Typer av gjutjärn, klassificering, sammansättning, egenskaper, märkning och tillämpning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Idag finns det nästan inget område av mänskligt liv där gjutjärn inte används. Detta material har varit känt för mänskligheten under ganska lång tid och har visat sig utmärkt ur praktisk synvinkel. Gjutjärn är grunden för en mängd olika delar, sammansättningar och mekanismer, och i vissa fall till och med en självförsörjande produkt som kan utföra de funktioner som tilldelats den. Därför kommer vi i den här artikeln att ägna stor uppmärksamhet åt denna järnh altiga förening. Vi kommer också att ta reda på vilka typer av gjutjärn som är, deras fysiska och kemiska egenskaper.

Definition

Gjutjärn är en helt unik legering av järn och kol, där Fe är mer än 90 % och C är inte mer än 6,67 %, men inte mindre än 2,14 %. Dessutom kan kol finnas i gjutjärn i form av cementit eller grafit.

Kol ger legeringen en tillräckligt hög hårdhet, men minskar samtidigt formbarheten och formbarheten. Som ett resultat är gjutjärn ett sprött material. Dessutom tillsätts speciella tillsatser till vissa kvaliteter av gjutjärn, vilket kan ge föreningen vissa egenskaper. Rollen för legeringselement kan vara: nickel, krom, vanadin, aluminium. Densitetsindexet för gjutjärn är 7200 kg per kubikmeter. Därav kan man dra slutsatsen attvikten av gjutjärn är en indikator som inte kan kallas liten.

Historisk bakgrund

Smältning av järn har länge varit känt för människan. Det första omnämnandet av legeringen går tillbaka till det sjätte århundradet f. Kr.

I gamla tider tillverkade Kina gjutjärn med en ganska låg smältpunkt. Gjutjärn började tillverkas i Europa runt 1300-talet, när masugnar först användes. På den tiden användes sådan järngjutning för tillverkning av vapen, granater, konstruktionsdelar.

I Ryssland började produktionen av gjutjärn aktivt på 1500-talet och expanderade sedan snabbt. Under Peter I:s tid kunde det ryska imperiet kringgå alla världens länder när det gäller järnproduktion, men hundra år senare började det tappa mark igen på marknaden för järnmetallurgi.

Gjutjärn har använts för att skapa en mängd olika konstverk sedan medeltiden. I synnerhet på 1000-talet kastade kinesiska mästare en verkligt unik figur av ett lejon, vars vikt översteg 100 ton. Från och med 1400-talet i Tyskland, och därefter i andra länder, blev gjutjärnsgjutning utbredd. Staket, galler, parkskulpturer, trädgårdsmöbler, gravstenar gjordes av det.

Under de sista åren av 1700-talet var järngjutning mest involverat i Rysslands arkitektur. Och 1800-talet kallades allmänt för "gjutjärnsåldern", eftersom legeringen användes mycket aktivt i arkitekturen.

Funktioner

Det finns olika typergjutjärn, men den genomsnittliga smältpunkten för denna metallförening är cirka 1200 grader Celsius. Denna siffra är 250-300 grader mindre än vad som krävs för ståltillverkning. Denna skillnad är förknippad med en ganska hög kolh alt, vilket leder till dess mindre nära bindningar med järnatomer på molekylär nivå.

Vid tiden för smältning och efterföljande kristallisation hinner inte kolet som finns i gjutjärnet helt tränga in i järnets molekylära gitter, och därför visar sig gjutjärn så småningom vara ganska sprött. I detta avseende används den inte där det finns konstanta dynamiska belastningar. Men samtidigt är den utmärkt för de delar som har ökade krav på styrka.

Produktionsteknik

Absolut alla typer av gjutjärn tillverkas i en masugn. Egentligen är själva smältningsprocessen en ganska mödosam aktivitet som kräver seriösa materiella investeringar. Ett ton tackjärn kräver cirka 550 kilo koks och nästan ett ton vatten. Mängden malm som laddas i ugnen beror på järnh alten. Oftast används malm, i vilken järn är minst 70%. En lägre koncentration av elementet är inte önskvärt, eftersom det skulle vara oekonomiskt att använda det.

Första produktionen

Smältning av järn är som följer. Först och främst hälls malm i ugnen, liksom kokskolsorter, som tjänar till att trycksätta och bibehålla den erforderliga temperaturen inuti ugnsschaktet. Dessutom är dessa produkter under förbränningsprocessen aktivt involverade i de pågående kemiska reaktionerna iroll för järnreducerande medel.

Samtidigt laddas ett flussmedel i ugnen, som fungerar som en katalysator. Det hjälper stenarna att smälta snabbare, vilket främjar frigörandet av järn.

Det är viktigt att notera att malmen genomgår en speciell förbehandling innan den laddas i ugnen. Den krossas i en krossanläggning (små partiklar smälter snabbare). Det tvättas sedan för att avlägsna metallfria partiklar. Därefter bränns råvaran, på grund av detta avlägsnas svavel och andra främmande element från den.

Andra produktionssteget

Naturgas tillförs ugnen laddad och klar för drift genom speciella brännare. Koksen värmer upp råvaran. I detta fall frigörs kol, som kombineras med syre och bildar en oxid. Denna oxid deltar sedan i utvinningen av järn från malmen. Observera att med en ökning av mängden gas i ugnen minskar hastigheten för den kemiska reaktionen, och när ett visst förhållande uppnås stannar den helt.

Överskott av kol tränger in i smältan och förenas med järnet och bildar så småningom gjutjärn. Alla de element som inte har smält ligger på ytan och tas så småningom bort. Detta avfall kallas slagg. Den kan också användas för att tillverka andra material. Typer av gjutjärn som erhålls på detta sätt kallas gjuteri och tackjärn.

Differentiering

Den moderna klassificeringen av gjutjärn möjliggör uppdelningen av dessa legeringar i följande typer:

• White.
• Halv.
• Grå med flingad grafit.
• Högstyrka nodulär grafit.
• duktil.

Låt oss titta på var och en separat.

Vit gjutjärn

Detta gjutjärn är det där nästan allt kol är kemiskt bundet. Inom maskinteknik används denna legering inte särskilt ofta, eftersom den är hård, men mycket spröd. Den kan inte heller bearbetas med olika skärverktyg och används därför för att gjuta delar som inte kräver någon bearbetning. Även om denna typ av gjutjärn tillåter slipning med slipskivor. Vitt gjutjärn kan vara både vanligt och legerat. Samtidigt orsakar svetsning svårigheter, eftersom det åtföljs av bildandet av olika sprickor under kylning eller uppvärmning, och även på grund av heterogeniteten i strukturen som bildas vid svetspunkten.

Vita slitstarka gjutjärn erhålls genom primär kristallisering av en flytande legering under snabb kylning. De används oftast för torrfriktionsapplikationer (t.ex. bromsbelägg) eller för tillverkning av delar med ökad slitage- och värmebeständighet (valsvalsar).

Vit gjutjärn har förresten fått sitt namn på grund av att brottets utseende är en ljuskristallin, strålande yta. Strukturen av detta gjutjärn är en kombination av ledeburit, perlit och sekundär cementit. Om detta gjutjärn är legerat, omvandlas perlit tilltroostit, austenit eller martensit.

Halvgjutjärn

Klassificeringen av gjutjärn skulle vara ofullständig utan att nämna denna variant av metallegering.

Detta gjutjärn kännetecknas av en kombination av karbid-eutektik och grafit i sin struktur. I allmänhet har den fullfjädrade strukturen följande form: grafit, perlit, ledeburit. Om gjutjärnet utsätts för värmebehandling eller legering kommer detta att leda till bildning av austenit, martensit eller nålformad troostit.

Den här typen av gjutjärn är ganska skör, så användningen är mycket begränsad. Legeringen i sig har fått sitt namn eftersom dess brott är en kombination av mörka och ljusa områden i den kristallina strukturen.

Det vanligaste tekniska materialet

Grått gjutjärn GOST 1412-85 innehåller cirka 3,5 % kol, från 1,9 till 2,5 % kisel, upp till 0,8 % mangan, upp till 0,3 % fosfor och mindre än 0, 12 % svavel.

Grafit i sådant gjutjärn har en lamellform. Det kräver inga speciella ändringar.

Grafitplåtar har en stark försvagningseffekt och därför kännetecknas grått gjutjärn av mycket låg slaghållfasthet och nästan fullständig frånvaro av töjning (mindre än 0,5%).

Gråt gjutjärn är väl bearbetat. Legeringsstrukturen kan vara följande:

• Ferrit-grafit.
• Ferrit-pearlite-grafit.
• Perlite-grafit.

Gråt gjutjärn fungerar mycket bättre i kompression än i spänning. Han ocksåsvetsar ganska bra, men detta kräver förvärmning, och speciella gjutjärnsstänger med hög h alt av kisel och kol bör användas som tillsatsmaterial. Utan förvärmning blir svetsning svårt eftersom gjutjärnet kommer att bleka i svetsområdet.

Gråt gjutjärn används för att tillverka delar som fungerar utan stötbelastning (remskivor, överdrag, sängar).

Beteckningen på detta gjutjärn sker enligt följande princip: SCH 25-52. Två bokstäver indikerar att detta är grått gjutjärn, siffran 25 är en indikator på draghållfastheten (i MPa eller kgf / mm 2), siffran 52 är draghållfastheten för tillfället av böjning.

Stygjärn

Nodulärt gjutjärn skiljer sig fundament alt från sina andra "bröder" genom att det innehåller nodulär grafit. Det erhålls genom att införa speciella modifierare (Mg, Ce) i den flytande legeringen. Antalet grafitinneslutningar och deras linjära dimensioner kan vara olika.

Vad är bra med sfäroidal grafit? Det faktum att en sådan form försvagar metallbasen minim alt, som i sin tur kan vara perlitisk, ferritisk eller perlitisk-ferritisk.

På grund av användningen av värmebehandling eller legering kan gjutjärnsbasen vara nålformad-troostit, martensitisk, austenitisk.

Kvaliteter av segjärn är olika, men generellt sett är dess beteckning följande: VCh 40-5. Det är lätt att gissa att HF är höghållfast gjutjärn, siffran 40 är en indikatordraghållfasthet (kgf/mm2), siffran 5 är i förhållande till töjning, uttryckt i procent.

Stygjärn

Strukturen av segjärn är förekomsten av grafit i det i flagnande eller sfärisk form. Samtidigt kan flagig grafit ha olika finhet och kompakthet, vilket i sin tur har en direkt inverkan på gjutjärnets mekaniska egenskaper.

Industriell segjärn tillverkas ofta med en ferritisk bas, vilket ger större formbarhet.

Brickutseendet hos ferritiskt segjärn har ett svart sammetslent utseende. Ju högre mängd perlit i strukturen, desto lättare blir frakturen.

I allmänhet erhålls segjärn från vitt järngjutgods på grund av långvarig försvagning i ugnar uppvärmda till en temperatur på 800-950 grader Celsius.

Idag finns det två sätt att tillverka segjärn: europeiskt och amerikanskt.

Den amerikanska metoden är att smutsa ner legeringen i sand vid en temperatur på 800-850 grader. I denna process ligger grafit mellan korn av det renaste järnet. Som ett resultat blir gjutjärn trögflytande.

I den europeiska metoden försvinner gjutgods i järnmalm. Temperaturen är samtidigt cirka 850-950 grader Celsius. Kol passerar in i järnmalm, på grund av vilket ytskiktet på gjutgodset avkolas och blir mjukt. Gjutjärn blir formbart, medan kärnan förblir spröd.

Märkning av smidbart järn: KCh 40-6, där KCh är naturligtvis smidbart järn; 40 - draghållfasthetsindex;6 – förlängning, %.

Andra indikatorer

När det gäller uppdelningen av gjutjärn efter styrka, tillämpas följande klassificering här:

• Typisk styrka: σv upp till 20 kg/mm2.
• Ökad styrka: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Hög styrka: σv=40 kg/mm2 och högre.

Enligt formbarheten delas gjutjärn in i:

• Oflexibel - mindre än 1 % förlängning.
• Låg plast - från 1% till 5%.
• Plast - från 5 % till 10%.
• Ökad plasticitet - mer än 10%.

Sammanfattningsvis vill jag också notera att egenskaperna hos vilket gjutjärn som helst påverkas ganska avsevärt även av formen och karaktären på gjutningen.