Austempererede duktile støbegods: egenskaber, proces og anvendelser

Kompressorproducenten bad os for nylig om at gennemgå en cylinderstøbning, der blev ved med at revne ved afgangsventilsædet efter ca. 8.000 driftstimer. Delen blev produceret i konventionelt duktilt jern, og fejltilstanden kombinerede slagtræthed med glidende slid. Det er præcis den situation, hvor austempererede duktilt støbegods fortjener et nærmere kig, før nogen omtegner komponenten i stål.

Austempereret duktilt jern, almindeligvis kaldet ADI, er duktilt jern, der er blevet varmebehandlet for omtrent at fordoble dets styrke og samtidig bevare formfriheden som en støbt del. I mange komponenter, der i øjeblikket er fremstillet af smedet eller fremstillet stål, leverer ADI sammenlignelige mekaniske egenskaber til en lavere delpris og en lettere vægt. Denne artikel forklarer, hvad ADI er, hvordan austemperingsprocessen fungerer, hvilke egenskaber du kan angive, og hvor du bør tænke dig om.

Hvad er austempereret duktilt jern?

ADI starter som duktilt jern, også kendt som nodulært jern eller sfæroidt grafitjern. Grafitten i sin struktur danner små kugler i stedet for flagerne, der findes i gråt jern, og den sfæriske form er det, der giver duktilt jern dets sejhed og forlængelse. Hvis du har brug for en genopfriskning af, hvordan duktilt jern fremstilles, og hvordan det adskiller sig fra gråt jern, denne oversigt over duktilt jern forklarer det grundlæggende.

Austemperingsbehandlingen omdanner metalmatrixen omkring disse grafitknuder til en struktur kaldet ausferrit. Ausferrit er en blanding af fin nåleformet ferrit og kulstofberiget austenit. Det er ikke perlit, ikke bainit og ikke hærdet martensit. Kombinationen af ​​den hårde, træthedsbestandige matrix med duktile grafitknuder giver ADI dens usædvanlige pakke af egenskaber.

En almindelig misforståelse er, at ADI simpelthen er en stærkere kvalitet af duktilt jern. Udgangsmaterialet er duktilt jern, men varmebehandlingen er det, der producerer højstyrkekvaliteterne. Konventionelt duktilt jern tilbyder trækstyrker i området 400 til 700 MPa; ADI-kvaliteter starter omkring 850 MPa og går over 1.400 MPa.

Hvordan Austemperingsprocessen fungerer

Austempering er en tre-trins varmebehandling, der kræver langt mere kontrol end en typisk quench-and-temper-cyklus.

1. Austenitisering: Støbningen opvarmes til austenitområdet, sædvanligvis 830 til 930 °C, og holdes, indtil matrixen er helt austenitisk.
2. Bratkøling: Støbegodset overføres hurtigt til et smeltet saltbad holdt ved 230 til 400 °C. Saltbadet afkøler delen hurtigt nok til at forhindre dannelse af ferrit eller perlit, men alligevel jævnt nok til at minimere forvrængning.
3. Isotermisk transformation: støbningen holdes ved saltbadstemperaturen i et defineret tidsrum, mens austenit omdannes til ausferrit.

Det smeltede saltbad er det, der gør processen praktisk. Vandslukning er for aggressiv til komplekse støbegods, og luftkøling er for langsom til de fleste sektioner. Salt giver en ensartet, kontrollerbar afkølingshastighed. Efter det isotermiske hold fjernes støbegodset og afkøles til stuetemperatur.

Saltbadstemperaturen har direkte indflydelse på den endelige karakter. Lavere temperaturer, ca. 230 til 315 °C, giver højere styrke og hårdhed med mindre duktilitet. Højere temperaturer, ca. 315 til 400 °C, giver større sejhed og forlængelse. Den samme grundstøbning kan hærdes til flere forskellige kvaliteter blot ved at justere varmebehandlingen.

Mekaniske egenskaber af ADI-støbegods

ADI-egenskaber er standardiseret internationalt, mest almindeligt under ASTM A897/A897M. Karakterbetegnelsen indeholder tre tal: trækstyrke, flydespænding og forlængelsesprocent. Tabellen nedenfor opsummerer standard ADI karaktererne.

Hvad disse tal betyder i praksis: en 900-650-10 kvalitet opfører sig som et sejt strukturelt jern med styrke langt over konventionelt duktilt jern. En 1400-1100-1 kvalitet fungerer mere som en sliddel, der også bærer betydelig belastning.

ADI har også stærk træthedspræstation. Den ausferritiske matrix modstår revneinitiering, og de kompressive restspændinger, der efterlades ved austempering, forbedrer bøjningstræthedsstyrken. Over hele linjen sammenligner ADI sig positivt med bratkølet og hærdet kulstof og lavlegeret stål, hvilket gør det til en kandidat til komponenter, hvor en stålsmedning eller -fremstilling i øjeblikket er standard.

Anvendelser af austempererede duktile støbegods

ADI optræder i drivlinjer til biler, landbrugsudstyr, minemaskiner, jernbanekomponenter og industriel væskehåndtering. Den røde tråd er en del, der bærer belastning, oplever træthed eller slid, og som har gavn af at være en støbning frem for en svejsning eller smedning.

Kompressor komponenter

Kompressorer påfører trykcyklus, glidende kontakt og høje lokale belastninger. Cylindre, krumtaphuse, ventilplader og udstødningssæder har brug for et materiale, der ikke vil slides, ærgre sig eller revne i titusindvis af timer. ADI cylinderstøbegods drager fordel af kombinationen af ​​borings overfladehårdhed og trykevne. Et støberi, der allerede producerer kompressor cylinder støbegods i duktilt jern har den viden om basismateriale, der er nødvendig for at vurdere en austempereret version til en hård applikation.

Producenter af specialstøbte kompressorcylindre, fabrik - Haian Aoyu Machinery Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd er Kina, der støber kompressorcylinderproducenter og støber kompressorcylinderfabrik, med... Se produkt →

Pumpe- og ventilstøbegods

Pumper og ventiler står over for kavitationserosion, slibende medier og krav til trykhold. Den høje hårdhed af ADI modstår kavitation og partikelerosion bedre end standard duktilt jern, mens duktiliteten af ​​de lavere kvaliteter holder delen sikker under overspændingsbelastninger. Løbehjul, slidringe og ventilhuse er naturlige kandidater. For støbegods til pumpekroppe i højtryks- eller gylleservice kan angivelse af en austempereret kvalitet forlænge levetiden meningsfuldt.

Producenter af specialstøbte pumpehuse, fabrik - Haian Aoyu Machinery Manufactu Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd er Kinas støbning af pumpehusproducenter og støbning af pumpehusfabrik, vi tilbyder tilpasset pumpe ... Se produkt →

Værktøjsmaskiners strukturer

Værktøjsmaskiners styresystemer og strukturelle komponenter har brug for stivhed, dæmpning og slidbestandige overflader. Austempereret duktilt jern tilbyder højere hårdhed end konventionelt støbejern, samtidig med at det bibeholder den vibrationsdæmpende karakter, der gør støbejern værdifuldt i værktøjsmaskiner. Føringsveje, rutsjebaner og støbegods til værktøjsmaskiner kan fremstilles med næsten-net-formen af en støbning og derefter slibes eller skrabes til endelig geometri.

Brugerdefinerede støbemaskinebaseproducenter, fabrik - Haian Aoyu Machinery Manufa Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd er Kina støbemaskinebaseproducenter og støbemaskinebasefabrik, vi tilbyder tilpassede... Se produkt →

Omkostnings- og designovervejelser

ADI er ikke automatisk det rigtige svar for hver casting. Varmebehandlingen øger omkostningerne, og meromkostningerne skal begrundes.

Vægtreduktion

Fordi ADI er omtrent dobbelt så stærk som konventionelt duktilt jern, kan sektioner gøres tyndere. Vægtreduktioner på 20 til 30 procent er realistiske, når en eksisterende duktilt jerndel redesignes i ADI. Ved udskiftning af en stålfabrikation er prisen pr. kilogram ADI lavere, og du sparer den svejsning og eftersvejsning, som en stålsvejsning kræver.

Bearbejdning efter Austempering

Aushærdet jern er hårdt, typisk 300 HB og derover. Boring, anboring og fræsning efter varmebehandling kræver hårdmetalværktøj og øger bearbejdningsomkostningerne. Mange producenter bearbejder delen i form af duktilt jern og stryger den derefter som et næsten sidste trin. Det virker, når varmebehandlingen ikke forvrænger delen ud over tolerance. Hvis bearbejdning skal ske efter austempering, skal du holde lagerbeholdningen lille og planlægge hårdere værktøj.

Sektionsstørrelse og procesfølsomhed

Austemperingsreaktionen afhænger af snittykkelsen. Tunge sektioner kan afkøle for langsomt i midten, hvilket giver en blandet struktur med lavere egenskaber end testkuponen angiver. Ensartet vægtykkelse og glatte overgange beskytter dig mod denne risiko. Dit støberi bør bekræfte, at den valgte kvalitet kan opnås i den tykkeste del af delen.

Kvalitetsbekræftelse

ADI-egenskaber kan ikke verificeres ved hårdhedsmåling alene. Testkuponer fra den samme varme, trækprøvning, metallografisk evaluering og hårdhedsundersøgelser på tværs af støbningen er den normale verifikationssuite. Hvis en leverandør ikke kan levere denne dokumentation, skal du behandle materialespecifikationen med forsigtighed. Varmebehandlingstrinnet er, hvor ADI-kvaliteten er lavet eller tabt.

Samarbejde med et støberi, der kender duktilt jern

Grundstøbningen bestemmer, hvor langt austempering kan bringe dig. Smeltekvalitet, nodularitet, svindkontrol og ensartet kemisk sammensætning er alle etableret i støberiet, før delen når et saltbad. Det er her et dedikeret duktilt støberi tilfører værdi.

Haian Aoyu Machinery Manufacturing Co., Ltd. er et duktilt jern- og gråjernstøberi i Nantong, Kina, der leverer kompressor-, pumpe-, ventil- og værktøjsmaskiner støbegods til kunder i Nordamerika, Europa og Asien. Med en årlig kapacitet på 20.000 tons producerer virksomheden de nøjagtige komponentfamilier, hvor ADI oftest anvendes, herunder kompressorhuse og cylindre, pumpehuse og værktøjsmaskiner. Dets ingeniørteam gennemgår belastningsforhold og servicemiljøer på ethvert projekt, hvilket gør tilbudsfasen til det rigtige tidspunkt at spørge, om en dæmpet karakter fortjener overvejelse.

Når du henvender dig til et støberi om ADI, medbring tre ting: delens komplette belastningshistorie, den forventede slidmekanisme og de dimensionelle tolerancer, der skal overleve varmebehandling. Mange komponenter, der i øjeblikket er fremstillet af konventionelt duktilt jern eller stålsmedning, kunne fremstilles som støbegods i austempereret duktilt jern. Materialet har været bevist i produktionen i årtier, og den eneste måde at vide, om det passer til din komponent, er at tage den diskussion med et støberi, der forstår processen.