Tegundir járnsteypa

Tegundir járnsteypa

Í þessum kafla verður fjallað um hinar ýmsu gerðir járnsteypu.

Grá járnsteypa

Einkenni grátt steypujárns er grafísk örbygging, sem getur valdið brotum á efninu og hefur grátt yfirbragð. Þessi er algengasta gerð steypujárns og einnig algengasta steypuefni miðað við þyngd. Meirihluti gráu steypujárnanna hefur efnafræðilegt niðurbrot upp á 2,5 prósent til 4 prósent kolefni, 1 prósent til 3 prósent sílikon og restin er samsetning úr járni.

Þessi tegund af steypujárni hefur minni togstyrk og minna höggþol samanborið við stál. Þrýstistyrkur þess er sambærilegur við lágt og miðlungs kolefnisstál.

Öllum þessum vélrænni eiginleikum er stjórnað af lögun grafítflögunnar og stærð grafítflaga, sem eru til staðar í örbyggingu gráa steypujárnsins.

Hvít járnsteypa

Þessi tegund járns er með brotna yfirborð sem er hvítt vegna nærveru járnkarbíðbotnfalls sem heitir sementít. Kolefnið sem er í hvítu steypujárni fellur út úr bræðslunni sem met stöðugt fasasementít frekar en sem grafít. Þetta er náð með lægra sílikoninnihaldi sem grafítgerðarefni og hraðari kælihraða. Eftir þessa úrkomu myndast sementítið sem stórar agnir.

Við útfellingu járnkarbíðsins dregur botnfallið kolefni úr upprunalegu bræðslunni og færir þannig blönduna í átt að því sem er nær eutectic. Það sem eftir er er að lækka járn í kolefni austenít, sem breytist í martensít þegar það hefur kólnað.

Þessir eutectic karbíð sem innihalda eru of stórir til að veita ávinninginn af úrkomuherðingu. Í sumum stáli gæti verið mun minni sementítútfelling sem gæti borið aflögun plasts með því að hindra hreyfingu á tilfærslum í gegnum hreina járnferrít fylkið. Þeir hafa yfirburði þar sem þeir auka magn hörku steypujárns einfaldlega vegna eigin hörku og rúmmálshlutfalls. Þetta hefur í för með sér að hægt er að ná saman lausu hörku með reglu um blöndur.

Þessi hörku er boðin á kostnað hörku í öllum tilvikum. Almennt má flokka hvítt steypujárn sem sement, þar sem karbíð er stærra brot af efninu. Hvítt járn er of brothætt til að nota í byggingarhluta, en vegna góðrar hörku, slitþols og lágs kostnaðar er hægt að nota það sem slityfirborð á slurry dælum.

Það er erfitt að kæla þykka steypu á hraðari hraða sem er nóg til að storka bræðsluna sem hvítt steypujárn, þó er hægt að nota hraða kælingu til að storkna helvítis hvítu steypujárni og eftir þetta verður afgangur af því kólnar á hægari hraða og myndar þannig kjarna úr gráu steypujárni. Þessi steypa sem myndast er kölluð kæld steypa og hún inniheldur kosti þess að hafa hart yfirborð en með harðari að innan.

Hár krómhvít járnblendi hafði þann eiginleika að leyfa gríðarlega steypu á um 10 tonna hjóli að vera sandsteypt. Þetta er vegna þess að krómið dregur úr kælihraða sem þarf til að framleiða karbíð í gegnum meiri þykkt efnisins. Karbíð með framúrskarandi slitþol eru einnig framleidd af krómþáttum.

Sveigjanleg járnsteypa

Sveigjanlegt steypujárn byrjar sem hvítt járnsteypa, síðan hitameðhöndlað við um 950°C hitastig í tvo eða einn dag og síðan er það kælt í sama tíma.

Kolefnið í járnkarbíði breytist síðan í grafít og ferrít auk kolefnis vegna þessa hitunar og kælingarferlis. Þetta er lágt ferli, en það gerir yfirborðsspennunni kleift að umbreyta grafítinu í kúluagnir frekar en flögur.

Kúlurnar eru tiltölulega stuttar og lengra frá hvort öðru vegna lágs stærðarhlutfalls. Þeir innihalda einnig lægri þversnið, útbreiðslu sprungu og ljóseind. Öfugt við flögur, innihalda þær þrjósk mörk sem taka þátt í að draga úr streituþéttnivandamálum sem finnast í gráu steypujárni. Þegar á allt er litið eru eiginleikarnir sem eru í sveigjanlegu steypujárni meira eins og stál sem er milt í eðli sínu.

Sveigjanleg járnsteypa

Stundum nefnt hnúðulaga steypujárn, þetta steypujárn hefur sitt grafít í formi mjög örsmáa hnúða, þar sem grafítið er í formi laga sem eru sammiðja og mynda þannig hnúðana. Vegna þessa eru eiginleikarsveigjanlegt steypujárneru úr svampkenndu stáli sem hefur engin áhrif á streituþéttni sem myndast af flögum grafítsins.

Kolefnisstyrkurinn sem er innifalinn er um 3 prósent til 4 prósent, og kísil er um 1,8 prósent til 2,8 prósent. Lítið magn af 0,02 prósent til 0,1 prósent af magnesíum og aðeins 0,02 prósent til 0,04 prósent cerium þegar það er bætt við þessar málmblöndur hægir á hraðanum sem grafítúrkoma vex með tengingu við brúnir grafítbrautanna.

Kolefni getur átt möguleika á að aðskiljast sem kúluagnir þegar efnið storknar, vegna vandaðrar stjórnunar á öðrum þáttum og réttrar tímasetningar meðan á ferlinu stendur. Agnirnar sem myndast eru svipaðar og sveigjanlegu steypujárni, en hluta má steypa með stærri hlutum.

Alloying Elements

Eiginleikum steypujárns er breytt og bætt við ýmsum málmblöndurþáttum eða málmblöndur í steypujárninu. Í takt við kolefni er frumefnið sílikon vegna þess að það hefur getu til að þvinga kolefni út úr lausninni. Minni hlutfall kísils getur ekki náð þessu að fullu þar sem það gerir kolefni eftir í lausninni, myndar þannig járnkarbíð og framleiðir einnig hvítt steypujárn.

Stærra hlutfall eða styrkur kísils er fær um að þvinga kolefnið út úr lausninni og myndar síðan grafít og framleiðir einnig grátt steypujárn. Aðrir málmblöndur sem ekki eru nefndir eru mangan, króm, títan og síðan vanadíum. Þetta vinna gegn sílikoni, þeir stuðla einnig að kolefnishaldi og þar með einnig myndun karbíða. Nikkel og frumefnið kopar hafa yfirburði þar sem þau auka styrk og vinnsluhæfni en geta þá ekki breytt magni kolefnis sem myndast.

Kolefnið sem er í formi grafíts leiðir til mýkra járns og dregur þannig úr áhrifum rýrnunar, lækkar styrkinn og minnkar þéttleikann. Brennisteinn er að mestu mengunarefni þegar hann er í honum og myndar járnsúlfíð sem kemur í veg fyrir myndun grafíts og eykur einnig hörku.

Ókosturinn sem brennisteinn veldur er að hann gerir bráðið steypujárn seigfljótandi, sem veldur göllum. Til að koma til móts við og útrýma áhrifum brennisteins er mangani bætt við lausnina. Þetta er gert vegna þess að þegar þetta tvennt er sameinað mynda þau mangansúlfíð í stað járnsúlfíðs. Mangansúlfíð sem myndast er léttara en bræðslan og hefur tilhneigingu til að fljóta út úr bræðslunni og komast í gjallið.

Áætlað magn af mangani sem þarf til að eyða áhrifum brennisteins er 1,7 einingar af brennisteinsinnihaldi og 0,3 prósent til viðbótar bætt ofan á. Við að bæta meira en þessu magni af mangani við myndar mangankarbíð og það eykur hörku og kælingu nema í gráu járni þar sem allt að 1 prósent af mangani getur aukið styrkleika og þéttleika innihaldsins. Nikkel er einn af almennustu málmblöndurþáttunum vegna þess að það hefur tilhneigingu til að betrumbæta perlítið og uppbyggingu grafítsins og bæta þannig hörku og jafna út hörkumun milli þykkta hluta.

Króm er bætt við í litlu magni til að draga úr lausu grafíti og framleiða köldu. Þetta er vegna þess að króm er öflugur karbíð stöðugleiki, og í sumum tilfellum getur það virkað í tengslum við nikkel. Fyrir króm er einnig hægt að bæta litlu magni af tini í staðinn. Kopar er bætt í sleifina eða ofninn í stærðargráðunni 0,5 prósent til 2,5 prósent til að ná lækkandi kælingu, hreinsa grafít og auka vökva. Einnig er hægt að bæta við mólýbdeni í stærðargráðunni 0,3 prósent til 1 prósent til að auka kælinguna, betrumbæta grafítið og betrumbæta perlítbygginguna.

Það er venjulega bætt við vinna í takt við nikkel, kopar og króm til að framleiða hástyrk járn. Frumefnið títan er bætt við til að virka sem gashreinsiefni og afoxunarefni og auka vökva. Hlutföll 0,15 prósent til 0,5 prósent af frumefninu vanadíum eru bætt við steypujárnið og hjálpa til við að koma á stöðugleika sementítsins, til að auka hörku og standast slit og hitaáhrif.

Sirkon hjálpar til við að mynda grafít og er bætt við í hlutföllum um 0,1 prósent til 0,3 prósent. Þessi þáttur hjálpar einnig við að afoxa og auka vökva. Í sveigjanlegri járnbræðslu, til að auka hversu mikið af sílikoni má bæta við, er bismút hellt í kvarðanum 0,002 prósent til 0,01 prósent. Í hvítu járni er frumefninu bór bætt við, sem hjálpar til við framleiðslu á járni sem er sveigjanlegt, og það dregur úr grófandi áhrifum frumefnisins bismúts.