelik

Lijevani čelik uglavnom ima niža otpornost na koroziju nego lijevano željezo zbog svog reaktivnijeg, Homogena mikrostruktura i niži sadržaj ugljika.

Međutim, To nudi veća svestranost u kontroli korozije kroz legiranje i površinske tretmane.

Karakteristike:

• Nelegirani odljevi od ugljičnog čelika su skloni jednolično hrđa Kad je izložen vlazi ili kisiku.
• Legirani lijevani čelici (Npr., s kromom, nikla, ili molibden) može odoljeti različitim okruženjima:

• • Odljevi od nehrđajućeg čelika (≥10,5% Cr) pokazuju snažnu otpornost na koroziju, Čak i u kiselim ili morskim postavkama.

• Kompatibilan s premaz (galvanizirajući, slika, epoksidan) Za pojačanu zaštitu.

Lijevano željezo

Iako je krhkiji, lijevano željezo često pokazuje bolja otpornost na koroziju u stajaću ili blago korozivnom okruženju, uglavnom zbog zaštitni oksidni sloj oblikovana grafitnim sadržajem i površinskom teksturom.

Karakteristike:

• Sivo lijevano željezo formi a stabilan, pasivirajući oksidni sloj To usporava koroziju-proces samoograničavanja.
• Grafitna matrica djeluje kao katoda, čineći lijevano željezo manje sklonom dubokom pittingu, ali osjetljivije na jednoličnu površinsku oksidaciju.
• Duktilno željezo nudi bolje performanse korozije od sivog željeza, posebno kod premaza ili epoksidnih obloga.

Površinski završetak nakon lijevanja i obrade

Lijevani čelik

• Zbog svog gusta i homogena zrna, lijevani čelik može postići a Glavniji završetak površine Poslije manja i poliranje.
• As-livane površine skloni su grubim od lijevanog željeza, ali se mogu poboljšati pomoću ulaganja ili trajnog lijevanja kalupa.
• Idealno za komponente koje zahtijevaju čvrste tolerancije ili kritične brtvene površine.

Tipični završetak (lijevan):

• Lijevanje pijeska: RA 12,5-25 µm
• Investicijski lijev: RA 1,6-6,3 µm

Lijevano željezo

• Lijevano željezo ima Izvrsna odljevanost, što često rezultira u bolja replikacija površine iz kalupa.
• Međutim, a Prisutnost grafita može stvoriti a lagana porozna tekstura površine, posebno u sivom željezu.
• Stroj je superiorna Zbog grafita koji djeluje kao prekidač čipa i mazivo, što dovodi do dobrog završnog obrade.

Tipični završetak (lijevan):

• Lijevanje zelenog pijeska: RA 6,3-12,5 µm
• Lijevanje kalupa: RA 3.2-6,3 µm

9. Prednosti i ograničenja lijevanog čelika vs lijevano željezo

Odabir između lijevani čelik vs lijevano željezo Ovisi o ravnoteži mehaničkih performansi, koštati, proizvodnja, otpor korozije, i zahtjevi specifični za primjenu.

Oba materijala nude različite snage i kompromise koji utječu na odluke o dizajnu i nabavi.

Lijevani čelik

Prednosti

1. Visoka duktilnost & Žilavost
   Lijevani čelik pokazuje izvrsnu otpornost na udarce i vlačnu čvrstoću, što ga čini prikladnim za dinamičke i visoko opterećene aplikacije.
2. Superiorna zavarivost
   Njegov niski sadržaj ugljika i homogena struktura omogućuju lako zavarivanje i popravak.
3. Odabir širokog legura
   Može biti legiran kromom, nikla, molibden, itd., Da bi se poboljšala otpor korozije, tvrdoća, ili otpornost na toplinu.
4. Toplotna
   Mehanička svojstva mogu se prilagoditi toplinskim obradom (Npr., gašenje, odmrzavanje, žalost).
5. Dobar otpor umora
   Idealno za ciklično opterećenje i uvjete udaraca (Npr., strukturni ili automobilski dijelovi).

Ograničenja

1. Niža odljevanost
   Veće skupljanje i loša fluidnost otežavaju lijevanje zamršenim ili tankim zidovima.
2. Veći troškovi
   Skuplje u pogledu potrošnje energije, složenost plijesni, i legirajući elementi.
3. Površinska obrada
   Općenito grublje od lijevanog željeza u oblika i može zahtijevati dodatnu obradu.
4. Sklon koroziji (Ako je nelektivan)
   Zahtijeva prevlake ili legiranje za primjenu u korozivnim okruženjima.

Lijevano željezo

Prednosti

1. Izvrsna odljevanost
   Lako teče u kalupima; Idealno za kompleks, tankog zida, ili zamršeni oblici.
2. Superiorna obradivost
   Grafitna mikrostruktura djeluje kao mazivo, Poboljšanje obradivosti i života alata.
3. Dobro prigušivanje vibracija
   Idealno za strojne baze i blokove motora gdje su kritični kontrola buke i vibracija.
4. Isplativo
   Niže točke taljenja i manje energetski intenzivna obrada smanjuju ukupne troškove.
5. Prirodna otpornost na koroziju (u stajaćim uvjetima)
   Posebno sivo željezo, koji tvori zaštitni oksidni sloj.

Ograničenja

1. Lomljiv prijelom
   Niska duktilnost i loš otpor utjecaja čine ga neprikladnim za dinamično opterećenje ili aplikacije s visokim stresom.
2. Loša zavarivost
   Teško zavariti zbog grafitnih pahuljica i visokog sadržaja ugljika; Popravak je često nepraktičan.
3. Niža vlačna čvrstoća
   Ne može se slagati od lijevanog čelika u opterećenju ili strukturnim primjenama.
4. Ograničene mogućnosti toplinske obrade
   Uglavnom ograničeno na ublažavanje ili žarenje stresa; Mehanička svojstva su manje prilagodljiva.

10. Uobičajene primjene lijevanog čelika vs lijevano željezo

Odabir između lijevani čelik i lijevano željezo često je vođen zahtjevima za izvedbu, okolišni uvjeti, i ekonomska ograničenja.

Primjena od lijevanog željeza

Izvrsna fluidnost lijevanog željeza, odljenost, i svojstva prigušivanja čine ga idealnim za komponente sa složenim geometrijama, statička opterećenja, i osjetljivost na buku/vibraciju.

Primjene od lijevanog čelika

Lijevani čelik je favoriziran u industrijama koje zahtijevaju visoku snagu, otpor udara, i strukturni integritet, posebno u dinamičnim ili ekstremnim servisnim uvjetima.

11. Zaključak

Oba lijevanog željeza protiv lijevanih čelika igraju bitne uloge u modernom inženjerstvu.

Lijevano željezo idealno je za primjene koje zahtijevaju izvrsnu castibilnost, obradivost, i prigušivanje vibracija, Dok se od lijevanih čelika izvrsno snalazi u velikom utjecaju, visoka čvrstoća, i okruženja sklona umoru.

Izbor materijala trebao bi se temeljiti na zahtjevima za izvedbu, Radni uvjeti, i troškovi životnog ciklusa za postizanje optimalne funkcionalnosti i izdržljivosti.

Langheove sveobuhvatne usluge lijevanja metala

Laga Nudi širok spektar profesionalnih usluga lijevanja prilagođenih zadovoljavanju različitih potreba industrija širom svijeta.

Naše mogućnosti obuhvaćaju više tehnika lijevanja i metalnih materijala kako bismo osigurali optimalne performanse, kvaliteta, i ekonomičnost za svaki projekt.

Metode lijevanja koje pružamo:

• Lijevanje pijeska
• Investicijski lijev (Izgubljeni vosak)
• Trajno lijevanje kalupa
• Lijevanje pod pritiskom
• Centrifugalno lijevanje
• Lost Foam Casting
• Gravitacija

Materijali s kojima radimo:

• Lijevano željezo (Sivo željezo, Duktilno željezo, Bijelo željezo)
• Lijevani čelik (Ugljični čelik, Čelik niskog legura, Nehrđajući čelik)
• Aluminijske legure (Alsi10mg, A356, itd.)
• Legure na bakrenim bakrama (Mjed, Bronza)
• Legure cinka
• Specijalne legure (Otporan na toplinu, Ocjene otporne na koroziju)

Bilo da razvijate složeni precizni dijelovi ili Veliki strukturni odljevi, Laga Je li vaš pouzdani partner za pouzdano, Visokokvalitetna rješenja za lijevanje metala.

Česta pitanja

Je lijevano željezo jače od lijevanog čelika?

Ne. Lijevani čelik ima veću vlačnu čvrstoću (400–1000 MPa) nego duktilno željezo (400–800 MPa) i daleko premašuje sivo željezo (200–400 MPa).

Može se zavariti od lijevanog željeza?

Duktilno željezo može se zavariti predgrijavanjem (200–300 ° C) ali gubi 10–20% duktilnost. Sivo željezo je teško zavariti zbog krhkosti. Lako lijevajte čelične zavare, odgovarajuća čvrstoća baznog metala.

Što je obradivije?

Sivo željezo je najprisutnije (Grafit djeluje kao mazivo), slijedi duktilno željezo. Lijevani čelik je teže stroj, zahtijevajući alati za karbid.

Zašto se lijevano željezo koristi za blokove motora?

Njegova vibracija smanjuje buku, Niskobudžetna odijela masovna proizvodnja, i fluidnost omogućuje složene jakne vode i galerije nafte.

Kada je potreban od nehrđajućeg lijevanog čelika?

U korozivnom okruženju (morska voda, kemikalije) ili aplikacije visoke čistoće (farmaceutski, prerada hrane) gdje su hrđa ili kontaminacija neprihvatljivi.