Typer av järngjutgods
Typer av järngjutgods
Detta kapitel kommer att diskutera de olika typerna av järngjutgods.
Gråjärngjutning
Utmärkande för grått gjutjärn är den grafiska mikrostrukturen, som kan orsaka brott på materialet och få ett grått utseende. Den här är den vanligaste typen av gjutjärn och även det vanligaste gjutmaterialet baserat på vikt. En majoritet av de grå gjutjärnen har en kemisk nedbrytning av 2,5 procent till 4 procent kol, 1 procent till 3 procent silikon och resten är en sammansättning av järn.
Denna typ av gjutjärn har mindre draghållfasthet och mindre motståndskraft mot stötar jämfört med stål. Dess tryckhållfasthet är jämförbar med låg- och medelkolstål.
Alla dessa mekaniska egenskaper styrs av grafitflingornas form och storleken på grafitflingorna, som finns i det gråa gjutjärnets mikrostruktur.
Vit järngjutning
Denna typ av järn har spruckna ytor som är vita på grund av närvaron av en järnkarbidfällning som heter cementit. Kolet som finns i vitt gjutjärn faller ut ur smältan som cementit med stabil fas snarare än som grafit. Detta uppnås med lägre kiselhalt som grafitiseringsmedel och en snabbare tillförd kylhastighet. Efter denna utfällning bildas cementiten som stora partiklar.
Under utfällningen av järnkarbiden drar fällningen kol från den ursprungliga smältan, och flyttar därmed blandningen mot en som är närmare eutektisk. Den återstående fasen är att sänka järn till kolaustenit, som omvandlas till martensit när det svalnat.
Dessa ingående eutektiska karbider är för stora för att ge fördelen med fällningshärdning. I vissa stål kan det finnas mycket mindre cementitfällningar som kan bära deformationen av plast genom att hindra rörelsen av dislokationer genom den rena järnferritmatrisen. De har en fördel eftersom de ökar bulkhårdheten hos gjutjärnet helt enkelt på grund av sin egen hårdhet och volymfraktion. Detta resulterar i att bulkhårdheten kan approximeras med en regel om blandningar.
Denna hårdhet erbjuds på bekostnad av segheten i alla fall. Vitt gjutjärn kan generellt klassificeras som cement, eftersom karbid utgör en större del av materialet. Vitt järn är för sprött för att användas i konstruktionskomponenter, men på grund av dess goda hårdhet, motståndskraft mot nötning och låg kostnad kan det användas som slityta på slurrypumpar.
Det är svårt att kyla tjocka gjutgods i en snabbare takt vilket räcker för att stelna smältan som vitt gjutjärn, men snabb kylning kan användas för att stelna ett helvete av vitt gjutjärn och efter detta kommer en rest av det att vara svalna i en långsammare takt och bildar därmed en kärna av grått gjutjärn. Denna resulterande gjutning kallas en kyld gjutning, och den innehåller fördelarna med att ha en hård yta men med en tuffare interiör.
Vitjärnlegeringar med hög kromhalt hade förmågan att tillåta massiv gjutning av cirka 10 tons impeller att sandgjutas. Detta beror på det faktum att kromet minskar kylningshastigheten som krävs för att producera karbider genom de större materialtjocklekarna. Karbider med utmärkt nötningsbeständighet produceras också av kromelement.
Formbart gjutjärn
Formbart gjutjärn börjar som ett vitt gjutjärn, värmebehandlas sedan vid temperaturer på cirka 950°C under två eller en enda dag, och sedan kyls det under samma tidsperiod.
Kolet i järnkarbid omvandlas sedan till grafit och ferrit plus kol på grund av denna uppvärmnings- och kylningsprocess. Detta är en låg process, men den gör det möjligt för ytspänningen att omvandla grafiten till sfäroidala partiklar snarare än flingor.
Sfäroiderna är relativt korta och längre bort från varandra på grund av deras låga bildförhållande. De innehåller också ett lägre tvärsnitt, spridande spricka och en foton. Till skillnad från flingor innehåller de trubbiga gränser som bidrar till att lindra de stresskoncentrationsproblem som finns i grått gjutjärn. Sammantaget är egenskaperna som ingår i det formbara gjutjärnet mer som de av stål som är mild till sin natur.
Gjutning av segjärn
Detta gjutjärn, ibland kallat nodulärt gjutjärn, har sin grafit i form av mycket små knölar, där grafiten har formen av skikt som är koncentriska och därmed bildar knölarna. På grund av detta, egenskaperna hossegjärnär det av ett svampigt stål som inte har några spänningskoncentrationseffekter som produceras av grafitens flagor.
Kolkoncentrationen som ingår är cirka 3 procent till 4 procent, och den för kisel är cirka 1,8 procent till 2,8 procent. Små mängder av 0,02 procent till 0,1 procent magnesium och endast 0,02 procent till 0,04 procent cerium när de tillsätts till dessa legeringar saktar ner hastigheten med vilken grafitfällning växer genom bindning till grafitbanornas kanter.
Kol kan ha en chans att separera som sfäroidala partiklar när materialet stelnar, på grund av noggrann kontroll av andra element och rätt tidpunkt under processen. De resulterande partiklarna liknar formbart gjutjärn, men delar kan gjutas med sektioner som är större.
Legeringselement
Gjutjärnets egenskaper förändras och tillsätts i olika legeringselement eller legeringar i gjutjärnet. I linje med kol är grundämnet kisel eftersom det har en förmåga att tvinga ut kol ur lösningen. En mindre andel kisel kan inte helt uppnå detta eftersom det tillåter kol att stanna kvar i lösningen, vilket bildar järnkarbid och även producerar vitt gjutjärn.
En större andel eller koncentration av kisel kan tvinga ut kolet ur lösningen och sedan bilda grafit och även producera grått gjutjärn. Andra legeringsmedel som inte noteras inkluderar mangan, krom, titan och sedan vanadin. Dessa motverkar kisel, de främjar även retentionen av kol och därmed även bildningen av karbider. Nickel och grundämnet koppar har en fördel då de ökar styrkan och bearbetbarheten, men de kan då inte förändra mängden kol som bildas.
Kolet som är i form av grafit resulterar i ett mjukare järn, vilket minskar effekten av krympning, sänker styrkan och minskar den inneslutna densiteten. Svavel är mestadels en förorening när det finns inneslutet, och det bildar järnsulfid som förhindrar bildandet av grafit och som också ökar hårdheten.
Nackdelen med svavel är att det gör smält gjutjärn trögflytande, vilket orsakar defekter. För att ta hand om och eliminera effekterna av svavel tillsätts mangan till lösningen. Detta görs för att när de två kombineras bildar de mangansulfid istället för järnsulfid. Resulterande mangansulfid är lättare än smältan och tenderar att flyta ut ur smältan och komma in i slaggen.
Den ungefärliga mängden mangan som behövs för att eliminera effekterna av svavel är 1,7 enheter svavelhalt och ytterligare 0,3 procent tillsatt ovanpå. Tillsatsen av mer än denna mängd mangan resulterar i bildandet av mangankarbid och detta ökar hårdheten och kylningen förutom i gråjärn där upp till 1 procent mangan kan öka styrkan och densiteten som finns. Nickel är ett av de mest allmänna legeringselementen eftersom det har en tendens att förfina perliten och grafitens struktur, vilket förbättrar segheten och jämnar ut hårdhetsskillnaden mellan sektionstjocklekar.
Krom tillsätts i små mängder för att minska fri grafit och producera en kyla. Detta beror på att krom är en kraftfull karbidstabilisator, och i vissa fall kan den fungera tillsammans med nickel. Även för krom kan en liten ersättningsmängd tenn tillsättas. Koppar tillsätts i skänken eller ugnen i storleksordningen 0,5 procent till 2,5 procent för att uppnå en sänkande kyla, raffinering av grafit och ökningen i fluiditet. Molybden kan också tillsättas i storleksordningen 0,3 procent till 1 procent för att också öka kylningen, förfina grafiten och förfina perlitstrukturen.
Det tillsätts vanligtvis som arbetar i linje med nickel, koppar och krom för att producera höghållfasta järn. Grundämnet titan tillsätts för att fungera som en avgasare och en deoxidator, och öka flytbarheten. Proportioner på 0,15 procent till 0,5 procent av grundämnet vanadin tillsätts gjutjärnet och hjälper till att stabilisera cementit, för att öka hårdheten och motstå slitage och värmeeffekter.
Zirkonium hjälper till att bilda grafit och tillsätts i proportioner på cirka 0,1 procent till 0,3 procent. Detta element hjälper också till att deoxidera och öka fluiditeten. För att öka hur mycket kisel som kan tillsättas hälls vismut i en skala från 0,002 procent till 0,01 procent i smälta järn. I vitt järn tillsätts grundämnet bor, vilket bidrar till produktionen av järn som är formbart, och det minskar den förgrovande effekten av grundämnet vismut.