Danas gotovo da nema područja ljudskog života,gdje god se koristi lijevano željezo. Ovaj je materijal čovječanstvu poznat već dugo i pokazao se izvrsnim s praktičnog gledišta. Lijevanje od lijevanog željeza osnova je velike raznolikosti dijelova, sklopova i mehanizama, au nekim slučajevima čak i samodostatan proizvod sposoban za izvršavanje dodijeljenih mu funkcija. Stoga ćemo u ovom članku posvetiti najveću pažnju ovom spoju koji sadrži željezo. Također ćemo saznati koje su vrste lijevanog željeza, njihove fizikalne i kemijske karakteristike.
definicija
Lijevano željezo uistinu je jedinstvena legura željeza i ugljika, u kojoj je Fe više od 90%, a C ne više od 6,67%, ali ne manje od 2,14%. Također, ugljik može biti u lijevanom željezu u obliku cementita ili grafita.
Ugljik daje leguri dovoljno visoku tvrdoćumeđutim, istodobno smanjuje duktilnost i duktilnost. Stoga je lijevano željezo krhki materijal. Također, posebni aditivi dodaju se određenim vrstama lijevanog željeza koji spoju mogu dati određena svojstva. Elementi za legiranje mogu biti nikal, krom, vanadij, aluminij. Indeks gustoće lijevanog željeza iznosi 7200 kilograma po kubičnom metru. Iz čega možemo zaključiti da je težina lijevanog željeza pokazatelj koji se ne može nazvati malim.
Povijesna pozadina
Topljenje sirovog željeza čovjeku je odavno poznato. Prvo spominjanje legure datira iz šestog stoljeća prije Krista.
U Kini se u davna vremena dobivalo lijevano željezoprilično nisko talište. U Europi se lijevano željezo počelo proizvoditi oko 14. stoljeća, kada su se prvi put koristile visoke peći. U to se vrijeme takvo lijevanje željeza koristilo za proizvodnju oružja, granata i dijelova za izgradnju.
U Rusiji je aktivna proizvodnja sirovog željezazapočela u 16. stoljeću, a zatim se brzo proširila. Za vrijeme Petra I. Rusko je Carstvo moglo zaobići sve države svijeta u pogledu proizvodnje sirovog željeza, ali nakon stotinu godina ponovno je počelo gubiti tlo na tržištu crne metalurgije.
Za stvaranje je korišteno lijevanje željezomrazna umjetnička djela čak i u srednjem vijeku. Konkretno, u 10. stoljeću kineski su obrtnici izlili uistinu jedinstvenu figuru lava čija je težina prelazila 100 tona. Od 15. stoljeća u Njemačkoj, a zatim i u drugim zemljama, lijevanje lijevanim željezom postalo je široko rasprostranjeno. Od nje su izrađivane ograde, rešetke, skulpture u parku, vrtni namještaj, nadgrobni spomenici.
U posljednjim godinama 18. stoljeća lijevanje željezom koristilo se što je više moguće u ruskoj arhitekturi. A 19. stoljeće se općenito nazivalo "dobom lijevanog željeza", budući da se legura vrlo aktivno koristila u arhitekturi.
Značajke
Postoje razne vrste lijevanog željeza, ali prosjektočka topljenja ovog metalnog spoja je oko 1200 Celzijevih stupnjeva. Ta je brojka za 250-300 stupnjeva manja od one potrebne za taljenje čelika. Ova je razlika posljedica relativno visokog sadržaja ugljika, što dovodi do njegovih manje uskih veza s atomima željeza na molekularnoj razini.
U vrijeme topljenja i naknadne kristalizacijeugljik sadržan u lijevanom željezu nema vremena da u potpunosti prodre u molekularnu rešetku željeza, pa se stoga lijevano željezo pokazalo prilično krhkim. Stoga se ne koristi tamo gdje su prisutna stalna dinamička opterećenja. Ali istodobno je izvrstan za one dijelove koji imaju povećane zahtjeve za čvrstoćom.
Tehnologija proizvodnje
Sve vrste lijevanog željeza proizvode se u visokoj pećipećnice. Zapravo je sam postupak topljenja prilično naporan posao koji zahtijeva ozbiljna materijalna ulaganja. Za jednu tonu sirovog željeza potrebno je oko 550 kilograma koksa i gotovo tona vode. Količina rude koja se unosi u peć ovisit će o sadržaju željeza. Najčešće se koristi ruda u kojoj željezo nije manje od 70%. Niža koncentracija elementa je nepoželjna jer bi bila ekonomski nepovoljna za upotrebu.
Prva faza proizvodnje
Topljenje sirovog željeza je kako slijedi.Prije svega, u peć se ulijeva ruda, kao i koksni ugljen koji služi za ubrizgavanje i održavanje potrebne temperature unutar okna peći. Uz to, ti su proizvodi u procesu izgaranja aktivno uključeni u tekuće kemijske reakcije kao agensi za redukciju željeza.
Paralelno, tok se ispušta u peć, služeći kao katalizator. Pomaže stijenama da se brže tope, što pospješuje rano oslobađanje željeza.
Važno je napomenuti da se ruda prije punjenja u pećprolazi posebnu prethodnu obradu. Drobljen je u postrojenju za drobljenje (male čestice se brže tope). Zatim se pere kako bi se uklonile čestice bez metala. Nakon toga se sirovine ispaljuju, zbog toga se iz nje uklanjaju sumpor i drugi strani elementi.
Druga faza proizvodnje
U napunjenu i spremnu za upotrebu pećnicuprirodni plin se isporučuje putem posebnih plamenika. Koks zagrijava sirovinu. Tako se oslobađa ugljik, koji se kombinira s kisikom i stvara oksid. Taj oksid naknadno sudjeluje u redukciji željeza iz rude. Imajte na umu da se s povećanjem količine plina u peći brzina kemijske reakcije smanjuje, a kad se postigne određeni omjer, potpuno se zaustavlja.
Višak ugljika ulazi u talinu i ulazivezujući se željezom, na kraju tvoreći lijevano željezo. Svi oni elementi koji se nisu otopili završavaju na površini i na kraju se uklanjaju. Taj se otpad naziva troska. Također se može koristiti za izradu drugih materijala. Tako dobivene vrste sirovog željeza nazivaju se ljevaonica i sirovo željezo.
Diferencijacija
Suvremena klasifikacija lijevanog željeza predviđa podjelu tih slitina u sljedeće vrste:
- Bijela.
- Pola.
- Siva s lamelarnim grafitom.
- Nodularni grafit visoke čvrstoće.
- Kovan.
Pogledajmo svaku vrstu zasebno.
Bijeli lijev
Takvo je lijevano željezo ono koje imagotovo je sav ugljik kemijski vezan. U strojarstvu se ta legura ne koristi vrlo često, jer je tvrda, ali vrlo krhka. Također se ne podvrgava obradi raznim reznim alatima, pa se stoga koristi za lijevanje dijelova koji ne zahtijevaju nikakvu obradu. Iako ova vrsta lijevanog željeza omogućuje brušenje abrazivnim kotačićima. Bijelo lijevano željezo može biti ili obično ili legirano. U tom slučaju zavarivanje uzrokuje poteškoće, jer je popraćeno stvaranjem različitih pukotina tijekom hlađenja ili zagrijavanja, kao i zbog heterogenosti strukture nastale na mjestu zavarivanja.
Bijelo lijevano željezo otporno na habanje dobivaprimarna kristalizacija tekuće legure s brzim hlađenjem. Najčešće se koriste za rad u uvjetima suhog trenja (na primjer, kočione pločice) ili za proizvodnju dijelova s povećanom otpornošću na habanje i toplinu (valjci valjaonica).
Usput, bijeli lijev je dobio imezbog činjenice da je izgled njegova prijeloma lagana kristalna, blistava površina. Struktura ovog lijevanog željeza kombinacija je ledeburita, perlita i sekundarnog cementita. Ako se ovo lijevano željezo podvrgne legiranju, tada se perlit pretvara u troostit, austenit ili martenzit.
Pola lijevanog željeza
Klasifikacija lijevanog željeza bit će nepotpuna bez spominjanja ove vrste metalnih legura.
Navedeni lijev karakterizira kombinacijakarbidni eutektik i grafit u svojoj građi. Općenito, punopravna struktura je sljedeća: grafit, perlit, ledeburit. Ako je lijevano željezo podvrgnuto toplinskoj obradi ili legiranju, to će dovesti do stvaranja austenita, martenzita ili iglastog troostita.
Ova vrsta lijevanog željeza prilično je krhka, pa je njegova upotreba vrlo ograničena. Sama legura dobila je svoje ime jer je njezin prelom kombinacija tamnih i svijetlih područja kristalne strukture.
Najčešći inženjerski materijal
Sivi lijev GOST 1412-85 sadrži oko 3,5% ugljika, 1,9 do 2,5% silicija, do 0,8% mangana, do 0,3% fosfora i manje od 0,12% sumpora.
Grafit u takvom lijevu ima željezni oblik. To ne zahtijeva nikakve posebne preinake.
Grafitne ploče imaju jako slabljenjedjelovanja i stoga sivi lijev karakterizira vrlo niska čvrstoća na udar i gotovo potpuno odsustvo relativnog istezanja (pokazatelj je manji od 0,5%).
Sivi lijev dobro djeluje. Struktura legure može biti sljedeća:
- Ferit-grafit.
- Ferit-perlit-grafit.
- Perlit-grafit.
Sivi lijev djeluje puno bolje za kompresiju,a ne napetost. Također se prilično dobro zavaruje, ali to zahtijeva predgrijavanje, a kao materijal za punjenje trebaju se koristiti posebne šipke od lijevanog željeza s visokim udjelom silicija i ugljika. Bez predgrijavanja, zavarivanje će biti teško, jer će lijevano željezo izbjeljivati u zoni šava.
Od sivog lijeva proizvode se dijelovi koji rade u nedostatku udarnih opterećenja (remenice, poklopci, kreveti).
Oznaka ovog lijevanog željeza temelji se na sljedećem principu: SCh 25-52. Dva slova označavaju da je riječ o sivom lijevu, broj 25 je pokazatelj vlačne čvrstoće (u MPa ili kgf / mm2), broj 52 je krajnja čvrstoća u trenutku savijanja.
Nodularno željezo
Nodularno lijevano željezo u principurazlikuje se od ostale "braće" po tome što sadrži kuglasti grafit. Dobiva se uvođenjem posebnih modifikatora (Mg, Ce) u tekuću slitinu. Broj uključivanja grafita i njihove linearne dimenzije mogu biti različiti.
Zašto je nodularni grafit dobar? Činjenica da ovaj oblik minimalno slabi metalnu bazu, koja zauzvrat može biti perlitna, feritna ili perlitno-feritna.
Zbog primjene toplinske obrade ili legiranja, baza lijevanog željeza može biti ikularno-troostitna, martenzitna, austenitna.
Razine nodularnog željeza variraju, aliOpćenito, njegova je oznaka sljedeća: HF 40-5. Lako je pogoditi da je VCh lijevano željezo visoke čvrstoće, broj 40 je pokazatelj vlačne čvrstoće (kgf / mm2), broj 5 - relativno produljenje, izraženo u postocima.
Vrtljivo lijevano željezo
Struktura nodularnog željeza je prisutnostto je grafit u pahuljastom ili sferičnom obliku. Istodobno, ljuspiti grafit može imati različitu disperziju i kompaktnost, što zauzvrat ima izravan učinak na mehanička svojstva lijevanog željeza.
U industriji se kovano željezo često proizvodi s feritnom bazom, što osigurava veću duktilnost.
Izgled loma feritnog nodularnog željeza ima crni baršunasti izgled. Što je veća količina perlita u strukturi, prijelom će postati lakši.
Općenito, kovano željezo dobiva se iz odljevaka od bijelog željeza zbog dugotrajnog krčenja u pećima zagrijanim na temperaturu od 800-950 Celzijevih stupnjeva.
Danas postoje dvije metode izrade nodularnog željeza: europska i američka.
Američka metoda sastoji se u topljenju legure u pijesku na temperaturi od 800-850 stupnjeva. U tom se procesu grafit nalazi između zrna najčišćeg željeza. Kao rezultat, lijevano željezo postaje žilavo.
U europskoj metodi, odljevci su u gvožđurude. Temperatura je oko 850-950 Celzijevih stupnjeva. Ugljik se pretvara u željeznu rudu, zbog čega se površinski sloj odljevaka dekarburizira i omekšava. Lijevano željezo postaje kovano, a jezgra ostaje krhka.
Oznaka kovanog lijeva: KČ 40-6, gdje je KČ, naravno, kovko od lijevanog željeza; 40 - indeks vlačne čvrstoće; 6 - relativno istezanje,%.
Ostali pokazatelji
Što se tiče podjele lijevanog željeza po čvrstoći, ovdje se primjenjuje sljedeća klasifikacija:
- Tipična čvrstoća: σv do 20 kg / mm2.
- Povećana čvrstoća: σw = 20 - 38 kg / mm2.
- Velika čvrstoća: σw = 40 kg / mm2 i više.
Lijevano željezo se prema svojoj duktilnosti dijeli na:
- Neplastično - istezanje manje od 1%.
- Niska plastika - od 1% do 5%.
- Plastika - od 5% do 10%.
- Povećana plastičnost - više od 10%.
U zaključku bih također želio napomenuti da čak i oblik i priroda izlijevanja imaju prilično značajan utjecaj na svojstva bilo kojeg lijevanog željeza.
