En fullstendig analyse av materialegenskapene til duktile jerndeler: styrke, seighet og maskinbarhet

1. Styrkeegenskaper ved duktilt jern
En av de mest bemerkelsesverdige funksjonene i Duktile jerndeler er at dens mekaniske styrke er betydelig bedre enn for tradisjonell grå støpejern, som hovedsakelig skyldes dens spesielle grafittmorfologi og rimelig matriksstruktur.
Strekkfasthet
Strekkfasthet er evnen til et materiale til å motstå strekkbrudd. Strekkfastheten til duktilt jern varierer vanligvis fra 370MPa til 700MPa. Sammenlignet med den vanlige strekkfastheten til grått støpejern på ca. 150MPa, er duktilt jern 2-3 ganger høyere.
Dette er fordi grafittmorfologien endres fra flakformen til grått støpejern til den sfæriske formen, og den sfæriske grafitten reduserer den konsentrerte effekten av stress, noe som gjør det vanskelig for sprekker å utvide seg langs grafitten, og forbedrer strekkegenskapene i stor grad.
Avkastningsstyrke
Avkastningsstyrke indikerer den kritiske belastningen som materialet gjennomgår plastisk deformasjon. Duktilt jern har et klart avkastningspunkt, vanligvis 250MPa til 500MPa. Dette betyr at materialet ikke vil bryte plutselig når det blir utsatt for stress, men først vil gjennomgå en viss grad av plastisk deformasjon, noe som hjelper til med å lindre stresskonsentrasjon og forbedre strukturell sikkerhet.
Trykkstyrke
Trykkstyrken til duktilt jern er vanligvis så høy som 1000MPa eller enda høyere, noe som er veldig egnet for høytrykk og tunge belastningsapplikasjoner, for eksempel store mekaniske fundamentdeler, rørledningstrykkskip, etc.
Påvirkende faktorer
Styrken påvirkes av størrelsen og mengden av duktil grafitt, matriksstrukturen (andelen ferritt og perlitt) og varmebehandlingsprosessen. Liten, jevnt distribuert sfæroid grafitt og moderat perlittinnhold kan forbedre styrken til materialet betydelig.

2. Tøffhetsegenskaper ved duktilt jern
Tøffhet er en indikator på hvor mye energi et materiale kan absorbere før det blir skadet med makt, noe som er en viktig grunn til at duktilt jern er overlegen enn grått støpejern.
Påvirke seighet
Den sfæriske fordelingen av grafitt reduserer sjansen for mikrokrakker betydelig til å generere og utvide, noe som gjør virkningen av tøffhet av duktilt jern flere ganger høyere enn for grått støpejern. Tester viser at påvirkningsabsorpsjonsenergien til duktilt jern kan nå 10-20 J/cm², som effektivt kan motstå mekanisk sjokk og vibrasjonsbelastninger.
Brudd seighet
Duktilt jern har høy brudd seighet, noe som manifesteres ved at materialet kan gjennomgå en viss plastisk deformasjon før det går i stykker, noe som reduserer risikoen for sprø brudd. Forbedret bruddseighet hjelper til med å forlenge levetiden til mekaniske deler, spesielt under vekslende belastninger og komplekse stressforhold.
Utmattelsesytelse
På grunn av tilstedeværelsen av sfæroidgrafitt, reduseres initiering og utbredelseshastighet for utmattelseskrekker i materialet under vekslende stress, og utmattelsens levetid utvides betydelig. Dette gjør duktilt jern mye brukt i nøkkelkomponenter som motorens veivaksler og gir som må motstå gjentatte belastninger.
Tøffhetsregulering
Ved å endre matriksstrukturen (for eksempel øke andelen ferritt) og varmebehandling (normalisering, temperering), kan seigheten forbedres ytterligere for å imøtekomme behovene til forskjellige arbeidsforhold.

3. Maskinbarhet av duktilt jern
Maskinbarheten til duktilt jern er en av grunnene til populariteten, som spesielt manifesteres i følgende punkter:
Utmerket skjæreytelse
Sammenlignet med stål har duktilt jern lavere skjæremotstand og tregere verktøyslitasje. Grafittfærer spiller en rolle i smøring og brikkebrudd i metallmatrisen, noe som gjør skjæreprosessen jevnere. I tillegg er varmen som genereres ved å kutte duktilt jern relativt lav, noe som bidrar til å forlenge levetid for verktøyet.
Høy maskineringspresisjon
Duktilt støpejern har ensartet materiale og moderat hardhet, og er egnet for forskjellige maskineringsmetoder (sving, fresing, boring, sliping), som kan oppfylle kravene til høye presisjonsdimensjoner og overflateuhet.
Sterk tilpasningsevne til varmebehandling
Duktilt støpejern kan gjennomgå en rekke varmebehandlingsprosesser, for eksempel normalisering, slukking og temperering og aldringsbehandling, for å justere hardheten, styrken og seigheten for å oppfylle de forskjellige bruksbetingelsene i deler.
Forholdsregler
Til tross for den gode maskineringsytelsen, er det fortsatt nødvendig å med rimelighet velge skjærehastighet, fôrhastighet og kjølevæske under høyhastighetsskjæring for å unngå lokal overoppheting og forårsake materialytelsesnedbrytning eller verktøyskader.

4. Forholdet mellom mikrostruktur og ytelse av duktilt støpejern
Den utmerkede ytelsen til duktilt støpejern kommer fra den unike mikrostrukturen:
Grafitt morfologi
Grafitten i tradisjonelt grått støpejern er flassende, og de skarpe kantene av flakete grafitt er utsatt for å bli sprekkkilder, noe som resulterer i sprø brudd på materialet. I duktilt støpejern eksisterer grafitt i en nesten sfærisk form, noe som reduserer stresskonsentrasjonen kraftig og forbedrer styrke og seighet.
Matrise struktur
Matriksstrukturen til duktilt jern kan være ferritt, perlitt eller blandet struktur. Ferrittmatrise har lav hardhet og god seighet; Pearlittmatrise har høy hardhet og god styrke. Ved å justere kjølehastigheten og varmebehandlingen, kan forholdet mellom de to kontrolleres for å oppnå den beste balansen mellom mekaniske egenskaper.
Karbid og urenheter
Duktilt jern med lavt karbidinnhold og få inneslutninger har bedre mekaniske egenskaper. Moderne støpingsteknologi sikrer stabil materialkvalitet ved å strengt kontrollere den kjemiske sammensetningen og smelteprosessen.

5. Typiske påføringsområder med duktilt jern
Duktilt jern spiller en nøkkelrolle i mange viktige felt på grunn av dens omfattende ytelse:
Bilindustri
Brukes til deler av høy styrke som motorsylinderblokker, sylinderhoder, veivkaser, etc., for å oppfylle høye temperaturer, høye trykk og dynamiske belastningskrav.
Maskinproduksjon
Produksjon av mekaniske strukturelle deler som tannhjul, koblingsstenger, maskinverktøysenger, etc., krever slitasje motstand og påvirkningsmotstand.
Kommunalt rørledningssystem
Duktile jernrør og tilbehør er mye brukt i vannforsyning, drenering og gasstransport på grunn av deres utmerkede korrosjonsmotstand og trykkmotstand.
Landbruksmaskiner og gruveutstyr
Deler med høy styrke sikrer stabil drift av utstyr i tøffe miljøer.
Trykkfartøy og pumpekropper
Høy styrke og god forsegling sikrer utstyrets sikkerhet og pålitelighet.