Oggi non ci sono quasi aree della vita umana,ovunque venga utilizzata la ghisa. Questo materiale è noto all'umanità da molto tempo e si è dimostrato eccellente dal punto di vista pratico. La fusione in ghisa è alla base di una grande varietà di parti, assiemi e meccanismi, e in alcuni casi anche un prodotto autosufficiente in grado di svolgere le funzioni ad esso assegnate. Pertanto, in questo articolo presteremo molta attenzione a questo composto contenente ferro. Scopriremo anche quali sono i tipi di ghisa, le loro caratteristiche fisiche e chimiche.
definizione
La ghisa è una lega davvero unica di ferro e carbonio, in cui Fe è superiore al 90% e C non è superiore al 6,67%, ma non inferiore al 2,14%. Inoltre, il carbonio può essere in ghisa sotto forma di cementite o grafite.
Il carbonio conferisce alla lega una durezza sufficientemente elevata,tuttavia, allo stesso tempo, riduce la duttilità e la duttilità. Pertanto, la ghisa è un materiale fragile. Inoltre, vengono aggiunti additivi speciali a determinati gradi di ghisa, che sono in grado di conferire determinate proprietà al composto. Gli elementi di lega possono essere nichel, cromo, vanadio, alluminio. L'indice di densità della ghisa è di 7200 chilogrammi per metro cubo. Da cui possiamo concludere che il peso della ghisa è un indicatore che non può essere definito piccolo.
Sfondo storico
La fusione della ghisa è nota da tempo all'uomo. La prima menzione della lega risale al VI secolo a.C.
In Cina nell'antichità si ricavava la ghisapunto di fusione piuttosto basso. In Europa, la ghisa iniziò a essere prodotta intorno al XIV secolo, quando furono utilizzati per la prima volta gli altiforni. A quel tempo, tale fusione di ferro veniva utilizzata per la produzione di armi, proiettili e parti per la costruzione.
La produzione di ghisa è attiva in Russiainiziò nel XVI secolo e poi si espanse rapidamente. Durante il tempo di Pietro I, l'Impero russo è stato in grado di bypassare tutti gli stati del mondo in termini di produzione di ghisa, ma dopo cento anni ha iniziato a perdere nuovamente terreno nel mercato della metallurgia ferrosa.
La fusione del ferro è stata utilizzata per crearevarie opere d'arte anche nel medioevo. In particolare, nel X secolo, gli artigiani cinesi hanno lanciato una figura di leone davvero unica, il cui peso ha superato le 100 tonnellate. Dal XV secolo in Germania, e poi in altri paesi, si è diffusa la fusione della ghisa. Ne sono stati ricavati recinti, graticci, sculture di parchi, mobili da giardino, lapidi.
Negli ultimi anni del XVIII secolo, la fusione del ferro è stata utilizzata il più possibile nell'architettura russa. E il XIX secolo era generalmente chiamato "età della ghisa", poiché la lega era molto utilizzata in architettura.
lineamenti
Esistono vari tipi di ghisa, ma nella mediail punto di fusione di questo composto metallico è di circa 1200 gradi Celsius. Questa cifra è inferiore di 250-300 gradi rispetto a quella richiesta per la fusione dell'acciaio. Questa differenza è dovuta al contenuto di carbonio relativamente elevato, che porta ai suoi legami meno stretti con gli atomi di ferro a livello molecolare.
Al momento della fusione e successiva cristallizzazioneil carbonio contenuto nella ghisa non ha il tempo di penetrare completamente nel reticolo molecolare del ferro, e quindi la ghisa di conseguenza risulta essere piuttosto fragile. Pertanto, non viene utilizzato dove sono presenti carichi dinamici permanenti. Ma allo stesso tempo è eccellente per quelle parti che hanno maggiori requisiti di resistenza.
Tecnologia di produzione
Tutti i tipi di ghisa vengono prodotti in un altofornoforni. In realtà, il processo di fusione stesso è un'attività piuttosto laboriosa che richiede seri investimenti materiali. Una tonnellata di ghisa richiede circa 550 chilogrammi di coke e quasi una tonnellata di acqua. La quantità di minerale introdotta nel forno dipenderà dal contenuto di ferro. Minerale più utilizzato, in cui il ferro non è inferiore al 70%. Una concentrazione inferiore di un elemento è indesiderabile poiché sarebbe economicamente svantaggioso da usare.
Prima fase di produzione
La fusione della ghisa è la seguente.Prima di tutto, il minerale viene versato nel forno, così come i gradi di carbone da coke, che servono a pompare e mantenere la temperatura richiesta all'interno del pozzo del forno. Inoltre, questi prodotti nel processo di combustione sono attivamente coinvolti nelle reazioni chimiche in corso come agenti riducenti del ferro.
In parallelo, il flusso viene scaricato nel forno, che funge da catalizzatore. Aiuta le rocce a sciogliersi più velocemente, il che favorisce il rilascio precoce di ferro.
È importante notare che il minerale prima di caricarlo nella fornacesubisce una lavorazione preliminare speciale. Viene frantumato in un impianto di frantumazione (piccole particelle si sciolgono più velocemente). Viene quindi lavato per rimuovere le particelle prive di metallo. Successivamente, le materie prime vengono cotte, a causa di ciò, lo zolfo e altri elementi estranei vengono rimossi da esso.
Seconda fase di produzione
In un forno carico e pronto per l'usoil gas naturale è fornito tramite bruciatori speciali. La coca cola riscalda la materia prima. Questo rilascia carbonio, che si combina con l'ossigeno per formare un ossido. Questo ossido partecipa successivamente alla riduzione del ferro dal minerale. Si noti che con un aumento della quantità di gas nel forno, la velocità della reazione chimica diminuisce e quando viene raggiunto un certo rapporto, si ferma del tutto.
Il carbonio in eccesso entra nella fusione ed entraincollaggio con ferro, eventualmente formando ghisa. Tutti quegli elementi che non si sono sciolti finiscono in superficie e alla fine vengono rimossi. Questo rifiuto è chiamato scorie. Può anche essere utilizzato per realizzare altri materiali. I tipi di ghisa ottenuta in questo modo sono chiamati fonderia e ghisa.
Differenziazione
La moderna classificazione delle ghise prevede la suddivisione di queste leghe nelle seguenti tipologie:
- Bianca.
- Metà.
- Grigio con grafite lamellare.
- Grafite nodulare ad alta resistenza.
- Malleabile.
Diamo un'occhiata a ciascuna specie separatamente.
Ghisa bianca
Tale ghisa è quella che hapraticamente tutto il carbonio è legato chimicamente. Nell'ingegneria meccanica, questa lega non viene utilizzata molto spesso, perché è dura, ma molto fragile. Inoltre non si presta a lavorazioni con vari utensili da taglio, quindi viene utilizzato per fondere particolari che non necessitano di alcuna lavorazione. Anche questo tipo di ghisa consente la molatura con mole abrasive. La ghisa bianca può essere ordinaria o legata. In questo caso, la saldatura provoca difficoltà, poiché è accompagnata dalla formazione di varie fessure durante il raffreddamento o il riscaldamento, nonché a causa dell'eterogeneità della struttura formata nel punto di saldatura.
Si ottengono ghise bianche resistenti all'usuracristallizzazione primaria di una lega liquida durante il raffreddamento rapido. Sono spesso utilizzati per lavori in condizioni di attrito a secco (ad esempio pastiglie dei freni) o per la produzione di parti con maggiore resistenza all'usura e al calore (rulli di laminatoi).
A proposito, la ghisa bianca ha preso il nomea causa del fatto che l'aspetto della sua frattura è una leggera superficie cristallina e radiante. La struttura di questa ghisa è una combinazione di ledeburite, perlite e cementite secondaria. Se questa ghisa viene sottoposta a lega, la perlite viene trasformata in troostite, austenite o martensite.
Mezza ghisa
La classificazione delle ghise sarà incompleta senza menzionare questo tipo di lega metallica.
La ghisa specificata è caratterizzata da una combinazioneeutettico al carburo e grafite nella sua struttura. In generale, la struttura a tutti gli effetti è la seguente: grafite, perlite, ledeburite. Se la ghisa viene sottoposta a trattamento termico o legante, questo porterà alla formazione di austenite, martensite o troostite aciculare.
Questo tipo di ghisa è piuttosto fragile, quindi il suo utilizzo è molto limitato. La lega stessa ha preso il nome perché la sua rottura è una combinazione di sezioni scure e chiare della struttura cristallina.
Il materiale di ingegneria più comune
La ghisa grigia GOST 1412-85 contiene nella sua composizione circa il 3,5% di carbonio, dall'1,9 al 2,5% di silicio, fino allo 0,8% di manganese, fino allo 0,3% di fosforo e meno dello 0,12% di zolfo.
La grafite in tale ghisa ha una forma lamellare. Ciò non richiede alcuna modifica speciale.
Le lastre di grafite hanno un forte indebolimentoazione e quindi la ghisa grigia è caratterizzata da una bassissima resistenza all'urto e da una pressoché totale assenza di allungamento relativo (l'indicatore è inferiore allo 0,5%).
La ghisa grigia funziona bene. La struttura della lega può essere la seguente:
- Ferrite-grafite.
- Ferrite-perlite-grafite.
- Grafite perlite.
La ghisa grigia funziona molto meglio per la compressione,piuttosto che tensione. Salda anche abbastanza bene, ma questo richiede il preriscaldamento e come materiale di riempimento dovrebbero essere utilizzate barre di ghisa speciali con un alto contenuto di silicio e carbonio. Senza preriscaldamento, la saldatura sarà difficile, poiché la ghisa sbiancherà nella zona della cucitura.
Dalla ghisa grigia si producono parti che funzionano in assenza di carichi d'urto (pulegge, coperture, letti).
La designazione di questa ghisa si basa sul seguente principio: SCh 25-52. Due lettere indicano che si tratta di ghisa grigia, il numero 25 è un indicatore della resistenza alla trazione (in MPa o kgf / mm2), il numero 52 è l'ultima forza al momento della flessione.
Ferro duttile
Ghisa nodulare in linea di principiosi differenzia dagli altri "fratelli" in quanto contiene grafite sferica. Si ottiene introducendo nella lega liquida speciali modificatori (Mg, Ce). Il numero di inclusioni di grafite e le loro dimensioni lineari possono essere differenti.
Perché la grafite nodulare è buona? Il fatto che questa forma indebolisca minimamente la base metallica, che a sua volta può essere perlite, ferritica o perlite-ferritica.
A causa dell'utilizzo di trattamenti termici o leganti, la base in ghisa può essere aciculare-troostite, martensitica, austenitica.
I gradi di ferro duttile variano, maIn generale, la sua designazione è la seguente: HF 40-5. È facile intuire che VCh è una ghisa ad alta resistenza, il numero 40 è un indicatore della resistenza alla trazione (kgf / mm2), numero 5 - allungamento relativo, espresso in percentuale.
Ghisa malleabile
La struttura del ferro duttile è la presenza diè grafite in forma traballante o sferica. Allo stesso tempo, la grafite traballante può avere dispersione e compattezza diverse, che, a loro volta, hanno un effetto diretto sulle proprietà meccaniche della ghisa.
Nell'industria, la ghisa malleabile viene spesso prodotta con una base ferritica, che fornisce una maggiore duttilità.
L'aspetto della frattura del ferro duttile ferritico ha un aspetto vellutato nero. Maggiore è la quantità di perlite nella struttura, più leggera diventerà la frattura.
In generale, la ghisa malleabile si ottiene da fusioni di ghisa bianca a causa del prolungato ammollo in forni riscaldati a una temperatura di 800-950 gradi Celsius.
Oggi ci sono due metodi per produrre ghisa sferoidale: europea e americana.
Il metodo americano consiste nel fondere la lega nella sabbia ad una temperatura di 800-850 gradi. In questo processo, la grafite si trova tra i grani del ferro più puro. Di conseguenza, la ghisa diventa dura.
Nel metodo europeo, i getti languiscono in un ferrominerale. La temperatura è di circa 850-950 gradi Celsius. Il carbonio viene convertito in minerale di ferro, grazie al quale lo strato superficiale dei getti viene decarburato e diventa morbido. La ghisa diventa malleabile e il nucleo rimane fragile.
Marcatura in ghisa malleabile: KCH 40-6, dove KCH è, ovviamente, ghisa malleabile; 40 - indice di resistenza alla trazione; 6 - allungamento relativo,%.
Altri indicatori
Per quanto riguarda la divisione delle ghise in base alla forza, qui si applica la seguente classificazione:
- Resistenza tipica: σv fino a 20 kg / mm2.
- Resistenza aumentata: σw = 20-38 kg / mm2.
- Elevata resistenza: σw = 40 kg / mm2 e più in alto.
In base alla loro duttilità, le ghise si suddividono in:
- Non in plastica: allungamento inferiore all'1%.
- Basso contenuto di plastica - dall'1% al 5%.
- Plastica: dal 5% al 10%.
- Aumento della plasticità - oltre il 10%.
In conclusione, vorrei anche sottolineare che anche la forma e la natura della colata ha un effetto piuttosto significativo sulle proprietà di qualsiasi ghisa.
