Typer af støbegods

Typer af støbegods

Dette kapitel vil diskutere de forskellige typer jernstøbegods.

Grå jernstøbning

Kendetegnet ved gråt støbejern er den grafiske mikrostruktur, som er i stand til at forårsage brud på materialet og have et gråt udseende. Denne er den mest brugte type støbejern og også almindeligt brugt støbemateriale baseret på vægt. Et flertal af de grå støbejern har en kemisk nedbrydning på 2,5 procent til 4 procent kulstof, 1 procent til 3 procent silikone og resten er en sammensætning af jern.

Denne type støbejern har mindre trækstyrke og mindre modstandsdygtighed over for stød sammenlignet med stål. Dens trykstyrke kan sammenlignes med lavt og medium kulstofstål.

Alle disse mekaniske egenskaber styres af grafitflagernes form og størrelsen af ​​grafitflagerne, som er til stede i det grå støbejerns mikrostruktur.

Hvid jernstøbning

Denne type jern har brækkede overflader, som er hvide på grund af tilstedeværelsen af ​​et jerncarbidudfældning ved navn cementit. Kulstoffet, der er indeholdt i hvidt støbejern, udfælder ud af smelten som met stabil fase cementit snarere end som grafit. Dette opnås med lavere siliciumindhold som grafitiseringsmiddel og en hurtigere tilført afkølingshastighed. Efter denne udfældning dannes cementitten som store partikler.

Under udfældningen af ​​jerncarbidet trækker bundfaldet kulstof fra den oprindelige smelte og flytter dermed blandingen mod en, der er tættere på eutektisk. Den resterende fase er at sænke jern til kulstofaustenit, som omdannes til martensit, når det er afkølet.

Disse indeholdte eutektiske carbider er for store til at give fordelen ved udfældningshærdning. I nogle stål kan der være meget mindre cementitudfældninger, der kan bære deformationen af ​​plastik ved at hindre bevægelsen af ​​dislokationer gennem den rene jernferritmatrix. De har en fordel, da de øger støbejernets bulkhårdhed simpelthen på grund af deres egen hårdhed og volumenfraktion. Dette resulterer i, at bulkhårdheden kan tilnærmes ved en blandingsregel.

Denne hårdhed tilbydes under alle omstændigheder på bekostning af sejhed. Hvidt støbejern kan generelt klassificeres som en cement, da karbid udgør en større del af materialet. Hvidt jern er for skørt til at blive brugt i strukturelle komponenter, men på grund af dets gode hårdhed, modstandsdygtighed over for slid og lave omkostninger, kan det bruges som slidoverflade på gyllepumper.

Det er svært at køle tykke støbegods hurtigere, hvilket er nok til at størkne smelten som hvidt støbejern, men hurtig afkøling kan tages i brug for at størkne et helvede af hvidt støbejern, og herefter vil en rest af det være afkøles i et langsommere tempo og danner dermed en kerne af gråt støbejern. Denne resulterende støbning kaldes en kølet støbning, og den indeholder fordelene ved at have en hård overflade, men med et hårdere indre.

Højchrom-hvide jernlegeringer havde en evne til at tillade massiv støbning af omkring 10 tons pumpehjul at blive sandstøbt. Dette skyldes det faktum, at chrom reducerer den kølehastighed, der kræves for at producere karbider gennem de større materialetykkelser. Karbider med en fremragende slidstyrke fremstilles også af kromelementer.

Formbar jernstøbning

Formbart støbejern begynder som et hvidt støbejern, varmebehandles derefter ved temperaturer på omkring 950°C i to eller en enkelt dag, og derefter afkøles det i samme tidsrum.

Kulstoffet i jerncarbid omdannes derefter til grafit og ferrit plus kulstof på grund af denne opvarmnings- og afkølingsproces. Dette er en lav proces, men det gør det muligt for overfladespændingen at omdanne grafitten til sfæroide partikler i stedet for flager.

Sfæroiderne er relativt korte og længere væk fra hinanden på grund af deres lave billedformat. De indeholder også et lavere tværsnit, udbredende revne og en foton. I modsætning til flager indeholder de stumpe grænser, som er med til at afhjælpe de stresskoncentrationsproblemer, som findes i gråt støbejern. Alt i alt er egenskaberne, der indgår i det formbare støbejern, mere som dem af stål, som er mildt af natur.

Duktilt støbejern

Nogle gange omtalt som nodulært støbejern, har dette støbejern sin grafit i form af meget små knuder, hvor grafitten har form af lag, der er koncentriske og dermed danner knuderne. På grund af dette er egenskaberne vedduktilt støbejerner af et svampet stål, som ikke har nogen spændingskoncentrationseffekter frembragt af grafittens flager.

Den indeholdte kulstofkoncentration er omkring 3 procent til 4 procent, og den for silicium er omkring 1,8 procent til 2,8 procent. Små mængder på 0,02 procent til 0,1 procent magnesium og kun 0,02 procent til 0,04 procent cerium, når de tilsættes til disse legeringer, sænker den hastighed, hvormed grafitudfældning vokser gennem binding til grafitbanernes kanter.

Kulstof kan have en chance for at separere som sfæroide partikler, når materialet størkner, på grund af den omhyggelige kontrol af andre elementer og korrekt timing under processen. De resulterende partikler ligner formbart støbejern, men dele kan støbes med sektioner, der er større.

Legeringselementer

Støbejerns egenskaber ændres og tilsættes forskellige legeringselementer eller legeringsstoffer i støbejernet. På linje med kulstof er grundstoffet silicium, fordi det har en evne til at tvinge kulstof ud af opløsningen. En mindre procentdel af silicium kan ikke fuldt ud opnå dette, da det tillader kulstof at forblive i opløsningen og dermed danne jerncarbid og også producere hvidt støbejern.

En større procentdel eller koncentration af silicium er i stand til at tvinge kulstoffet ud af opløsningen og derefter danne grafit og også producere gråt støbejern. Andre legeringsmidler, der ikke er nævnt, omfatter mangan, krom, titanium og derefter vanadium. Disse modvirker silicium, de fremmer også tilbageholdelsen af ​​kulstof og dermed også dannelsen af ​​karbider. Nikkel og grundstoffet kobber har en fordel, da de øger styrke og bearbejdelighed, men de kan så ikke ændre på mængden af ​​dannet kulstof.

Kulstoffet, der er i form af grafit, resulterer i et blødere jern, hvilket reducerer effekten af ​​krympning, sænker styrken og mindsker den indeholdte densitet. Svovl er for det meste en forurening, når det er indeholdt, og det danner jernsulfid, som forhindrer dannelsen af ​​grafit og også øger hårdheden.

Ulempen ved svovl er, at det gør smeltet støbejern tyktflydende, hvilket forårsager defekter. For at tage højde for og eliminere virkningerne af svovl tilsættes mangan til opløsningen. Dette gøres, fordi når de to kombineres, danner de mangansulfid i stedet for jernsulfid. Det resulterende mangansulfid er lettere end smelten og har en tendens til at flyde ud af smelten og komme ind i slaggen.

Den omtrentlige mængde mangan, der er nødvendig for at udligne virkningerne af svovl, er 1,7 enheder svovlindhold og yderligere 0,3 procent tilføjet ovenpå. Tilsætning af mere end denne mængde mangan resulterer i dannelsen af ​​mangancarbid og dette øger hårdheden og afkølingen undtagen i gråt jern, hvor op til 1 procent mangan kan øge styrken og den indeholdte densitet. Nikkel er et af de mest generelle legeringselementer, fordi det har en tendens til at forfine perlitten og grafittens struktur, hvilket forbedrer sejheden og udligner hårdhedsforskellen mellem snittykkelser.

Chrom tilsættes i små mængder for at reducere fri grafit og producere en afkøling. Dette skyldes, at krom er en kraftig hårdmetalstabilisator, og i nogle tilfælde kan den fungere sammen med nikkel. For krom kan der også tilsættes en lille erstatningsmængde tin. Kobber tilsættes i øsen eller ovnen i størrelsesordenen 0,5 procent til 2,5 procent for at opnå en sænkende afkøling, raffinering af grafit og stigningen i fluiditet. Molybdæn kan også tilsættes i størrelsesordenen 0,3 procent til 1 procent for også at øge kulden, forfine grafitten og forfine perlitstrukturen.

Det tilsættes normalt arbejder på linje med nikkel, kobber og krom for at producere højstyrkejern. Grundstoffet titanium tilsættes for at virke som en afgasser og en deoxidator og øge flydighed. Andele på 0,15 procent til 0,5 procent af grundstoffet vanadium tilsættes støbejernet og hjælper med at stabilisere cementit, for at øge hårdheden og modstå slid og varmepåvirkninger.

Zirconium hjælper med at danne grafit og tilsættes i forhold på omkring 0,1 procent til 0,3 procent. Dette element hjælper også med at deoxidere og øge fluiditeten. I smeltejern, for at øge hvor meget silicium der kan tilsættes, hældes bismuth i en skala fra 0,002 procent til 0,01 procent. I hvidt jern tilsættes grundstoffet bor, hvilket bidrager til produktionen af ​​jern, som er formbart, og det reducerer den forgrovningseffekt af grundstoffet bismuth.