Τύποι χυτοσιδήρου, ταξινόμηση, σύνθεση, ιδιότητες, επισήμανση και εφαρμογή

Σήμερα, δεν υπάρχουν σχεδόν καθόλου τομείς της ανθρώπινης ζωής,οπουδήποτε χρησιμοποιείται χυτοσίδηρος. Αυτό το υλικό είναι γνωστό στην ανθρωπότητα εδώ και πολύ καιρό και έχει αποδειχθεί εξαιρετικό από πρακτική άποψη. Η χύτευση σιδήρου είναι η βάση μιας μεγάλης ποικιλίας ανταλλακτικών, συγκροτημάτων και μηχανισμών, και σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και ενός αυτόνομου προϊόντος ικανού να εκτελεί τις λειτουργίες που του έχουν ανατεθεί. Επομένως, σε αυτό το άρθρο, θα δώσουμε ιδιαίτερη προσοχή σε αυτήν την ένωση που περιέχει σίδηρο. Θα μάθουμε επίσης τι είδους χυτοσίδηρος είναι, τα φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά τους.

Ορισμός

Ο χυτοσίδηρος είναι ένα πραγματικά μοναδικό κράμα σιδήρου και άνθρακα, στο οποίο το Fe υπερβαίνει το 90% και το C δεν υπερβαίνει το 6,67%, αλλά όχι λιγότερο από 2,14%. Επίσης, ο άνθρακας μπορεί να είναι σε χυτοσίδηρο με τη μορφή τσιμέντου ή γραφίτη.

Ο άνθρακας δίνει στο κράμα μια αρκετά υψηλή σκληρότηταΩστόσο, ταυτόχρονα, μειώνει την ολκιμότητα και την ολκιμότητα. Επομένως, ο χυτοσίδηρος είναι εύθραυστο υλικό. Επίσης, προστίθενται ειδικά πρόσθετα σε ορισμένες ποιότητες χυτοσιδήρου, τα οποία είναι ικανά να προσδίδουν ορισμένες ιδιότητες στην ένωση. Τα κράματα μπορούν να είναι νικέλιο, χρώμιο, βανάδιο, αλουμίνιο. Ο δείκτης πυκνότητας χυτοσιδήρου είναι 7200 κιλά ανά κυβικό μέτρο. Από το οποίο μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το βάρος του χυτοσιδήρου είναι ένας δείκτης που δεν μπορεί να ονομαστεί μικρό.

Ιστορικό υπόβαθρο

Η τήξη του χυτοσιδήρου είναι από καιρό γνωστή στον άνθρωπο. Η πρώτη αναφορά του κράματος χρονολογείται από τον έκτο αιώνα π.Χ.

Στην Κίνα, στην αρχαιότητα, ο χυτοσίδηρος προήλθε απόμάλλον χαμηλό σημείο τήξης. Στην Ευρώπη, ο χυτοσίδηρος άρχισε να παράγεται περίπου τον 14ο αιώνα, όταν χρησιμοποιήθηκαν οι υψικάμινοι. Εκείνη την εποχή, τέτοια χύτευση σιδήρου χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή όπλων, κελυφών και ανταλλακτικών για κατασκευή.

Η παραγωγή χοιρινού σιδήρου δραστηριοποιείται στη Ρωσίαξεκίνησε τον 16ο αιώνα και στη συνέχεια επεκτάθηκε γρήγορα. Κατά την εποχή του Πέτρου Ι, η Ρωσική Αυτοκρατορία μπόρεσε να παρακάμψει όλα τα κράτη του κόσμου όσον αφορά την παραγωγή σιδήρου χοίρου, αλλά μετά από εκατό χρόνια άρχισε να χάνει ξανά έδαφος στην αγορά σιδηρούχων μεταλλουργιών.

Η χύτευση σιδήρου χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργίαδιάφορα έργα τέχνης ακόμη και στον Μεσαίωνα. Συγκεκριμένα, τον 10ο αιώνα, οι Κινέζοι τεχνίτες έκαναν μια πραγματικά μοναδική μορφή λιονταριού, το βάρος του οποίου ξεπέρασε τους 100 τόνους. Από τον 15ο αιώνα στη Γερμανία, και μετά σε άλλες χώρες, η χύτευση χυτοσιδήρου έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη. Φράχτες, πέργκολα, γλυπτά πάρκων, έπιπλα κήπου, επιτύμβιες πλάκες κατασκευάστηκαν από αυτό.

Τα τελευταία χρόνια του 18ου αιώνα, η χύτευση σιδήρου χρησιμοποιήθηκε όσο το δυνατόν περισσότερο στην αρχιτεκτονική της Ρωσίας. Και ο 19ος αιώνας ονομαζόταν γενικά «εποχή χυτοσιδήρου», καθώς το κράμα χρησιμοποιήθηκε πολύ ενεργά στην αρχιτεκτονική.

Χαρακτηριστικά

Υπάρχουν διάφοροι τύποι χυτοσιδήρου, αλλά ο μέσος όροςΤο σημείο τήξης αυτής της μεταλλικής ένωσης είναι περίπου 1200 βαθμοί Κελσίου. Ο αριθμός αυτός είναι 250-300 βαθμούς μικρότερος από ό, τι απαιτείται για τη χύτευση χάλυβα. Αυτή η διαφορά οφείλεται στη σχετικά υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, η οποία οδηγεί στους λιγότερο στενούς δεσμούς της με άτομα σιδήρου στο μοριακό επίπεδο.

Τη στιγμή της τήξης και της επακόλουθης κρυστάλλωσηςο άνθρακας που περιέχεται στο χυτοσίδηρο δεν έχει χρόνο να διεισδύσει πλήρως στο μοριακό πλέγμα του σιδήρου, και ως εκ τούτου ο χυτοσίδηρος αποδεικνύεται μάλλον εύθραυστος. Επομένως, δεν χρησιμοποιείται όταν υπάρχουν μόνιμα δυναμικά φορτία. Αλλά ταυτόχρονα, είναι εξαιρετικό για τα μέρη που έχουν αυξημένες απαιτήσεις αντοχής.

Τεχνολογία παραγωγής

Όλοι οι τύποι χυτοσιδήρου παράγονται σε υψικαμίνουςφουρνοι Στην πραγματικότητα, η ίδια η διαδικασία τήξης είναι μια μάλλον επίπονη δραστηριότητα που απαιτεί σοβαρές υλικές επενδύσεις. Ένας τόνος χοιρινού σιδήρου απαιτεί περίπου 550 κιλά κοκ και σχεδόν έναν τόνο νερό. Η ποσότητα μεταλλεύματος που τροφοδοτείται στον κλίβανο εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε σίδηρο. Τις περισσότερες φορές, το μετάλλευμα χρησιμοποιείται, στο οποίο ο σίδηρος δεν είναι μικρότερος από 70%. Η χαμηλότερη συγκέντρωση ενός στοιχείου είναι ανεπιθύμητη δεδομένου ότι θα ήταν οικονομικά μειονεκτική η χρήση.

Πρώτο στάδιο παραγωγής

Η τήξη του χυτοσιδήρου έχει ως εξής. Πρώτα απ 'όλα, το μετάλλευμα χύνεται στον κλίβανο, καθώς και βαθμούς άνθρακα οπτάνθρακα, οι οποίοι χρησιμεύουν για την έγχυση και διατήρηση της απαιτούμενης θερμοκρασίας μέσα στον άξονα του κλιβάνου. Επιπλέον, αυτά τα προϊόντα στη διαδικασία καύσης εμπλέκονται ενεργά στις συνεχιζόμενες χημικές αντιδράσεις ως παράγοντες μείωσης του σιδήρου.

Παράλληλα, η ροή αποβάλλεται στον κλίβανο, χρησιμεύοντας ως καταλύτης. Βοηθά τα βράχια να λιώσουν γρηγορότερα, γεγονός που προάγει την πρώιμη απελευθέρωση σιδήρου.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το μετάλλευμα πριν από τη φόρτωση στον κλίβανουφίσταται ειδική προκαταρκτική επεξεργασία. Συνθλίβεται σε ένα φυτό σύνθλιψης (μικρά σωματίδια λιώνουν γρηγορότερα). Στη συνέχεια πλένεται για απομάκρυνση σωματιδίων χωρίς μέταλλα. Μετά από αυτό, οι πρώτες ύλες πυροδοτούνται, λόγω αυτού, το θείο και άλλα ξένα στοιχεία αφαιρούνται από αυτό.

Δεύτερο στάδιο παραγωγής

Σε φορτωμένο και έτοιμο προς χρήση φούρνοΤο φυσικό αέριο παρέχεται μέσω ειδικών καυστήρων. Ο οπτάνθρακας θερμαίνει την πρώτη ύλη. Αυτό απελευθερώνει άνθρακα, ο οποίος συνδυάζεται με οξυγόνο για να σχηματίσει ένα οξείδιο. Αυτό το οξείδιο στη συνέχεια συμμετέχει στη μείωση του σιδήρου από το μετάλλευμα. Σημειώστε ότι με την αύξηση της ποσότητας αερίου στον κλίβανο, ο ρυθμός της χημικής αντίδρασης μειώνεται και όταν επιτευχθεί μια συγκεκριμένη αναλογία, σταματά εντελώς.

Ο υπερβολικός άνθρακας εισέρχεται στο τήγμα και εισέρχεταισυγκόλληση με σίδηρο, σχηματίζοντας τελικά χυτοσίδηρο. Όλα αυτά τα στοιχεία που δεν έχουν λιώσει καταλήγουν στην επιφάνεια και τελικά αφαιρούνται. Αυτά τα απόβλητα ονομάζονται σκωρία. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή άλλων υλικών. Οι τύποι χοιρινού σιδήρου που λαμβάνονται με αυτόν τον τρόπο ονομάζονται χυτήριο και χυτοσίδηρος.

ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΤΗΤΑ-διάκριση

Η σύγχρονη ταξινόμηση των χυτοσίδηρων προβλέπει τη διαίρεση αυτών των κραμάτων στους ακόλουθους τύπους:

• Ασπρο.
• Τα μισα.
• Γκρι με ελασματικό γραφίτη.
• Οζώδης γραφίτης υψηλής αντοχής.
• Ελατός.

Ας ρίξουμε μια ματιά σε κάθε είδος ξεχωριστά.

Λευκό χυτοσίδηρο

Αυτός ο χυτοσίδηρος είναι αυτός που έχειουσιαστικά όλος ο άνθρακας είναι χημικά συνδεδεμένος. Στη μηχανολογία, αυτό το κράμα δεν χρησιμοποιείται πολύ συχνά, επειδή είναι σκληρό, αλλά πολύ εύθραυστο. Επίσης, δεν προσφέρεται για μηχανική κατεργασία με διάφορα εργαλεία κοπής και ως εκ τούτου χρησιμοποιείται για χύτευση εξαρτημάτων που δεν απαιτούν επεξεργασία. Αν και αυτός ο τύπος χυτοσιδήρου επιτρέπει τη λείανση με λειαντικούς τροχούς. Το λευκό χυτοσίδηρο μπορεί να είναι είτε συνηθισμένο είτε κράμα. Σε αυτήν την περίπτωση, η συγκόλληση προκαλεί δυσκολίες, καθώς συνοδεύεται από το σχηματισμό διαφόρων ρωγμών κατά την ψύξη ή τη θέρμανση, καθώς και λόγω της ετερογένειας της δομής που σχηματίζεται στο σημείο συγκόλλησης.

Τα ανθεκτικά στη φθορά σίδερα από χυτά λαμβάνονται απόπρωτογενής κρυστάλλωση ενός υγρού κράματος με ταχεία ψύξη. Χρησιμοποιούνται συχνότερα για εργασία σε συνθήκες ξηρής τριβής (για παράδειγμα, τακάκια φρένων) ή για την παραγωγή εξαρτημάτων με αυξημένη αντοχή στη φθορά και τη θερμότητα (ρολά των ελαιοτριβείων).

Παρεμπιπτόντως, το λευκό χυτοσίδηρο πήρε το όνομά τουλόγω του γεγονότος ότι η εμφάνιση του θραύσματός του είναι μια ελαφριά κρυσταλλική, λαμπερή επιφάνεια. Η δομή αυτού του χυτοσιδήρου είναι ένας συνδυασμός ledeburite, περλίτη και δευτερεύον τσιμέντου. Εάν αυτός ο χυτοσίδηρος υποβάλλεται σε κράμα, τότε ο περλίτης μετατρέπεται σε τροροσίτης, ωστενίτης ή μαρτενσίτης.

Μισό χυτοσίδηρο

Η ταξινόμηση των χυτοσίδηρων θα είναι ελλιπής χωρίς να αναφερθεί αυτός ο τύπος μεταλλικού κράματος.

Ο καθορισμένος χυτοσίδηρος χαρακτηρίζεται από συνδυασμόευτηκτικό καρβίδιο και γραφίτης στη δομή του. Γενικά, η πλήρης δομή έχει ως εξής: γραφίτη, μαργαριτάρι, ledeburite. Εάν ο χυτοσίδηρος υποβάλλεται σε θερμική επεξεργασία ή κράμα, αυτό θα οδηγήσει στο σχηματισμό ωστενίτη, μαρτενσίτη ή οξικού τροροσίτη.

Αυτός ο τύπος χυτοσιδήρου είναι αρκετά εύθραυστος, επομένως η χρήση του είναι πολύ περιορισμένη. Το ίδιο το κράμα πήρε το όνομά του επειδή το σπάσιμο του είναι ένας συνδυασμός σκοτεινών και ελαφριών τμημάτων της κρυσταλλικής δομής.

Το πιο κοινό υλικό μηχανικής

Ο γκρίζος χυτοσίδηρος GOST 1412-85 περιέχει στη σύνθεσή του περίπου 3,5% άνθρακα, από 1,9 έως 2,5% πυρίτιο, έως 0,8% μαγγάνιο, έως 0,3% φωσφόρο και λιγότερο από 0,12% θείο.

Ο γραφίτης σε τέτοιο χυτοσίδηρο έχει σχήμα πλάκας. Αυτό δεν απαιτεί καμία ειδική τροποποίηση.

Οι πλάκες γραφίτη έχουν πολύ εξασθενημένηδράση και συνεπώς ο γκρίζος χυτοσίδηρος χαρακτηρίζεται από πολύ χαμηλή αντοχή σε κρούση και σχεδόν πλήρη απουσία σχετικής επιμήκυνσης (ο δείκτης είναι μικρότερος από 0,5%).

Το γκρι χυτοσίδηρο λειτουργεί καλά. Η δομή του κράματος μπορεί να έχει ως εξής:

• Φερρίτης-γραφίτης.
• Φερρίτης-περλίτης-γραφίτης.
• Περλίτης-γραφίτης.

Το γκρι χυτοσίδηρο λειτουργεί πολύ καλύτερα για συμπίεση,αντί για ένταση. Συγκολλάται επίσης αρκετά καλά, αλλά αυτό απαιτεί προθέρμανση και ειδικές ράβδοι από χυτοσίδηρο με υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο και άνθρακα θα πρέπει να χρησιμοποιούνται ως υλικό πλήρωσης. Χωρίς προθέρμανση, η συγκόλληση θα είναι δύσκολη, καθώς ο χυτοσίδηρος θα λευκανθεί στη ζώνη ραφής.

Από γκρίζο χυτοσίδηρο, παράγονται εξαρτήματα που λειτουργούν χωρίς αμορτισέρ (τροχαλίες, καλύμματα, κρεβάτια).

Ο χαρακτηρισμός αυτού του χυτοσιδήρου βασίζεται στην ακόλουθη αρχή: SCH 25-52. Δύο γράμματα δείχνουν ότι είναι γκρι χυτοσίδηρος, ο αριθμός 25 είναι ένας δείκτης της αντοχής σε εφελκυσμό (σε MPa ή kgf / mm²), ο αριθμός 52 είναι η απόλυτη δύναμη τη στιγμή της κάμψης.

Όλκιμος σίδηρος

Ο χυτοσίδηρος είναι ουσιαστικάδιαφέρει από τα άλλα «αδέρφια» του, καθώς περιέχει σφαιρικό γραφίτη. Λαμβάνεται με την εισαγωγή ειδικών τροποποιητών (Mg, Ce) στο υγρό κράμα. Ο αριθμός των εγκλεισμάτων γραφίτη και οι γραμμικές διαστάσεις τους μπορεί να διαφέρουν.

Γιατί είναι καλός ο οζώδης γραφίτης; Το γεγονός ότι αυτή η μορφή αποδυναμώνει ελάχιστα τη μεταλλική βάση, η οποία, με τη σειρά της, μπορεί να είναι περλίτης, φερριτικός ή περλίτης-φερριτικός.

Λόγω της χρήσης θερμικής επεξεργασίας ή κράματος, η βάση από χυτοσίδηρο μπορεί να είναι ακρυλικός-τροροσίτης, μαρτενσιτικός, ωστενιτικός.

Οι βαθμοί όλκιμου σιδήρου ποικίλλουν, αλλάΓενικά, ο χαρακτηρισμός του έχει ως εξής: HF 40-5. Είναι εύκολο να μαντέψετε ότι το VCh είναι ένας χυτοσίδηρος υψηλής αντοχής, ο αριθμός 40 είναι ένας δείκτης αντοχής σε εφελκυσμό (kgf / mm²), αριθμός 5 - σχετική επιμήκυνση, εκφραζόμενη ως ποσοστό.

Ελαστικός χυτοσίδηρος

Η δομή του όλκιμου σιδήρου είναι η παρουσία τουείναι γραφίτης σε νιφάδα ή σφαιρική μορφή. Ταυτόχρονα, ο λεπτός γραφίτης μπορεί να έχει διαφορετική διασπορά και συμπαγή, η οποία με τη σειρά της έχει άμεση επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες του χυτοσιδήρου.

Στη βιομηχανία, ο όλκιμος σίδηρος παράγεται συχνά με φερριτική βάση, η οποία παρέχει μεγαλύτερη ολκιμότητα.

Η εμφάνιση του σπασίματος του φερριτικού όλκιμου σιδήρου έχει μαύρη βελούδινη εμφάνιση. Όσο υψηλότερη είναι η ποσότητα του περλίτη στη δομή, τόσο πιο ελαφρύ θα γίνει το κάταγμα.

Γενικά, ο ελαστικός σίδηρος λαμβάνεται από χύτευση λευκού σιδήρου λόγω παρατεταμένου σιγοβράσματος σε κλιβάνους που θερμαίνονται σε θερμοκρασία 800-950 βαθμούς Κελσίου.

Σήμερα υπάρχουν δύο μέθοδοι κατασκευής όλκιμου σιδήρου: της Ευρώπης και της Αμερικής.

Η αμερικανική μέθοδος συνίσταται στην τήξη του κράματος στην άμμο σε θερμοκρασία 800-850 μοίρες. Σε αυτήν τη διαδικασία, ο γραφίτης βρίσκεται μεταξύ των κόκκων του καθαρότερου σιδήρου. Ως αποτέλεσμα, το χυτοσίδηρο γίνεται σκληρό.

Στην ευρωπαϊκή μέθοδο, τα χυτά εξασθενίζουν σε σίδερομετάλλευμα. Η θερμοκρασία είναι περίπου 850-950 βαθμούς Κελσίου. Ο άνθρακας μετατρέπεται σε σιδηρομετάλλευμα, λόγω του οποίου η επιφανειακή στιβάδα των χυτών αποστραγγίζεται και μαλακώνει. Ο χυτοσίδηρος γίνεται ελαστικός και ο πυρήνας παραμένει εύθραυστος.

Σήμανση ελαστικού σιδήρου: КЧ 40-6, όπου КЧ είναι, φυσικά, χυτοσίδηρος. 40 - δείκτης αντοχής σε εφελκυσμό. 6 - σχετική επιμήκυνση,%.

Άλλοι δείκτες

Όσον αφορά τη διαίρεση των χυτοσίδηρων με δύναμη, ισχύει η ακόλουθη ταξινόμηση εδώ:

• Τυπική ισχύς: σv έως 20 kg / mm².
• Αυξημένη αντοχή: σw = 20 - 38 kg / mm².
• Υψηλή αντοχή: σw = 40 kg / mm² και υψηλότερο.

Σύμφωνα με την ολκιμότητα τους, τα χυτά σίδερα χωρίζονται σε:

• Μη πλαστικό - επιμήκυνση μικρότερη από 1%.
• Χαμηλό πλαστικό - από 1% έως 5%.
• Πλαστικό - από 5% έως 10%.
• Αυξημένη πλαστικότητα - περισσότερο από 10%.

Εν κατακλείδι, θα ήθελα επίσης να σημειώσω ότι ακόμη και το σχήμα και η φύση της έκχυσης έχει μάλλον σημαντική επίδραση στις ιδιότητες οποιουδήποτε χυτοσιδήρου.