Các loại đúc sắt

Các loại đúc sắt

Chương này sẽ thảo luận về các loại đúc sắt khác nhau.

Đúc sắt xám

Đặc điểm của gang xám là cấu trúc vi mô đồ họa, có thể gây ra các vết nứt cho vật liệu và có vẻ ngoài màu xám. Đây là loại gang được sử dụng phổ biến nhất và cũng là vật liệu đúc thường được sử dụng dựa trên trọng lượng. Phần lớn gang xám có sự phân hủy hóa học từ 2,5 phần trăm đến 4 phần trăm cacbon, 1 phần trăm đến 3 phần trăm silicon và phần còn lại là thành phần của sắt.

Loại gang này có độ bền kéo và khả năng chống va đập kém hơn so với thép. Độ bền nén của nó tương đương với thép cacbon thấp và trung bình.

Tất cả các tính chất cơ học này được kiểm soát bởi hình dạng và kích thước của các mảnh than chì có trong cấu trúc vi mô của gang xám.

Đúc sắt trắng

Loại sắt này có bề mặt bị nứt có màu trắng do sự hiện diện của chất kết tủa cacbua sắt có tên là cementite. Cacbon có trong gang trắng kết tủa ra khỏi hỗn hợp nóng chảy dưới dạng cementite pha ổn định chứ không phải dưới dạng graphite. Điều này đạt được với hàm lượng silic thấp hơn làm chất tạo graphit và tốc độ làm nguội nhanh hơn. Sau khi kết tủa này, cementite hình thành dưới dạng các hạt lớn.

Trong quá trình kết tủa cacbua sắt, chất kết tủa hút cacbon từ hỗn hợp nóng chảy ban đầu, do đó di chuyển hỗn hợp về phía gần với eutectic hơn. Pha còn lại là hạ sắt thành austenit cacbon, chuyển thành martensite khi nguội.

Những cacbua eutectic chứa này quá lớn để có thể mang lại lợi ích của quá trình làm cứng kết tủa. Trong một số loại thép, có thể có nhiều kết tủa cementite nhỏ hơn có thể mang theo sự biến dạng của nhựa bằng cách cản trở chuyển động của các vị trí sai lệch qua ma trận ferit sắt nguyên chất. Chúng có một lợi thế là làm tăng độ cứng khối của gang chỉ vì độ cứng và tỷ lệ thể tích của riêng chúng. Điều này dẫn đến độ cứng khối có thể được xấp xỉ bằng quy tắc hỗn hợp.

Độ cứng này được cung cấp với cái giá phải trả là độ dẻo dai trong mọi trường hợp. Gang trắng thường có thể được phân loại là xi măng, vì cacbua chiếm phần lớn vật liệu. Gang trắng quá giòn để sử dụng trong các thành phần kết cấu, nhưng vì độ cứng tốt, khả năng chống mài mòn và chi phí thấp, nó có thể được sử dụng làm bề mặt chịu mài mòn của máy bơm bùn.

Rất khó để làm nguội các vật đúc dày ở tốc độ nhanh hơn, đủ để đông đặc hỗn hợp nóng chảy thành gang trắng, tuy nhiên, có thể sử dụng phương pháp làm nguội nhanh để đông đặc một khối gang trắng và sau đó phần còn lại sẽ nguội ở tốc độ chậm hơn, do đó tạo thành lõi gang xám. Vật đúc thu được này được gọi là đúc lạnh và nó có lợi thế là có bề mặt cứng nhưng bên trong cứng hơn.

Hợp kim sắt trắng crom cao có khả năng cho phép đúc khối lượng lớn cánh quạt khoảng 10 tấn thành đúc cát. Điều này là do crom làm giảm tốc độ làm nguội cần thiết để sản xuất cacbua thông qua độ dày lớn hơn của vật liệu. Các cacbua có khả năng chống mài mòn tuyệt vời cũng được tạo ra bởi các nguyên tố crom.

Đúc sắt dễ uốn

Gang dẻo ban đầu là gang trắng, sau đó được xử lý nhiệt ở nhiệt độ khoảng 950°C trong hai hoặc một ngày, rồi được làm nguội trong cùng khoảng thời gian đó.

Carbon trong cacbua sắt sau đó chuyển thành than chì và ferit cộng với carbon do quá trình gia nhiệt và làm mát này. Đây là một quá trình thấp, nhưng nó cho phép sức căng bề mặt chuyển đổi than chì thành các hạt hình cầu thay vì dạng vảy.

Các hình cầu tương đối ngắn và cách xa nhau hơn do tỷ lệ khung hình thấp của chúng. Chúng cũng chứa một mặt cắt ngang thấp hơn, vết nứt lan truyền và một photon. Trái ngược với các mảnh, chúng chứa các ranh giới cùn tham gia vào việc làm giảm các vấn đề tập trung ứng suất được tìm thấy trong gang xám. Nhìn chung, các đặc tính có trong gang dẻo giống với các đặc tính của thép có bản chất mềm hơn.

Đúc gang dẻo

Đôi khi được gọi là gang dạng nốt, loại gang này có than chì ở dạng các nốt rất nhỏ, trong đó than chì có dạng các lớp đồng tâm và do đó tạo thành các nốt. Do đó, các đặc tính củagang dẻolà loại thép xốp không có hiệu ứng tập trung ứng suất do các mảnh than chì tạo ra.

Lượng nồng độ cacbon chứa trong đó là khoảng 3 đến 4 phần trăm, và lượng silic là khoảng 1,8 đến 2,8 phần trăm. Một lượng nhỏ 0,02 đến 0,1 phần trăm magiê và chỉ 0,02 đến 0,04 phần trăm xeri khi thêm vào các hợp kim này sẽ làm chậm tốc độ kết tủa than chì phát triển thông qua liên kết với các cạnh của làn than chì.

Carbon có thể có khả năng tách ra thành các hạt hình cầu khi vật liệu đông đặc, do kiểm soát cẩn thận các nguyên tố khác và thời gian thích hợp trong quá trình này. Các hạt thu được tương tự như gang dẻo, nhưng các bộ phận có thể được đúc bằng các phần lớn hơn.

Các nguyên tố hợp kim

Các tính chất của gang được thay đổi và thêm vào nhiều nguyên tố hợp kim hoặc chất hợp kim khác nhau trong gang. Cùng với cacbon là nguyên tố silic vì nó có khả năng đẩy cacbon ra khỏi dung dịch. Một tỷ lệ nhỏ hơn của silic không thể đạt được điều này hoàn toàn vì nó cho phép cacbon vẫn còn trong dung dịch, do đó tạo thành cacbua sắt và cũng tạo ra gang trắng.

Tỷ lệ phần trăm hoặc nồng độ silicon lớn hơn có thể đẩy carbon ra khỏi dung dịch và sau đó tạo thành than chì và cũng tạo ra gang xám. Các tác nhân hợp kim khác không được ghi chú bao gồm mangan, crom, titan và sau đó là vanadi. Những chất này chống lại silicon, chúng cũng thúc đẩy việc giữ lại carbon và do đó cũng hình thành cacbua. Niken và nguyên tố đồng có lợi thế vì chúng làm tăng độ bền và khả năng gia công, nhưng sau đó chúng không thể thay đổi lượng carbon được hình thành.

Cacbon ở dạng than chì tạo ra sắt mềm hơn, do đó làm giảm tác động của sự co ngót, làm giảm độ bền và làm giảm mật độ chứa. Lưu huỳnh chủ yếu là chất gây ô nhiễm khi chứa, và nó tạo thành sắt sunfua ngăn cản sự hình thành than chì và cũng làm tăng độ cứng.

Nhược điểm của lưu huỳnh là làm cho gang nóng chảy trở nên nhớt, gây ra khuyết tật. Để khắc phục và loại bỏ tác động của lưu huỳnh, mangan được thêm vào dung dịch. Điều này được thực hiện vì khi hai chất này kết hợp với nhau, chúng tạo thành mangan sulfua thay vì sắt sulfua. Mangan sulfua thu được nhẹ hơn hỗn hợp nóng chảy và có xu hướng nổi lên khỏi hỗn hợp nóng chảy và đi vào xỉ.

Lượng mangan cần thiết để loại bỏ tác động của lưu huỳnh là 1,7 đơn vị hàm lượng lưu huỳnh và thêm 0,3 phần trăm vào. Việc thêm nhiều hơn lượng mangan này sẽ dẫn đến sự hình thành cacbua mangan và điều này làm tăng độ cứng và độ lạnh, ngoại trừ trong gang xám, nơi có tới 1 phần trăm mangan có thể làm tăng độ bền và mật độ chứa trong đó. Niken là một trong những nguyên tố hợp kim phổ biến nhất vì nó có xu hướng tinh chế peclit và cấu trúc của than chì, do đó cải thiện độ dẻo dai và làm đều độ chênh lệch độ cứng giữa các độ dày của tiết diện.

Crom được thêm vào với lượng nhỏ để giảm graphite tự do và tạo ra độ lạnh. Điều này là do crom là chất ổn định carbide mạnh và trong một số trường hợp, nó có thể hoạt động kết hợp với niken. Đối với crom, cũng có thể thêm một lượng nhỏ thiếc thay thế. Đồng được thêm vào trong gầu hoặc lò nung với tỷ lệ từ 0,5 phần trăm đến 2,5 phần trăm để đạt được độ lạnh thấp, tinh chế graphite và tăng độ lưu động. Molypden cũng có thể được thêm vào với tỷ lệ từ 0,3 phần trăm đến 1 phần trăm để tăng độ lạnh, tinh chế graphite và tinh chế cấu trúc perlite.

Nó thường được thêm vào khi làm việc theo dòng niken, đồng và crom để sản xuất sắt có độ bền cao. Nguyên tố titan được thêm vào để hoạt động như một chất khử khí và chất khử oxy, và tăng tính lưu động. Tỷ lệ 0,15 phần trăm đến 0,5 phần trăm nguyên tố vanadi được thêm vào gang và giúp ổn định cementite, để tăng độ cứng và chống mài mòn và tác động của nhiệt.

Zirconium giúp tạo thành graphite và được thêm vào theo tỷ lệ khoảng 0,1 phần trăm đến 0,3 phần trăm. Nguyên tố này cũng giúp khử oxy và tăng độ lưu động. Trong các hợp kim sắt dễ uốn, để tăng lượng silic có thể thêm vào, bismuth được đổ vào theo tỷ lệ từ 0,002 phần trăm đến 0,01 phần trăm. Trong sắt trắng, nguyên tố bo được thêm vào, hỗ trợ sản xuất sắt dễ uốn và làm giảm hiệu ứng thô của nguyên tố bismuth.