Raudvalandite tüübid

Raudvalandite tüübid

Selles peatükis käsitletakse erinevat tüüpi rauast valandeid.

Halli malmivalu

Hallmalmi iseloomulikuks tunnuseks on graafiline mikrostruktuur, mis on võimeline tekitama materjalile purunemisi ja omab halli välimust. See on kõige sagedamini kasutatav malmi tüüp ja ka massi alusel tavaliselt kasutatav valumaterjal. Enamikul hallmalmidel on keemiline lagunemine 2,5–4 protsenti süsinikku, 1–3 protsenti silikooni ja ülejäänud osa on raua koostis.

Seda tüüpi malmil on terasega võrreldes väiksem tõmbetugevus ja väiksem vastupidavus põrutustele. Selle survetugevus on võrreldav madala ja keskmise süsinikusisaldusega terasega.

Kõiki neid mehaanilisi omadusi kontrollivad grafiidihelveste kuju ja grafiidihelveste suurus, mis esinevad hallmalmi mikrostruktuuris.

Valge raua valamine

Seda tüüpi raual on purunenud pinnad, mis on tsementiidiks nimetatava raudkarbiidi sademe olemasolu tõttu valged. Valges malmis sisalduv süsinik sadestub sulatisest välja pigem stabiilse faasi tsementiidina kui grafiidina. See saavutatakse madalama ränisisaldusega grafitiseeriva ainena ja kiirema jahutuskiirusega. Pärast seda sadenemist moodustub tsementiit suurte osakestena.

Raudkarbiidi sadestamisel tõmbab sade algsest sulamist süsinikku, liigutades seega segu eutektikale lähedasema poole. Ülejäänud faas alandab raua süsinikausteniidiks, mis pärast jahutamist muutub martensiidiks.

Need sisalduvad eutektilised karbiidid on liiga suured, et tagada sademete kõvenemise eelis. Mõnes terases võib esineda palju väiksemaid tsemendisademeid, mis võivad plasti deformatsiooni kaasa tuua, takistades dislokatsioonide liikumist läbi puhta raudferriitmaatriksi. Nende eeliseks on see, et need suurendavad malmi kõvadust lihtsalt oma kõvaduse ja mahuosa tõttu. Selle tulemuseks on puistekaredus, mis on ligikaudne segude reegliga.

Seda kõvadust pakutakse igal juhul sitkuse arvelt. Valgemalmi võib üldiselt liigitada tsemendiks, kuna karbiid moodustab materjalist suurema osa. Valge raud on konstruktsioonikomponentides kasutamiseks liiga habras, kuid selle hea kõvaduse, kulumiskindluse ja madala hinna tõttu saab seda kasutada lägapumpade kulumispinnana.

Paksu valandit on raske jahutada kiiremini, mis on piisav sulatise tahkestamiseks valge malmina, kuid kiiret jahutamist saab kasutada selleks, et tahkestada põrgu valge malm ja pärast seda läheb ülejäänud osa sellest. jahutada aeglasema tempoga, moodustades nii hallmalmist südamiku. Saadud valandit nimetatakse jahutusvaluks ja see sisaldab kõva pinna, kuid karmima sisemuse eeliseid.

Kõrge kroomisisaldusega valge rauasulamid võimaldasid umbes 10-tonnise tiiviku massiivset valamist liivast valada. See on tingitud asjaolust, et kroom vähendab karbiidide tootmiseks vajalikku jahutuskiirust suurema paksuse materjali kaudu. Suurepärase kulumiskindlusega karbiide toodavad ka kroomielemendid.

Tempermalmist valamine

Tempermalm algab valgest malmist, seejärel kuumtöödeldakse umbes 950 °C juures kaks või üks päev ja seejärel jahutatakse sama kaua.

Raudkarbiidis sisalduv süsinik muutub selle kuumutamise ja jahutamise tõttu seejärel grafiidiks ja ferriidiks ning süsinikuks. See on madal protsess, kuid see võimaldab pindpinevusega muuta grafiidi pigem sfäärilisteks osakesteks kui helvesteks.

Sferoidid on suhteliselt lühikesed ja nende madala kuvasuhte tõttu üksteisest kaugemal. Need sisaldavad ka madalamat ristlõiget, levivat pragu ja footonit. Vastupidiselt helvestele sisaldavad need nüri piire, mis aitavad leevendada hallmalmil esinevaid pingekontsentratsiooni probleeme. Kokkuvõttes sarnanevad tempermalmi omadused rohkem oma olemuselt pehmele terasele.

Kõrgtugevast malmist valamine

Mõnikord nimetatakse seda mügarmalmiks, selle grafiit on väga pisikeste sõlmede kujul, kusjuures grafiit on kontsentriliste kihtidena, mis moodustavad sõlmed. Tänu sellele omadusedkõrgtugev malmon käsnjas teras, millel ei ole grafiidihelveste tekitatud pingekontsentratsiooni mõju.

Sisalduva süsiniku kontsentratsioon on umbes 3–4 protsenti ja räni kontsentratsioon on umbes 1,8–2,8 protsenti. Väikesed kogused 0,02–0,1 protsenti magneesiumi ja ainult 0,02–0,04 protsenti tseeriumi nendele sulamitele lisamisel aeglustavad grafiidisademete kasvu kiirust, mis on seotud grafiidiradade servadega.

Süsinik võib materjali tahkumisel eralduda sfääriliste osakestena, kuna protsessi käigus on hoolikalt kontrollitud teisi elemente ja õige ajastus. Saadud osakesed sarnanevad tempermalmiga, kuid osi saab valada suuremate osadega.

Legeerivad elemendid

Malmi omadusi muudetakse ja lisatakse malmi erinevatesse legeerivatesse elementidesse või sulamitesse. Kooskõlas süsinikuga on element räni, kuna sellel on võime süsinikku lahusest välja suruda. Väiksema räni protsendiga ei saa seda täielikult saavutada, kuna see laseb süsinikul lahusesse jääda, moodustades seega raudkarbiidi ja toodab ka valget malmi.

Suurem räni protsent või kontsentratsioon suudab süsiniku lahusest välja suruda ja seejärel moodustada grafiiti ning toota ka hallmalmi. Teised legeerivad ained, mida ei ole märgitud, hõlmavad mangaani, kroomi, titaani ja seejärel vanaadiumi. Need neutraliseerivad räni, soodustavad ka süsiniku säilimist ja seega ka karbiidide moodustumist. Niklil ja elemendil vasel on eelis, kuna need suurendavad tugevust ja töödeldavust, kuid ei suuda siis moodustunud süsiniku kogust muuta.

Grafiidi kujul oleva süsiniku tulemuseks on pehmem raud, mis vähendab kokkutõmbumist, vähendab tugevust ja vähendab sisalduvat tihedust. Väävel on sisaldudes enamasti saasteaine ja see moodustab raudsulfiidi, mis takistab grafiidi teket ja suurendab ka kõvadust.

Väävli puuduseks on see, et see muudab sulamalmi viskoosseks, mis põhjustab defekte. Väävli mõju leevendamiseks ja kõrvaldamiseks lisatakse lahusele mangaani. Seda tehakse seetõttu, et nende kahe kombineerimisel moodustub raudsulfiidi asemel mangaansulfiid. Saadud mangaansulfiid on sulast kergem ja kipub sulatisest välja hõljuma ja sattuma räbu sisse.

Väävli mõju kustutamiseks vajalik mangaani ligikaudne kogus on 1,7 ühikut väävlisisaldust ja sellele lisandub veel 0,3 protsenti. Sellest suurema koguse mangaani lisamine põhjustab mangaankarbiidi moodustumist, mis suurendab kõvadust ja jahutamist, välja arvatud hallmalmi puhul, kus kuni 1% mangaani võib suurendada tugevust ja sisalduvat tihedust. Nikkel on üks üldisemaid legeerivaid elemente, kuna sellel on kalduvus rafineerida perliiti ja grafiidi struktuuri, parandades seeläbi tugevust ja ühtlustab kõvaduse erinevust sektsioonide paksuste vahel.

Kroomi lisatakse väikestes kogustes, et vähendada vaba grafiiti ja tekitada külmavärinat. Selle põhjuseks on asjaolu, et kroom on võimas karbiidist stabilisaator ja mõnel juhul võib see töötada koos nikliga. Ka kroomi puhul võib lisada väikese asenduskoguse tina. Jahutuse vähendamiseks, grafiidi rafineerimiseks ja voolavuse suurendamiseks lisatakse vahukulpi või ahju 0,5–2,5 protsenti vaske. Molübdeeni võib lisada ka suurusjärgus 0,3 protsenti kuni 1 protsenti, et suurendada ka jahutust, viimistleda grafiiti ja täiustada perliidi struktuuri.

Tavaliselt lisatakse see koos nikli, vase ja kroomiga, et toota ülitugevaid raudu. Lisatakse element titaan, et see toimiks degaseerijana ja desoksüdeerijana ning suurendab voolavust. Malmile lisatakse 0,15–0,5 protsenti elementi vanaadiumi, mis aitab stabiliseerida tsementiiti, et suurendada kõvadust ning vastupidavust kulumisele ja kuumusele.

Tsirkoonium aitab moodustada grafiiti ja seda lisatakse vahekorras umbes 0,1–0,3 protsenti. See element aitab ka deoksüdeerida ja suurendada voolavust. Tempermalmi sulatistesse valatakse räni lisamise suurendamiseks vismutit skaalal 0,002–0,01 protsenti. Valgesse rauasse lisatakse element boor, mis aitab kaasa tempermalmist raua tootmisele ja vähendab vismuti elemendi jämedust.