การเลือกสิ่งที่ถูกต้อง การหล่อเหล็กดัด เกรดจะลดลงเหลือเพียงจุดแลกเปลี่ยนกลาง: ความเหนียวกับความแข็งแรง . หากชิ้นส่วนของคุณต้องการดูดซับแรงกระแทก งอภายใต้น้ำหนักบรรทุก หรือเครื่องจักรได้ง่าย ให้เลือกเกรดที่มีความแข็งแรงสูงและมีความยืดตัวสูง เช่น 60-40-18 . หากชิ้นส่วนของคุณจำเป็นต้องทนทานต่อการรับน้ำหนักคงที่และสึกหรอโดยไม่ต้องกังวลเรื่องการรับแรงกระแทก ให้เลือกเกรดที่มีความแข็งแรงสูงกว่า เช่น 100-70-03 หรือ 120-90-02 . สำหรับการใช้งานทางวิศวกรรมทั่วไปส่วนใหญ่ — ชนิดที่ปกติจะใช้เหล็กเหนียว — 65-45-12 เป็นจุดเริ่มต้นเริ่มต้น
การเลือกเกรดภายใต้ ASTM A536 อยู่ภายใต้ระบบการตั้งชื่อตัวเลขสามหลัก ได้แก่ ความต้านทานแรงดึง (ksi) ความแข็งแรงของคราก (ksi) และการยืดตัวเป็นเปอร์เซ็นต์ การทำความเข้าใจว่าตัวเลขเหล่านี้มีความหมายอย่างไรต่อการใช้งานเฉพาะของคุณเป็นกุญแจสำคัญในการหลีกเลี่ยงทั้งการใช้วิศวกรรมมากเกินไป (การจ่ายความแข็งแกร่งที่คุณไม่ต้องการ) และการวิศวกรรมน้อยไป (การระบุเกรดที่จะล้มเหลวในการให้บริการ)
ASTM A536 เป็นข้อกำหนดมาตรฐานของสหรัฐอเมริกาสำหรับการหล่อเหล็กดัด และกำหนดแต่ละเกรดโดยใช้หมายเลขสามส่วน: ความต้านทานแรงดึงขั้นต่ำ (เป็นพันปอนด์ต่อตารางนิ้ว) กำลังรับแรงดึงขั้นต่ำ (เป็นพันปอนด์ต่อตารางนิ้ว) และเปอร์เซ็นต์การยืดตัวขั้นต่ำ ตัวอย่างเช่น เกรด 65-45-12 หมายถึง ความต้านทานแรงดึง 65 ksi (448 MPa), ความแข็งแรงคราก 45 ksi (310 MPa) และการยืดตัว 12%
สิ่งที่ทำให้เหล็กดัดมีพฤติกรรมแตกต่างจากเหล็กสีเทาทั่วไปคือโครงสร้างจุลภาค คุณลักษณะที่กำหนดของเหล็กดัดภายใต้ ASTM A536 คือโครงสร้างจุลภาคของกราไฟท์ทรงกลม ซึ่งทำได้โดยการเติมแมกนีเซียมหรือซีเรียมในระหว่างการหลอม รูปร่างกราไฟท์กลมกลมนี้ แทนที่จะเป็นกราไฟท์เกล็ดแหลมคมที่พบในเหล็กสีเทา ช่วยลดความเข้มข้นของความเค้นและการเกิดรอยแตกร้าวให้เหลือน้อยที่สุด ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เหล็กดัดมีความเหนียวและทนทานต่อแรงกระแทกในชื่อเดียวกัน
ASTM A536 กำหนดกลุ่มเกรดมาตรฐาน โดยแต่ละเกรดมีความสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความเหนียวแตกต่างกัน
| เกรด | ความต้านแรงดึง (นาที) | ความแข็งแรงของผลผลิต (นาที) | การยืดตัว (นาที) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (414 เมกะปาสคาล) | 40,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (276 เมกะปาสคาล) | 18% |
| 65-45-12 | 65,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (448 เมกะปาสคาล) | 45,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (310 เมกะปาสคาล) | 12% |
| 80-55-06 | 80,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (552 เมกะปาสคาล) | 55,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (379 เมกะปาสคาล) | 6.0% |
| 100-70-03 | 100,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (689 เมกะปาสคาล) | 70,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (483 เมกะปาสคาล) | 3.0% |
| 120-90-02 | 120,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (827 เมกะปาสคาล) | 90,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (621 เมกะปาสคาล) | 2.0% |
นอกจากนี้ยังมีกลุ่มเกรดรองสำหรับการใช้งานพิเศษ — 60-42-10, 70-50-05 และ 80-60-03 — ซึ่งมีความสมดุลด้านความแข็งแรงต่อความเหนียวที่แตกต่างกันเล็กน้อยสำหรับโครงการที่มีข้อกำหนดเฉพาะมากกว่าเกรดมาตรฐานที่ครอบคลุม
เกรด 60-40-18 มีความเหนียวสูงสุด สามารถแปรรูปได้ดีเยี่ยม และความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำ ต้องขอบคุณเมทริกซ์เฟอร์ริติกแบบเต็ม ซึ่งให้การยืดตัวและความทนทานต่อแรงกระแทกสูง โดยปกติแล้วเกรดนี้จะต้องผ่านการอบอ่อนแบบเฟอร์ริไรซ์เต็มรูปแบบเพื่อให้ได้คุณสมบัติ เป็นตัวเลือกที่เป็นธรรมชาติสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงกระแทก การทำงานที่อุณหภูมิต่ำ หรือในกรณีที่ความสามารถในการแปรรูปมีความสำคัญมากกว่าความแข็งแรงดิบ
ASTM A536 เกรด 65-45-12 เป็นส่วนประกอบสำคัญของตระกูลเหล็กดัด และโลหะผสมที่นักออกแบบส่วนใหญ่เลือกเมื่อแปลงการผลิตเหล็กเหนียวเป็นการหล่อเหล็กดัด เนื่องจากความต้านทานแรงดึงและผลผลิตใกล้เคียงกับเหล็กเหนียวมาก โดยทั่วไปเกรดนี้สามารถนำมาใช้แบบหล่อได้ โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการให้ความร้อนเพิ่มเติม ซึ่งจะช่วยควบคุมต้นทุนการผลิต
หากการใช้งานต้องการความเหนียวปานกลางและทนต่อแรงกระแทกควบคู่ไปกับความแข็งแกร่งที่สูงกว่า เกรด 80-55-06 ก็เป็นตัวเลือกที่แข็งแกร่ง เช่นเดียวกับ 65-45-12 โดยทั่วไปสามารถจัดหาแบบหล่อได้ โดยให้จุดกึ่งกลางที่เป็นประโยชน์ระหว่างเกรดที่มีความเหนียวต่ำกับเกรดที่มีความแข็งแรงสูงและแข็งกว่าและให้อภัยน้อยกว่า
เกรดที่มีความแข็งแรงสูงกว่า เช่น 100-70-03 อาศัยเมทริกซ์เพิร์ลไลติกเป็นส่วนใหญ่เพื่อให้มีความแข็งแรงและทนทานต่อการสึกหรอ โดยมีต้นทุนการยืดตัวที่ลดลง เกรด 120-90-02 มีความแข็งแรงและทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก แม้ว่าจะไม่ทนทานต่อการสึกหรอเท่ากับเหล็กโครเมียมสีขาวชนิดพิเศษก็ตาม โดยทั่วไป เกรดระดับบนสุดเหล่านี้ต้องการการดับและควบคุมอุณหภูมิ การทำให้เป็นปกติและควบคุมอุณหภูมิ หรือการอบชุบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิคงที่เพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ระบุ และเหมาะที่สุดกับส่วนประกอบที่รับน้ำหนักมากซึ่งความเหนียวเป็นปัญหารอง
ข้อกำหนดในการอบชุบด้วยความร้อนจะแตกต่างกันไปในแต่ละกลุ่มเกรด และส่งผลโดยตรงต่อเวลาและต้นทุนในการผลิต
| เกรด | การรักษาความร้อนที่จำเป็น |
|---|---|
| 60-40-18 | การอบอ่อนแบบเฟอร์ริไรซ์เต็มรูปแบบ |
| 65-45-12 | ขณะหล่อ (ไม่จำเป็นต้องทำการรักษา) |
| 80-55-06 | ขณะหล่อ (ไม่จำเป็นต้องทำการรักษา) |
| 100-70-03 | ดับ & ควบคุมอุณหภูมิ ปรับให้เป็นปกติ & ควบคุมอุณหภูมิ หรือการบำบัดด้วยอุณหภูมิคงที่ |
| 120-90-02 | ดับ & ควบคุมอุณหภูมิ ปรับให้เป็นปกติ & ควบคุมอุณหภูมิ หรือการบำบัดด้วยอุณหภูมิคงที่ |
การเลือกเกรดแบบหล่อเช่น 65-45-12 หรือ 80-55-06 เหนือเกรดที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนเช่น 100-70-03 สามารถลดต้นทุนและระยะเวลารอคอยสินค้าลงได้อย่างมาก โดยควรคำนึงถึงหากการใช้งานไม่ต้องการประสิทธิภาพของเกรดที่มีความแข็งแรงสูงกว่าอย่างเคร่งครัด
คุณสมบัติการกระแทกของเหล็กดัดนั้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างจุลภาค และเกรดมาตรฐาน ASTM A536 ไม่ได้ระบุข้อกำหนดการกระแทกตามค่าเริ่มต้น — การทดสอบการกระแทกเป็นไปตามมาตรฐาน ISO 1083 ที่แยกต่างหาก เมื่อจำเป็นสำหรับการออกแบบทางวิศวกรรม สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิต่ำหรือแรงกระแทกสูง คุ้มค่าที่จะขอเกรดเฟอร์ริติกเต็มรูปแบบที่มีการยืดตัวที่สูงกว่าเป็นพิเศษ เนื่องจากปริมาณเพิร์ลไลต์ที่ต่ำกว่าในโครงสร้างจุลภาค (โดยทั่วไปต่ำกว่า 15%) เป็นสิ่งที่ช่วยให้วัสดุมีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์การรับแรงกระแทกที่ต้องการ เช่น 12 จูลที่ -20°C
หากการใช้งานของคุณเกี่ยวข้องกับสภาพอากาศหนาวเย็น การรับแรงกระแทก หรือการทนต่อแรงกระแทกที่วิกฤตต่อความปลอดภัย ให้แจ้งข้อกำหนดนี้กับโรงหล่อของคุณอย่างชัดเจน แทนที่จะถือว่าการกำหนดเกรดมาตรฐานครอบคลุมข้อกำหนดนั้นโดยอัตโนมัติ
ก่อนที่จะสรุปเกรด ควรยืนยันว่าเหล็กดัดเป็นตระกูลวัสดุที่เหมาะสมตั้งแต่แรก เหล็กดัดมีความสมดุลที่ยอดเยี่ยมระหว่างความแข็งแรง ความเหนียว ต้นทุน และความสามารถในการหล่อ ทำให้เหมาะสมกับส่วนประกอบโครงสร้างและไดนามิก จากการเปรียบเทียบ เหล็กหล่อสีเทามีราคาถูกกว่าแต่เปราะ และไม่เหมาะสำหรับการใช้งานแบบไดนามิกหรือรับแรงกระแทก ในขณะที่เหล็กกล้าคาร์บอนให้ความแข็งแรงและการเชื่อมได้สูงกว่า แต่จะหล่อยากกว่าและมีราคาแพงกว่าในการตัดเฉือน
เหล็กดัดยังแสดงคุณสมบัติการสั่นสะเทือนและการลดเสียงที่ยอดเยี่ยมด้วยโครงสร้างจุลภาคของกราไฟท์ ซึ่งมักจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเหล็กในการใช้งานแบบไดนามิก ซึ่งเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับส่วนประกอบต่างๆ เช่น กระปุกเกียร์ มู่เล่ และตัวเรือนเครื่องจักร ซึ่งการควบคุมการสั่นสะเทือนมีความสำคัญพอๆ กับความแข็งแกร่งดิบ
การใช้งานทั่วไปสำหรับเครื่องจักรที่มีช่วงเหล็กดัด ASTM A536 วาล์ว รถบรรทุก ส่วนประกอบระบบราง รวมถึงกระปุกเกียร์และมู่เล่ ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่ากลุ่มเกรดนี้ขยายวงกว้างในอุตสาหกรรมต่างๆ ได้มากเพียงใด การเลือกเกรดตั้งแต่เริ่มต้นหมายถึงความแตกต่างระหว่างส่วนประกอบที่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือตลอดอายุการใช้งานกับส่วนประกอบที่เสียหายก่อนเวลาอันควรภายใต้ภาระงานหรือมีค่าใช้จ่ายสูงเกินความจำเป็นในการผลิต
