Dzelzs lējumu veidi
Dzelzs lējumu veidi
Šajā nodaļā tiks apskatīti dažādi dzelzs lējumu veidi.
Pelēkā dzelzs liešana
Pelēkā čuguna īpašība ir grafiskā mikrostruktūra, kas spēj izraisīt materiāla lūzumus un iegūt pelēku izskatu. Šis ir visbiežāk izmantotais čuguna veids, kā arī visbiežāk izmantotais čuguna materiāls, pamatojoties uz svaru. Lielākajai daļai pelēko čugunu ķīmiskā sadalīšanās ir 2,5–4 procenti oglekļa, 1–3 procenti silikona, bet pārējais ir dzelzs sastāvs.
Šim čuguna veidam ir mazāka stiepes izturība un mazāka triecienizturība salīdzinājumā ar tēraudu. Tā spiedes izturība ir salīdzināma ar zema un vidēja oglekļa tērauda.
Visas šīs mehāniskās īpašības kontrolē grafīta pārslu forma un grafīta pārslu izmērs, kas atrodas pelēkā čuguna mikrostruktūrā.
Baltā dzelzs liešana
Šim dzelzs veidam ir saplīsušas virsmas, kas ir baltas, jo tajās ir dzelzs karbīda nogulsnes, ko sauc par cementītu. Baltajā čugunā esošais ogleklis izgulsnējas no kausējuma kā stabilas fāzes cementīts, nevis kā grafīts. Tas tiek panākts ar mazāku silīcija saturu kā grafitizējošo līdzekli un ātrāku dzesēšanas ātrumu. Pēc šiem nokrišņiem cementīts veidojas kā lielas daļiņas.
Dzelzs karbīda nogulsnēšanas laikā nogulsnes izvelk oglekli no sākotnējā kausējuma, tādējādi virzot maisījumu uz to, kas ir tuvāks eitektikai. Atlikušajā fāzē dzelzi samazina par oglekļa austenītu, kas pēc atdzesēšanas pārvēršas par martensītu.
Šie ietvertie eitektiskie karbīdi ir pārāk lieli, lai nodrošinātu nokrišņu sacietēšanas priekšrocības. Dažos tēraudos var būt daudz mazākas cementīta nogulsnes, kas var izraisīt plastmasas deformāciju, kavējot dislokāciju kustību caur tīro dzelzs ferīta matricu. Tiem ir priekšrocība, jo tie palielina čuguna cietību tikai savas cietības un tilpuma daļas dēļ. Tā rezultātā tilpuma cietību var tuvināt ar maisījumu noteikumu.
Šī cietība jebkurā gadījumā tiek piedāvāta uz stingrības rēķina. Balto čugunu parasti var klasificēt kā cementu, jo karbīds veido lielāku materiāla daļu. Baltais dzelzs ir pārāk trausls, lai to izmantotu konstrukcijas komponentos, taču tā labās cietības, nodilumizturības un zemo izmaksu dēļ to var izmantot kā vircas sūkņu nodiluma virsmu.
Biezus lējumus ir grūti atdzesēt ar lielāku ātrumu, kas ir pietiekami, lai sacietētu kausējumu kā balto čugunu, tomēr var izmantot ātru dzesēšanu, lai sacietētu baltā čuguna elle, un pēc tam tā atlikusī daļa atdzesē lēnāk, tādējādi veidojot pelēkā čuguna serdi. Šo iegūto lējumu sauc par atdzesētu lējumu, un tam ir priekšrocības, ko sniedz cieta virsma, bet ar stingrāku iekšpusi.
Baltā dzelzs sakausējumi ar augstu hroma saturu ļāva masveidā izliet aptuveni 10 tonnu lāpstiņriteni, kas tika liets ar smiltīm. Tas ir saistīts ar faktu, ka hroms samazina dzesēšanas ātrumu, kas nepieciešams, lai ražotu karbīdus, izmantojot lielāku materiāla biezumu. Karbīdus ar izcilu nodilumizturību ražo arī hroma elementi.
Kaļamā čuguna lējumi
Kaļamais čuguns sākas ar baltā čuguna lējumu, pēc tam tiek termiski apstrādāts aptuveni 950 °C temperatūrā divas vai vienu dienu, un pēc tam to tikpat ilgi atdzesē.
Pēc tam ogleklis dzelzs karbīdā pārvēršas par grafītu un ferītu, kā arī oglekli šī sildīšanas un dzesēšanas procesa dēļ. Tas ir zems process, taču tas ļauj virsmas spraigumam pārveidot grafītu sferoidālās daļiņās, nevis pārslās.
Sferoīdi ir salīdzinoši īsi un atrodas tālāk viens no otra, jo tiem ir zema malu attiecība. Tiem ir arī zemāks šķērsgriezums, izplatās plaisa un fotons. Atšķirībā no pārslām, tās satur neasas robežas, kas piedalās pelēkajā čugunā sastopamo stresa koncentrācijas problēmu mazināšanā. Kopumā kaļamā čuguna īpašības vairāk līdzinās tēraudam, kas pēc būtības ir viegls.
Kaļamā čuguna liešana
Dažkārt dēvēts par mezglaino čugunu, šī čuguna grafīts ir ļoti sīku mezgliņu veidā, un grafītam ir koncentriski slāņi, kas tādējādi veido mezgliņus. Pateicoties tam, īpašībaskaļamais čugunsir porains tērauds, kam nav grafīta pārslu radītas sprieguma koncentrācijas ietekmes.
Sastāvā esošā oglekļa koncentrācija ir aptuveni 3–4 procenti, bet silīcija koncentrācija ir aptuveni 1,8–2,8 procenti. Nelieli daudzumi no 0,02% līdz 0,1% magnija un tikai 0,02% līdz 0,04% cērija, pievienojot šiem sakausējumiem, palēnina grafīta nokrišņu augšanas ātrumu, savienojoties ar grafīta joslu malām.
Ogleklim var būt iespēja atdalīties kā sferoidālas daļiņas, materiālam sacietējot, jo procesa laikā tiek rūpīgi kontrolēti citi elementi un piemērots laiks. Iegūtās daļiņas ir līdzīgas kaļamam čugunam, taču detaļas var liet ar lielākām sekcijām.
Leģējošie elementi
Čuguna īpašības tiek mainītas un pievienotas dažādos leģējošajos elementos vai sakausējumos čugunā. Saskaņā ar oglekli ir elements silīcijs, jo tas spēj izspiest oglekli no šķīduma. Mazāks silīcija procentuālais daudzums to nevar pilnībā sasniegt, jo tas ļauj ogleklim palikt šķīdumā, tādējādi veidojot dzelzs karbīdu un veidojot arī balto čugunu.
Lielāks silīcija procents vai koncentrācija spēj izspiest oglekli no šķīduma un pēc tam veidot grafītu, kā arī iegūt pelēko čugunu. Citi sakausējuma aģenti, kas nav atzīmēti, ir mangāns, hroms, titāns un pēc tam vanādijs. Tie neitralizē silīciju, veicina arī oglekļa aizturi un tādējādi arī karbīdu veidošanos. Niķelim un vara elementam ir priekšrocība, jo tie palielina izturību un apstrādājamību, bet pēc tam nevar mainīt izveidotā oglekļa daudzumu.
Ogleklis, kas ir grafīta formā, rada mīkstāku dzelzi, tādējādi samazinot saraušanās efektu, pazeminot izturību un samazinot blīvumu. Sērs galvenokārt ir piesārņotājs, ja tas ir ietverts, un tas veido dzelzs sulfīdu, kas novērš grafīta veidošanos, kā arī palielina cietību.
Sēra trūkums ir tas, ka tas padara izkausētu čugunu viskozu, kas izraisa defektus. Lai rūpētos par sēra ietekmi un novērstu to, šķīdumam pievieno mangānu. Tas tiek darīts, jo, apvienojot abus, tie veido mangāna sulfīdu, nevis dzelzs sulfīdu. Iegūtais mangāna sulfīds ir vieglāks par kausējumu, un tam ir tendence izpeldēt no kausējuma un iekļūt sārņos.
Aptuvenais mangāna daudzums, kas nepieciešams, lai novērstu sēra ietekmi, ir 1,7 sēra satura vienības un papildus pievienoti 0,3 procenti. Pievienojot vairāk par šo mangāna daudzumu, veidojas mangāna karbīds, un tas palielina cietību un atdzesēšanu, izņemot pelēko dzelzi, kur līdz 1 procentam mangāna var palielināt stiprību un tajā esošo blīvumu. Niķelis ir viens no vispārīgākajiem sakausējuma elementiem, jo tam ir tendence uzlabot perlītu un grafīta struktūru, tādējādi uzlabojot stingrību un izlīdzinot cietības atšķirību starp sekciju biezumiem.
Hromu pievieno nelielos daudzumos, lai samazinātu brīvo grafītu un radītu vēsumu. Tas ir tāpēc, ka hroms ir spēcīgs karbīda stabilizators, un dažos gadījumos tas var darboties kopā ar niķeli. Arī hromam var pievienot nelielu alvas aizstājēju. Varš tiek pievienots kausā vai krāsnī par 0,5–2,5 procentiem, lai panāktu pazeminātu aukstumu, attīrītu grafītu un palielinātu plūstamību. Molibdēnu var pievienot arī no 0,3 līdz 1 procentiem, lai palielinātu aukstumu, uzlabotu grafītu un uzlabotu perlīta struktūru.
To parasti pievieno, strādājot kopā ar niķeli, varu un hromu, lai ražotu augstas stiprības gludekļus. Elements titāns tiek pievienots, lai darbotos kā degazētājs un deoksidētājs, kā arī palielinātu plūstamību. Čugunam pievieno 0,15–0,5 procentus elementa vanādija, un tas palīdz stabilizēt cementītu, lai palielinātu cietību un izturētu nodilumu un siltuma ietekmi.
Cirkonijs palīdz veidot grafītu un tiek pievienots proporcijās no aptuveni 0,1 līdz 0,3 procentiem. Šis elements arī palīdz deoksidēt un palielināt plūstamību. Kaļamā čuguna kausējumos, lai palielinātu silīcija pievienošanas daudzumu, bismutu ielej mērogā no 0,002 procentiem līdz 0,01 procentiem. Baltajam dzelzim tiek pievienots elements bors, kas veicina kaļamā dzelzs ražošanu un samazina elementa bismuta rupjo efektu.