Odabir pravog nodularni lijev stupanj se svodi na jedan središnji kompromis: duktilnost nasuprot čvrstoći . Ako vaš dio treba apsorbirati udar, savijati se pod opterećenjem ili se lako obraditi, odaberite ocjenu manje čvrstoće s visokim istezanjem, kao što je 60-40-18 . Ako vaš dio treba izdržati velika statička opterećenja i habanje s manje brige o udarnom opterećenju, odaberite ocjenu veće čvrstoće kao 100-70-03 or 120-90-02 . Za većinu općih inženjerskih primjena - vrste koja bi tradicionalno koristila meki čelik - 65-45-12 je zadana početna točka.
Odabir razreda prema ASTM A536 reguliran je sustavom naziva s tri broja: vlačna čvrstoća (ksi), granica razvlačenja (ksi) i postotak istezanja. Razumijevanje što svaki od ovih brojeva znači za vašu specifičnu primjenu je ključ za izbjegavanje pretjeranog inženjeringa (plaćanje za snagu koja vam nije potrebna) i premalog inženjeringa (navođenje stupnja koji neće uspjeti u radu).
ASTM A536 je američka standardna specifikacija za odljevke od nodularnog željeza i definira svaki stupanj pomoću trodijelnog broja: minimalna vlačna čvrstoća (u tisućama psi), minimalna granica razvlačenja (u tisućama psi) i minimalni postotak istezanja. Na primjer, stupanj 65-45-12 znači vlačnu čvrstoću od 65 ksi (448 MPa), granicu razvlačenja od 45 ksi (310 MPa) i 12% istezanje.
Ono zbog čega se nodularni lijev ponaša toliko drugačije od običnog sivog je njegova mikrostruktura. Definirajuća značajka nodularnog željeza prema ASTM A536 je mikrostruktura sferoidnog grafita, koja se postiže dodavanjem magnezija ili cerija tijekom taljenja. Ovaj okrugli, nodularni grafitni oblik - umjesto oštrog ljuspičastog grafita koji se nalazi u sivom željezu - smanjuje koncentraciju naprezanja i nastajanje pukotina, što je ono što nodularnom lijevanom željezu daje istoimenu rastezljivost i otpornost na udarce.
ASTM A536 definira obitelj standardnih razreda, od kojih svaki različito balansira čvrstoću i duktilnost.
| Ocjena | Vlačna čvrstoća (min.) | Granica tečenja (min.) | Istezanje (min) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60 000 psi (414 MPa) | 40 000 psi (276 MPa) | 18% |
| 65-45-12 | 65 000 psi (448 MPa) | 45 000 psi (310 MPa) | 12% |
| 80-55-06 | 80 000 psi (552 MPa) | 55 000 psi (379 MPa) | 6,0% |
| 100-70-03 | 100 000 psi (689 MPa) | 70 000 psi (483 MPa) | 3,0% |
| 120-90-02 | 120 000 psi (827 MPa) | 90 000 psi (621 MPa) | 2,0% |
Postoji i sekundarna skupina razreda za posebne primjene — 60-42-10, 70-50-05 i 80-60-03 — koji nude nešto drugačije ravnoteže čvrstoće i duktilnosti za projekte sa specifičnijim zahtjevima od standardnih razreda.
Kvaliteta 60-40-18 posjeduje maksimalnu duktilnost, izvrsnu obradivost i niskotemperaturnu žilavost, zahvaljujući svojoj potpuno feritnoj matrici, koja daje visoko istezanje i udarnu žilavost. Ovaj stupanj obično zahtijeva potpuno feritizirajuće žarenje kako bi postigao svoja svojstva. To je prirodan izbor za dijelove koji su izloženi udarnom opterećenju, radu na niskim temperaturama ili gdje je obradivost prioritet u odnosu na sirovu snagu.
ASTM A536 Ocjena 65-45-12 je radni konj u obitelji nodularnog željeza i legura koju većina dizajnera odabire kada pretvaraju fabrikaciju mekog čelika u odljev od nodularnog željeza, budući da su njezina vlačna čvrstoća i čvrstoća tečenja vrlo bliski onima mekog čelika. Ova vrsta se obično može koristiti kao lijevana, bez dodatne toplinske obrade, što pomaže u kontroli troškova proizvodnje.
Ako aplikacija zahtijeva umjerenu duktilnost i otpornost na udarce zajedno s većom čvrstoćom, stupanj 80-55-06 je jak kandidat. Kao i 65-45-12, obično se može isporučiti kao izliven, nudeći korisnu sredinu između duktilnih nižih razreda i čvršćih, manje otpornih razreda visoke čvrstoće.
Vrste veće čvrstoće kao što je 100-70-03 oslanjaju se na pretežno perlitnu matricu kako bi pružile čvrstoću i otpornost na habanje, po cijenu smanjenog istezanja. Klasa 120-90-02 ima vrlo visoku čvrstoću i otpornost na habanje, iako nije toliko otporna na habanje kao specijalizirana kromirana bijela glačala. Ove vrhunske kvalitete općenito zahtijevaju kaljenje i temperiranje, normalizaciju i temperiranje ili izotermalnu toplinsku obradu kako bi se postigla njihova specificirana svojstva, a najprikladniji su za jako opterećene komponente kod kojih je duktilnost sekundarna briga.
Zahtjevi za toplinsku obradu značajno se razlikuju u obitelji razreda i izravno utječu na vrijeme i troškove proizvodnje.
| Ocjena | Potrebna toplinska obrada |
|---|---|
| 60-40-18 | Potpuno feritizirajuće žarenje |
| 65-45-12 | Kao lijevano (liječenje nije potrebno) |
| 80-55-06 | Kao lijevano (liječenje nije potrebno) |
| 100-70-03 | Kaljenje i temperiranje, normaliziranje i temperiranje ili izotermna obrada |
| 120-90-02 | Kaljenje i temperiranje, normaliziranje i temperiranje ili izotermna obrada |
Odabir lijevanog kvaliteta kao što je 65-45-12 ili 80-55-06 umjesto toplinski obrađenog tipa kao što je 100-70-03 može značajno smanjiti i troškove i vrijeme isporuke - vrijedno je uzeti u obzir ako primjena striktno ne zahtijeva performanse kvaliteta veće čvrstoće.
Svojstva nodularnog lijeva na udar ovise o mikrostrukturi, a standardne ocjene ASTM A536 ne specificiraju zahtjeve na udar prema zadanim postavkama — testiranje na udar slijedi zasebni standard ISO 1083 kada je to potrebno za inženjerski dizajn. Za primjene na niskim temperaturama ili visokim udarima, vrijedi posebno zahtijevati potpuno feritni stupanj s većim istezanjem, budući da je niži sadržaj perlita u mikrostrukturi (općenito ispod 15%) ono što omogućuje materijalu da zadovolji zahtjevne kriterije otpornosti, kao što je 12 Joule na -20°C.
Ako vaša primjena uključuje hladnu klimu, udarna opterećenja ili otpornost na udarce koja je kritična za sigurnost, izričito označite ovaj zahtjev kod svoje ljevaonice umjesto da pretpostavljate da standardna oznaka razreda to automatski pokriva.
Prije finaliziranja ocjene, vrijedi potvrditi da je nodularno željezo prava obitelj materijala. Nodularno željezo nudi izvrsnu ravnotežu između čvrstoće, rastezljivosti, cijene i sposobnosti lijevanja, što ga čini prikladnim za strukturalne i dinamičke komponente. Za usporedbu, sivi lijev je jeftiniji, ali krt i nije prikladan za dinamičke ili udarne primjene, dok ugljični čelik pruža veću čvrstoću i zavarljivost, ali ga je teže lijevati i skuplji je za strojnu obradu.
Nodularni lijev također pokazuje izvrsne karakteristike prigušivanja vibracija i zvuka zahvaljujući svojoj grafitnoj mikrostrukturi, često nadmašujući čelik u dinamičkim primjenama - što je važno za komponente poput mjenjača, zamašnjaka i kućišta strojeva gdje je kontrola vibracija važna koliko i sirova čvrstoća.
Tipične primjene za ASTM A536 strojeve za raspone od nodularnog lijeva, ventile, kamione, željezničke komponente, mjenjače i zamašnjake — odraz je koliko je široka ova obitelj razreda u različitim industrijama. Odabir kvalitete od samog početka znači razliku između komponente koja pouzdano radi tijekom cijelog životnog vijeka i one koja ili prerano otkazuje pod opterećenjem ili košta više nego što je potrebno za proizvodnju.
