Vàlvules de ferro colat contra acer fos
Material:
Les vàlvules de ferro colat es fabriquen principalment amb ferro colat gris o ferro dúctil, el que resulta en una resistència relativament baixa i una susceptibilitat a esquerdes i corrosió durant l'ús.
Les vàlvules d'acer fos normalment es fan d'acer al carboni o acer aliat, meticulosament fos. Aquestes vàlvules presenten una excel·lent resistència a la corrosió i una resistència superior. Són resistents a altes temperatures, corrosió i desgast, donant lloc a una llarga vida útil.
Diferències de composició i microestructura
Ferro colat gris:
- Contingut de carboni 2,5%-4,0%, contingut de silici 1,0%-3,0% (Font: Foundry Handbook, 5a edició). El carboni existeix en forma de grafit en escates, i la matriu és perlita o ferrita.
- La presència de flocs de grafit dóna a la seva superfície de fractura un color gris, d'aquí el nom de "ferro colat gris". El grafit pot absorbir energia de vibració, però també pot fracturar la matriu metàl·lica, reduint la força.
Acer fos:
- El contingut de carboni sol ser del 0,1%-0,5% (acer de carboni baix-mitjà), el contingut de silici és inferior al 0,6% i el carboni existeix en forma de solució sòlida o cementita. La microestructura és uniforme i densa.
- No hi ha precipitació de grafit, per tant, la seva resistència i ductilitat són significativament millors que el ferro colat gris, però les seves propietats d'amortiment de vibracions són pobres.
Comparació de propietats mecàniques
Ferro colat gris:
- Menor resistència a la tracció (100-400 MPa), duresa moderada (HB150-250), però alta resistència a la compressió (aproximadament 3-4 vegades la resistència a la tracció).
- Característiques típiques: bona resistència al desgast (p. ex., guies de màquines-eina), excel·lent amortiment de vibracions (capacitat d'amortiment de 6 a 10 vegades la de l'acer fos, consulteu la norma ASTM A48).
Acer fos:
- Alta resistència a la tracció (400-2000 MPa, depenent de la composició de l'aliatge), l'allargament pot arribar al 20%, adequat per suportar càrregues d'impacte.
- Inconvenients: la duresa elevada fa que el mecanitzat sigui difícil i els defectes com ara cavitats de contracció i esquerdes calentes són propensos a produir-se durant la fosa.
Procés de càsting i economia
Ferro colat gris:
- Punt de fusió baix (uns 1200 graus aproximadament), bona fluïdesa, adequat per a la colada de peces de paret fines-complexes i baixa taxa de contracció (aproximadament un 1%).
- Baix cost, que representa aproximadament entre el 60% i el 70% del preu de l'acer fos (Font de dades: Informe del mercat de materials metàl·lics de 2023).
Acer fos:
- Punt de fusió elevat (per sobre de 1500 graus), que requereix un control estricte de la temperatura d'abocament; gran índex de contracció (aproximadament 2%-2,5%), que requereixen aixetes per alimentar-se.
- El tractament tèrmic posterior (com ara la normalització i el recuit) és essencial, la qual cosa comporta uns costos de procés més elevats.
Escenaris d'aplicació típics
Ferro colat gris:
- Bases de màquines-eina, blocs de motor, discos de fre i altres components que requereixen amortiment de vibracions i resistència al desgast.
- No apte per a entorns de gran-estrès o impacte, com ara ganxos de grua i vàlvules d'alta-pressió.
Acer fos:
- Engranatges, eixos, recipients a pressió i altres peces sotmeses a càrregues dinàmiques.
- La resistència a la corrosió es pot millorar mitjançant l'aliatge (com ara l'addició de Cr i Ni), fent-la adequada per a equips químics.
Explicació ampliada:
- Recomanació de selecció: per a un baix cost i una gran amortiment de vibracions, la fosa grisa és l'opció preferida; per a una gran resistència i soldabilitat, l'acer fos és la millor opció.
- Tendència emergent: el ferro dúctil (amb grafit esfèric) combina alguns dels avantatges d'ambdós, aconseguint una resistència a la tracció de fins a 600 MPa i gradualment està substituint algunes aplicacions d'acer fos.
Característiques de rendiment:
Les vàlvules d'acer fos excel·lent pel que fa al rendiment de segellat, manejant fàcilment entorns d'alta-pressió i alta-temperatura, malgrat el seu preu relativament més elevat. En canvi, mentre que les vàlvules de ferro colat són més assequibles, tenen limitacions en la resistència a la pressió i la temperatura i són susceptibles a fuites i desgast.
Escenaris d'aplicació
La resistència superior i la resistència a la corrosió de les vàlvules d'acer fos les converteixen en una opció ideal per a canonades d'alta-pressió i alta-temperatura en indústries com la química i el petroli.
Vàlvula de ferro colat i acer fos en estoc
