Typer støpegods av jern

Typer støpegods av jern

Dette kapittelet vil diskutere de ulike typene jernstøpegods.

Gråjernstøping

Karakteristisk for grått støpejern er den grafiske mikrostrukturen, som er i stand til å forårsake brudd på materialet og få et grått utseende. Denne er den mest brukte typen støpejern og også ofte brukt støpemateriale basert på vekt. Et flertall av de grå støpejernene har en kjemisk nedbrytning på 2,5 prosent til 4 prosent karbon, 1 prosent til 3 prosent silikon og resten er en sammensetning av jern.

Denne typen støpejern har mindre strekkfasthet og mindre motstand mot støt sammenlignet med stål. Dens trykkstyrke kan sammenlignes med lavt og middels karbonstål.

Alle disse mekaniske egenskapene styres av grafittflakens form og størrelsen på grafittflakene, som finnes i mikrostrukturen til det grå støpejernet.

Hvit jernstøping

Denne typen jern har sprukne overflater som er hvite på grunn av tilstedeværelsen av et jernkarbidutfelling kalt sementitt. Karbonet som er inneholdt i hvitt støpejern faller ut av smelten som mett stabil fase sementitt i stedet for som grafitt. Dette oppnås med lavere silisiuminnhold som grafitiseringsmiddel og en raskere tilført kjølehastighet. Etter denne nedbøren dannes sementitten som store partikler.

Under utfellingen av jernkarbidet trekker utfellingen karbon fra den opprinnelige smelten, og flytter dermed blandingen mot en som er nærmere eutektisk. Den gjenværende fasen er å senke jern til karbonaustenitt, som omdannes til martensitt når det er avkjølt.

Disse inneholdte eutektiske karbidene er for store til å gi fordelen med nedbørsherding. I noen stål kan det være mye mindre sementittutfellinger som kan bære deformasjonen av plast ved å hindre bevegelsen av dislokasjoner gjennom den rene jernferrittmatrisen. De har en fordel da de øker bulkhardheten til støpejernet rett og slett på grunn av deres egen hardhet og volumfraksjon. Dette resulterer i at bulkhardheten kan tilnærmes med en regel om blandinger.

Denne hardheten tilbys på bekostning av seighet i alle fall. Hvitt støpejern kan generelt klassifiseres som en sement, siden karbid utgjør en større del av materialet. Hvitt jern er for sprøtt til å brukes i strukturelle komponenter, men på grunn av dets gode hardhet, motstand mot slitasje og lave kostnader, kan det brukes som sliteoverflate til slurrypumper.

Det er vanskelig å avkjøle tykke støpegods med en raskere hastighet som er nok til å størkne smelten som hvitt støpejern, men rask kjøling kan tas i bruk for å størkne et helvete av hvitt støpejern, og etter dette vil resten av det være avkjøles i et lavere tempo og danner dermed en kjerne av grått støpejern. Denne resulterende støpingen kalles en kjølt støping, og den inneholder fordelene ved å ha en hard overflate, men med et tøffere interiør.

Hvite jernlegeringer med høy krom hadde en evne til å tillate massiv støping av omtrent 10 tonns impeller å sandstøpes. Dette skyldes det faktum at krom reduserer kjølehastigheten som kreves for å produsere karbider gjennom de større tykkelsene av materiale. Karbider med utmerket slitestyrke produseres også av kromelementer.

Formbart støping av jern

Formbart støpejern begynner som et hvitt støpejern, varmebehandles deretter ved temperaturer på ca. 950°C i to eller en enkelt dag, og deretter avkjøles det i samme tidsperiode.

Karbonet i jernkarbid omdannes deretter til grafitt og ferritt pluss karbon på grunn av denne oppvarmings- og avkjølingsprosessen. Dette er en lav prosess, men den gjør det mulig for overflatespenningen å transformere grafitten til kuleformede partikler i stedet for flak.

Sfæroidene er relativt korte og lenger unna hverandre på grunn av deres lave sideforhold. De inneholder også et lavere tverrsnitt, forplantende sprekk og et foton. I motsetning til flak inneholder de butte grenser som bidrar til å lindre stresskonsentrasjonsproblemene som finnes i grått støpejern. Alt i alt er egenskapene som er inkludert i det formbare støpejernet mer som de av stål som er mildt av natur.

Støping av duktilt jern

Noen ganger referert til som nodulært støpejern, har dette støpejernet sin grafitt i form av veldig små knuter, med grafitten i form av lag som er konsentriske og dermed danner knuter. På grunn av dette, egenskapene tilduktilt støpejerner det av et svampaktig stål som ikke har noen spenningskonsentrasjonseffekter produsert av flakene i grafitten.

Karbonkonsentrasjonen som finnes er rundt 3 prosent til 4 prosent, og den for silisium er rundt 1,8 prosent til 2,8 prosent. Små mengder på 0,02 prosent til 0,1 prosent magnesium, og bare 0,02 prosent til 0,04 prosent cerium når de tilsettes til disse legeringene, bremser hastigheten som grafittutfellingen vokser med gjennom binding til grafittbanens kanter.

Karbon kan ha en sjanse til å separere som kuleformede partikler når materialet stivner, på grunn av nøye kontroll av andre elementer og riktig timing under prosessen. De resulterende partiklene ligner på formbart støpejern, men deler kan støpes med seksjoner som er større.

Legeringselementer

Egenskapene til støpejern endres og tilsettes ulike legeringselementer eller legeringsmidler i støpejernet. På linje med karbon er grunnstoffet silisium fordi det har en evne til å tvinge karbon ut av løsningen. En mindre prosentandel av silisium kan ikke være i stand til å oppnå dette fullt ut, da det lar karbon forbli i løsningen, og dermed danne jernkarbid og også produsere hvitt støpejern.

En større prosentandel eller konsentrasjon av silisium er i stand til å tvinge karbonet ut av løsningen og deretter danne grafitt og også produsere grått støpejern. Andre legeringsmidler som ikke er nevnt inkluderer mangan, krom, titan og deretter vanadium. Disse motvirker silisium, de fremmer også retensjon av karbon og dermed også dannelse av karbider. Nikkel og grunnstoffet kobber har en fordel da de øker styrke og bearbeidbarhet, men de klarer da ikke å endre mengden karbon som dannes.

Karbonet som er i form av grafitt resulterer i et mykere jern, og reduserer dermed effekten av krymping, reduserer styrken og reduserer inneholdt tetthet. Svovel er for det meste en forurensning når det er innesluttet, og det danner jernsulfid som forhindrer dannelsen av grafitt og som også øker hardheten.

Ulempen med svovel er at det gjør smeltet støpejern tyktflytende, noe som forårsaker defekter. For å imøtekomme og eliminere effektene av svovel, tilsettes mangan til løsningen. Dette gjøres fordi når de to kombineres danner de mangansulfid i stedet for jernsulfid. Det resulterende mangansulfid er lettere enn smelten og har en tendens til å flyte ut av smelten og komme inn i slagget.

Den omtrentlige mengden mangan som trengs for å eliminere effekten av svovel er 1,7 enheter svovelinnhold og ytterligere 0,3 prosent tilsatt på toppen. Tilsetning av mer enn denne mengden mangan resulterer i dannelsen av mangankarbid og dette øker hardheten og kjølingen bortsett fra i gråjern hvor opptil 1 prosent mangan kan øke styrken og tettheten inneholdt. Nikkel er et av de mest generelle legeringselementene fordi det har en tendens til å raffinere perlitten og strukturen til grafitten, og dermed forbedre seigheten og jevne ut hardhetsforskjellen mellom seksjonstykkelser.

Krom tilsettes i små mengder for å redusere fri grafitt og produsere en avkjøling. Dette er fordi krom er en kraftig karbidstabilisator, og i noen tilfeller kan den fungere sammen med nikkel. For krom kan også en liten erstatningsmengde tinn tilsettes. Kobber tilsettes i øsen eller ovnen i størrelsesorden 0,5 prosent til 2,5 prosent for å oppnå en senkende avkjøling, raffinering av grafitt og økningen i fluiditet. Molybden kan også tilsettes i størrelsesorden 0,3 prosent til 1 prosent for også å øke avkjølingen, raffinere grafitten og raffinere perlittstrukturen.

Det tilsettes vanligvis i tråd med nikkel, kobber og krom for å produsere jern med høy styrke. Grunnstoffet titan tilsettes for å fungere som avgasser og deoksideringsmiddel, og øke flyten. Andel på 0,15 prosent til 0,5 prosent av grunnstoffet vanadium tilsettes støpejernet og hjelper til med å stabilisere sementitt, for å øke hardheten og motstå slitasje og varmeeffekter.

Zirkonium hjelper til med å danne grafitt og tilsettes i proporsjoner på omtrent 0,1 prosent til 0,3 prosent. Dette elementet hjelper også med å deoksidere og øke flyten. I smelter av smidbart jern, for å øke hvor mye silisium som kan tilsettes, helles vismut i en skala på 0,002 prosent til 0,01 prosent. I hvitt jern tilsettes grunnstoffet bor, som bidrar til produksjonen av jern som er formbart, og det reduserer den forgrovende effekten av grunnstoffet vismut.