Vrste gvozdenih odlivaka

Vrste gvozdenih odlivaka

U ovom poglavlju će se raspravljati o različitim vrstama odljevaka od željeza.

Lijevanje od sivog gvožđa

Karakteristika sivog livenog gvožđa je grafička mikrostruktura, koja je u stanju da izazove lomove materijala i ima sivi izgled. Ovo je najčešće korišćeni tip livenog gvožđa, a takođe i najčešće korišćeni liveni materijal na osnovu težine. Većina sivog livenog gvožđa ima hemijsku razgradnju od 2,5 do 4 procenta ugljenika, 1 do 3 procenta silikona, a ostatak je sastav gvožđa.

Ova vrsta livenog gvožđa ima manju vlačnu čvrstoću i manju otpornost na udare u poređenju sa čelikom. Njegova tlačna čvrstoća je uporediva sa čelikom sa niskim i srednjim ugljikom.

Sva ova mehanička svojstva kontrolišu se oblikom grafitnih pahuljica i veličinom grafitnih pahuljica, koje su prisutne u mikrostrukturi sivog livenog gvožđa.

Lijevanje od bijelog gvožđa

Ova vrsta gvožđa ima napuknute površine koje su bele zbog prisustva taloga karbida gvožđa pod nazivom cementit. Ugljik koji se nalazi u bijelom livenom gvožđu taloži se iz taline kao cementit stabilne faze, a ne kao grafit. Ovo se postiže nižim sadržajem silicijuma kao grafitizirajućeg agensa i većom brzinom hlađenja. Nakon ovog taloženja cementit se formira u obliku krupnih čestica.

Tokom taloženja željeznog karbida, talog izvlači ugljik iz prvobitne taline, pomičući tako smjesu prema onoj koja je bliža eutektičkoj. Preostala faza je spuštanje željeza u ugljični austenit, koji se nakon hlađenja pretvara u martenzit.

Ovi sadržani eutektički karbidi su preveliki da bi pružili prednost taložnog stvrdnjavanja. U nekim čelicima mogu postojati mnogo manji precipitati cementita koji bi mogli nositi deformaciju plastike ometajući kretanje dislokacija kroz čistu željeznu feritnu matricu. Imaju prednost jer povećavaju zapreminsku tvrdoću livenog gvožđa jednostavno zbog sopstvene tvrdoće i zapreminskog udela. Ovo rezultira time da se tvrdoća mase može aproksimirati pravilom mješavina.

Ova tvrdoća se u svakom slučaju nudi na račun žilavosti. Bijelo lijevano željezo se općenito može klasificirati kao cement, budući da karbid čini veći dio materijala. Bijelo željezo je previše krto da bi se koristilo u strukturnim komponentama, ali zbog svoje dobre tvrdoće, otpornosti na abraziju i niske cijene, može se koristiti kao habajuća površina pumpi za gnojenje.

Teško je hladiti debele odljevke bržom brzinom koja je dovoljna da se talina učvrsti kao bijelo lijevano željezo, međutim brzo hlađenje se može koristiti kako bi se učvrstio pakao bijelog lijeva i nakon toga će ostatak biti hladi se sporijim tempom formirajući jezgro od sivog liva. Ovaj rezultirajući odljevak naziva se rashlađeni odljevak i sadrži prednosti što ima tvrdu podlogu, ali čvršću unutrašnjost.

Legure belog gvožđa sa visokim sadržajem hroma imale su sposobnost da omoguće livenje u pesku masivnog livenja rotora od oko 10 tona. To je zbog činjenice da hrom smanjuje brzinu hlađenja potrebnu za proizvodnju karbida kroz veće debljine materijala. Karbide sa odličnom otpornošću na habanje proizvode i elementi hroma.

Odljevak od kovanog željeza

Kovno gvožđe počinje kao odliv od belog gvožđa, zatim se termički obrađuje na temperaturama od oko 950°C dva ili jedan dan, a zatim se isto toliko vremena hladi.

Ugljik u željeznom karbidu se zatim pretvara u grafit i ferit plus ugljik zbog ovog procesa grijanja i hlađenja. Ovo je nizak proces, ali omogućava površinskoj napetosti da transformiše grafit u sferoidne čestice, a ne u ljuspice.

Sferoidi su relativno kratki i udaljeniji jedan od drugog zbog niskog omjera širine i visine. Oni također sadrže donji poprečni presjek, pukotinu koja se širi i foton. Za razliku od pahuljica, one sadrže tupe granice koje sudjeluju u ublažavanju problema koncentracije napona koji se nalaze u sivom ljevu. Sve u svemu, svojstva koja su uključena u kovno liveno gvožđe više su nalik na čelik koji je blage prirode.

Nodularno lijevanje

Ponekad se naziva nodularno liveno gvožđe, ovo liveno gvožđe ima svoj grafit u obliku vrlo sitnih nodula, pri čemu grafit ima oblik koncentričnih slojeva i tako formira nodule. Zbog toga su svojstvaduktilno liveno gvožđesu od spužvastog čelika koji nema efekte koncentracije naprezanja koje proizvode ljuspice grafita.

Sadržana količina ugljika je oko 3 do 4 posto, a silicijum je oko 1,8 do 2,8 posto. Male količine od 0,02% do 0,1% magnezijuma i samo 0,02% do 0,04% cerijuma kada se dodaju ovim legurama usporavaju brzinu rasta taloženja grafita kroz vezivanje za rubove grafitnih traka.

Ugljik može imati šansu da se odvoji kao sferoidne čestice kako se materijal stvrdnjava, zbog pažljive kontrole drugih elemenata i pravilnog vremena tokom procesa. Rezultirajuće čestice su slične kovanom livenom gvožđu, ali se delovi mogu liveti sa većim presecima.

Legiranje elemenata

Svojstva livenog gvožđa se menjaju i dodaju u različite legirne elemente ili legure u liveno gvožđe. U skladu s ugljikom je element silicijum jer ima sposobnost da izbaci ugljenik iz rastvora. Manji postotak silicijuma ne može u potpunosti postići ovo jer dozvoljava ugljiku da ostane u otopini, stvarajući tako željezni karbid i također proizvodi bijelo ljeveno željezo.

Veći procenat ili koncentracija silicijuma je u stanju da potisne ugljenik iz rastvora i zatim formira grafit i takođe proizvede sivi liv. Ostala legirajuća sredstva koja nisu navedena uključuju mangan, hrom, titan, a zatim vanadijum. Oni se suprotstavljaju silicijumu, također pospješuju zadržavanje ugljika, a time i stvaranje karbida. Nikl i element bakra imaju prednost jer povećavaju snagu i obradivost, ali tada ne mogu promijeniti količinu formiranog ugljika.

Ugljik koji je u obliku grafita rezultira mekšim željezom, čime se smanjuje efekat skupljanja, smanjuje se čvrstoća i smanjuje sadržana gustina. Sumpor je uglavnom zagađivač kada je sadržan, a stvara željezni sulfid koji sprječava stvaranje grafita i koji povećava tvrdoću.

Nedostatak koji nameće sumpor je to što rastaljeno liveno gvožđe čini viskoznim, što uzrokuje defekte. Da bi se uklonili efekti sumpora, u otopinu se dodaje mangan. Ovo je učinjeno jer kada se to dvoje spoje, oni formiraju mangan sulfid umjesto željeznog sulfida. Nastali mangan sulfid je lakši od taline i ima tendenciju da ispliva iz taline i uđe u šljaku.

Približna količina mangana potrebna da se ponište efekti sumpora je 1,7 jedinica sadržaja sumpora i dodatnih 0,3 posto dodanih na vrhu. Dodavanje više od ove količine mangana dovodi do stvaranja manganovog karbida i to povećava tvrdoću i hlađenje, osim kod sivog gvožđa gdje do 1 posto mangana može povećati čvrstoću i gustinu. Nikl je jedan od najopćenitijih legirajućih elemenata jer ima tendenciju rafiniranja perlita i strukture grafita, čime se poboljšava žilavost i ujednačava razlika u tvrdoći između debljina presjeka.

Krom se dodaje u malim količinama kako bi se smanjio slobodni grafit i stvorio hladnoća. To je zato što je hrom snažan karbidni stabilizator, au nekim slučajevima može raditi u kombinaciji s niklom. Za hrom se također može dodati mala zamjenska količina kalaja. Bakar se dodaje u lonac ili peć u količini od 0,5 do 2,5 posto da bi se postiglo smanjenje hlađenja, rafiniranje grafita i povećanje fluidnosti. Molibden se također može dodati u količini od 0,3 do 1 posto kako bi se također povećala hladnoća, rafinirao grafit i poboljšala perlitna struktura.

Obično se dodaje radeći u skladu sa niklom, bakrom i hromom za proizvodnju željeza visoke čvrstoće. Element titanijum se dodaje da radi kao degazer i deoksidizator i povećava fluidnost. Proporcije od 0,15% do 0,5% elementa vanadijuma se dodaju livenom gvožđu i pomažu u stabilizaciji cementita, da se poveća tvrdoća i otpornost na habanje i toplotne efekte.

Cirkonijum pomaže u formiranju grafita i dodaje se u proporcijama od oko 0,1 posto do 0,3 posto. Ovaj element također pomaže u deoksidaciji i povećanju fluidnosti. U talinama kovanog gvožđa, da bi se povećala količina silicijuma, sipa se bizmut u razmeri od 0,002 do 0,01 procenata. U bijelo gvožđe, dodat je element bor, koji pomaže u proizvodnji gvožđa koje je savitljivo i smanjuje efekat grubosti elementa bizmuta.