Vrste železnih ulitkov
Vrste železnih ulitkov
V tem poglavju bomo razpravljali o različnih vrstah železnih ulitkov.
Litje sive litine
Značilnost sive litine je grafična mikrostruktura, ki lahko povzroči lomljenje materiala in ima siv videz. To je najpogosteje uporabljena vrsta litega železa in tudi pogosto uporabljen lit material glede na težo. Večina sivih litin ima kemično razgradnjo 2,5 do 4 odstotke ogljika, 1 do 3 odstotke silikona, ostalo pa je sestava železa.
Ta vrsta litega železa ima manjšo natezno trdnost in manjšo odpornost proti udarcem v primerjavi z jeklom. Njegova tlačna trdnost je primerljiva z nizko- in srednjeogljičnim jeklom.
Vse te mehanske lastnosti so nadzorovane z obliko grafitnih kosmičev in velikostjo grafitnih kosmičev, ki so prisotni v mikrostrukturi sive litine.
Litje belega železa
Ta vrsta železa ima zlomljene površine, ki so bele zaradi prisotnosti oborine železovega karbida, imenovane cementit. Ogljik, ki ga vsebuje bela litina, se izloči iz taline kot cementit s stabilno fazo in ne kot grafit. To dosežemo z nižjo vsebnostjo silicija kot grafitizirajočega sredstva in hitrejšo dovedeno hitrostjo hlajenja. Po tem obarjanju se cementit oblikuje v velike delce.
Med izločanjem železovega karbida oborina črpa ogljik iz prvotne taline in tako premakne zmes proti tisti, ki je bližje evtektiku. Preostala faza je znižanje železa v ogljikov avstenit, ki se po ohlajanju pretvori v martenzit.
Ti vsebovani evtektični karbidi so preveliki, da bi zagotovili ugodnost precipitacijskega utrjevanja. V nekaterih jeklih so lahko veliko manjše usedline cementita, ki lahko prenašajo deformacijo plastike, tako da ovirajo gibanje dislokacij skozi feritno matriko čistega železa. Imajo prednost, saj povečajo nasipno trdoto litega železa zgolj zaradi lastne trdote in prostorninskega deleža. Posledica tega je, da se nasipna trdota lahko približa po pravilu zmesi.
Ta trdota se v vsakem primeru ponuja na račun žilavosti. Belo lito železo lahko na splošno označimo kot cement, saj karbid predstavlja večji del materiala. Belo železo je preveč krhko za uporabo v strukturnih komponentah, toda zaradi svoje dobre trdote, odpornosti proti obrabi in nizkih stroškov se lahko uporablja kot obrabna površina črpalk za gnojevko.
Težko je hitreje ohladiti debele ulitke, kar je dovolj, da se talina strdi kot bela litina, vendar se lahko uporabi hitro hlajenje, da se strdi pekel belega litega železa, po tem pa bo njegov preostanek počasneje ohladimo in tako oblikujemo jedro iz sive litine. Ta nastali ulitek se imenuje ohlajen ulitek in vsebuje prednosti trde površine, vendar s tršo notranjostjo.
Zlitine belega železa z visoko vsebnostjo kroma so omogočale masivno ulivanje približno 10 ton težkega rotorja v pesek. To je posledica dejstva, da krom zmanjša hitrost hlajenja, potrebno za proizvodnjo karbidov skozi večje debeline materiala. Karbide z odlično odpornostjo proti obrabi proizvajajo tudi kromovi elementi.
Teprana litina
Temprana litina se začne kot ulitek iz belega železa, nato se dva ali en dan toplotno obdeluje pri temperaturah okoli 950 °C, nato pa se enako dolgo ohlaja.
Ogljik v železovem karbidu se nato zaradi tega procesa segrevanja in hlajenja pretvori v grafit in ferit ter ogljik. To je nizek postopek, vendar omogoča, da površinska napetost pretvori grafit v sferoidne delce in ne v kosmiče.
Sferoidi so razmeroma kratki in bolj oddaljeni drug od drugega zaradi nizkega razmerja stranic. Vsebujejo tudi spodnji presek, širijočo se razpoko in foton. V nasprotju z luskami vsebujejo tope meje, ki sodelujejo pri lajšanju težav s koncentracijo napetosti, ki jih najdemo v sivi litini. Na splošno so lastnosti tempranega litega železa bolj podobne lastnostim jekla, ki je po naravi blago.
Nodularna litina
Ta litina, ki jo včasih imenujemo nodularna litina, ima svoj grafit v obliki zelo majhnih nodulov, pri čemer ima grafit obliko plasti, ki so koncentrične in tako tvorijo nodule. Zaradi tega so lastnostinodularna litinaso iz gobastega jekla, ki nima učinkov koncentracije napetosti, ki jih povzročajo kosmiči grafita.
Vsebovana koncentracija ogljika je okoli 3 do 4 odstotke, koncentracija silicija pa okoli 1,8 do 2,8 odstotka. Majhne količine od 0,02 odstotka do 0,1 odstotka magnezija in le 0,02 odstotka do 0,04 odstotka cerija, ko so dodane tem zlitinam, upočasnijo hitrost, pri kateri grafitna precipitacija raste skozi vezavo na robove grafitnih pasov.
Ogljik ima lahko možnost, da se loči kot sferoidne delce, ko se material strdi, zaradi skrbnega nadzora drugih elementov in pravilnega časa med postopkom. Nastali delci so podobni tempranemu litemu železu, vendar je mogoče dele uliti z večjimi deli.
Legirni elementi
Lastnosti litega železa se spreminjajo in dodajajo v različnih legirnih elementih ali zlitinah v litini. V vrsti z ogljikom je element silicij, ker ima sposobnost iztiskanja ogljika iz raztopine. Manjši odstotek silicija tega ne more v celoti doseči, saj omogoča, da ogljik ostane v raztopini in tako tvori železov karbid ter proizvaja belo lito železo.
Večji odstotek ali koncentracija silicija je sposobna izriniti ogljik iz raztopine in nato tvoriti grafit ter proizvesti tudi sivo lito železo. Druge legirne snovi, ki niso navedene, vključujejo mangan, krom, titan in nato vanadij. Ti nasprotujejo siliciju, spodbujajo tudi zadrževanje ogljika in s tem tudi tvorbo karbidov. Nikelj in element baker imata prednost, saj povečata trdnost in obdelovalnost, vendar potem ne moreta spremeniti količine nastalega ogljika.
Ogljik, ki je v obliki grafita, povzroči mehkejše železo, s čimer se zmanjša učinek krčenja, zmanjša trdnost in zmanjša vsebovana gostota. Žveplo je večinoma onesnaževalec, če ga vsebuje, in tvori železov sulfid, ki preprečuje nastanek grafita in tudi povečuje trdoto.
Pomanjkljivost žvepla je, da naredi staljeno lito železo viskozno, kar povzroča napake. Da bi zadovoljili in odpravili učinke žvepla, raztopini dodamo mangan. To je storjeno zato, ker ko se oba združita, namesto železovega sulfida tvorita manganov sulfid. Nastali manganov sulfid je lažji od taline in rad izplava iz taline in pride v žlindro.
Približna količina mangana, ki je potrebna za izničenje učinkov žvepla, je 1,7 enote vsebnosti žvepla in dodanih dodatnih 0,3 odstotka. Dodajanje več kot to količino mangana povzroči tvorbo manganovega karbida, kar poveča trdoto in ohlajanje, razen v sivi železi, kjer lahko do 1 odstotek mangana poveča trdnost in vsebovano gostoto. Nikelj je eden najsplošnejših legirnih elementov, ker ima tendenco rafiniranja perlita in strukture grafita, s čimer izboljša žilavost in izravna razliko v trdoti med debelinami rezov.
Krom je dodan v majhnih količinah, da zmanjša prosti grafit in povzroči hlad. To je zato, ker je krom močan stabilizator karbida in v nekaterih primerih lahko deluje v povezavi z nikljem. Za krom se lahko doda tudi majhna nadomestna količina kositra. Baker se v lonec ali peč doda v količini od 0,5 do 2,5 odstotka, da se doseže nižje hlajenje, rafiniranje grafita in povečanje fluidnosti. Molibden se lahko doda tudi v velikosti od 0,3 odstotka do 1 odstotka, da se tudi poveča ohlajanje, prečisti grafit in izboljša struktura perlita.
Običajno se dodaja skupaj z nikljem, bakrom in kromom za proizvodnjo železa visoke trdnosti. Dodan je element titan, ki deluje kot razplinjevalec in deoksidator ter poveča fluidnost. Deleži od 0,15 odstotka do 0,5 odstotka elementa vanadija se dodajo litemu železu in pomagajo pri stabilizaciji cementita, za povečanje trdote in odpornosti proti obrabi in toplotnim učinkom.
Cirkonij pomaga pri tvorbi grafita in se doda v razmerjih od približno 0,1 do 0,3 odstotka. Ta element pomaga tudi pri deoksidaciji in povečanju tekočnosti. V taline tempranega železa, da bi povečali, koliko silicija je mogoče dodati, se bizmut vlije v lestvici od 0,002 do 0,01 odstotka. V belo železo je dodan element bor, ki pomaga pri proizvodnji železa, ki je temprano, in zmanjša učinek grobitve elementa bizmuta.