Τύποι χυτών σιδήρου
Τύποι χυτών σιδήρου
Αυτό το κεφάλαιο θα συζητήσει τους διάφορους τύπους χυτών σιδήρου.
Γκρι Σιδερένιο Χύτευση
Το χαρακτηριστικό του γκρίζου χυτοσιδήρου είναι η γραφική μικροδομή, η οποία μπορεί να προκαλέσει σπασίματα στο υλικό και να έχει γκρίζα εμφάνιση. Αυτός είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος χυτοσιδήρου και επίσης συνήθως χρησιμοποιούμενο χυτοσίδηρο με βάση το βάρος. Η πλειοψηφία των γκρίζων χυτοσιδήρων έχει χημική αποσύνθεση από 2,5 τοις εκατό έως 4 τοις εκατό άνθρακα, 1 τοις εκατό έως 3 τοις εκατό σιλικόνη και το υπόλοιπο είναι μια σύνθεση σιδήρου.
Αυτός ο τύπος χυτοσιδήρου έχει μικρότερη αντοχή σε εφελκυσμό και μικρότερη αντοχή σε κραδασμούς σε σύγκριση με τον χάλυβα. Η αντοχή του στη θλίψη είναι συγκρίσιμη με τον χάλυβα χαμηλού και μεσαίου άνθρακα.
Όλες αυτές οι μηχανικές ιδιότητες ελέγχονται από το σχήμα της νιφάδας γραφίτη και το μέγεθος των νιφάδων γραφίτη, που υπάρχουν στη μικροδομή του γκρίζου χυτοσιδήρου.
Λευκό Σιδερένιο Χύτευση
Αυτός ο τύπος σιδήρου έχει σπασμένες επιφάνειες που είναι λευκές λόγω της παρουσίας ενός ιζήματος καρβιδίου του σιδήρου που ονομάζεται τσιμεντίτης. Ο άνθρακας που περιέχεται στον λευκό χυτοσίδηρο καθιζάνει από το τήγμα ως τσιμεντίτης σταθερής φάσης και όχι ως γραφίτης. Αυτό επιτυγχάνεται με χαμηλότερη περιεκτικότητα σε πυρίτιο ως παράγοντα γραφιτοποίησης και ταχύτερο παρεχόμενο ρυθμό ψύξης. Μετά από αυτή την κατακρήμνιση, ο τσιμεντίτης σχηματίζεται ως μεγάλα σωματίδια.
Κατά τη διάρκεια της καθίζησης του καρβιδίου του σιδήρου, το ίζημα αντλεί άνθρακα από το αρχικό τήγμα, μετακινώντας έτσι το μείγμα προς ένα που είναι πιο κοντά στην ευτηκτική. Η υπόλοιπη φάση είναι η μείωση του σιδήρου σε ωστενίτη άνθρακα, ο οποίος μετατρέπεται σε μαρτενσίτη μόλις ψυχθεί.
Αυτά τα περιεχόμενα ευτηκτικά καρβίδια είναι πολύ μεγάλα για να παρέχουν το πλεονέκτημα της σκλήρυνσης με καθίζηση. Σε ορισμένους χάλυβες μπορεί να υπάρχουν πολύ μικρότερα ιζήματα τσιμενίτη που μπορεί να φέρουν την παραμόρφωση του πλαστικού εμποδίζοντας την κίνηση των εξαρθρώσεων μέσω της μήτρας καθαρού σιδήρου φερρίτη. Έχουν ένα πλεονέκτημα καθώς αυξάνουν τη χύδην σκληρότητα του χυτοσιδήρου απλώς και μόνο λόγω της δικής τους σκληρότητας και κλάσματος όγκου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η χύδην σκληρότητα να μπορεί να προσεγγιστεί με έναν κανόνα μειγμάτων.
Αυτή η σκληρότητα προσφέρεται εις βάρος της σκληρότητας σε κάθε περίπτωση. Ο λευκός χυτοσίδηρος μπορεί γενικά να ταξινομηθεί ως τσιμέντο, καθώς το καρβίδιο αποτελεί μεγαλύτερο κλάσμα του υλικού. Ο λευκός σίδηρος είναι πολύ εύθραυστος για να χρησιμοποιηθεί σε δομικά εξαρτήματα, αλλά λόγω της καλής του σκληρότητας, της αντοχής στην τριβή και του χαμηλού κόστους, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επιφάνεια φθοράς των αντλιών υδαρούς πολτού.
Είναι δύσκολο να ψύχονται χοντρά χυτά με ταχύτερο ρυθμό, ο οποίος είναι αρκετός για να στερεοποιηθεί το τήγμα ως λευκός χυτοσίδηρος, ωστόσο η γρήγορη ψύξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να στερεοποιηθεί ένας κολασμένος λευκός χυτοσίδηρος και μετά από αυτό το υπόλοιπο θα είναι ψύχεται με πιο αργό ρυθμό σχηματίζοντας έτσι έναν πυρήνα από γκρίζο χυτοσίδηρο. Αυτός ο χυτός που προκύπτει ονομάζεται ψυχρή χύτευση και περιέχει τα πλεονεκτήματα της ύπαρξης σκληρής επιφάνειας αλλά με πιο σκληρό εσωτερικό.
Τα κράματα λευκού σιδήρου με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο είχαν την ικανότητα να επιτρέπουν τη χύτευση με άμμο σε μαζική χύτευση περίπου 10 τόνων πτερωτής. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το χρώμιο μειώνει τον ρυθμό ψύξης που απαιτείται για την παραγωγή καρβιδίων μέσω του μεγαλύτερου πάχους υλικού. Καρβίδια με εξαιρετική αντοχή στην τριβή παράγονται επίσης από στοιχεία χρωμίου.
Ελατός χυτός σίδηρος
Ο ελατός χυτοσίδηρος ξεκινά ως χύτευση λευκού σιδήρου, στη συνέχεια υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία σε θερμοκρασίες περίπου 950°C για δύο ή μία ημέρα και στη συνέχεια ψύχεται για την ίδια χρονική περίοδο.
Ο άνθρακας στο καρβίδιο του σιδήρου στη συνέχεια μετατρέπεται σε γραφίτη και φερρίτη συν άνθρακα λόγω αυτής της διαδικασίας θέρμανσης και ψύξης. Αυτή είναι μια χαμηλή διαδικασία, αλλά επιτρέπει στην επιφανειακή τάση να μετατρέψει τον γραφίτη σε σφαιροειδή σωματίδια και όχι σε νιφάδες.
Τα σφαιροειδή είναι σχετικά κοντά και πιο μακριά το ένα από το άλλο λόγω της χαμηλής αναλογίας διαστάσεων τους. Περιέχουν επίσης χαμηλότερη διατομή, διάδοση ρωγμής και φωτόνιο. Σε αντίθεση με τις νιφάδες, περιέχουν αμβλεία όρια που συμμετέχουν στην ανακούφιση των προβλημάτων συγκέντρωσης στρες που βρίσκονται στον γκρίζο χυτοσίδηρο. Συνολικά, οι ιδιότητες που περιλαμβάνονται στον ελατό χυτοσίδηρο μοιάζουν περισσότερο με αυτές του χάλυβα που είναι ήπιας φύσης.
Χύτευση όλκιμου σιδήρου
Μερικές φορές αναφέρεται ως οζώδης χυτοσίδηρος, αυτός ο χυτοσίδηρος έχει τον γραφίτη του με τη μορφή πολύ μικροσκοπικών οζιδίων, με τον γραφίτη να έχει τη μορφή στρωμάτων που είναι ομόκεντρα και έτσι σχηματίζουν τα οζίδια. Εξαιτίας αυτού, οι ιδιότητες τουόλκιμο χυτοσίδηροείναι αυτό ενός σπογγώδους χάλυβα που δεν έχει αποτελέσματα συγκέντρωσης τάσης που παράγονται από τις νιφάδες του γραφίτη.
Η περιεχόμενη ποσότητα συγκέντρωσης άνθρακα είναι περίπου 3 τοις εκατό έως 4 τοις εκατό και εκείνη του πυριτίου είναι περίπου 1,8 τοις εκατό έως 2,8 τοις εκατό. Μικρές ποσότητες 0,02 τοις εκατό έως 0,1 τοις εκατό μαγνησίου και μόνο 0,02 τοις εκατό έως 0,04 τοις εκατό δημήτριο όταν προστίθενται σε αυτά τα κράματα επιβραδύνουν τον ρυθμό με τον οποίο αυξάνεται η κατακρήμνιση γραφίτη μέσω της συγκόλλησης στα άκρα των λωρίδων γραφίτη.
Ο άνθρακας μπορεί να έχει την ευκαιρία να διαχωριστεί ως σφαιροειδή σωματίδια καθώς το υλικό στερεοποιείται, λόγω του προσεκτικού ελέγχου άλλων στοιχείων και του κατάλληλου χρονισμού κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Τα σωματίδια που προκύπτουν είναι παρόμοια με τον ελατό χυτοσίδηρο, αλλά τα μέρη μπορούν να χυτευτούν με τμήματα που είναι μεγαλύτερα.
Στοιχεία κράματος
Οι ιδιότητες του χυτοσιδήρου αλλάζουν και προστίθενται σε διάφορα κράματα ή κράματα στο χυτοσίδηρο. Σε συμφωνία με τον άνθρακα είναι το στοιχείο πυρίτιο επειδή έχει την ικανότητα να εξαναγκάζει τον άνθρακα να βγει από το διάλυμα. Ένα μικρότερο ποσοστό πυριτίου δεν μπορεί να το επιτύχει πλήρως, καθώς επιτρέπει στον άνθρακα να παραμείνει στο διάλυμα, σχηματίζοντας έτσι καρβίδιο του σιδήρου και επίσης παράγοντα λευκό χυτοσίδηρο.
Ένα μεγαλύτερο ποσοστό ή συγκέντρωση πυριτίου μπορεί να εξαναγκάσει τον άνθρακα έξω από το διάλυμα και στη συνέχεια να σχηματίσει γραφίτη και επίσης να παράγει γκρίζο χυτοσίδηρο. Άλλα κράματα που δεν σημειώνονται περιλαμβάνουν το μαγγάνιο, το χρώμιο, το τιτάνιο και στη συνέχεια το βανάδιο. Αυτά εξουδετερώνουν το πυρίτιο, προάγουν επίσης τη συγκράτηση του άνθρακα και κατά συνέπεια τον σχηματισμό καρβιδίων. Το νικέλιο και το στοιχείο χαλκός έχουν ένα πλεονέκτημα καθώς αυξάνουν την αντοχή και τη μηχανική ικανότητα, αλλά δεν μπορούν στη συνέχεια να αλλάξουν την ποσότητα του άνθρακα που σχηματίζεται.
Ο άνθρακας που έχει τη μορφή γραφίτη έχει ως αποτέλεσμα πιο μαλακό σίδηρο, μειώνοντας έτσι την επίδραση της συρρίκνωσης, μειώνοντας την αντοχή και μειώνοντας την περιεχόμενη πυκνότητα. Το θείο είναι ως επί το πλείστον ρύπος όταν περιέχεται και σχηματίζει θειούχο σίδηρο που εμποδίζει το σχηματισμό γραφίτη και επίσης αυξάνει τη σκληρότητα.
Το μειονέκτημα που επιβάλλει το θείο είναι ότι κάνει τον λιωμένο χυτοσίδηρο παχύρρευστο, το οποίο προκαλεί ελαττώματα. Για την αντιμετώπιση και την εξάλειψη των επιπτώσεων του θείου, προστίθεται μαγγάνιο στο διάλυμα. Αυτό γίνεται γιατί όταν τα δύο συνδυάζονται σχηματίζουν θειούχο μαγγάνιο αντί για θειούχο σίδηρο. Το θειούχο μαγγάνιο που προκύπτει είναι ελαφρύτερο από το τήγμα και τείνει να επιπλέει έξω από το τήγμα και να εισχωρεί στη σκωρία.
Η κατά προσέγγιση ποσότητα μαγγανίου που απαιτείται για την εξάλειψη των επιπτώσεων του θείου είναι 1,7 μονάδες περιεκτικότητας σε θείο και επιπλέον 0,3 τοις εκατό προστίθεται από πάνω. Η προσθήκη μεγαλύτερης ποσότητας μαγγανίου έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό καρβιδίου του μαγγανίου και αυτό αυξάνει τη σκληρότητα και την ψύξη εκτός από τον γκρίζο σίδηρο όπου έως και 1 τοις εκατό μαγγανίου μπορεί να αυξήσει την αντοχή και την πυκνότητα που περιέχεται. Το νικέλιο είναι ένα από τα πιο γενικά στοιχεία κράματος επειδή έχει την τάση να εξευγενίζει τον περλίτη και τη δομή του γραφίτη, βελτιώνοντας έτσι την σκληρότητα και εξομαλύνει τη διαφορά σκληρότητας μεταξύ των πάχους των τομών.
Το χρώμιο προστίθεται σε μικρές ποσότητες για να μειώσει τον ελεύθερο γραφίτη και να προκαλέσει ψύχρα. Αυτό συμβαίνει επειδή το χρώμιο είναι ένας ισχυρός σταθεροποιητής καρβιδίου και σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να λειτουργήσει σε συνδυασμό με το νικέλιο. Για το χρώμιο επίσης, μπορεί να προστεθεί μια μικρή υποκατάστατη ποσότητα κασσίτερου. Ο χαλκός προστίθεται στην κουτάλα ή τον κλίβανο της τάξης του 0,5 τοις εκατό έως 2,5 τοις εκατό για να επιτευχθεί χαμηλότερη ψύξη, καθαρισμός του γραφίτη και αύξηση της ρευστότητας. Το μολυβδαίνιο μπορεί επίσης να προστεθεί της τάξης του 0,3 τοις εκατό έως 1 τοις εκατό, έτσι ώστε να αυξηθεί επίσης η ψύχρα, να τελειοποιηθεί ο γραφίτης και να τελειοποιηθεί η δομή του περλίτη.
Συνήθως προστίθεται δουλεύοντας σύμφωνα με το νικέλιο, τον χαλκό και το χρώμιο για την παραγωγή σιδήρου υψηλής αντοχής. Το στοιχείο τιτάνιο προστίθεται για να λειτουργήσει ως απαερωτή και αποοξειδωτή και να αυξήσει τη ρευστότητα. Αναλογίες από 0,15 τοις εκατό έως 0,5 τοις εκατό του στοιχείου βαναδίου προστίθενται στο χυτοσίδηρο και βοηθούν στη σταθεροποίηση του τσιμενίτη, για την αύξηση της σκληρότητας και την αντίσταση στη φθορά και τις επιπτώσεις της θερμότητας.
Το ζιρκόνιο βοηθά στο σχηματισμό γραφίτη και προστίθεται σε αναλογίες περίπου 0,1 τοις εκατό έως 0,3 τοις εκατό. Αυτό το στοιχείο βοηθά επίσης στην αποξείδωση και στην αύξηση της ρευστότητας. Σε τήγματα ελατού σιδήρου, για να αυξηθεί η ποσότητα πυριτίου που μπορεί να προστεθεί, το βισμούθιο χύνεται σε κλίμακα από 0,002 τοις εκατό έως 0,01 τοις εκατό. Στο λευκό σίδηρο, προστίθεται το στοιχείο βόριο, το οποίο βοηθά στην παραγωγή σιδήρου που είναι ελατός και μειώνει τη χονδροποιητική επίδραση του στοιχείου βισμούθιο.