Druhy odliatkov zo železa

Druhy odliatkov zo železa

Táto kapitola sa bude zaoberať rôznymi typmi odliatkov zo železa.

Odliatok zo sivej liatiny

Charakteristickým znakom sivej liatiny je grafická mikroštruktúra, ktorá je schopná spôsobiť lomy materiálu a má sivý vzhľad. Toto je najbežnejšie používaný typ liatiny a tiež bežne používaný liaty materiál podľa hmotnosti. Väčšina sivej liatiny má chemický rozklad 2,5 až 4 percentá uhlíka, 1 až 3 percentá silikónu a zvyšok tvorí železo.

Tento typ liatiny má v porovnaní s oceľou menšiu pevnosť v ťahu a menšiu odolnosť voči nárazom. Jeho pevnosť v tlaku je porovnateľná s nízkou a strednou uhlíkovou oceľou.

Všetky tieto mechanické vlastnosti sú riadené tvarom grafitových vločiek a veľkosťou grafitových vločiek, ktoré sú prítomné v mikroštruktúre sivej liatiny.

Odliatok z bieleho železa

Tento typ železa má lomové povrchy, ktoré sú biele v dôsledku prítomnosti zrazeniny karbidu železa nazývanej cementit. Uhlík, ktorý je obsiahnutý v bielej liatine, sa zráža z taveniny skôr ako cementit so stabilnou fázou než ako grafit. To sa dosahuje nižším obsahom kremíka ako grafitizačného činidla a rýchlejšou dodávanou rýchlosťou chladenia. Po tomto vyzrážaní sa cementit vytvára ako veľké častice.

Počas precipitácie karbidu železa zrazenina odčerpáva uhlík z pôvodnej taveniny, čím posúva zmes smerom k takej, ktorá je bližšie k eutektickej. Zostávajúcou fázou je redukcia železa na uhlíkový austenit, ktorý sa po ochladení premení na martenzit.

Tieto obsiahnuté eutektické karbidy sú príliš veľké na to, aby poskytovali výhodu precipitačného vytvrdzovania. V niektorých oceliach môžu byť oveľa menšie precipitáty cementitu, ktoré môžu niesť deformáciu plastu tým, že bránia pohybu dislokácií cez matricu čistého železného feritu. Majú výhodu, pretože zvyšujú objemovú tvrdosť liatiny jednoducho kvôli svojej vlastnej tvrdosti a objemovému podielu. To vedie k tomu, že objemovú tvrdosť možno aproximovať pravidlom zmesí.

Táto tvrdosť je v každom prípade ponúkaná na úkor húževnatosti. Bielu liatinu možno vo všeobecnosti klasifikovať ako cement, pretože karbid tvorí väčšiu časť materiálu. Biele železo je príliš krehké na to, aby sa dalo použiť v konštrukčných komponentoch, ale pre svoju dobrú tvrdosť, odolnosť voči oderu a nízke náklady sa môže použiť ako povrch na opotrebenie kalových čerpadiel.

Hrubé odliatky je ťažké ochladzovať rýchlejším tempom, ktoré stačí na to, aby tavenina stuhla ako biela liatina, avšak rýchle ochladenie sa dá použiť na stuhnutie pekelne bielej liatiny a potom z nej zostane zvyšok. chladiť pomalším tempom, čím sa vytvorí jadro zo sivej liatiny. Tento výsledný odliatok sa nazýva chladený odliatok a má výhody tvrdého povrchu, ale s tvrdším vnútrom.

Zliatiny bieleho železa s vysokým obsahom chrómu mali schopnosť umožniť masívne odlievanie obežného kolesa s hmotnosťou približne 10 ton, ktoré sa má odlievať do piesku. Je to spôsobené skutočnosťou, že chróm znižuje rýchlosť chladenia potrebnú na výrobu karbidov cez väčšie hrúbky materiálu. Karbidy s vynikajúcou odolnosťou proti oderu sú tiež vyrábané chrómovými prvkami.

Odliatok z kujného železa

Temperovaná liatina začína ako odliatok z bielej liatiny, potom sa tepelne spracováva pri teplotách okolo 950 °C počas dvoch alebo jedného dňa a potom sa počas rovnakého časového obdobia ochladí.

Uhlík v karbide železa sa potom v dôsledku tohto procesu zahrievania a chladenia premení na grafit a ferit plus uhlík. Toto je nízky proces, ale umožňuje povrchovému napätiu transformovať grafit na sféroidné častice a nie na vločky.

Sféroidy sú relatívne krátke a ďalej od seba kvôli nízkemu pomeru strán. Obsahujú aj spodný prierez, šíriacu sa trhlinu a fotón. Na rozdiel od vločiek obsahujú tupé hranice, ktoré sa podieľajú na zmierňovaní problémov s koncentráciou napätia, ktoré sa vyskytujú v sivej liatine. Celkovo možno povedať, že vlastnosti kujnej liatiny sú skôr ako vlastnosti ocele, ktorá je svojou povahou mierna.

Odlievanie z tvárnej liatiny

Táto liatina, niekedy označovaná ako tvárna liatina, má svoj grafit vo forme veľmi malých uzlíkov, pričom grafit má formu vrstiev, ktoré sú sústredné a tvoria tak uzlíky. Vďaka tomu vlastnostitvárnej liatinysú vyrobené z hubovitej ocele, ktorá nemá žiadne účinky koncentrácie napätia produkované vločkami grafitu.

Množstvo obsiahnutého uhlíka je približne 3 až 4 percentá a kremíka približne 1,8 až 2,8 percenta. Malé množstvá 0,02 percenta až 0,1 percenta horčíka a iba 0,02 percenta až 0,04 percenta céru, keď sa k týmto zliatinám pridajú, spomaľujú rýchlosť, akou rastie precipitácia grafitu priľnutím k okrajom grafitových pruhov.

Uhlík môže mať možnosť oddeliť sa ako sféroidné častice, keď materiál tuhne, vďaka starostlivej kontrole ostatných prvkov a správnemu načasovaniu počas procesu. Výsledné častice sú podobné kujnej liatine, ale časti môžu byť odlievané s väčšími časťami.

Legujúce prvky

Vlastnosti liatiny sa menia a pridávajú v rôznych legujúcich prvkoch alebo zliatinách v liatine. V súlade s uhlíkom je prvok kremík, pretože má schopnosť vytlačiť uhlík z roztoku. Menšie percento kremíka to nemôže úplne dosiahnuť, pretože umožňuje, aby uhlík zostal v roztoku, čím sa vytvára karbid železa a tiež sa vyrába biela liatina.

Väčšie percento alebo koncentrácia kremíka je schopná vytlačiť uhlík z roztoku a následne vytvoriť grafit a tiež vyrobiť sivú liatinu. Medzi ďalšie legujúce činidlá, ktoré nie sú uvedené, patrí mangán, chróm, titán a potom vanád. Tie pôsobia proti kremíku, podporujú aj zadržiavanie uhlíka a tým aj tvorbu karbidov. Nikel a prvok meď majú výhodu, pretože zvyšujú pevnosť a opracovateľnosť, ale potom nie sú schopné zmeniť množstvo vytvoreného uhlíka.

Uhlík, ktorý je vo forme grafitu, má za následok mäkšie železo, čím sa znižuje efekt zmršťovania, znižuje sa pevnosť a znižuje sa obsiahnutá hustota. Síra je väčšinou kontaminant, keď je obsiahnutá a vytvára sulfid železa, ktorý zabraňuje tvorbe grafitu a tiež zvyšuje tvrdosť.

Nevýhodou síry je, že robí roztavenú liatinu viskóznou, čo spôsobuje defekty. Na zabezpečenie a odstránenie účinkov síry sa do roztoku pridáva mangán. Deje sa tak preto, že keď sa tieto dva spoja, vytvoria sulfid mangánu namiesto sulfidu železa. Výsledný sulfid mangánu je ľahší ako tavenina a má tendenciu vyplávať z taveniny a dostať sa do trosky.

Približné množstvo mangánu potrebné na odstránenie účinkov síry je 1,7 jednotiek obsahu síry a ďalších 0,3 percenta pridaných navrch. Pridanie väčšieho množstva mangánu má za následok tvorbu karbidu mangánu, čo zvyšuje tvrdosť a chladenie s výnimkou šedej liatiny, kde až 1 percento mangánu môže zvýšiť pevnosť a hustotu. Nikel je jedným z najbežnejších legujúcich prvkov, pretože má tendenciu zjemňovať perlit a štruktúru grafitu, čím zlepšuje húževnatosť a vyrovnáva rozdiel v tvrdosti medzi hrúbkami prierezu.

Chróm sa pridáva v malých množstvách, aby sa znížil voľný grafit a vytvoril sa chlad. Chróm je totiž silný karbidový stabilizátor a v niektorých prípadoch môže fungovať v spojení s niklom. Pre chróm je možné pridať aj malé náhradné množstvo cínu. Meď sa pridáva do panvy alebo pece v množstve rádovo 0,5 percenta až 2,5 percenta, aby sa dosiahlo zníženie chladu, rafinácia grafitu a zvýšenie tekutosti. Molybdén môže byť tiež pridaný rádovo od 0,3 percenta do 1 percenta, aby sa tiež zvýšil chlad, zjemnil grafit a zjemnila štruktúra perlitu.

Zvyčajne sa pridáva v súlade s niklom, meďou a chrómom na výrobu vysoko pevných žehličiek. Prvok titán sa pridáva, aby fungoval ako odplyňovač a deoxidátor a zvýšil tekutosť. Podiely 0,15 percenta až 0,5 percenta prvku vanádu sa pridávajú do liatiny a pomáhajú stabilizovať cementit, zvyšujú tvrdosť a odolávajú opotrebovaniu a tepelným účinkom.

Zirkónium pomáha vytvárať grafit a pridáva sa v pomeroch asi 0,1 percenta až 0,3 percenta. Tento prvok tiež pomáha pri deoxidácii a zvyšovaní tekutosti. V taveninách kujného železa sa na zvýšenie množstva kremíka pridáva bizmut v mierke od 0,002 percenta do 0,01 percenta. V bielom železe sa pridáva prvok bór, ktorý napomáha pri výrobe železa, ktoré je kujné a znižuje hrubnutie prvku bizmut.