סוגי יציקות ברזל

סוגי יציקות ברזל

פרק זה ידון בסוגים השונים של יציקות ברזל.

יציקת ברזל אפור

המאפיין של ברזל יצוק אפור הוא המיקרו-מבנה הגרפי, המסוגל לגרום לשברים בחומר ובעל מראה אפור. זה הוא הסוג הנפוץ ביותר של ברזל יצוק וגם חומר יצוק נפוץ על בסיס משקל. לרוב הברזלים היצוקים האפורים יש פירוק כימי של 2.5 אחוז עד 4 אחוז פחמן, 1 אחוז עד 3 אחוז סיליקון והשאר הוא הרכב של ברזל.

סוג זה של ברזל יצוק בעל חוזק מתיחה פחות ופחות עמידות בפני זעזועים בהשוואה לפלדה. חוזק הלחיצה שלו דומה לפלדת פחמן נמוכה ובינונית.

כל התכונות המכניות הללו נשלטות על ידי צורת פתיתי הגרפיט וגודל פתיתי הגרפיט, הנמצאים במבנה המיקרו של הברזל היצוק האפור.

יציקת ברזל לבנה

לסוג זה של ברזל יש משטחים שבורים שהם לבנים עקב נוכחותם של משקע ברזל קרביד בשם צמנטיט. הפחמן הכלול מברזל יצוק לבן נופל מההמסה כצמנטיט שלב יציב ולא כגרפיט. זה מושג עם תכולת סיליקון נמוכה יותר כחומר גרפיטציה וקצב קירור מהיר יותר. לאחר משקעים אלה, הצמנטיט נוצר כחלקיקים גדולים.

במהלך המשקעים של קרביד הברזל, המשקע שואב פחמן מההמסה המקורית, ובכך מעביר את התערובת לכיוון הקרוב יותר לאוטקטי. השלב הנותר הוא הורדת ברזל לפחמן אוסטניט, שהופך למרטנזיט לאחר התקררות.

הקרבידים האוטקטיים האלה גדולים מכדי לספק את היתרון של התקשות משקעים. בחלק מהפלדות עשויות להיות משקעי צמנטיט קטנים בהרבה שעשויים לשאת את העיוות של הפלסטיק על ידי מניעת תנועת הנקעים דרך מטריצת הברזל הטהורה פריט. יש להם יתרון מכיוון שהם מגדילים את הקשיות בתפזורת של הברזל היצוק פשוט בגלל הקשיות שלהם ושבר הנפח שלהם. זה גורם לכך שהקשיות בתפזורת יכולה להיות משוערת על ידי כלל של תערובות.

קשיות זו מוצעת על חשבון הקשיחות בכל מקרה. ברזל יצוק לבן יכול להיות מסווג בדרך כלל כמלט, מכיוון שקרביד מהווה חלק גדול יותר מהחומר. ברזל לבן שביר מכדי לשמש ברכיבים מבניים, אך בגלל קשיותו הטובה, עמידותו בפני שחיקה והעלות הנמוכה, ניתן להשתמש בו כמשטח הבלאי של משאבות תרחיץ.

קשה לקרר יציקות עבות בקצב מהיר יותר שמספיק כדי לגבש את ההמסה כברזל יצוק לבן, אולם ניתן להשתמש בקירור מהיר על מנת לגבש גיהנום של ברזל יצוק לבן ואחרי זה יהיה השארית ממנו. להתקרר בקצב איטי יותר ובכך ליצור גרעין של ברזל יצוק אפור. יציקה זו שהתקבלה נקראת יציקה צוננת, והיא מכילה את היתרונות של משטח קשיח אך עם פנים קשיח יותר.

לסגסוגות ברזל לבן גבוהות כרום הייתה יכולת לאפשר יציקה מסיבית של כ-10 טון אימפלר ליציקת חול. זאת בשל העובדה שהכרום מפחית את קצב הקירור הנדרש לייצור קרבידים דרך עובי החומר הגדול יותר. קרבידים בעלי עמידות בפני שחיקה מצוינת מיוצרים גם על ידי יסודות כרום.

יציקת ברזל ניתנת לעיבוד

ברזל יצוק ניתן לעיבוד מתחיל כיציקת ברזל לבנה, לאחר מכן מטופל בחום בטמפרטורות של כ-950 מעלות צלזיוס למשך יומיים או יום בודד, ולאחר מכן הוא מקורר במשך אותו פרק זמן.

הפחמן בקרביד ברזל הופך לגרפיט ולפריט בתוספת פחמן עקב תהליך החימום והקירור הזה. זהו תהליך נמוך, אך הוא מאפשר למתח פני השטח להפוך את הגרפיט לחלקיקים כדוריים ולא לפתיתים.

הכדוריות קצרות יחסית ורחוקות יותר אחת מהשנייה בשל יחס הגובה-רוחב הנמוך שלהן. הם מכילים גם חתך נמוך יותר, סדק מתפשט ופוטון. בניגוד לפתיתים, הם מכילים גבולות קהים המשתתפים בהקלה על בעיות ריכוז הלחץ המצויות בברזל יצוק אפור. בסך הכל, המאפיינים הכלולים בברזל היצוק הניתן דומים יותר לאלו של פלדה שהיא עדינה באופייה.

יציקת ברזל רקיע

לפעמים מכונה ברזל יצוק נודולרי, לברזל יצוק זה יש את הגרפיט שלו בצורה של גושים זעירים מאוד, כאשר הגרפיט בצורת שכבות שהן קונצנטריות וכך יוצרות את הגושים. בשל כך, המאפיינים שלברזל יצוק רקיעהם של פלדה ספוגית שאין לה השפעות ריכוז מתח המיוצרות על ידי פתיתי הגרפיט.

כמות ריכוז הפחמן הנכללת היא בסביבות 3 אחוז עד 4 אחוז, וזו של סיליקון היא בסביבות 1.8 אחוז עד 2.8 אחוז. כמויות קטנות של 0.02 אחוז עד 0.1 אחוז מגנזיום, ורק 0.02 אחוז עד 0.04 אחוז צריום, כאשר מוסיפים לסגסוגות אלו, מאט את קצב גידול המשקעים של גרפיט באמצעות התקשרות לקצוות נתיבי הגרפיט.

לפחמן יכול להיות סיכוי להיפרד כחלקיקים כדוריים כשהחומר מתמצק, בשל שליטה קפדנית של אלמנטים אחרים ותזמון נכון במהלך התהליך. החלקיקים המתקבלים דומים לברזל יצוק ברזל, אך ניתן ליצוק חלקים עם חלקים גדולים יותר.

אלמנטים סגסוגת

המאפיינים של ברזל יצוק משתנים ומתווספים באלמנטים מסגסוגים שונים או סגסוגים בברזל היצוק. בקנה אחד עם פחמן הוא היסוד סיליקון כי יש לו יכולת להוציא פחמן מהתמיסה. אחוז קטן יותר של סיליקון לא יכול להשיג זאת במלואו מכיוון שהוא מאפשר לפחמן להישאר בתמיסה, ובכך ליצור קרביד ברזל וגם לייצר ברזל יצוק לבן.

אחוז או ריכוז גדול יותר של סיליקון מסוגל להוציא את הפחמן מהתמיסה ואז ליצור גרפיט וגם לייצר ברזל יצוק אפור. סוכני סגסוג אחרים שלא צוינו כוללים מנגן, כרום, טיטניום ולאחר מכן ונדיום. אלו מנוגדים לסיליקון, הם גם מקדמים את שימור הפחמן ובכך גם את היווצרות הקרבידים. לניקל וליסוד הנחושת יש יתרון מכיוון שהם מגבירים את החוזק והיכולת לעיבוד, אך הם אינם מסוגלים לשנות את כמות הפחמן שנוצרת.

הפחמן שנמצא בצורת גרפיט מביא לברזל רך יותר, ובכך מפחית את השפעת ההתכווצות, מוריד את החוזק ומפחית את הצפיפות המוכלת. גופרית היא בעיקר מזהם כאשר היא מכילה, והיא יוצרת גופרית ברזל שמונעת היווצרות של גרפיט וגם מה שמגביר את הקשיות.

החיסרון שמטיל הגופרית הוא בכך שהיא הופכת ברזל יצוק מותך לצמיג, מה שגורם לפגמים. כדי לטפל ולחסל את השפעות הגופרית, מוסיפים מנגן לתמיסה. זה נעשה מכיוון שכאשר השניים משולבים הם יוצרים מנגן גופרתי במקום גופרתי ברזל. המנגן גופרתי המתקבל הוא קל יותר מההמסה ונוטה לצוף החוצה מההמסה ולהיכנס לסיג.

הכמות המשוערת של מנגן הדרושה כדי לבטל את השפעות הגופרית היא 1.7 יחידות של תכולת גופרית ותוספת של 0.3 אחוזים נוספים. הוספה של יותר מכמות מנגן זו גורמת להיווצרות מנגן קרביד וזה מגביר את הקשיות והקירור למעט בברזל אפור שבו עד 1 אחוז מנגן יכול להגביר את החוזק ואת הצפיפות הכלולה. ניקל הוא אחד מיסודות הסגסוג הכלליים ביותר מכיוון שיש לו נטייה לעדן את הפרליט ואת מבנה הגרפיט, ובכך לשפר את הקשיחות, ומאזן את הבדלי הקשיות בין עובי החתך.

כרום מתווסף בכמויות קטנות כדי להפחית גרפיט חופשי ולייצר צינה. הסיבה לכך היא שכרום הוא מייצב קרביד חזק, ובמקרים מסוימים הוא יכול לעבוד בשילוב עם ניקל. גם עבור כרום, ניתן להוסיף כמות קטנה של פח חלופית. נחושת מתווספת למצקת או לכבשן בסדר גודל של 0.5 אחוז עד 2.5 אחוז כדי להשיג צינה מופחתת, זיקוק גרפיט ותוספת נזילות. ניתן להוסיף מוליבדן גם בסדר גודל של 0.3 אחוז עד 1 אחוז כדי להגביר גם את הקור, לעדן את הגרפיט ולעדן את מבנה הפרליט.

זה מתווסף בדרך כלל בעבודה בקנה אחד עם ניקל, נחושת וכרום כדי לייצר ברזלים בעלי חוזק גבוה. היסוד טיטניום מתווסף כדי לעבוד כמסיר גז ומסיר חמצון, ולהגביר את הנזילות. פרופורציות של 0.15 אחוז עד 0.5 אחוז מהיסוד ונדיום מתווספות לברזל היצוק ומסייעות בייצוב הצמנטיט, להגברת הקשיות ועמידה בפני השפעות בלאי וחום.

זירקוניום מסייע ביצירת גרפיט ומתווסף בפרופורציות של כ-0.1 אחוז עד 0.3 אחוז. אלמנט זה מסייע גם בהפחתת החמצון והגברת הנזילות. בהמסת ברזל ניתנת לעיבוד, כדי להגדיל את כמות הסיליקון שניתן להוסיף, יוצקים ביסמוט בקנה מידה של 0.002 אחוז עד 0.01 אחוז. בברזל לבן, מוסיפים את היסוד בורון, המסייע בייצור ברזל שהוא ברזל, והוא מפחית את השפעת ההתגסות של היסוד ביסמוט.