Rodzaje odlewów żeliwnych

Rodzaje odlewów żeliwnych

W tym rozdziale omówione zostaną różne rodzaje odlewów żeliwnych.

Odlewy z żeliwa szarego

Cechą charakterystyczną szarego żeliwa jest graficzna mikrostruktura, która może powodować pęknięcia materiału i mieć szary wygląd. Jest to najczęściej używany rodzaj żeliwa, a także powszechnie używany materiał odlewniczy w oparciu o wagę. Większość szarych żeliw ma rozkład chemiczny 2,5 do 4 procent węgla, 1 do 3 procent silikonu, a reszta to kompozycja żelaza.

Ten rodzaj żeliwa ma mniejszą wytrzymałość na rozciąganie i mniejszą odporność na wstrząsy w porównaniu ze stalą. Jego wytrzymałość na ściskanie jest porównywalna ze stalą niskowęglową i średniowęglową.

Wszystkie te właściwości mechaniczne zależą od kształtu i wielkości płatków grafitu, które występują w mikrostrukturze żeliwa szarego.

Odlewy z żeliwa białego

Ten rodzaj żelaza ma spękane powierzchnie, które są białe z powodu obecności osadu węglika żelaza zwanego cementytem. Węgiel zawarty w białym żeliwie wytrąca się z roztopu jako cementyt w fazie stabilnej, a nie jako grafit. Osiąga się to dzięki niższej zawartości krzemu jako środka grafityzującego i szybszej szybkości chłodzenia. Po tym wytrąceniu cementyt tworzy duże cząstki.

Podczas wytrącania węglika żelaza, osad wyciąga węgiel z pierwotnego stopu, przesuwając w ten sposób mieszankę w kierunku bardziej eutektycznej. Pozostała faza obniża żelazo do austenitu węglowego, który po schłodzeniu przekształca się w martenzyt.

Te zawarte węgliki eutektyczne są zbyt duże, aby zapewnić korzyść utwardzania wydzieleniowego. W niektórych stalach mogą występować znacznie mniejsze wydzielenia cementytu, które mogą przenosić odkształcenie tworzywa sztucznego, utrudniając ruch dyslokacji przez czystą matrycę ferrytu żelaza. Mają one tę zaletę, że zwiększają twardość objętościową żeliwa po prostu ze względu na ich własną twardość i ułamek objętościowy. W rezultacie twardość objętościową można przybliżyć za pomocą reguły mieszanek.

Twardość ta jest oferowana kosztem wytrzymałości w każdym przypadku. Białe żeliwo można ogólnie klasyfikować jako cement, ponieważ węglik stanowi większą część materiału. Białe żeliwo jest zbyt kruche, aby stosować je w elementach konstrukcyjnych, ale ze względu na dobrą twardość, odporność na ścieranie i niski koszt może być stosowane jako powierzchnia ścierna pomp szlamowych.

Trudno jest schłodzić grube odlewy w szybszym tempie, co wystarczy do zestalenia stopu jako białego żeliwa, jednak szybkie chłodzenie można wykorzystać do zestalenia piekielnej ilości białego żeliwa, a po tym reszta będzie stygła w wolniejszym tempie, tworząc rdzeń z szarego żeliwa. Powstały odlew nazywa się odlewem chłodzonym i zawiera zalety posiadania twardej powierzchni, ale z twardszym wnętrzem.

Wysokochromowe stopy białego żelaza miały zdolność umożliwiania odlewania masywnego wirnika o masie około 10 ton w formie odlewu piaskowego. Wynika to z faktu, że chrom zmniejsza szybkość chłodzenia wymaganą do wytwarzania węglików przez większe grubości materiału. Węgliki o doskonałej odporności na ścieranie są również wytwarzane przez elementy chromowe.

Odlewy z żeliwa ciągliwego

Żeliwo ciągliwe powstaje jako odlew z żeliwa białego, następnie jest poddawane obróbce cieplnej w temperaturze około 950°C przez dwa lub jeden dzień, a potem jest chłodzone przez taki sam okres czasu.

Węgiel w węgliku żelaza przekształca się następnie w grafit i ferryt plus węgiel w wyniku tego procesu ogrzewania i chłodzenia. Jest to proces o niskiej intensywności, ale umożliwia napięciu powierzchniowemu przekształcenie grafitu w cząstki sferoidalne, a nie płatki.

Sferoidy są stosunkowo krótkie i bardziej oddalone od siebie ze względu na ich niski współczynnik kształtu. Zawierają również mniejszy przekrój poprzeczny, rozprzestrzeniające się pęknięcie i foton. W przeciwieństwie do płatków zawierają tępe granice, które uczestniczą w łagodzeniu problemów koncentracji naprężeń, które występują w żeliwie szarym. Podsumowując, właściwości zawarte w żeliwie ciągliwym są bardziej podobne do właściwości stali, która jest łagodna z natury.

Odlewy z żeliwa sferoidalnego

Czasami nazywane żeliwem sferoidalnym, żeliwo to ma grafit w postaci bardzo małych grudek, przy czym grafit ma postać warstw, które są koncentryczne i w ten sposób tworzą grudki. Z tego powodu właściwościżeliwo ciągliwesą wykonane ze stali gąbczastej, w której nie występują efekty koncentracji naprężeń wytwarzane przez płatki grafitu.

Zawartość węgla wynosi około 3 do 4 procent, a krzemu około 1,8 do 2,8 procent. Niewielkie ilości magnezu, od 0,02 do 0,1 procenta i ceru, dodane do tych stopów, spowalniają tempo, w jakim wytrąca się grafit poprzez wiązanie się z krawędziami pasów grafitu.

Węgiel może mieć szansę na oddzielenie się jako cząstki sferoidalne, gdy materiał krzepnie, ze względu na staranną kontrolę innych elementów i właściwy czas trwania procesu. Powstałe cząstki są podobne do żeliwa ciągliwego, ale części mogą być odlewane z większymi sekcjami.

Elementy stopowe

Właściwości żeliwa są zmieniane i dodawane do różnych pierwiastków stopowych lub stopów w żeliwie. W zgodzie z węglem jest pierwiastek krzem, ponieważ ma zdolność do wypychania węgla z roztworu. Mniejszy procent krzemu nie może w pełni tego osiągnąć, ponieważ pozwala węglowi pozostać w roztworze, tworząc w ten sposób węglik żelaza, a także wytwarzając białe żeliwo.

Większy procent lub stężenie krzemu jest w stanie wymusić wypływ węgla z roztworu, a następnie utworzyć grafit i również wyprodukować szare żeliwo. Inne nie wymienione środki stopowe obejmują mangan, chrom, tytan, a następnie wanad. Przeciwdziałają one krzemowi, a także wspomagają zatrzymywanie węgla, a tym samym tworzenie węglików. Nikiel i pierwiastek miedź mają przewagę, ponieważ zwiększają wytrzymałość i obrabialność, ale nie mogą wówczas zmienić ilości utworzonego węgla.

Węgiel w postaci grafitu powoduje, że żelazo staje się bardziej miękkie, co zmniejsza efekt skurczu, obniża wytrzymałość i zmniejsza gęstość. Siarka jest głównie zanieczyszczeniem, gdy jest zawarta, i tworzy siarczek żelaza, który zapobiega tworzeniu się grafitu, a także zwiększa twardość.

Wadą siarki jest to, że sprawia, że ​​stopione żeliwo staje się lepkie, co powoduje wady. Aby uwzględnić i wyeliminować skutki siarki, do roztworu dodaje się mangan. Dzieje się tak, ponieważ gdy oba te pierwiastki się połączą, tworzą siarczek manganu zamiast siarczku żelaza. Powstały siarczek manganu jest lżejszy od stopu i ma tendencję do wypływania z niego i przedostawania się do żużla.

Przybliżona ilość manganu potrzebna do zniwelowania wpływu siarki to 1,7 jednostki zawartości siarki i dodatkowe 0,3 procent dodane na wierzch. Dodanie większej ilości manganu niż ta powoduje powstanie węglika manganu, co zwiększa twardość i chłodzenie, z wyjątkiem żeliwa szarego, gdzie do 1 procent manganu może zwiększyć wytrzymałość i zawartą gęstość. Nikiel jest jednym z najbardziej powszechnych pierwiastków stopowych, ponieważ ma tendencję do rafinowania perlitu i struktury grafitu, poprawiając w ten sposób wytrzymałość i wyrównując różnicę twardości między grubościami przekroju.

Chrom dodaje się w małych ilościach, aby zmniejszyć wolny grafit i wytworzyć chłód. Dzieje się tak, ponieważ chrom jest silnym stabilizatorem węglika, a w niektórych przypadkach może działać w połączeniu z niklem. W przypadku chromu można również dodać niewielką ilość cyny. Miedź dodaje się do kadzi lub pieca w ilości od 0,5 do 2,5 procent, aby uzyskać obniżenie chłód, rafinację grafitu i wzrost płynności. Można również dodać molibden w ilości od 0,3 do 1 procent, aby również zwiększyć chłód, rafinację grafitu i rafinację struktury perlitu.

Zwykle dodaje się go w połączeniu z niklem, miedzią i chromem, aby uzyskać żelazo o wysokiej wytrzymałości. Pierwiastek tytanu dodaje się, aby działał jako odgazowywacz i odtleniacz oraz zwiększał płynność. Proporcje od 0,15 do 0,5 procent pierwiastka wanadu są dodawane do żeliwa i pomagają w stabilizacji cementytu, aby zwiększyć twardość i odporność na zużycie i działanie ciepła.

Cyrkon pomaga tworzyć grafit i jest dodawany w proporcjach od około 0,1 do 0,3 procent. Ten pierwiastek pomaga również w odtlenianiu i zwiększaniu płynności. W stopach żelaza ciągliwego, aby zwiększyć ilość krzemu, który można dodać, wlewa się bizmut w skali od 0,002 do 0,01 procent. W białym żelazie dodawany jest pierwiastek bor, który pomaga w produkcji żelaza, które jest ciągliwe i zmniejsza efekt zgrubienia pierwiastka bizmutu.