Отливки из закаленного ковкого чугуна: свойства, процесс и применение

Производитель компрессора недавно попросил нас проверить отливку цилиндра, которая продолжала трескаться в седле выпускного клапана примерно через 8000 часов работы. Деталь была изготовлена ​​из обычного ковкого чугуна, и характер разрушения сочетал ударную усталость с износом скольжения. Это именно та ситуация, когда отливки из закаленного ковкого чугуна заслуживают пристального внимания, прежде чем кто-либо перетянет деталь из стали.

Отпущенный ковкий чугун, обычно называемый ADI, представляет собой ковкий чугун, подвергнутый термической обработке, чтобы примерно удвоить его прочность, сохраняя при этом свободу формы отлитой детали. Во многих компонентах, которые в настоящее время изготавливаются из кованой или фабрично изготовленной стали, ADI обеспечивает сопоставимые механические свойства при более низкой стоимости детали и меньшем весе. В этой статье объясняется, что такое ADI, как работает процесс закалки, какие свойства вы можете указать и о чем следует подумать дважды.

Что такое отпущенный ковкий чугун?

ADI начинается с ковкого чугуна, также известного как чугун с шаровидным графитом или чугун с шаровидным графитом. Графит по своей структуре образует небольшие сферы, а не чешуйки серого чугуна, и именно сферическая форма придает ковкому чугуну прочность и удлинение. Если вам нужно узнать, как производится ковкий чугун и чем он отличается от серого чугуна, этот обзор ковкого чугуна объясняет основы.

Аусферритная обработка преобразует металлическую матрицу вокруг этих графитовых узелков в структуру, называемую аусферритом. Аусферрит представляет собой смесь тонкого игольчатого феррита и обогащенного углеродом аустенита. Это не перлит, не бейнит и не отпущенный мартенсит. Сочетание твердой, устойчивой к усталости матрицы с шариками пластичного графита придает ADI необычный набор свойств.

Одним из распространенных заблуждений является то, что ADI — это просто более прочная марка ковкого чугуна. Исходным материалом является ковкий чугун, но именно термическая обработка позволяет получить высокопрочные марки. Обычный ковкий чугун обеспечивает прочность на разрыв в диапазоне от 400 до 700 МПа; Классы ADI начинаются с 850 МПа и превышают 1400 МПа.

Как работает процесс закалки

Аустемперирование — это трехэтапная термообработка, требующая гораздо большего контроля, чем обычный цикл закалки и отпуска.

1. Аустенитизация: отливку нагревают до температуры аустенита, обычно от 830 до 930 °C, и выдерживают до тех пор, пока матрица не станет полностью аустенитной.
2. Закалка: отливку быстро переносят в ванну с расплавленной солью, поддерживаемую при температуре от 230 до 400 °C. Соляная ванна охлаждает деталь достаточно быстро, чтобы предотвратить образование феррита или перлита, но при этом достаточно равномерно, чтобы минимизировать искажения.
3. Изотермическое преобразование: отливка выдерживается при температуре соляной ванны в течение определенного времени, пока аустенит превращается в аусферрит.

Ванна с расплавленной солью делает этот процесс практичным. Закалка в воде слишком агрессивна для сложных отливок, а охлаждение на воздухе для большинства секций слишком медленное. Соль обеспечивает равномерную и контролируемую скорость охлаждения. После изотермической выдержки отливку вынимают и охлаждают до комнатной температуры.

Температура соляной ванны напрямую влияет на конечный сорт. Более низкие температуры, примерно от 230 до 315 °C, обеспечивают более высокую прочность и твердость при меньшей пластичности. Более высокие температуры, примерно от 315 до 400 °C, обеспечивают большую прочность и удлинение. Одну и ту же базовую отливку можно закалить до нескольких разных марок, просто изменив термическую обработку.

Механические свойства отливок ADI

Свойства ADI стандартизированы на международном уровне, чаще всего в соответствии с ASTM A897/A897M. Обозначение марки содержит три цифры: предел прочности, предел текучести и процент удлинения. В таблице ниже приведены стандартные оценки ADI.

Что эти цифры означают на практике: марка 900-650-10 ведет себя как прочный конструкционный чугун, прочность которого значительно превышает прочность обычного ковкого чугуна. Марка 1400-1100-1 действует скорее как изнашиваемая деталь, которая также несет значительную нагрузку.

ADI также имеет высокие показатели усталости. Аусферритная матрица препятствует возникновению трещин, а сжимающие остаточные напряжения, возникающие в результате аустарения, повышают усталостную прочность при изгибе. В целом ADI выгодно отличается от закаленных и отпущенных углеродистых и низколегированных сталей, что делает его кандидатом для компонентов, для которых в настоящее время по умолчанию используется штамповка или изготовление стали.

Применение отливок из закаленного ковкого чугуна

ADI используется в автомобильных трансмиссиях, сельскохозяйственном оборудовании, горнодобывающей технике, железнодорожных компонентах и перекачке промышленных жидкостей. Общая резьба — это деталь, которая выдерживает нагрузку, испытывает усталость или износ и выгоднее от того, что она представляет собой отливку, а не сварку или поковку.

Компоненты компрессора

Компрессоры создают циклическое изменение давления, скользящий контакт и высокие местные напряжения. Цилиндры, картеры, тарелки клапанов и седла выпускных клапанов нуждаются в материале, который не будет изнашиваться, истираться или трескаться в течение десятков тысяч часов. Отливки цилиндров ADI выигрывают от сочетания твердости поверхности отверстия и способности выдерживать давление. Литейный завод, который уже производит отливки цилиндров компрессора в области ковкого чугуна обладает базовыми знаниями о материалах, необходимыми для оценки закаленной версии для применения в тяжелых условиях.

Производители литейных цилиндров компрессора на заказ, завод - Haian Aoyu Machinery Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd - это китайский производитель литейных цилиндров компрессора и завод по производству литейных цилиндров компрессора, ... Просмотреть продукт →

Отливки насосов и клапанов

Насосы и клапаны сталкиваются с кавитационной эрозией, абразивными средами и требованиями по удержанию давления. Высокая твердость ADI противостоит кавитации и эрозии частиц лучше, чем стандартный ковкий чугун, в то время как пластичность более низких марок обеспечивает безопасность детали при импульсных нагрузках. Рабочие колеса, компенсационные кольца и корпуса клапанов являются естественными кандидатами. Для отливки корпуса насоса при работе с высоким напором или шламами указание закаленной марки может значительно продлить срок службы.

Производители корпусов литейных насосов по индивидуальному заказу, Фабрика - Haian Aoyu Machinery Manufactu Компания Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd - это китайские производители литейных корпусов насосов и фабрика по литью корпусов насосов, мы предлагаем изготовленные на заказ насосы ... Просмотреть продукт →

Структуры станков

Системы управления станками и конструктивные элементы требуют жесткости, демпфирования и износостойких поверхностей. Отпущенный ковкий чугун обеспечивает более высокую твердость, чем обычный чугун, сохраняя при этом свойства гашения вибрации, что делает чугун ценным для станков. Направляющие, слайды и отливки станков может быть изготовлен с формой, близкой к чистой отливке, а затем отшлифован или зачищен до окончательной геометрии.

Производители баз литейных машин по индивидуальному заказу, Фабрика - Haian Aoyu Machinery Manufa Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd - это китайские производители базовых машин для литья и фабрика для литья машин, мы предлагаем... Просмотреть продукт →

Вопросы стоимости и дизайна

ADI не является автоматически правильным ответом для каждого кастинга. Термическая обработка увеличивает затраты, и эти дополнительные затраты должны быть оправданы.

Снижение веса

Поскольку ADI примерно в два раза прочнее обычного ковкого чугуна, его сечения можно сделать тоньше. Снижение веса на 20–30 процентов вполне реально, если существующую деталь из ковкого чугуна перепроектировать в ADI. При замене стальной конструкции стоимость килограмма ADI снижается, и вы экономите на сварке и послесварочной обработке, необходимой для стальной сварной детали.

Механическая обработка после отпуска

Закаленное железо твердое, обычно твердость 300 HB и выше. Сверление, нарезание резьбы и фрезерование после термообработки требуют твердосплавного инструмента и увеличивают стоимость обработки. Многие производители обрабатывают деталь в ковком чугуне, а затем подвергают ее закалке на завершающем этапе. Это работает, когда термообработка не искажает деталь за пределами допуска. Если механическую обработку необходимо выполнить после аустификации, оставляйте небольшие припуски и планируйте использовать более твердые инструменты.

Размер секции и чувствительность процесса

Реакция на закалку зависит от толщины среза. Тяжелые секции могут охлаждаться в центре слишком медленно, создавая смешанную структуру с более низкими свойствами, чем указано в испытательном купоне. Равномерная толщина стенок и плавные переходы защищают вас от этого риска. Ваш литейный цех должен подтвердить, что выбранная марка может быть получена в самой толстой части детали.

Проверка качества

Свойства ADI не могут быть проверены только путем измерения твердости. Стандартным набором проверок являются купоны для испытаний той же плавки, испытания на растяжение, металлографическая оценка и измерения твердости по всей отливке. Если поставщик не может предоставить такую ​​документацию, относитесь к спецификации материала с осторожностью. На этапе термообработки достигается или теряется качество ADI.

Сотрудничество с литейным заводом, который разбирается в ковком чугуне

Базовое литье определяет, насколько далеко может зайти закалка. Качество расплава, узловатость, контроль усадки и стабильный химический состав определяются в литейном цехе до того, как деталь попадает в соляную ванну. Именно в этом может помочь специализированный литейный цех по производству ковкого чугуна.

Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd. — литейный завод по производству ковкого и серого чугуна в Наньтуне, Китай, который поставляет отливки компрессоров, насосов, клапанов и станков клиентам в Северной Америке, Европе и Азии. Имея годовую мощность 20 000 тонн, компания производит именно те семейства компонентов, в которых ADI наиболее часто применяется, включая корпуса и цилиндры компрессоров, корпуса насосов и станки. Команда инженеров компании анализирует условия нагрузки и условия эксплуатации по каждому проекту, что делает этап ценового предложения подходящим моментом для того, чтобы задаться вопросом, заслуживает ли рассмотрения закаленная марка.

Когда вы обращаетесь в литейное производство по поводу ADI, принесите с собой три вещи: полную историю нагрузок детали, ожидаемый механизм износа и допуски на размеры, которые должны выдержать термообработку. Многие компоненты, которые в настоящее время изготавливаются из обычных поковок из ковкого чугуна или стали, могут быть изготовлены в виде отливок из закаленного ковкого чугуна. Этот материал проверен в производстве на протяжении десятилетий, и единственный способ узнать, подходит ли он вашему компоненту, — это обсудить это с литейным заводом, который разбирается в этом процессе.