Satura rādītājs
Izrādīt
1. Ievads
Alumīnijs un čuguns ir divi no rūpniecībā visplašāk izmantotajiem liešanas materiāliem.
Abi piedāvā maršrutus sarežģītu tīkla formas komponentu ražošanai, bet tie būtiski atšķiras pēc blīvuma, stīvums, spēka režīmi, termiskā uzvedība, liešanas metodes, izturība pret koroziju un dzīves cikla izmaksas.
Izvēle starp tiem ir kompromiss starp svaru, stīvums, nodilums pretestība, mašīnīgums, izmaksas un darbības vide.
Šajā rakstā ir salīdzinātas divas tehniskās ass un sniegti praktiski izmantojami dati un atlases norādījumi.
2. Kas ir lietais alumīnijs?
Alumīnijs attiecas uz sastāvdaļām, kas ražotas, ielejot izkausētu alumīniju (vai alumīnija sakausējums) veidnē un ļauj tai sacietēt galīgajā vai gandrīz galīgajā ģeometrijā.
Tā kā alumīnijam ir salīdzinoši zema kušanas temperatūra, laba plūstamība leģētā veidā, un zems blīvums, Lietais alumīnijs ir vēlama izvēle sarežģītas ģeometrijas gadījumā, viegls svars, siltumvadītspēja vai izturība pret koroziju ir svarīga.
Alumīnija liešanas ceļi ietver augstspiediena liešanu, zemspiediena un gravitācijas pastāvīgā veidņu liešana, smilšu liešana, un investīcijas (zaudētais vasks) liešana; katrs maršruts nosaka dažādus sienas biezuma ierobežojumus, virsmas apdare, izmēru precizitāte un mehāniskās īpašības.
Funkcijas
- Viegls: blīvums ≈ 2.6–2,8 g/cm³ (parasti 2.70 G/cm³).
- Zems elastības modulis: Younga modulis ≈ 69-72 GPa (≈ 69 GPa tipisks).
- Laba siltumvadītspēja: sakausējumi atšķiras, bet bieži 100–200 W·m⁻¹·K⁻¹; tīra alumīnija vērtība ir ~237 W·m⁻¹·K⁻¹.
- Laba izturība pret koroziju: veido stabilu oksīda plēvi; uzvedība ir uzlabota ar anodēšanu vai pārklājumiem.
- Kaļamā lūzuma uzvedība: daudzi lietie Al sakausējumi ir pietiekami elastīgi (Atkarībā no sakausējuma un termiskās apstrādes).
- Viegli apstrādājams: salīdzinoši zemi griešanas spēki un laba apstrādājamība daudziem sakausējumiem.
- Pārstrādājams: alumīnijs ir ļoti pārstrādājams ar salīdzinoši zemu pārkausēšanas enerģiju, salīdzinot ar primāro ražošanu.
Parastie alumīnija sakausējumi (tipiskas aktieru ģimenes)
| Sakausējuma ģimene (tipisks vārds) | Reprezentatīvās pakāpes / tirdzniecības nosaukumi | Galvenie leģējošie elementi (WT%) | Termiski apstrādājams? | Tipiskas lietojumprogrammas |
| Al - jā (vispārējs) | A356 / AlSi7 | Un ≈ 6–8; Mg ≈ 0,2–0,5 | Bieži (T6 pieejams) | Strukturālie korpusi, sūkņu ķermeņi, vispārējie automobiļu lējumi |
| Al-Si-Mg (struktūras, termiski apstrādājams) | A356-T6, A357 | Un ≈ 6–7; Mg ≈ 0,3–0,6 | Jā (T5/T6) | Suspensijas komponenti, riteņi, transmisijas korpusi |
| Liešana Al-Si-Cu / Al - jā | A380, ADC12, A383 | Un ≈ 8–13; Cu ≈ 1–4; Fe kontrolēts | Ierobežots (pārsvarā liets vai daļēji izturēts) | Plānsienu korpusi, savienotāji, patērētāju korpusi |
Al -andi (dzinējs & paaugstināti T sakausējumi) |
Sakausējums 319 | Un ~6-8; Cu ~3-4; Mg mazs | Jā (šķīdums + novecošanās) | Cilindru galvas, Virzuļi (ar starplikām), dzinēja aparatūra |
| High-Si / hipereutektiskie sakausējumi | Al - jā (10-20% Jā) | Un 10-20; mazs Mg/Cu | Nedaudz (ierobežots) | Virzuļi, nodiluma virsmas, komponenti ar zemu izplešanos |
| Al–Si–Sn / gultņu sakausējumi | Al-Si-Sn gultņu varianti | Lūdzu, mērenu; Sn (±Pb) kā cietas smērvielas | Parasti nē (mīksts kā liets) | Slīdgultņi, bukses, bīdāmās virsmas |
| Īpašs augstas stiprības lējums Al | Al-Zn-Mg varianti (ierobežota cast izmantošana) | Zn, Mg, nelieli Cu papildinājumi | Jā (vecumā rūdāms) | Augstas stiprības konstrukcijas daļas (niša/aviācija) |
3. Kas ir čuguns?
Čuguns ir dzelzs-oglekļa sakausējumu grupa, ko ražo, ielejot kausētu metālu veidnēs un ļaujot tam sacietēt.
Tas, kas atšķir čugunus no tēraudiem, ir to relatīvais augsta oglekļa saturs (parasti >2.0 wt% c) un klātbūtne grafīta ogleklis lietajā mikrostruktūrā.
Ogleklis parasti sastopams kā grafīts (vairākās morfoloģijās) vai kā dzelzs karbīds (cementīts) atkarībā no sakausējuma ķīmijas un sacietēšanas apstākļiem.
Šis grafīts un to ieskaujošā matrica kontrolē mehānisko uzvedību, dažādu veidu čuguna apstrādājamība un pielietojuma telpa.
Čuguns ir smaga darba zirgi, nodilumizturīgiem un pret vibrācijām jutīgiem lietojumiem, jo tos ir ekonomiski lēti lielās vai sarežģītās formās, piedāvā lielisku amortizāciju, un to var pielāgot, izmantojot ķīmiju un pēcliešanas termisko apstrādi (Piem., austrumu rūdīšana) plašam īpašumu klāstam.
Galvenās funkcijas
- Grafīta morfoloģija kontrolē īpašības. Forma, grafīta izmērs un sadalījums (pārslu, sfērisks, sablīvēta) dominē stiepes elastība, izturība, stingrība un apstrādājamība:
-
- Pārslains (pelēks) grafīts nodrošina labu apstrādājamību un amortizāciju, bet zemāku stiepes izturību un iecirtumu jutību.
- Sfērisks (mezglains/kaļas) grafīts nodrošina daudz lielāku stiepes izturību un elastību.
- Blīvēts grafīts (CGI) ir vidēja – labāka izturība un termiskā noguruma izturība nekā pelēkajam čugunam, vienlaikus saglabājot labu amortizāciju.
- Lieliska vibrācijas slāpēšana. Grafīta mezgliņi/pārslas pārtrauc elastīgo viļņu izplatīšanos, tāpēc darbgaldu rāmjiem priekšroka tiek dota čuguņiem, dzinēja bloki un korpusi, kur amortizācija nomāc troksni un vibrācijas.
- Laba spiedes izturība un nodilumizturība. Īpaši perlīta un baltā gludekļos; piemērots lieljaudas gultņiem, veltņi un dilstošās daļas.
- Salīdzinoši trausls spriedzē (dažas pakāpes). Pelēkā dzelzs ir iecirtumu jutīga un tai ir zems pagarinājums; kaļamais čuguns ievērojami uzlabo stingrību, bet tomēr uzvedas savādāk nekā tēraudi.
- Ekonomisks lieliem/sarežģītiem lējumiem. Smilšu liešana un čaumalu formēšana ir labi izveidota; saraušanās, barošana un virziena sacietēšana tiek pārvaldīta ar standarta liešanas metodēm.
- Plaša dizaina aploksne ar pēccietināšanas apstrādi. Ar termiskās apstrādes palīdzību (normalizēšana, rūdīt, austrumu rūdīšana) un leģēšana (Iekšā, Krekls, Noplūde),
čugunus var pielāgot no ļoti izturīgas nodiluma pakāpes līdz izturīgām konstrukcijas kategorijām (Piem., ADI — Austempered kaļamais čuguns). - Laba termiskā stabilitāte daudzās pakāpēs. Daži čuguni saglabā izmēru stabilitāti un izturību paaugstinātā temperatūrā labāk nekā alumīnija sakausējumi.
Izplatītākie čuguna veidi
Tālāk ir sniegts praktisks galveno čuguna ģimeņu kopsavilkums, tipiskas ķīmijas tendences, mikrostruktūra un reprezentatīvās īpašības / pieteikumi.
| Ierakstīt | Tipisks sastāvs (apm.. WT%) | Galvenās mikrostruktūras iezīme | Reprezentatīvā mehāniskā uzvedība | Tipiskas lietojumprogrammas |
| Pelēks čuguna (GJL / Klasificēta atbilstoši ASTM A48) | C ~3,0-3,8; Un ~1,5–3,0; Mn ≤0,5; S & P kontrolēts | Grafīta pārslas ferīta/perlīta matricā | Stiepes izturība plaši ~150–350 MPa (atšķiras atkarībā no klases); zema pagarināšana (<1–3%); lieliska amortizācija; mērena cietība | Motora bloki, bremžu bungas, sūkņu apvalki, mašīnu bāzes |
| Hercogi (mezglains) dzelzs (GJS / ASTM A536) | C ~3,2-3,8; Un ~1,8–2,8; Mg ~0,03-0,06 (mezglains), izsekot Ce/RE | Sferoidālie grafīta mezgliņi ferītā/perlītā | Augsta stiepes izturība un elastība; kopīgas atzīmes, piemēram 60–40–18 (60 UTS darbība ≈ 414 MPA, 40 ksi YS ≈ 276 MPA, 18% pagarināšana) | Pārnesumu apvalki, kloķvārpstas, drošībai kritiski strukturālie lējumi |
| Sablīvēts grafīta dzelzs (CGI) (GJV) | C ~3,2-3,6; Un ~1,8-2,6; izsekot Mg/RE | Kompakts (vermikulārs) grafīts — starpposms starp pārslām un sferoīdiem | Labāka stiepes izturība un termiskā noguruma izturība nekā pelēkajam dzelzs, ar labu amortizāciju; UTS vidējā diapazonā | Dīzeļdzinēju bloki, Izplūdes komponenti, lieljaudas cilindru bloki |
| Balts dzelzs | C ~2,6–3,6; Si zems (<1.0); augsts dzesēšanas ātrums | Cementīts / ledeburīts (karbīds) — būtībā bez grafīta | Ļoti augsta cietība (bieži HB vairāki simti), lieliska abrazīvā nodilumizturība; Zema izturība | Drupinātāji, valkāt plāksnes, strūklas uzlikas, smaga nobrāzuma vide |
Kaļamais čuguns |
Sākotnēji baltās dzelzs sastāvs; sildīts | Tad liet kā baltais dzelzs rūdīts rūdīt oglekli neregulāros agregātos (rūdīta ogleklis) | Apvieno uzlabotu elastību/stingrību salīdzinājumā ar. pelēks dzelzs; mērena izturība | Mazie lējumi, kuriem nepieciešama elastība (armatūra, iekavas) |
| Austpempered kaļamais dzelzs (ADI) | Kaļamā čuguna pamatne + kontrolēta austempering termiskā apstrāde | Sferoidālais grafīts ausferīta matricā (beinītferīts + stabilizēts austenīts) | Izcila stiprības un elastības attiecība: UTS no ~600 līdz >1000 MPA ar noderīgu pagarinājumu (3-10% atkarībā no pakāpes); Lieliska noguruma pretestība | Augstas veiktspējas piedziņa, Suspensijas komponenti, smagā mašīna |
| Leģētie čuguni (Piem., Ni-izturīgs, gludekļi ar augstu Cr līmeni) | Pamatne ar ievērojamu Ni, Krekls, Mo papildinājumi | Matrica pielāgota, lai izturētu karstumu/koroziju; grafīts var būt klāt vai nomākts | Specializēta izturība pret koroziju/oksidāciju, vai augstas temperatūras izturība | Sūkņa sastāvdaļas kodīgiem šķidrumiem, vārstu ķermeņi, augstas temperatūras nodiluma daļas |
4. Mehānisko īpašību salīdzinājums
Skaitļi tiek parādīti kā praktiski, lietuves līmenī Tipiski diapazoni (nav garantēti minimumi/maksimumi) jo faktiskās vērtības ir ļoti atkarīgas no precīzas ķīmijas, liešanas maršruts, sekcijas izmērs, un termiskā apstrāde.
Tipiski mehānisko īpašību diapazoni — reprezentatīvi čuguna un alumīnija lūžņi
| Materiāls / Pakāpe (tipisks apzīmējums) | Blīvums (g · cm⁻³) | Younga modulis (GPA) | Stiepes izturība, UTS (MPA) | Peļņas izturība (MPA) | Pagarināšana (Izšķirt, %) | Cietība (Brinels, HB) | Tipiskas lietojumprogrammas |
| A356-T6 (Al-Si-Mg, termiski apstrādāts liets alumīnijs) | 2.68–2,72 | 68–72 | 200 - 320 | 150 - 260 | 5 - 12 | 60 - 110 | Strukturālie korpusi, riteņu rumbas, transmisijas korpusi |
| A380 / ADC12 (izplatīta spiedlešanas Al-Si ģimene, tikpat ietērpts) | 2.70–2,78 | 68–72 | 160 - 280 | 100 - 220 | 1 - 6 | 70 - 130 | Plānsienu korpusi, patēriņa daļas, savienotāji (mirkšana) |
| Hipereitektiskais Al-Si (virzulis / zemas izplešanās sakausējumi) | 2.70–2,78 | 68–72 | 150 - 260 | 100 - 220 | 1 - 6 | 80 - 140 | Virzuļi, bīdāmās sastāvdaļas, zemas izplešanās daļas |
| Pelēks čuguna (tipiska ASTM A48 klase 30) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈207 (≈30 ksi) | - (nav izteiktas ražas) | <1 - 3 | 140 - 260 | Motora bloki, mašīnu rāmji, bremžu bungas |
| Pelēks čuguna (ASTM A48 klase 40) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈276 (≈40 ksi) | - | <1 - 3 | 160 - 260 | Lielākas slodzes korpusi, sūkņu ķermeņi |
| Hercogi (mezglains) dzelzs - 60-40-18 (ASTM A536) | 7.0–7.3 | 160–180 | ≈414 (60 ksi) | ≈276 (40 ksi) | ~ 18 | 160 - 260 | Pārnesumu apvalki, kloķa sastāvdaļas, strukturālās lējumi |
| Sablīvēts grafīta dzelzs (CGI) (Parasti diapazons) | 7.0–7.3 | 140–170 | 350 - 500 | 200 - 380 | 2 - 8 | 180 - 300 | Dīzeļdzinēju bloki, Izplūdes komponenti (augsta termiskā noguruma izturība) |
| Baltums / augsta Cr nodiluma dzelzs (nodiluma pakāpes) | 7.0–7.3 | 160–200 | zems stiepes spēks / trausls | - | <1 - 2 | >300 - 700 | Drupinātāji, valkāt starplikas, strūklas sastāvdaļas |
5. Siltuma un liešanas procesa apsvērumi
Kušanas un sacietēšanas uzvedība
- Kušanas temperatūra / šķidrs: alumīnija sakausējumi kūst ~ 550–650 ° C diapazons (tīrs alumīnijs 660.3 ° C).
Čuguns sacietē augstākā temperatūrā (~1150–1250 °C atkarībā no sastāva) un veido grafītu vai cementītu, pamatojoties uz sastāvu un dzesēšanas ātrumu. - Siltumvadītspēja: alumīnija sakausējumi parasti vada siltumu ievērojami labāk nekā čuguns (bieži 2–4 reizes lielāks), kas ietekmē pelējuma atdzišanu, sacietēšanas ātrums un aukstuma uzvedība.
- Cietināšanas saraušanās: tipiska lineārā saraušanās alumīnija sakausējumiem ~1.3–1,6%; pelēkā čuguna saraušanās ir mazāka (~0.5–1,0%), lai gan mikro- un makro saraušanās ir atkarīga no sekcijas biezuma un barošanas.
Liešanas metodes & tipisks lietojums
- Atlaist alumīnijs: parasti ražo mirkšana (augsta spiediena), pastāvīga pelējuma, zema spiediena, un smilšu liešana.
Liešana nodrošina lielisku virsmas apdari un plānu sienu spēju; smilšu liešanas rokturi lieli, smags, vai sarežģītas detaļas ar zemākām instrumentu izmaksām. - Čuguns: parasti smilšu liešana (zaļas-smiltis, apvalks) un zaudētais fonds/apvalks sarežģītām formām.
Kaļamā čuguna lējumi parasti tiek lieti ar smiltīm. Čuguns labi panes lielas sekcijas un smagus lējumus.
Izmēru pielaides & virsmas apdare
- Lietais alumīnijs: labākās liešanas trašu izmēru iespējas — tipiskās pielaides diapazonā ±0,1–0,5 mm daudziem izmēriem (atkarīgs no izmēra), virsmas apdare Ra bieži 0.8–3,2 µm tikpat ietērpts.
- Pastāvīgās formas alumīnijs: pielaides ±0,25–1,0 mm, virsmas apdare labāka nekā smilšu liešana.
- Smilšu čuguns: rupjākas pielaides, parasti ±0,5–3,0 mm atkarībā no izmēra un apdares; virsmas apdare raupjāka, Ra bieži 6–25 µm pēc liešanas, ja vien tas nav apstrādāts.
- Sienas biezuma iespēja: Lietie alumīnijs var radīt plānas sienas (<2 mm) ekonomiski;
čugunam parasti ir vajadzīgas biezākas sekcijas, lai izvairītos no defektiem un veicinātu saraušanos, lai gan mūsdienu formēšana var iegūt mēreni plānas daļas mazām detaļām.
Apstrādājamība un sekundārās darbības
- Alumīnijs mašīnas viegli darbojas ar lielāku ātrumu un mazākiem spēkiem; instrumentu kalpošanas laiks ir labs; spiedienlietām detaļām apstrādes pielaides ir nelielas.
- Čuguns apstrādā dažādi — pelēko dzelzi ir salīdzinoši viegli apstrādāt, jo grafīts darbojas kā skaidu lauzējs un smērviela;
kaļamais čuguns ir cietāks, un tam ir nepieciešami dažādi instrumenti; čuguna griešana bieži rada trauslas skaidas, un ir nepieciešamas atbilstošas instrumentu kategorijas.
6. Izturība pret koroziju un ekspluatācijas vide
- Alumīnijs: dabiski izturīgs pret koroziju, pateicoties stabilai oksīda plēvei; labi darbojas atmosfērā, viegli kodīga un jūras vidē, ja ir izvēlēts atbilstošs sakausējums/pārklājums.
Anodēšanas un krāsošanas sistēmas vēl vairāk uzlabo virsmas izturību un izskatu. - Čuguns: melnais materiāls ar noslieci uz rūsu (oksidācija) mitrā vidē; nepieciešami aizsargpārklājumi (krāsot, apjoms), katodaizsardzība vai sakausējums izturībai pret koroziju.
Dažās lietojumprogrammās (motora bloki), čuguns darbojas pieņemami eļļas aizsardzības un kontrolētas vides dēļ. - Augstas temperatūras veiktspēja: čuguns (īpaši pelēks un elastīgs) saglabā izturību paaugstinātā temperatūrā labāk nekā alumīnijs.
Alumīnija izturība strauji samazinās, temperatūrai paaugstinoties virs ~150–200 °C, ierobežojot tā izmantošanu karstā dzinējā vai izplūdes gāzēm pakļautos komponentos, ja vien netiek izmantoti īpaši sakausējumi vai dzesēšana.
7. Alumīnija un čuguna priekšrocības
Lietā alumīnija priekšrocības
- Svara ietaupījums: Aptuveni 62,5% vieglāks līdzvērtīgam tilpumam nekā čuguns — tas ir kritiski svarīgi transportēšanai degvielas ekonomijai.
- Augsta siltuma vadītspēja: Labāka karstuma izkliede (noder siltummaiņiem, cilindru galvas automobiļos pēc atbilstošas konstrukcijas).
- Laba izturība pret koroziju tikpat ietērpts; pēc izvēles anodējams, lai uzlabotu aizsardzību un estētiku.
- Plānās sienas un sarežģītu plānu funkciju iespēja (Īpaši die liešana) — nodrošina apvienotas daļas un izmaksu ietaupījumus.
- Labvēlīga pārstrādājamība un zemākas ar masu saistītās piegādes izmaksas.
Čuguna priekšrocības
- Lielāka stingrība un amortizācija: piemērots konstrukcijām, kurām nepieciešama stingrība un vibrācijas kontrole (darbgaldu bāzes, sūkņu apvalki).
- Izcila nodilumizturība un triboloģiskās īpašības: perlīta un baltie gludekļi ir lieliski piemēroti abrazīvās/nodiluma vidēs.
- Augstāka spiedes izturība un termiskā stabilitāte paaugstinātā temperatūrā — izmanto lieljaudas dzinēju blokiem, cilindru starplikas, un bremžu rotori.
- Parasti zemākas izejvielu izmaksas uz kg un spēcīga liešanas izturēšanās ļoti lielām sekcijām.
8. Alumīnija un čuguna ierobežojumi
Lietā alumīnija ierobežojumi
- Zemāka stingrība: nepieciešami lielāki šķērsgriezumi vai ribas, lai sasniegtu līdzvērtīgu stingrību — var samazināt dažas svara priekšrocības.
- Zemāka izturība augstā temperatūrā: alumīnijs zaudē tecēšanas robežu paaugstinātā temperatūrā ātrāk nekā dzelzs.
- Mazāka nodilumizturība: vienkāršs alumīnijs ir mīkstāks; nepieciešama virsmas apstrāde (cieta anodēšana, pārklājumi) nodilumkritiskām virsmām.
- Porainība un ar gāzi saistīti defekti: alumīnijam ir tendence uz gāzes porainību un saraušanās defektiem, ja kausēšanas un liešanas prakse netiek kontrolēta.
Čuguna ierobežojumi
- Smags: lielāks blīvums palielina daļas masu — negatīvs lietojumiem, kas ir jutīgi pret svaru.
- Trausla stiepes uzvedība: pelēkajam čugunam ir zema stiepes elastība, un trieciena rezultātā tā var trausli; dizainā jāņem vērā iecirtuma jutība.
- Korodējas, ja nav aizsargāts: nepieciešami pārklājumi vai korozijas pārvaldība.
- Zemāka siltumvadītspēja nekā Al (lēnāka siltuma izkliede); var būt nepieciešami dzesēšanas dizaina pielāgojumi.
9. Alumīnijs pret čugunu: Atšķirību salīdzinājums
| Piedēvēt | Alumīnijs (Piem., A356-T6, A380) | Čuguns (pelēks, Hercogi) | Praktiskā nozīme |
| Blīvums | ~2,6–2,8 g·cm⁻³ | ~6,8–7,3 g·cm⁻³ | Alumīnijs ir par ~60–63% vieglāks — milzīgs ieguvums pret svaru jutīgiem dizainiem. |
| Elastības modulis (E) | ≈ 69–72 GPa | ≈ 100–170 GPa | Dzelzs ir 1,5–2,5 reizes cietāks; alumīnijam ir nepieciešams vairāk materiāla/ribu, lai tas atbilstu stingrībai. |
| Stiepes izturība (tipisks) | A356-T6: ~200–320 MPa; A380: ~160–280 MPa | Pelēks: ~150–300 MPa; Hercogi: ~350–700 MPa | Kaļamais čuguns stiprības un elastības ziņā pārspēj Al; daži Al sakausējumi tuvojas zemākas klases dzelzs stiprībai. |
| Peļņas izturība | ~150–260 MPa (A356-T6) | Pelēks: nav skaidras ražas; Hercogi: ~200–300 MPa | Izmantojiet kaļamo čugunu, ja ir nepieciešama atšķirīga tecēšanas spēja un lielāka statiskā izturība. |
| Pagarināšana (elastība) | ~5–12% (A356-T6) vai 1–6% (lietie) | Pelēks: <1–3%; Hercogi: ~10–20% | Kaļamais čuguns un termiski apstrādāts Al nodrošina labu elastību; pelēkais dzelzs ir trausls spriegumā. |
| Cietība / valkāt | HB ≈ 60–130 (atkarīgs no sakausējuma) | HB ≈ 140–260 (pelēks); >300 (balts/perlitisks) | Dzelzs, īpaši perlīta/baltās krāsas, vislabāk piemērots abrazīvam nodilumam. Alumīnijam ir nepieciešami pārklājumi/ieliktņi nodilumam. |
| Siltumvadītspēja | ~80–180 W·m⁻¹·K⁻¹ (atkarīgs no sakausējuma) | ~30–60 W·m⁻¹·K⁻¹ | Alumīnijs ir vēlams siltumu izkliedējošām daļām (siltuma izlietnes, apvalki). |
| Termiskā stabilitāte / augsta T izturība | Stiprums strauji pazeminās virs ~150–200 °C | Labāka izturības saglabāšana augstā temperatūrā | Izmantojiet dzelzi paaugstinātas temperatūras slodzes nešanai. |
| Slāpēšana / vibrācija | Mērens | Lielisks (Īpaši pelēks dzelzs) | Dzelzs vēlams mašīnu rāmjiem, pamatnes un sastāvdaļas, kur vibrāciju slāpēšanai ir nozīme. |
| Liešana / plānsienu iespēja | Lielisks (mirkšana; plānas sienas <2 mm iespējams) | Ierobežots — labāk biezākām daļām | Alumīnijs nodrošina konsolidāciju, vieglas plānsienu detaļas; gludeklis labāk smagām sekcijām. |
Virsmas apdare & pielaides (tikpat ietērpts) |
Lietie: smalka apdare, stingras pielaides | Smilšu liešana: rupjāks, plašākas pielaides | Liešana pazemina pēcapstrādi; smilšu čuguns bieži prasa vairāk apstrādes. |
| Mašīnīgums | Viegli, augsts noņemšanas līmenis; zems instrumentu nodilums | Pelēkā dzelzs mašīnas labi (grafīts palīdz veidot skaidas); kaļamais čuguns cietāks uz instrumentiem | Alumīnijs samazina apstrādes cikla laiku; gludeklim var būt nepieciešami stingrāki instrumenti, bet pelēkie gludekļi ir griezti tīri. |
| Izturība pret koroziju | Labi (aizsargājošs oksīds); vēl vairāk uzlabota ar anodēšanu/pārklājumiem | Slikti mitrā/hlorīda vidē bez aizsardzības | Alumīnijam bieži nepieciešama mazāka aizsardzība pret koroziju; dzelzs jābūt krāsotam/pārklātam vai leģētam. |
| Pārstrāde | Lielisks; pārkausēšanas enerģija uz kg ir zemāka nekā primārā | Lielisks; ļoti pārstrādājams | Abiem ir spēcīga lūžņu vērtība; alumīnija enerģijas ietaupījums uz kg lielu salīdzinājumā ar primāro ražošanu. |
| Tipiski izmaksu apsvērumi | Lielāks $/kg, bet mazāka masa var samazināt sistēmas izmaksas; liešanas instrumenti augsts | Zemāks $/kg; zems smilšu liešanas instruments maziem apjomiem | Izvēlieties, pamatojoties uz daļas masu, apjoms un nepieciešamā apdare. |
| Tipiskas lietojumprogrammas | Autobūves korpusi, siltuma izlietnes, vieglas strukturālās daļas | Motora bloki, mašīnu bāzes, valkāt daļas, smagie korpusi | Saskaņojiet materiālu ar funkcionālajām prioritātēm — svars pret stingrību/nodilumu. |
Atlases norādījumi (praktiskie noteikumi)
- Izvlieties liet alumīniju, kad: masas samazināšana, siltuma izkliede, Izturība pret koroziju un plānsienu iezīmju konsolidācija ir galvenie virzītāji (Piem., automobiļu virsbūves sastāvdaļas, siltuma izlietnes, vieglie korpusi).
Lieliem tilpumiem un plānām sienām izmantojiet alumīnija preslējumu, ar funkcijām bagātas daļas; izmantojiet A356-T6, ja nepieciešama augstāka konstrukcijas veiktspēja un pēctermiskā apstrāde. - Izvēlieties čugunu, kad: stīvums, slāpēšana, nodilumizturība vai paaugstināta ekspluatācijas temperatūra ir vissvarīgākā (Piem., darbgaldu bāzes, bremžu komponenti, lieljaudas korpusi, abrazīvie nodiluma uzlikas).
Izvēlieties kaļamo čugunu konstrukcijas daļām, kurām nepieciešama stingrība un zināma stiepes elastība.
Amortizēšanā un apstrādājamībā izmantojiet pelēko dzelzi (smagām apstrādes darbībām) ir svarīgi, un stiepes elastība ir mazāk svarīga. - Ja rodas šaubas, novērtēt sistēmas līmeņa kompromisus: smagāka dzelzs detaļa var būt lētāka par kg, bet palielināt pakārtotās izmaksas (degvielas patēriņš, rīkošanās, uzstādīšana);
otrādi, alumīnijs var samazināt sistēmas masu, bet var būt nepieciešamas lielākas sekcijas vai ieliktņi, lai sasniegtu stingrības/nodiluma mūža mērķus — darbiniet nepilna līmeņa masu, stingrības un izmaksu salīdzinājums.
10. Secinājums
Čuguns un čuguns ir viens otru papildinoši materiāli, katrs izceļas scenārijos, kuros to unikālās īpašības atbilst lietojumprogrammas prasībām.
Alumīnija lējumi dominē vieglajā svarā, augstas efektivitātes nozarēs (automobiļu EV, avi kosmosa, Patēriņa elektronika) pateicoties tā stiprības un svara attiecībai, siltumvadītspēja, un sarežģīta castability. </span>
Lieljaudas apstākļos čuguns joprojām ir neaizstājams, izmaksu ziņā jutīgas lietojumprogrammas (darbgaldi, celtniecības caurules, tradicionālie dzinēji) nodilumizturības dēļ, vibrācijas slāpēšana, un zemas izmaksas.</span>
FAQ
Cik daudz vieglāka ir lietā alumīnija daļa par tāda paša tilpuma čuguna daļu?
Tipiski blīvumi: alumīnijs ~ 2,7 g/cm³ pret čugunu ~ 7,2 g/cm³. Vienādam komponentu tilpumam, alumīnijs ir pret 62.5% šķiltavas (T.i., viena tilpuma alumīnija masa = 37.5% no čuguna masas).
Vai alumīnijs var aizstāt čugunu motora blokos?
Alumīnijs tiek plaši izmantots mūsdienu dzinēju blokos un cilindru galvās, lai samazinātu svaru.
Lai nomainītu dzelzi, ir nepieciešams rūpīgi izstrādāt stingrību, termiskā izplešanās, cilindru čaulas stratēģijas (Piem., ielietās starplikas, dzelzs piedurknes) un pievērst uzmanību nogurumam un nodilumam.
Lielas slodzes vai augstas temperatūras lietojumiem, Priekšroka var tikt dota čugunam vai īpašiem alumīnija sakausējumiem/dizainiem.
Kas ir lētāks: čuguns vai čuguns?
Uz a par kilogramu pamata, dzelzs mēdz būt lētāks; uz a par daļu atbilde ir atkarīga no apjoma, instrumentus (presformas ir dārgas), apstrādes laiks, un svara vadītās sistēmas izmaksas (Piem., degvielas patēriņš transportlīdzekļos).
Par lieliem apjomiem, štancētais alumīnijs var būt ekonomisks, neskatoties uz augstākām materiālu izmaksām.
Kurš materiāls labāk iztur nodilumu?
Čuguns (īpaši perlīts vai baltais dzelzs) parasti uzrāda augstāku nodilumizturību, salīdzinot ar liešanas alumīniju.
Alumīniju var apstrādāt ar virsmu vai pārklāt ar nodilumu, taču tas reti atbilst rūdītam dzelzs bez papildu procesiem.
Lieto alumīnija rūsu?
Alumīnijs nerūsē kā dzelzs; tas veido oksīda slāni, kas pasargā to no turpmākas korozijas. Dažos apstākļos (hlorīda iedarbība, galvaniskā savienošana) alumīnijs var korodēt, un tam var būt nepieciešami pārklājumi vai katoda aizsardzība.
