SV 
Kompressortillverkaren bad oss nyligen granska en cylindergjutning som fortsatte att spricka vid utloppsventilsätet efter ungefär 8 000 drifttimmar. Delen tillverkades i konventionellt segjärn och felläget kombinerade slagutmattning med glidförslitning. Det är just den situationen där gjutgods av aushärdat segjärn förtjänar en närmare titt innan någon ritar om komponenten i stål.
Aushärdat segjärn, vanligen kallat ADI, är segjärn som har värmebehandlats för att ungefär fördubbla sin styrka samtidigt som formfriheten hos en gjuten del behålls. I många komponenter som för närvarande tillverkas av smidet eller tillverkat stål, levererar ADI jämförbara mekaniska egenskaper till en lägre delkostnad och en lägre vikt. Den här artikeln förklarar vad ADI är, hur austemperingsprocessen fungerar, vilka egenskaper du kan specificera och var du bör tänka två gånger.
Vad är austempererat segjärn?
ADI börjar som segjärn, även känt som segjärn eller sfäroidt grafitjärn. Grafiten i sin struktur bildar små sfärer snarare än flingorna som finns i gråjärn, och den sfäriska formen är det som ger segjärn dess seghet och förlängning. Om du behöver en uppfräschning om hur segjärn tillverkas och hur det skiljer sig från gråjärn, denna översikt av segjärn förklarar grunderna.
Austemperingsbehandlingen omvandlar metallmatrisen runt dessa grafitknölar till en struktur som kallas ausferrit. Ausferrit är en blandning av fin nålformig ferrit och kolberikad austenit. Det är inte perlit, inte bainit och inte härdad martensit. Kombinationen av den hårda, utmattningsbeständiga matrisen med formbara grafitknölar ger ADI dess ovanliga paket med egenskaper.
Ett vanligt missförstånd är att ADI helt enkelt är en starkare kvalitet av segjärn. Utgångsmaterialet är segjärn, men värmebehandlingen är det som ger de höghållfasta kvaliteterna. Konventionellt segjärn erbjuder draghållfastheter i intervallet 400 till 700 MPa; ADI-kvaliteter börjar runt 850 MPa och går över 1 400 MPa.
Hur Austemperingsprocessen fungerar
Austempering är en värmebehandling i tre steg som kräver mycket mer kontroll än en typisk härdnings- och tempereringscykel.
- Austenitisering: gjutgodset värms upp till austenitområdet, vanligtvis 830 till 930 °C, och hålls tills matrisen är helt austenitisk.
- Härdning: gjutgodset överförs snabbt till ett smält saltbad som hålls vid 230 till 400 °C. Saltbadet kyler delen tillräckligt snabbt för att förhindra bildning av ferrit eller perlit, men ändå tillräckligt jämnt för att minimera distorsion.
- Isotermisk omvandling: gjutgodset hålls vid saltbadstemperaturen under en bestämd tid medan austenit omvandlas till ausferrit.
Det smälta saltbadet är det som gör processen praktisk. Vattensläckning är för aggressiv för komplexa gjutgods, och luftkylningen är för långsam för de flesta sektioner. Salt ger en jämn, kontrollerbar kylhastighet. Efter det isotermiska hållet avlägsnas gjutgodset och kyls till rumstemperatur.
Saltbadstemperaturen har en direkt effekt på slutkvaliteten. Lägre temperaturer, ungefär 230 till 315 °C, ger högre hållfasthet och hårdhet med mindre duktilitet. Högre temperaturer, ungefär 315 till 400 °C, ger större seghet och töjning. Samma grundgjutning kan härdas till flera olika kvaliteter helt enkelt genom att justera värmebehandlingen.
Mekaniska egenskaper hos ADI-gjutgods
ADI-egenskaper är standardiserade internationellt, oftast enligt ASTM A897/A897M. Gradbeteckningen innehåller tre siffror: draghållfasthet, sträckgräns och töjningsprocent. Tabellen nedan sammanfattar standard ADI-betygen.
| Betyg | Draghållfasthet | Sträckstyrka | Förlängning | Hårdhet |
|---|---|---|---|---|
| 900-650-10 | 900 MPa (130 ksi) | 650 MPa (94 ksi) | 10 % | 269-331 HB |
| 1050-700-7 | 1 050 MPa (152 ksi) | 700 MPa (102 ksi) | 7 % | 302-375 HB |
| 1200-850-4 | 1 200 MPa (174 ksi) | 850 MPa (123 ksi) | 4 % | 341-401 HB |
| 1400-1100-1 | 1 400 MPa (203 ksi) | 1 100 MPa (160 ksi) | 1 % | 388-477 HB |
| 1600-1300-1 | 1 600 MPa (232 ksi) | 1 300 MPa (189 ksi) | 1 % | 402-512 HB |
Vad dessa siffror betyder i praktiken: en 900-650-10 kvalitet beter sig som ett tufft konstruktionsjärn med styrka långt över konventionellt segjärn. En 1400-1100-1 kvalitet fungerar mer som en slitdel som också bär betydande belastning.
ADI har också en stark utmattningsprestanda. Den ausferritiska matrisen motstår sprickinitiering, och de återstående tryckspänningarna som lämnas av austempering förbättrar böjutmattningshållfastheten. På det hela taget kan ADI jämföras med kylda och härdade kolstål och låglegerade stål, vilket gör det till en kandidat för komponenter där stålsmide eller tillverkning för närvarande är standard.
Tillämpningar av uthärdade segjärngjutgods
ADI förekommer i drivlinor för fordon, jordbruksutrustning, gruvmaskiner, järnvägskomponenter och industriell vätskehantering. Den röda tråden är en del som bär last, upplever utmattning eller slitage, och som tjänar på att vara ett gjutgods snarare än en svets eller smide.
Kompressorkomponenter
Kompressorer påför tryckcykler, glidkontakt och höga lokala påfrestningar. Cylindrar, vevhus, ventilplattor och avgassäten behöver ett material som inte kommer att slitas, oroa sig eller spricka under tiotusentals timmar. ADI-cylindergjutgods drar fördel av kombinationen av hålets ythårdhet och tryckkapacitet. Ett gjuteri som redan producerar gjutgods för kompressorcylinder i segjärn har basmaterialkunskapen som behövs för att utvärdera en aushärdad version för en hård applikation.
Tillverkare av specialgjutkompressorcylinder, fabrik - Haian Aoyu Machinery Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd är Kina som gjuter kompressorcylindertillverkare och gjuter kompressorcylinderfabrik, med... Visa produkt → Pump och ventilgjutgods
Pumpar och ventiler möter kavitationserosion, abrasiva medier och krav på tryckhållning. Den höga hårdheten hos ADI motstår kavitation och partikelerosion bättre än standard segjärn, medan duktiliteten hos de lägre kvaliteterna håller delen säker under överspänningsbelastningar. Impellers, slitringar och ventilhus är naturliga kandidater. För pumpkroppsgjutgods i hög- eller slurryservice kan angivandet av en tunnhärdad kvalitet på ett meningsfullt sätt förlänga livslängden.
Tillverkare av specialgjutna pumpkroppar, fabrik - Haian Aoyu Machinery Manufactu Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd är Kina gjutning av pumpkroppstillverkare och gjutning av pumpkroppsfabrik, vi erbjuder anpassade pump ... Visa produkt → Verktygsmaskiner strukturer
Verktygsmaskiners styrsystem och strukturella komponenter behöver styvhet, dämpning och slitstarka ytor. Aushärdat segjärn erbjuder högre hårdhet än konventionellt gjutjärn samtidigt som det behåller den vibrationsdämpande karaktären som gör gjutjärn värdefullt i verktygsmaskiner. Styrbanor, rutschbanor och gjutgods för verktygsmaskiner kan tillverkas med nästan nettoformen av ett gjutgods och sedan slipas eller skrapas till slutlig geometri.
Anpassade gjutmaskiner bas tillverkare, fabrik - Haian Aoyu Machinery Manufa Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd är Kinas tillverkare av gjutmaskinsbas och gjutmaskinsbasfabrik, vi erbjuder anpassade... Visa produkt → Kostnads- och designöverväganden
ADI är inte automatiskt det rätta svaret för varje casting. Värmebehandlingen ökar kostnaden och den extra kostnaden måste motiveras.
Viktminskning
Eftersom ADI är ungefär dubbelt så stark som konventionellt segjärn, kan sektioner göras tunnare. Viktminskningar på 20 till 30 procent är realistiska när en befintlig segjärnsdel görs om i ADI. Vid byte av en ståltillverkning är kostnaden per kilogram ADI lägre, och du sparar svets- och eftersvetsbearbetning som en stålsvetsning kräver.
Bearbetning efter Austempering
Aushärdat järn är hårt, vanligtvis 300 HB och över. Borrning, gängning och fräsning efter värmebehandling kräver hårdmetallverktyg och ökar bearbetningskostnaderna. Många tillverkare bearbetar delen i segjärnskonditionen och bearbetar den sedan som ett nästan sista steg. Det fungerar när värmebehandlingen inte förvränger delen utöver toleransen. Om bearbetning måste ske efter austempering, håll lagertillgångarna små och planera för hårdare verktyg.
Sektionsstorlek och processkänslighet
Åttempereringssvaret beror på snitttjockleken. Tunga sektioner kan svalna för långsamt i mitten, vilket ger en blandad struktur med lägre egenskaper än vad testkupongen indikerar. Enhetlig väggtjocklek och mjuka övergångar skyddar dig från denna risk. Ditt gjuteri bör bekräfta att det valda betyget kan uppnås i den tjockaste delen av delen.
Kvalitetsverifiering
ADI-egenskaper kan inte verifieras enbart genom hårdhetsmätning. Testkuponger från samma värme, dragprovning, metallografisk utvärdering och hårdhetsundersökningar över gjutgodset är den normala verifieringssviten. Om en leverantör inte kan tillhandahålla den dokumentationen, behandla materialspecifikationen med försiktighet. Värmebehandlingssteget är där ADI-kvalitet skapas eller går förlorad.
Samarbete med ett gjuteri som kan segjärn
Basgjutningen avgör hur långt austempering kan ta dig. Smältkvalitet, nodularitet, krympningskontroll och konsekvent kemisk sammansättning är alla etablerade i gjuteriet innan delen når ett saltbad. Det är här ett dedikerat segjärnsgjuteri tillför mervärde.
Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd. är ett segjärns- och gråjärnsgjuteri i Nantong, Kina, som levererar kompressor-, pump-, ventil- och verktygsmaskiner till kunder i Nordamerika, Europa och Asien. Med en årlig kapacitet på 20 000 ton producerar företaget exakt de komponentfamiljer där ADI används oftast, inklusive kompressorkroppar och cylindrar, pumpkroppar och verktygsmaskiner. Dess ingenjörsteam granskar belastningsförhållanden och servicemiljöer i varje projekt, vilket gör offertstadiet till det rätta tillfället för att fråga om ett tufft betyg förtjänar övervägande.
När du närmar dig ett gjuteri om ADI, ta med dig tre saker: den fullständiga lasthistoriken för delen, den förväntade slitagemekanismen och de dimensionella toleranserna som måste överleva värmebehandling. Många komponenter som för närvarande tillverkas av konventionellt segjärn eller stålsmide skulle kunna tillverkas som gjutgods av härdat segjärn. Materialet har bevisats i produktion i årtionden, och det enda sättet att veta om det passar din komponent är att föra den diskussionen med ett gjuteri som förstår processen.
