Oikean valinta pallografiittivalurauta arvosana lasketaan yhteen keskeiseen kompromissiin: sitkeys vs. lujuus . Jos osasi on vaimentava iskuja, taiputtava kutaimituksen alaisena tai koneistettava helposti, valitse heikompi lujuus, korkea venymälaatu, kuten 60-40-18 . Jos osasi on kestettävä raskaita staattisia kuormia ja kulumista niin, että iskukuormitus on vähäisempi, valitse vahvempi laatu, kuten 100-70-03 or 120-90-02 . Useimpiin yleisiin suunnittelusovelluksiin - sellaisiin, joissa perinteisesti käytetään pehmeää terästä - 65-45-12 on oletuslähtökohta.
ASTM A536:n mukaista laadunvalintaa ohjaa kolminumeroinen nimeämisjärjestelmä: vetolujuus (ksi), myötöraja (ksi) ja prosenttivenymä. Ymmärtäminen, mitä kukin näistä numeroista tarkoittaa tietyssä sovelluksessa, on avain välttääksesi sekä ylisuunnittelun (maksaminen vahvuudesta, jota et tarvitse) ja alisuunnittelua (määrittää arvosanan, joka epäonnistuu käytössäsi).
ASTM A536 on amerikkalainen pallografiittivalurautavalujen standardispesifikaatio, ja se määrittelee jokaisen laadun kolmiosaisella numerolla: minimivetolujuus (tuhansissa psi), pienin myötölujuus (tuhansissa psi) ja pienin venymäprosentti. Esimerkiksi Arvosana 65-45-12 tarkoittaa vetolujuutta 65 ksi (448 MPa), myötörajaa 45 ksi (310 MPa) ja 12 % venymää.
Se, mikä saa pallografiittiraudan käyttäytymään niin eri tavalla kuin tavalliset harmaat raudat, on sen mikrorakenne. ASTM A536:n mukaisen pallografiittiraudan määrittelevä piirre on pallografiittimikrorakenne, joka saavutetaan lisäämällä magnesiumia tai ceriumia sulatuksen aikana. Tämä pyöreä, nodulaarinen grafiitin muoto – harmaan raudan terävän hiutalegrafiitin sijaan – minimoi jännityksen keskittymisen ja halkeamien alkamisen, mikä antaa pallografiittiraudalle sen nimen mukaisen sitkeyden ja iskunkestävyyden.
ASTM A536 määrittelee joukon vakiolaatuja, joista jokainen tasapainottaa lujuuden ja taipuisuuden eri tavalla.
| Arvosana | Vetolujuus (min) | Sadonvoimakkuus (min) | Venymä (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 % |
Erikoissovelluksiin on myös toissijainen laatuluokka - 60-42-10, 70-50-05 ja 80-60-03 -, jotka tarjoavat hieman erilaisia lujuus-sitkeys-tasapainoja projekteille, joilla on tarkempia vaatimuksia kuin standardilaadut kattavat.
Laajilla 60-40-18 on maksimaalinen sitkeys, erinomainen työstettävyys ja matalan lämpötilan sitkeys sen täysin ferriittisen matriisin ansiosta, joka tuottaa suuren venymän ja iskunkestävyyden. Tämä laatu vaatii normaalisti täyden ferritisoivan hehkutuksen ominaisuuksiensa saavuttamiseksi. Se on luonnollinen valinta osille, jotka ovat alttiina iskukuormitukselle, alhaisen lämpötilan huoltoon tai joissa koneistettavuus on etusijalla raakalujuuteen nähden.
ASTM A536 Grade 65-45-12 on pallografiittivalurautaperheen työhevonen, ja seoksen, jonka useimmat suunnittelijat valitsevat muuttaessaan pehmeää terästä pallografiittivalurautaksi, koska sen veto- ja myötölujuus ovat hyvin lähellä mietoa terästä. Tätä laatua voidaan tyypillisesti käyttää valettuina ilman lisälämpökäsittelyä, mikä auttaa hallitsemaan tuotantokustannuksia.
Jos sovellus vaatii kohtalaista taipuisuutta ja iskunkestävyyttä yhdistettynä suurempaan lujuuteen, luokka 80-55-06 on vahva ehdokas. Kuten 65-45-12, se voidaan tyypillisesti toimittaa valettuina, mikä tarjoaa hyödyllisen keskitien sitkeiden alempien laatujen ja kovempien, vähemmän anteeksiantavien korkealujuuslaatujen välillä.
Vahvemmat laatuluokat, kuten 100-70-03, luottavat pääasiassa perliittiseen matriisiin, jotka tarjoavat lujuutta ja kulutuskestävyyttä pienentyneen venymän kustannuksella. Laadulla 120-90-02 on erittäin korkea lujuus ja kulutuskestävyys, vaikkakaan se ei ole yhtä kulutusta kestävä kuin erikoiskromivalkoisilla silitysraudoilla. Nämä huippulaadut vaativat yleensä karkaisun ja karkaisun, normalisoinnin ja temperoinnin tai isotermisen lämpökäsittelyn saavuttaakseen määritetyt ominaisuudet, ja ne sopivat parhaiten raskaasti kuormitettuihin komponentteihin, joissa sitkeys on toissijainen huolenaihe.
Lämpökäsittelyvaatimukset vaihtelevat merkittävästi laatuperheen välillä ja vaikuttavat suoraan tuotannon läpimenoaikaan ja kustannuksiin.
| Arvosana | Vaadittu lämpökäsittely |
|---|---|
| 60-40-18 | Täysi ferritisoiva hehkutus |
| 65-45-12 | As-cast (ei vaadi hoitoa) |
| 80-55-06 | As-cast (ei vaadi hoitoa) |
| 100-70-03 | Karkaisu ja temperointi, normalisointi ja temperointi tai isoterminen käsittely |
| 120-90-02 | Karkaisu ja temperointi, normalisointi ja temperointi tai isoterminen käsittely |
As-cast-laadun, kuten 65-45-12 tai 80-55-06, valitseminen lämpökäsitellyn laadun, kuten 100-70-03, sijaan voi merkittävästi vähentää sekä kustannuksia että läpimenoaikaa – kannattaa ottaa huomioon, jos sovellus ei vaadi tiukasti vahvemman laadun suorituskykyä.
Palloraudan iskuominaisuudet ovat mikrorakenteesta riippuvaisia, eivätkä standardit ASTM A536 -laadut ole oletusarvoisesti määrittele iskuvaatimuksia – iskutestaus noudattaa erillistä ISO 1083 -standardia, kun sitä vaaditaan suunnittelussa. Matalissa lämpötiloissa tai iskunkestävissä sovelluksissa kannattaa erityisesti pyytää täysferriittistä laatua, jolla on suurempi venymä, koska pienempi perliittipitoisuus mikrorakenteessa (yleensä alle 15 %) mahdollistaa sen, että materiaali täyttää vaativat iskukriteerit, kuten 12 joulea -20 °C:ssa.
Jos sovelluksesi koskee kylmää ilmastoa, iskukuormitusta tai turvallisuuden kannalta kriittistä iskunkestävyyttä, ilmoita tästä vaatimuksesta nimenomaisesti valimossasi sen sijaan, että olettaisit, että vakiolaatumerkintä kattaa sen automaattisesti.
Ennen laadun viimeistelyä kannattaa varmistaa, että pallografiittivalurauta on oikea materiaaliperhe. Pallorauta tarjoaa erinomaisen tasapainon lujuuden, sitkeyden, kustannusten ja valuvuuden välillä, joten se sopii hyvin rakenteellisiin ja dynaamisiin komponentteihin. Vertailun vuoksi harmaa valurauta on halvempaa, mutta hauras, eikä sovellu dynaamisiin tai iskukuormitettuihin sovelluksiin, kun taas hiiliteräs tarjoaa paremman lujuuden ja hitsattavuuden, mutta on vaikeampi valaa ja kalliimpi työstää.
Lisäksi pallografiittiraudalla on erinomaiset tärinä- ja akustiset vaimennusominaisuudet grafiittimikrorakenteensa ansiosta, mikä usein ylittää teräksen dynaamisissa sovelluksissa. Tämä on tärkeä näkökohta komponenteissa, kuten vaihdelaatikoissa, vauhtipyörissä ja konekoteloissa, joissa tärinänhallinta on yhtä tärkeää kuin raakalujuus.
Tyypillisiä sovelluksia ASTM A536 pallografiittiraudan jännevälikoneille, venttiileille, kuorma-autoille, rautatiekomponenteille sekä vaihteistoille ja vauhtipyörille – heijastus siitä, kuinka laajasti tämä luokkaperhe skaalautuu eri toimialoilla. Laadun valinta heti alusta alkaen tarkoittaa eroa sellaisen komponentin välillä, joka toimii luotettavasti koko käyttöikänsä ja joka joko epäonnistuu ennenaikaisesti kuormitettuna tai maksaa enemmän kuin on tarpeen.
