Tegenwoordig zijn er bijna geen gebieden van het menselijk leven,overal waar gietijzer wordt gebruikt. Dit materiaal is al heel lang bekend bij de mensheid en heeft zich praktisch gezien uitstekend bewezen. Gieten van ijzer vormt de basis van een grote verscheidenheid aan onderdelen, assemblages en mechanismen, en in sommige gevallen zelfs een zelfvoorzienend product dat in staat is de functies uit te voeren die eraan zijn toegewezen. Daarom zullen we in dit artikel veel aandacht besteden aan deze ijzerhoudende verbinding. We zullen ook ontdekken welke soorten gietijzer zijn, hun fysische en chemische eigenschappen.
definitie
Gietijzer is een werkelijk unieke legering van ijzer en koolstof, waarin Fe meer dan 90% is en C niet meer dan 6,67%, maar niet minder dan 2,14%. Koolstof kan ook in gietijzer zijn in de vorm van cementiet of grafiet.
Carbon geeft de legering een voldoende hoge hardheid,maar tegelijkertijd vermindert het de ductiliteit en ductiliteit. Daarom is gietijzer een broos materiaal. Er worden ook speciale additieven toegevoegd aan bepaalde soorten gietijzer, die in staat zijn om bepaalde eigenschappen aan de verbinding te verlenen. De legeringselementen kunnen nikkel, chroom, vanadium, aluminium zijn. De dichtheidsindex van gietijzer is 7200 kilogram per kubieke meter. Waaruit we kunnen concluderen dat het gewicht van gietijzer een indicator is die niet klein genoemd kan worden.
Historische achtergrond
Het smelten van ruwijzer is al lang bekend bij de mens. De eerste vermelding van de legering dateert uit de zesde eeuw voor Christus.
In China werd in de oudheid gietijzer gewonnenvrij laag smeltpunt. In Europa begon de productie van gietijzer rond de 14e eeuw, toen hoogovens voor het eerst werden gebruikt. In die tijd werd dergelijk gietijzer gebruikt voor de productie van wapens, granaten en onderdelen voor de bouw.
De ruwijzerproductie is actief in Ruslandbegon in de 16e eeuw en breidde daarna snel uit. In de tijd van Peter I was het Russische rijk in staat om alle staten van de wereld te omzeilen in termen van ruwijzerproductie, maar na honderd jaar begon het opnieuw terrein te verliezen op de ferrometallurgiemarkt.
IJzergieten werd gebruikt om te creërenverschillende kunstwerken, zelfs in de middeleeuwen. Met name in de 10e eeuw wierpen Chinese ambachtslieden een werkelijk unieke leeuwfiguur, waarvan het gewicht meer dan 100 ton bedroeg. Sinds de 15e eeuw is het gieten van gietijzer in Duitsland en daarna in andere landen wijdverbreid. Er werden hekken, hekjes, parksculpturen, tuinmeubelen, grafstenen van gemaakt.
In de laatste jaren van de 18e eeuw was het gieten van ijzer het meest betrokken bij de architectuur van Rusland. En de 19e eeuw werd over het algemeen het "gietijzertijdperk" genoemd, aangezien de legering zeer actief werd gebruikt in de architectuur.
kenmerken
Er zijn verschillende soorten gietijzer, maar de gemiddeldehet smeltpunt van deze metallische verbinding is ongeveer 1200 graden Celsius. Dit cijfer is 250-300 graden minder dan vereist voor het smelten van staal. Dit verschil is te wijten aan het relatief hoge koolstofgehalte, wat leidt tot minder hechte bindingen met ijzeratomen op moleculair niveau.
Op het moment van smelten en daaropvolgende kristallisatiede koolstof in gietijzer heeft geen tijd om volledig door te dringen in het moleculaire rooster van ijzer, en daarom blijkt gietijzer nogal bros te zijn. Daarom wordt het niet gebruikt waar permanente dynamische belastingen aanwezig zijn. Maar tegelijkertijd is het uitstekend geschikt voor die onderdelen die hogere eisen stellen aan sterkte.
Productie technologie
Alle soorten gietijzer worden geproduceerd in een hoogovenovens. Het smeltproces zelf is eigenlijk een nogal arbeidsintensieve activiteit die serieuze materiële investeringen vereist. Voor een ton ruwijzer is ongeveer 550 kilo cokes en bijna een ton water nodig. De hoeveelheid erts die in de oven wordt gevoerd, is afhankelijk van het ijzergehalte. Meestal gebruikt erts, waarin ijzer niet minder dan 70% is. Een lagere concentratie van een element is ongewenst aangezien het gebruik economisch nadelig zou zijn.
Eerste productiefase
Het smelten van ruwijzer is als volgt.Allereerst wordt erts in de oven gegoten, evenals cokeskolen, die dienen om de vereiste temperatuur in de ovenas te injecteren en te behouden. Bovendien nemen deze producten in het verbrandingsproces actief deel aan de voortdurende chemische reacties als ijzerreducerende middelen.
Parallel hieraan wordt flux in de oven afgevoerd, die als katalysator dient. Het helpt de rotsen sneller te smelten, wat de vroege afgifte van ijzer bevordert.
Het is belangrijk op te merken dat het erts voordat het in de oven wordt geladenondergaat een speciale voorbewerking. Het wordt vermalen in een breekinstallatie (kleine deeltjes smelten sneller). Het wordt vervolgens gewassen om metaalvrije deeltjes te verwijderen. Daarna wordt de grondstof gebakken, waardoor zwavel en andere vreemde elementen eruit worden verwijderd.
Tweede productiefase
In een geladen en klaar voor gebruik ovenaardgas wordt aangevoerd via speciale branders. De cokes verwarmt de grondstof. Hierdoor komt koolstof vrij, dat zich met zuurstof combineert om een oxide te vormen. Dit oxide neemt vervolgens deel aan de reductie van ijzer uit het erts. Merk op dat naarmate de hoeveelheid gas in de oven toeneemt, de snelheid van de chemische reactie afneemt en wanneer een bepaalde verhouding wordt bereikt, deze helemaal stopt.
Overtollige koolstof komt in de smelt en komt binnenhechting met ijzer, uiteindelijk gietijzer vormen. Al die elementen die niet zijn gesmolten komen op het oppervlak terecht en worden uiteindelijk verwijderd. Dit afval wordt slakken genoemd. Het kan ook worden gebruikt om andere materialen te maken. De soorten ruwijzer die op deze manier worden verkregen, worden gieterij en ruwijzer genoemd.
Differentiatie
De moderne classificatie van gietijzer voorziet in de onderverdeling van deze legeringen in de volgende typen:
- Wit.
- Voor de helft.
- Grijs met lamellair grafiet.
- Zeer sterk sferoïdaal grafiet.
- Buigzaam.
Laten we elke soort afzonderlijk bekijken.
Wit gietijzer
Zo'n gietijzer is degene die heeftvrijwel alle koolstof is chemisch gebonden. In de machinebouw wordt deze legering niet vaak gebruikt, omdat hij hard, maar erg bros is. Het leent zich ook niet voor bewerking met verschillende snijgereedschappen en wordt daarom gebruikt voor het gieten van onderdelen die geen bewerking behoeven. Hoewel dit type gietijzer slijpen met slijpschijven mogelijk maakt. Wit gietijzer kan zowel gewoon als gelegeerd zijn. In dit geval veroorzaakt lassen moeilijkheden, omdat het gepaard gaat met de vorming van verschillende scheuren tijdens het koelen of verwarmen, evenals vanwege de heterogeniteit van de structuur die op het laspunt wordt gevormd.
Slijtvaste witte gietijzers worden verkregen doorprimaire kristallisatie van een vloeibare legering met snelle afkoeling. Ze worden meestal gebruikt voor werk onder droge wrijvingsomstandigheden (bijvoorbeeld remblokken) of voor de productie van onderdelen met verhoogde slijtage- en hittebestendigheid (rollen van walserijen).
Trouwens, wit gietijzer kreeg zijn naamvanwege het feit dat het uiterlijk van de breuk een licht kristallijn, stralend oppervlak is. De structuur van dit gietijzer is een combinatie van ledeburiet, perliet en secundair cementiet. Als dit gietijzer aan legeringen wordt onderworpen, wordt perliet omgezet in troostiet, austeniet of martensiet.
Half gietijzer
De classificatie van gietijzer zal onvolledig zijn zonder vermelding van dit type metaallegering.
Het gespecificeerde gietijzer kenmerkt zich door een combinatiecarbide eutecticum en grafiet in zijn structuur. Over het algemeen is de volwaardige structuur als volgt: grafiet, perliet, ledeburiet. Als gietijzer wordt onderworpen aan warmtebehandeling of legering, zal dit leiden tot de vorming van austeniet, martensiet of naaldvormig troostiet.
Dit type gietijzer is vrij kwetsbaar, dus het gebruik ervan is zeer beperkt. De legering zelf kreeg zijn naam omdat de breuk een combinatie is van donkere en lichte delen van de kristalstructuur.
Het meest voorkomende technische materiaal
Grijs gietijzer GOST 1412-85 bevat in zijn samenstelling ongeveer 3,5% koolstof, 1,9 tot 2,5% silicium, tot 0,8% mangaan, tot 0,3% fosfor en minder dan 0,12% zwavel.
Grafiet in dergelijk gietijzer heeft een lamellaire vorm. Dit vereist geen speciale wijziging.
Grafietplaten hebben een sterke verzwakkingactie en daarom wordt grijs gietijzer gekenmerkt door een zeer lage slagvastheid en een vrijwel volledige afwezigheid van relatieve rek (de indicator is minder dan 0,5%).
Grijs gietijzer werkt goed. De legeringsstructuur kan als volgt zijn:
- Ferriet-grafiet.
- Ferriet-perliet-grafiet.
- Perliet-grafiet.
Grijs gietijzer werkt veel beter voor compressie,in plaats van spanning. Het las ook redelijk goed, maar dit vereist voorverwarmen, en speciale gietijzeren staven met een hoog silicium- en koolstofgehalte moeten als vulmateriaal worden gebruikt. Zonder voorverwarmen zal lassen moeilijk zijn, omdat het gietijzer in het naadgebied wordt gebleekt.
Van grijs gietijzer worden onderdelen geproduceerd die werken bij afwezigheid van schokbelastingen (katrollen, hoezen, bedden).
De aanduiding van dit gietijzer is gebaseerd op het volgende principe: SCH 25-52. Twee letters geven aan dat het om grijs gietijzer gaat, het cijfer 25 is een indicator voor de treksterkte (in MPa of kgf / mm2), nummer 52 is de ultieme sterkte op het moment van buigen.
Nodulair gietijzer
Nodulair gietijzer is fundamenteelverschilt van zijn andere "broers" doordat het bolvormig grafiet bevat. Het wordt verkregen door speciale modificatoren (Mg, Ce) in de vloeibare legering te brengen. Het aantal grafietinsluitsels en hun lineaire afmetingen kan verschillen.
Waarom is nodulair grafiet goed? Het feit dat deze vorm de metalen basis minimaal verzwakt, die op zijn beurt perliet, ferritisch of perliet-ferritisch kan zijn.
Door het gebruik van warmtebehandeling of legering kan de gietijzeren basis naaldvormig-troostiet, martensitisch, austenitisch zijn.
Nodulair gietijzeren kwaliteiten variëren, maarOver het algemeen is de aanduiding als volgt: HF 40-5. Het is gemakkelijk te raden dat VCh een gietijzer met hoge sterkte is, het getal 40 is een indicator voor de treksterkte (kgf / mm2), nummer 5 - relatieve verlenging, uitgedrukt als een percentage.
Smeedbaar gietijzer
De structuur van nodulair gietijzer is de aanwezigheid vanhet is grafiet in schilferige of bolvormige vorm. Tegelijkertijd kan vlokkig grafiet een verschillende dispersie en compactheid hebben, wat op zijn beurt een direct effect heeft op de mechanische eigenschappen van gietijzer.
In de industrie wordt nodulair gietijzer vaak geproduceerd met een ferritische basis, wat zorgt voor een grotere vervormbaarheid.
Het uiterlijk van de breuk van ferritisch nodulair gietijzer heeft een zwart fluweelachtig uiterlijk. Hoe groter de hoeveelheid perliet in de structuur, hoe lichter de breuk zal worden.
Over het algemeen wordt smeedbaar ijzer verkregen uit gietstukken van wit ijzer door langdurig sudderen in ovens die zijn verwarmd tot een temperatuur van 800-950 graden Celsius.
Tegenwoordig zijn er twee methoden om nodulair gietijzer te maken: Europees en Amerikaans.
De Amerikaanse methode bestaat erin de legering in zand te smelten bij een temperatuur van 800-850 graden. Bij dit proces bevindt grafiet zich tussen de korrels van het zuiverste ijzer. Als resultaat wordt het gietijzer stroperig.
In de Europese methode worden gietstukken wegkwijnend in een strijkijzererts. De temperatuur is ongeveer 850-950 graden Celsius. Koolstof wordt omgezet in ijzererts, waardoor de oppervlaktelaag van de gietstukken wordt ontkolen en verzacht. Het gietijzer wordt smeedbaar en de kern blijft bros.
Markering smeedbaar gietijzer: KCH 40-6, waarbij KCH natuurlijk smeedbaar gietijzer is; 40 - treksterkte-index; 6 - relatieve verlenging,%.
Andere indicatoren
Wat betreft de verdeling van gietijzer naar sterkte, is hier de volgende classificatie van toepassing:
- Typische sterkte: σv tot 20 kg / mm2.
- Verhoogde sterkte: σw = 20 - 38 kg / mm2.
- Hoge sterkte: σw = 40 kg / mm2 en hoger.
Volgens hun vervormbaarheid zijn gietijzers onderverdeeld in:
- Niet-ductiel - minder dan 1% rek.
- Laag plastic - van 1% tot 5%.
- Plastic - van 5% tot 10%.
- Verhoogde plasticiteit - meer dan 10%.
Tot slot zou ik ook willen opmerken dat zelfs de vorm en aard van het gieten een vrij significant effect heeft op de eigenschappen van elk gietijzer.
