Служби кастингу пластичного заліза – Пластичне ливарне залізо

Вступ

Пластична залізна лиття являє собою значне просування в технології чавуну, Поєднання економічної ефективності та кидільності традиційного сірого заліза з механічними властивостями, які конкурують з деякими сталей.

Відомий своєю вузловою або сфероїдною графітовою структурою, Пластичне залізо пропонує підвищену пластичність, міцність, і стійкість до втоми, making it an essential material in modern engineering.

It is widely used across автомобільний, waterworks, важка техніка, та енергетичні сектори, often replacing gray iron and steel due to its superior performance and economic advantages.

In recent decades, the shift from gray iron to ductile iron has been driven by the demand for легший, сильніший, and more reliable components, particularly in industries where safety and durability are paramount.

Ця стаття містить a comprehensive and professional analysis of ductile iron casting, охоплюючи його композицію, властивості, виробничі процеси, заявки, та майбутні тенденції.

1. Що таке пластичне залізо?

Пластичне залізо, також відомий як вузловий чавун або Сфероїдальне графітове залізо (SG залізо), is a type of cast iron that exhibits superior ductility and toughness compared to traditional gray cast iron.

The key difference lies in the graphite morphology: while gray iron contains flake-shaped graphite, ductile iron features Графітні вузлики (spherical or spheroidal particles) that significantly improve its mechanical properties.

Історичний фон

Пластичне залізо вперше було виявлено в 1943 Кіт Мілліс, які продемонстрували, що додавання невеликої кількості магнію (або церій) для розплавленого заліза спричинило формування графіту в сферичних вузликах замість пластівців.

Ця мікроструктурна трансформація призвела до матеріалу з висока міцність на розрив і подовження, що робить його чудовою альтернативою сірому залізі для вимогливих застосувань.

Основні характеристики та переваги

• Більш висока пластичність та міцність: Вузлотна графітова структура пластичного заліза мінімізує концентрацію напруги, що призводить до кращого ударного опору та подовження (до 18% Для певних оцінок).
• Чудова стійкість до втоми: Відсутність графітових пластівців зменшує ініціацію тріщин, Збільшення сили втоми.
• Універсальність: Змінюючи матричну мікроструктуру (феррит, персолітний, або аустером), Пластикові властивості заліза можуть бути розроблені для конкретних застосувань.

2. Хімічний склад пластичного заліза

Хімічний склад пластичного заліза ретельно контролюється для досягнення його унікального поєднання міцність, пластичність, і обробка.

Додавання невеликих кількостей магній (Мг) або інші вузлиці елементи (наприклад, церію) Під час процесу плавлення перетворює графітову структуру від пластівців (як у сірого заліза) до Сфероїдні вузлики, що суттєво покращує механічні показники.

Стандартний хімічний склад пластичного заліза (ASTM A536)

3. Методи лиття пластичного заліза

Пластичне залізо можна відливати за допомогою цілого ряду методів, Кожна пропонує унікальні переваги для конкретних Частина геометрії, Вимоги до якості поверхні, обсяги виробництва, та очікування механічної власності.

Вибір правильного методу має вирішальне значення для балансування вартість, виконання, та ефективність виробництва.

Пісочне лиття пластичне залізо

• Огляд:
  Кастинг піску - це найбільш широко прийнятий метод для пластичного заліза завдяки його універсальності та здатності обробляти як малих, так і дуже великих компонентів (зважування до кількох тонн).
  Процес використовує a Мотозмінний візерунок, щоб утворити порожнину цвілі в піску, в який наливається розплавлене залізо.
  Матеріал цвілі часто зелений пісок (Кремній пісок, пов'язаний з глиною), Хоча хімічно пов'язані піски також використовуються для кращої обробки поверхні та міцності.
• Переваги:

• • Ідеально підходить для складних геометрії та великих компонентів.
  • Низька вартість інструментів порівняно з постійними процесами цвілі.
  • Підходить як для прототипування, так і для середнього до великого виробництва.

• Обмеження:

• • Нижня обробка поверхні та розмірна точність, ніж методи точності.
  • Потрібен після міхурування для більш жорстких допусків.

Пластична залізна форма кастинг

• Огляд:
  Кастинг цвілі з оболонки є точний варіант пісочного лиття що використовує тонку оболонку пісок з покриттям смоли утворювати цвіль, що призводить до кращого покриття поверхні та більш жорсткого контролю розміру.
  Це часто віддають перевагу для деталі пластичного заліза середнього розміру зі складними геометріями, наприклад, компоненти двигуна та корпуси передач.
• Переваги:

• • Чудова обробка поверхні (Ra ~ 3,2 мкм).
  • Краща повторюваність та точність порівняно з зеленим піском.
  • Підходить для середніх до високих обсягів виробництва.

• Обмеження:

• • Більш висока вартість підготовки цвілі.
  • Обмежений для надзвичайно великих кастинг.

Кастинг з пластичних залізних інвестицій (Кастинг загубленого воску)

• Огляд:
  Лиття по моделлю, Також називається Кастинг загубленого воску, передбачає створення воскового візерунка, покритого вогнетривким матеріалом для формування керамічної оболонки.
  Як тільки віск розтопиться, Розплавлене пластичне залізо виливається у форму. Цей метод високо цінується для точні деталі, що потребують геометрії та мінімальної обробки майже мережі та мінімальної обробки.

  

• Переваги:

• • Відмінна обробка поверхні (Ra ~ 1,6-3,2 мкм).
  • Здатний виробляти складні конструкції з тонкими стінами та складними ознаками.
  • Зменшує матеріальні відходи та післяобробка.

• Обмеження:

• • Високі виробничі витрати та трудомісткий процес.
  • Найкраще підходить для менших компонентів (типово <50 кг).

Центрифугальний кастинг пластичне залізо

• Огляд:
  Відцентрове лиття широко використовується для циліндричні або трубчасті пластичні частини, наприклад, труби та втулки.
  Процес передбачає виливу розплавленого заліза в прядіння цвілі, де відцентрова сила розподіляє метал уздовж стінок форми, Виробляючи щільні та без дефекти кастинг.
• Переваги:

• • Виробляє компоненти високої щільності з мінімальною пористістю.
  • Дрібнозерниста мікроструктура покращує механічну міцність.
  • Ідеально підходить для порожнистих секцій та компонентів, що оцінюють тиск.

• Обмеження:

• • Обмежено обертально симетричними формами.
  • Вимагає дорогого, Спеціалізована техніка.

Пластичне залізо втрачене піну лиття (LFC)

• Огляд:
  Загублений кастинг піни - це Сучасні інновації що використовує a піна (полістирол) зразок що випаровується, коли розплавлений метал виливається у форму.
  Він підходить для складні частини, що не потребують кутів проекту і може мінімізувати обробку.
• Переваги:

• • Дозволяє дуже складно, Дизайн майже мережі.
  • Усуває потребу в ядрах та лініях розставання.
  • Вимоги до нижчих складів.

• Обмеження:

• • Висока вартість шаблонів піни.
  • Вимагає ретельного наповнення цвілі, щоб уникнути дефектів.

Пластичне залізне безперервне лиття (Для пластичних залізних брусків)

• Огляд:
  Постійне лиття використовується для виробництва суцільні бруски, заготовки, і профілі з послідовними механічними властивостями та зменшеною пористістю.
  Розплавлене залізо наливається в охолоджену форму, яка постійно рухається, утворюючи довгі довжини матеріалу.
• Переваги:

• • Висока продуктивність та рівномірна якість.
  • Зменшує обробку та матеріальні відходи.
  • Економічно вигідно для виробництва сировини.

• Обмеження:

• • Не підходить для складних форм або складних частин.

4. Процес лиття пластичного заліза

Процес лиття пластичного заліза - це ретельно контрольована послідовність плавлення, вузлика, щеплення, ліплення, і після лікування щоб забезпечити бажання вузлова графітова мікроструктура і механічні властивості.

На відміну від сірого заліза, Досягнення сфероїдної графітової структури при пластичному залізі вимагає точне обробка магнію або церій і ретельний моніторинг хімічний склад, Швидкість охолодження, and pouring conditions.

4.1 Плавлення та лежачи

• Плавлення: Induction furnaces (1400–1500°C) melt pig iron + 60–80% recycled ductile iron scrap (утримує 95% of virgin properties).
• Alloy Control: Spectrometric analysis ensures composition stays within ASTM ranges (Напр., C = 3.4 ±0.1%, Si = 2.5 ±0.1%).

4.2 Вузлика

• Обробка: Магній (as Fe-Mg alloy, 6–8% Mg) is added to molten iron at 1400°C. This “treatment” breaks flake graphite into spheres, with 0.03–0.05% residual Mg required for full effect.
• Критичний контроль: Sulfur must be <0.03% (Мг:S ratio ≥1.5:1) to avoid nodule degeneration.

4.3 Щеплення

• Мета: Refines graphite nodules (5–20 nodules/mm²) and prevents “chill” (brittle martensite formation).
• Обробка: Ferrosilicon (75% І) added post-nodularization at 0.2–0.5% by weight. Inoculants like calcium-silicon further enhance nodule uniformity.

4.4 Дизайн та наливання цвілі

• Матеріали для цвілі: Зелений пісок (низька вартість, переробка) for general parts; пісок, пов'язаний з смолою (better tolerance) for precision components.
• Gating/Risering: Гірінг, призначений для мінімізації турбулентності (швидкість <1.5 РС) to avoid oxide inclusions. Стояки (10–15% обсягу частини) feed shrinkage, critical for thick sections (>25 мм).
• Температура: 1300–1350°C (lower than gray iron to avoid Mg burnout).

4.5 Охолодження та струшування

• Швидкість охолодження: 5–20°C/min (піщані форми) promotes uniform nodule formation. Швидше охолодження (20–30°C/min) in metal molds increases pearlite content, boosting strength.
• Промайдування: Mold is vibrated to release the casting; ядра (for internal features) are removed via water jetting.

4.6 Операції після відсічення

• Прибирання: Shot blasting removes residual sand, achieving Ra 12.5–25 μm (пісочний кастинг) or Ra 1.6–6.3 μm (інвестиційне кастинг).
• Обробка: Turng CNC/milling achieves tolerances ±0.01 mm for critical features (Напр., bearing bores).
  Ductile iron’s machinability is 80% that of gray iron (tool wear rates 10–15% higher).
• Термічна обробка: Enhances mechanical properties (Напр., annealing for ductility, austempering for high strength).
• Покриття: Paint or galvanizing (for corrosion resistance in outdoor applications).

5. Термічна обробка пластичного лиття заліза

Heat treatment plays a crucial role in enhancing the mechanical properties and performance of ductile iron castings.

By carefully controlling the thermal cycles, manufacturers can tailor the microstructure to achieve the desired balance of strength, пластичність, міцність, і носійне опір.

Відпал

• Мета:
  Annealing relieves internal stresses caused by casting and machining, покращує пластичність, and enhances machinability.
• Обробка:

• • Typically performed at temperatures between 850°C and 950°C.
  • Soaking time depends on casting thickness, зазвичай 1 до 4 годинник.
  • Slow cooling inside the furnace or in still air to avoid thermal shock.

Нормалізація

• Мета:
  Normalizing is applied to improve wear resistance, розмірна стабільність, і сила.
• Обробка:

• • Heating the casting to 900°C–950°C з подальшим повітряним охолодженням.
  • Cooling rate faster than annealing but slower than quenching.

Східне загартування (Остемерційне пластичне залізо - ADI)

• Мета:
  Austempering transforms ductile iron into Остемпероване пластичне залізо (Аді), a high-strength, зносостійкий, and fatigue-resistant material.
• Обробка:

• • Heating the casting to the austenitizing temperature (850°C–900°C).
  • Rapid quenching into a molten salt bath maintained at 250°C–400°C for a specified time (1–3 hours).
  • Cooling to room temperature.

6. Механічні властивості пластичних чавунів

7. Переваги пластичного лиття заліза

Ductile iron casting offers a unique combination of mechanical strength, міцність, Ефективність витрат, та гнучкість дизайну, making it one of the most widely used cast iron materials in various industries.

Вища механічна міцність і міцність

• Ductile iron achieves tensile strengths between 415–690 MPa (60–100 ksi), with high yield strength and excellent fatigue resistance.
• З вузлова графітова мікроструктура prevents crack propagation, offering higher impact toughness compared to gray cast iron, which is prone to brittleness.

Підвищена пластичність та подовження

• Standard grades like ASTM A536 60-40-18 exhibit elongation values up to 18%, far exceeding the <2% elongation seen in gray iron.
• This ductility allows components to absorb shock loads without failure, making it suitable for automotive and heavy machinery parts.

Відмінне вібраційне демпфірування

• Ductile iron retains the superior vibration damping properties of cast iron, which is beneficial for components such as Бази верстатів, насос, and compressor housings, reducing noise and vibration.

Економічна ефективність проти. Сталева лиття

• Порівняно зі сталь, ductile iron is 30–40% less expensive due to lower melting energy requirements and simpler casting processes.
• It provides similar strength-to-weight performance as steel while offering better machinability, reducing overall manufacturing costs.

Складний кастинг форми

• Ductile iron’s excellent fluidity enables the production of intricate and thin-walled castings with near-net shapes, minimizing machining and material waste.
• It is well-suited for components like блоки двигуна, Корпуси передач, і клапани that require complex geometries.

Універсальні варіанти термічної обробки

• Properties can be tailored through heat treatment (відпал, нормалізація, or austempering), enabling a broad range of mechanical characteristics from Висока пластичність до extreme wear resistance (as in Austempered Ductile Iron – ADI).

Знос та втома

• З proper alloying and heat treatment, ductile iron can achieve high hardness (до 400 HB in ADI) and superior fatigue strength, ideal for components subjected to repeated loading or abrasive conditions.

8. Обмеження пластичного лиття заліза

• Нижня стійкість до корозії: Requires coatings or galvanizing in aggressive environments.
• Shrinkage and Porosity Risks: Demands precise control during casting.
• Performance Limitations at Low Temperatures: Brittle behavior in cryogenic conditions.

9. Основні застосування пластичних залізних відливів

Ductile iron castings are used extensively across numerous industries due to their excellent strength, пластичність, Опір зносу, Вібраційне демпфірування, і економічна ефективність.

Автомобільна промисловість

Ductile iron is a preferred material in automotive manufacturing for its ability to withstand dynamic loads, опір зносу, and reduce production costs through near-net-shape casting.

• Компоненти двигуна: колінчасті вали, розподільні вали, головки циліндрів, timing gears.
• Частини підвіски: керувати руками, рульові рукоятки, Колісні вузлики.
• Transmission and drivetrain: differential carriers, Корпуси передач, підшипники.

Інфраструктура води та стічних вод

Його стійкість до корозії, обробка, and long service life make ductile iron ideal for water-related applications.

• Pipes and fittings: ductile iron pipe (DIP) is widely used for potable water, sewage, and storm drainage systems.
• Valves and hydrants: клапани воріт, клапани метеликів, fire hydrants.

Важка техніка та промислове обладнання

High strength-to-weight ratio and vibration damping make ductile iron suitable for components in machinery and equipment.

• Насосні корпуси, частини компресора, підшипники.
• Бази верстатів: вершники, milling machines, grinders.
• Сільськогосподарське обладнання: коробки передач, кадрів, корпус.

Енергія та виробництво електроенергії

Ductile iron supports the growing demand for durable, heavy-duty components in wind, hydro, and conventional energy systems.

• Вітрогенераторні вузлики, гальмові компоненти, and gear reducers.
• Hydraulic and steam turbines: casing and structural castings.
• Generator and motor housings.

Залізниця та транспорт

Used in structural and mechanical parts for its toughness and resistance to cyclic loading.

• Railway wheels, brake shoes, and couplings.
• Track components: anchors, тарілки, кріплення.

Будівництво та інфраструктура

The material’s durability and low maintenance requirements make it a standard in public works and building hardware.

• Обкладинки люків, drainage grates, street lighting bases.
• Структурні кастинги: колони, дужки, архітектурні компоненти.

Обладнання для видобутку та земля

Ductile iron is used in harsh environments due to its wear and impact resistance.

• Track shoes, зірочки, втулки, and housing components.
• Crushing and screening equipment parts.

10. Пластичне залізо проти. Інші кастингові матеріали

Ductile iron stands out among cast materials due to its combination of strength, пластичність, Опір зносу, і економічна ефективність.

11. Висновок

Ductile iron casting offers an exceptional balance of міцність, пластичність, економічна ефективність, і кастості, making it a preferred material across industries such as automotive, waterworks, і важка техніка.

Its ability to bridge the performance gap between gray iron and steel has cemented its status as a versatile engineering material.

Дивлячись вперед, the development of Аді (Остемпероване пластичне залізо) and sustainable foundry practices will continue to enhance the performance and eco-friendliness of ductile iron components.

Langhe пропонує послуги з кастингу пластичного заліза

В Ланге, we specialize in delivering high-performance ductile iron castings using a full spectrum of advanced casting technologies.

Whether your project demands the flexibility of Кастинг зеленого піску, the precision of черепашка цвіль або інвестиційне кастинг, the strength and consistency of metal mold (постійна цвіль) кастинг, or the density and purity provided by відцентровий і Загублений кастинг піни,

Ланге has the engineering expertise and production capacity to meet your exact specifications.

Our facility is equipped to handle everything from prototype development to high-volume manufacturing, supported by rigorous quality control, material traceability, and metallurgical analysis.

From automotive and energy sectors to infrastructure and heavy machinery, Ланге delivers custom casting solutions that combine metallurgical excellence, точність розмірів, і довгострокова продуктивність.

Зв’яжіться з нами！

Поширені запитання

Чим пластичне залізо відрізняється від сірого заліза?

Ductile iron contains spherical graphite nodules (via magnesium addition), enabling 10–20% elongation and high impact toughness. Gray iron has flake graphite, making it brittle (<1% подовження).

Що таке Аді, і коли він використовується?

Остемпероване пластичне залізо (Аді) is heat-treated to form a bainitic matrix, offering 100–150 ksi tensile strength. Used in high-load applications like wind turbine hubs and racing components.

Чому магній критично важливий для пластичного заліза?

Magnesium transforms flake graphite into spheres, eliminating stress concentration and enabling ductility. Residual magnesium (0.03–0,05%) ensures the effect.

Як пластичне залізо порівнюється зі сталь за вартістю?

Ductile iron is 30–50% cheaper than steel castings for equivalent strength, with better castability reducing production time by 20–30%.

Яка максимальна температура обслуговування для пластичного заліза?

Він виконує надійно до 400 ° C. Вище 500 ° C, strength drops by 30% due to pearlite decomposition.