Vrste željeznih odljevaka

Vrste željeznih odljevaka

U ovom poglavlju raspravljat ćemo o različitim vrstama željeznih odljevaka.

Lijev od sivog željeza

Karakteristika sivog lijeva je grafička mikrostruktura, koja može uzrokovati lomove materijala i imati siv izgled. Ovo je najčešće korištena vrsta lijevanog željeza i također često korišteni lijevani materijal na temelju težine. Većina sivog lijeva ima kemijsku razgradnju od 2,5 do 4 posto ugljika, 1 do 3 posto silikona, a ostatak je sastav željeza.

Ova vrsta lijevanog željeza ima manju vlačnu čvrstoću i manju otpornost na udarce u usporedbi s čelikom. Njegova tlačna čvrstoća usporediva je s nisko i srednje ugljičnim čelikom.

Sva ova mehanička svojstva kontroliraju oblik i veličina grafitnih ljuskica koje su prisutne u mikrostrukturi sivog lijeva.

Lijev od bijelog željeza

Ova vrsta željeza ima izlomljene površine koje su bijele zbog prisutnosti taloga željeznog karbida nazvanog cementit. Ugljik koji je sadržan u bijelom lijevanom željezu taloži se iz taline kao cementit stabilne faze, a ne kao grafit. To se postiže nižim sadržajem silicija kao agensa za grafitizaciju i bržom dovedenom brzinom hlađenja. Nakon ovog taloženja, cementit se formira kao velike čestice.

Tijekom taloženja željeznog karbida, talog izvlači ugljik iz izvorne taline, pomičući tako smjesu prema onoj koja je bliža eutektiku. Preostala faza je spuštanje željeza do ugljičnog austenita, koji se nakon hlađenja pretvara u martenzit.

Ovi sadržani eutektički karbidi su preveliki da bi osigurali prednost taložnog otvrdnjavanja. U nekim čelicima mogu postojati mnogo manji precipitati cementita koji mogu nositi deformaciju plastike ometajući kretanje dislokacija kroz feritnu matricu čistog željeza. Oni imaju prednost jer povećavaju ukupnu tvrdoću lijevanog željeza samo zbog svoje vlastite tvrdoće i volumnog udjela. To rezultira time da se nasipna tvrdoća može aproksimirati pravilom mješavina.

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

Teško je hladiti debele odljevke bržom brzinom koja je dovoljna za skrutnjavanje taline kao bijelog lijevanog željeza, međutim brzo hlađenje se može upotrijebiti kako bi se skrutila velika količina bijelog lijevanog željeza, a nakon toga će ostatak biti hladiti sporije, stvarajući jezgru od sivog lijeva. Ovaj dobiveni odljevak naziva se ohlađeni odljevak, a sadrži prednosti čvrste površine, ali s čvršćom unutrašnjosti.

Legure bijelog željeza s visokim udjelom kroma imale su sposobnost dopuštanja masivnog lijevanja rotora od oko 10 tona koji se lijeva u pijesak. To je zbog činjenice da krom smanjuje brzinu hlađenja potrebnu za proizvodnju karbida kroz veće debljine materijala. Karbidi s izvrsnom otpornošću na abraziju također se proizvode pomoću kromovih elemenata.

Lijev od temperanog željeza

Tempirani lijev počinje kao odljevak od bijelog željeza, zatim se toplinski obrađuje na temperaturama od oko 950°C dva ili jedan dan, a zatim se isto toliko vremena hladi.

Ugljik u željeznom karbidu zatim se pretvara u grafit i ferit plus ugljik zbog ovog procesa zagrijavanja i hlađenja. Ovo je nizak proces, ali omogućuje površinskoj napetosti da transformira grafit u sferoidne čestice, a ne u ljuskice.

Sferoidi su relativno kratki i udaljeniji jedan od drugoga zbog niskog omjera stranica. Također sadrže donji presjek, pukotinu koja se širi i foton. Za razliku od ljuskica, oni sadrže tupe granice koje sudjeluju u ublažavanju problema koncentracije naprezanja koji se nalaze u sivom lijevanom željezu. Sve u svemu, svojstva sadržana u temperanom lijevanom željezu više su slična onima čelika koji je po prirodi blag.

Lijev od nodularnog lijeva

Ponekad se naziva nodularni lijev, ovaj lijev ima svoj grafit u obliku vrlo sitnih kvržica, pri čemu grafit ima oblik slojeva koji su koncentrični i tako tvore kvržice. Zbog toga su svojstvanodularni lijevsu oni od spužvastog čelika koji nema efekte koncentracije naprezanja koje proizvode ljuskice grafita.

Koncentracija sadržanog ugljika je oko 3 posto do 4 posto, a koncentracija silicija je oko 1,8 posto do 2,8 posto. Male količine od 0,02 posto do 0,1 posto magnezija i samo 0,02 posto do 0,04 posto cerija kada se dodaju ovim legurama usporavaju brzinu rasta taloženja grafita kroz vezivanje za rubove grafitnih traka.

Ugljik se može odvojiti kao sferoidne čestice kako se materijal skrućuje, zahvaljujući pažljivoj kontroli ostalih elemenata i pravilnom vremenu tijekom procesa. Dobivene čestice slične su temperanom lijevanom željezu, ali se dijelovi mogu lijevati s većim presjecima.

Legirajući elementi

Svojstva lijevanog željeza se mijenjaju i dodaju u raznim legirajućim elementima ili legurama u lijevano željezo. U skladu s ugljikom je i element silicij jer ima sposobnost istiskivanja ugljika iz otopine. Manji postotak silicija ne može to u potpunosti postići jer dopušta ugljiku da ostane u otopini, stvarajući tako željezni karbid i također proizvodeći bijelo lijevano željezo.

Veći postotak ili koncentracija silicija može istisnuti ugljik iz otopine i zatim stvoriti grafit te također proizvesti sivi lijev. Ostala legirajuća sredstva koja nisu navedena uključuju mangan, krom, titan i zatim vanadij. One djeluju protiv silicija, također potiču zadržavanje ugljika, a time i stvaranje karbida. Nikal i element bakar imaju prednost jer povećavaju čvrstoću i obradivost, ali tada ne mogu promijeniti količinu stvorenog ugljika.

Ugljik koji je u obliku grafita rezultira mekšim željezom, čime se smanjuje učinak skupljanja, smanjuje čvrstoća i smanjuje sadržana gustoća. Sumpor je uglavnom kontaminant kada ga ima, a stvara željezni sulfid koji sprječava stvaranje grafita i također povećava tvrdoću.

Nedostatak koji nameće sumpor je taj što rastaljeno lijevano željezo čini viskoznim, što uzrokuje nedostatke. Kako bi se zadovoljili i uklonili učinci sumpora, otopini se dodaje mangan. To je učinjeno jer kada se to dvoje spoji, umjesto željeznog sulfida nastaje manganov sulfid. Rezultirajući manganov sulfid je lakši od taline i ima tendenciju isplivati ​​iz taline i ući u trosku.

Približna količina mangana potrebna za poništavanje učinaka sumpora je 1,7 jedinica sadržaja sumpora i dodatnih 0,3 posto dodanih na vrh. Dodavanje više od ove količine mangana rezultira stvaranjem manganovog karbida, a to povećava tvrdoću i hlađenje osim u sivom željezu gdje do 1 posto mangana može povećati čvrstoću i sadržanu gustoću. Nikal je jedan od najopćenitijih legirajućih elemenata jer ima tendenciju pročišćavanja 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 proizvelo hlađenje. To je zato što je krom snažan stabilizator karbida, au nekim slučajevima može djelovati zajedno s niklom. Za krom se također može dodati mala zamjenska količina kositra. Bakar se dodaje u lonac ili peć u količini od 0,5 posto do 2,5 posto kako bi se postiglo niže hlađenje, pročišćavanje grafita i povećanje fluidnosti. Molibden se također može dodati u količini od 0,3 posto do 1 posto kako bi se također povećalo hlađenje, pročistio grafit i pročistila struktura perlita.

Obično se dodaje radeći u skladu s niklom, bakrom i kromom za proizvodnju željeza visoke čvrstoće. Dodan je element titan koji djeluje kao degazator i deoksidizator te povećava fluidnost. Omjeri od 0,15 do 0,5 posto elementa vanadija dodaju se lijevanom željezu i pomažu u stabilizaciji cementita, kako bi se povećala tvrdoća i otpornost na trošenje i toplinske učinke.

Cirkonij pomaže u stvaranju grafita i dodaje se u omjerima od oko 0,1 do 0,3 posto. Ovaj element također pomaže u deoksidaciji i povećanju fluidnosti. U taline temperanog željeza, kako bi se povećala količina silicija koja se može dodati, bizmut se ulijeva u mjerilu od 0,002 do 0,01 posto. Bijelom željezu dodan je element bor, koji pomaže u proizvodnji željeza koje je podatno i smanjuje učinak grubljanja elementa bizmuta.