น้ำหนักจำเพาะของเหล็กหล่อ คุณสมบัติ ประเภท และตารางค่า
เหล็กหล่อเป็นโลหะผสมระหว่างเหล็กกับคาร์บอน รวมถึงธาตุเติมแต่งชนิดอื่น ปริมาณคาร์บอนในเหล็กหล่อต้องไม่น้อยกว่า 2,14 เปอร์เซ็นต์ เหล็กหล่อเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับผลิตชิ้นส่วนหล่อซึ่งทำงานภายใต้แรงแบบพลวัตต่ำและความเค้นไม่สูง
เมื่อเทียบกับเหล็กกล้า เหล็กหล่อมีต้นทุนต่ำและมีสมบัติการหล่อที่ดี โดยทั่วไปยังตัดเฉือนได้ง่ายกว่าเหล็กกล้าหลายชนิด แต่เชื่อมได้ยาก และมีความเหนียวกับความเหนียวต่อแรงกระแทกต่ำกว่า
ตารางน้ำหนักจำเพาะของเหล็กหล่อ
เนื่องจากเหล็กหล่อเป็นวัสดุที่ซับซ้อน จึงไม่สามารถคำนวณน้ำหนักจำเพาะด้วยตนเองภายใต้สภาพการทำงานทั่วไปได้ การคำนวณเหล่านี้ต้องทำในห้องปฏิบัติการเคมีเฉพาะทาง อย่างไรก็ตาม ค่าน้ำหนักจำเพาะเฉลี่ยเป็นค่าที่ทราบกันดี โดยเหล็กหล่อเทามีค่าตั้งแต่ 6,6 ถึง 7,8 กรัม/ซม.³ และเหล็กหล่อขาวมีค่าตั้งแต่ 7,0 ถึง 7,8 กรัม/ซม.³
เพื่อให้คำนวณได้ง่ายขึ้น ตารางด้านล่างแสดงค่าน้ำหนักและน้ำหนักจำเพาะของเหล็กหล่อ รวมถึงค่าตามหน่วยวัดต่าง ๆ
| วัสดุ | น้ำหนักจำเพาะ (กรัม/ซม.³) | น้ำหนัก 1 ม³ (กก.) |
| เหล็กหล่อขาว | ตั้งแต่ 7 ถึง 7,8 | ตั้งแต่ 7000 ถึง 7800 |
| เหล็กหล่อเทา | ตั้งแต่ 6,6 ถึง 7,8 | ตั้งแต่ 6600 ถึง 7800 |
คุณสมบัติของเหล็กหล่อ
คาร์บอนในองค์ประกอบช่วยเพิ่มความแข็งของโลหะผสม แต่ลดความเหนียวและความสามารถในการยืดตัว คาร์บอนอาจอยู่ในสองรูปหลัก ได้แก่ กราไฟต์และซีเมนไทต์ เหล็กหล่อมีสิ่งเจือปนประจำอย่างแมงกานีส ซิลิคอน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน และบางครั้งยังมีธาตุผสม เช่น นิกเกิล อะลูมิเนียม โครเมียม วาเนเดียม และธาตุอื่น ๆ
โดยทั่วไปจุดหลอมเหลวของเหล็กหล่ออยู่ในช่วงประมาณ 1150-1200 °C แต่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของเหล็กบริสุทธิ์ประมาณ 300-400 °C
ประเภทของเหล็กหล่อ
เหล็กหล่อแบ่งออกเป็นสี่ประเภทตามปริมาณซีเมนไทต์และรูปร่างของกราไฟต์:
- เหล็กหล่อขาว คาร์บอนในเหล็กหล่อชนิดนี้อยู่ในสภาพรวมตัว เนื้อแตกมีสีอ่อนเนื่องจากมีซีเมนไทต์เป็นองค์ประกอบ แบ่งเป็นชนิดยูเทกติกซึ่งมีคาร์บอนประมาณ 4,3 เปอร์เซ็นต์ และชนิดไฮเปอร์ยูเทกติกซึ่งมีคาร์บอนตั้งแต่ 4,3 ถึง 6,67 เปอร์เซ็นต์ เหล็กหล่อชนิดนี้ใช้ผลิตเหล็กหล่ออบเหนียวด้วยกระบวนการอบอ่อน รวมถึงการใช้งานอื่น ๆ
- เหล็กหล่อเทา เป็นโลหะผสมที่มีซิลิคอนประมาณ 1,2 ถึง 3,5 เปอร์เซ็นต์ ส่วนที่เหลือคือเหล็ก คาร์บอน และสิ่งเจือปนของกำมะถัน แมงกานีส และฟอสฟอรัส คาร์บอนส่วนใหญ่ในเหล็กหล่อเทาอยู่ในรูปกราไฟต์แผ่น เนื้อแตกของวัสดุมีสีเทาเด่นชัด
- เหล็กหล่ออบเหนียว ผลิตโดยนำเหล็กหล่อขาวไปอบอ่อนเพิ่มเติม ทำให้เกิดกราไฟต์ลักษณะเป็นก้อนปุย เนื้อโลหะพื้นประกอบด้วยเพิร์ไลต์และเฟอร์ไรต์ ชื่อนี้มาจากการที่วัสดุมีความเหนียว ความสามารถในการยืดตัว ความแข็งแรง และความทนต่อแรงกระแทกสูงขึ้น ใช้ผลิตชิ้นส่วนรูปทรงซับซ้อน เช่น ผ้าเบรก ข้องอ ข้อต่อสามทาง และเสื้อเพลาหลังของรถยนต์
- เหล็กหล่อเหนียว ภายในมีกราไฟต์ทรงกลมซึ่งก่อตัวระหว่างกระบวนการตกผลึก กราไฟต์รูปทรงนี้ทำให้เนื้อโลหะพื้นอ่อนแอลงน้อยกว่าและไม่ทำให้ความเค้นกระจุกตัว
คำถามที่พบบ่อย
เหล็กหล่อ 1 ม³ หนักเท่าไร?
น้ำหนักขึ้นอยู่กับชนิดของเหล็กหล่อและองค์ประกอบของโลหะผสม การคำนวณต้องใช้ความหนาแน่นของเกรดที่ระบุในตาราง เพราะเหล็กหล่อเทา เหล็กหล่อขาว เหล็กหล่ออบเหนียว และเหล็กหล่อเหนียวมีค่าแตกต่างกัน
เหตุใดเหล็กหล่อจึงหนักหรือเบากว่าเหล็กกล้าชนิดต่าง ๆ?
ความหนาแน่นใกล้เคียงกับเหล็กกล้า แต่เปลี่ยนแปลงตามปริมาณคาร์บอน ซิลิคอน กราไฟต์ และสิ่งเจือปนอื่น ๆ ดังนั้นควรคำนวณน้ำหนักชิ้นส่วนโดยอ้างอิงเกรดของเหล็กหล่อ
คำนวณน้ำหนักชิ้นส่วนเหล็กหล่ออย่างไร?
หาปริมาตรของชิ้นส่วนแล้วคูณด้วยความหนาแน่นของเหล็กหล่อชนิดที่เลือก สำหรับชิ้นงานหล่อต้องคำนึงถึงระยะเผื่อและรูปทรงจริงเพิ่มเติมด้วย