Typer støpejern, klassifisering, sammensetning, egenskaper, merking og bruk

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 10:37

I dag er det nesten ikke noe område av menneskelivet der støpejern ikke brukes. Dette materialet har vært kjent for menneskeheten i ganske lang tid og har vist seg utmerket fra et praktisk synspunkt. Støpejern er grunnlaget for et stort utvalg av deler, sammenstillinger og mekanismer, og i noen tilfeller til og med et selvforsynt produkt som er i stand til å utføre funksjonene som er tildelt det. Derfor vil vi i denne artikkelen følge nøye med på denne jernholdige forbindelsen. Vi vil også finne ut hva slags støpejern er, deres fysiske og kjemiske egenskaper.

Definition

Støpejern er en virkelig unik legering av jern og karbon, der Fe er mer enn 90 %, og C er ikke mer enn 6,67 %, men ikke mindre enn 2,14 %. Dessuten kan karbon finnes i støpejern i form av sementitt eller grafitt.

Karbon gir legeringen en tilstrekkelig høy hardhet, men samtidig reduserer det formbarhet og duktilitet. Som et resultat er støpejern et sprøtt materiale. Dessuten tilsettes spesielle tilsetningsstoffer til visse kvaliteter av støpejern, som kan gi forbindelsen visse egenskaper. Rollen til legeringselementer kan være: nikkel, krom, vanadium, aluminium. Tetthetsindeksen til støpejern er 7200 kilo per kubikkmeter. Som det kan konkluderes med atvekten av støpejern er en indikator som ikke kan kalles liten.

Historisk bakgrunn

Smeltejern har lenge vært kjent for mennesket. Den første omtalen av legeringen dateres tilbake til det sjette århundre f. Kr.

I gamle tider produserte Kina støpejern med et ganske lavt smeltepunkt. Støpejern begynte å bli produsert i Europa rundt 1300-tallet, da masovner først ble brukt. På den tiden ble slik jernstøping brukt til produksjon av våpen, granater, konstruksjonsdeler.

I Russland startet produksjonen av støpejern aktivt på 1500-tallet og ekspanderte deretter raskt. I løpet av Peter I's tid var det russiske imperiet i stand til å omgå alle verdens land når det gjelder jernproduksjon, men hundre år senere begynte det å tape terreng igjen i markedet for jernmetallurgi.

Støpejern har blitt brukt til å lage en rekke kunstverk siden middelalderen. Spesielt på 1000-tallet støpte kinesiske mestere en virkelig unik figur av en løve, hvis vekt oversteg 100 tonn. Fra 1400-tallet i Tyskland, og etter det i andre land, ble støpejernsstøping utbredt. Det ble laget gjerder, gitter, parkskulpturer, hagemøbler, gravsteiner.

I de siste årene av 1700-tallet var jernstøping mest involvert i Russlands arkitektur. Og 1800-tallet ble generelt k alt "støpejernsalderen", siden legeringen ble veldig aktivt brukt i arkitekturen.

Funksjoner

Det finnes forskjellige typerstøpejern er imidlertid gjennomsnittlig smeltepunkt for denne metallforbindelsen omtrent 1200 grader Celsius. Dette tallet er 250-300 grader mindre enn nødvendig for stålproduksjon. Denne forskjellen er assosiert med et ganske høyt karboninnhold, som fører til mindre nære bindinger med jernatomer på molekylnivå.

På tidspunktet for smelting og påfølgende krystallisering har ikke karbonet i støpejern tid til å trenge helt inn i det molekylære gitteret til jern, og derfor viser det seg etter hvert å være ganske sprøtt. I denne forbindelse brukes den ikke der det er konstante dynamiske belastninger. Men samtidig er den utmerket for de delene som har økte krav til styrke.

Produksjonsteknologi

Absolutt alle typer støpejern produseres i en masovn. Egentlig er selve smelteprosessen en ganske arbeidskrevende aktivitet som krever alvorlige materielle investeringer. Ett tonn råjern krever omtrent 550 kilo koks og nesten et tonn vann. Mengden malm som lastes inn i ovnen vil avhenge av jerninnholdet. Oftest brukes malm, hvor jern er minst 70%. En lavere konsentrasjon av grunnstoffet er uønsket, siden det ville være uøkonomisk å bruke det.

Første sceneproduksjon

Smeltejern er som følger. Først av alt helles malm i ovnen, så vel som kokskullkvaliteter, som tjener til å sette under trykk og opprettholde den nødvendige temperaturen inne i ovnsakselen. I tillegg er disse produktene under forbrenningsprosessen aktivt involvert i de pågående kjemiske reaksjonene irollen til jernreduserende midler.

Samtidig lastes en flussmiddel inn i ovnen, som fungerer som en katalysator. Det hjelper bergartene til å smelte raskere, noe som fremmer frigjøring av jern.

Det er viktig å merke seg at malmen gjennomgår en spesiell forbehandling før den lastes inn i ovnen. Det knuses i et pukkverk (små partikler smelter raskere). Den vaskes deretter for å fjerne metallfrie partikler. Etter det brennes råstoffet, på grunn av dette fjernes svovel og andre fremmedelementer fra det.

Andre produksjonstrinn

Naturgass tilføres ovnen lastet og klar til drift gjennom spesielle brennere. Koksen varmer opp råvaren. I dette tilfellet frigjøres karbon, som kombineres med oksygen og danner et oksid. Dette oksidet tar deretter del i utvinningen av jern fra malmen. Merk at med en økning i mengden gass i ovnen, avtar hastigheten på den kjemiske reaksjonen, og når et visst forhold er nådd, stopper den helt.

Overflødig karbon trenger inn i smelten og går sammen med jernet, og danner til slutt støpejern. Alle de elementene som ikke har smeltet er på overflaten og blir til slutt fjernet. Dette avfallet kalles slagg. Den kan også brukes til å produsere andre materialer. Typer støpejern oppnådd på denne måten kalles støperi og råjern.

Differensiation

Den moderne klassifiseringen av støpejern sørger for inndeling av disse legeringene i følgende typer:

• White.
• Halv.
• Grå med flakgrafitt.
• Nodulær grafitt med høy styrke.
• duktil.

La oss se på hver enkelt separat.

Hvitt støpejern

Dette støpejernet er det der nesten alt karbonet er kjemisk bundet. I maskinteknikk brukes ikke denne legeringen veldig ofte, fordi den er hard, men veldig sprø. Den kan heller ikke bearbeides med forskjellige skjæreverktøy, og brukes derfor til å støpe deler som ikke krever noen behandling. Selv om denne typen støpejern tillater sliping med slipeskiver. Hvitt støpejern kan være både vanlig og legert. Samtidig forårsaker sveising det vanskeligheter, siden det er ledsaget av dannelsen av forskjellige sprekker under kjøling eller oppvarming, og også på grunn av heterogeniteten til strukturen som dannes ved sveisepunktet.

Hvite slitesterke støpejern oppnås ved primær krystallisering av en flytende legering under hurtig avkjøling. De er mest brukt for tørrfriksjonsapplikasjoner (f.eks. bremseklosser) eller for produksjon av deler med økt slitasje- og varmebestandighet (valseverksvalser).

Hvitt støpejern har forresten fått navnet sitt på grunn av at utseendet til bruddet er en lyskrystallinsk, strålende overflate. Strukturen til dette støpejernet er en kombinasjon av ledeburitt, perlitt og sekundær sementitt. Hvis dette støpejernet er legert, blir perlitt omdannet tiltroostitt, austenitt eller martensitt.

Halvt støpejern

Klassifiseringen av støpejern ville være ufullstendig uten å nevne denne varianten av metalllegeringer.

Dette støpejernet er preget av en kombinasjon av karbid-eutektikk og grafitt i sin struktur. Generelt har den fullverdige strukturen følgende form: grafitt, perlitt, ledeburitt. Hvis støpejernet utsettes for varmebehandling eller legering, vil dette føre til dannelse av austenitt, martensitt eller nåleformet troostitt.

Denne typen støpejern er ganske sprø, så bruken er svært begrenset. Selve legeringen har fått navnet sitt fordi bruddet er en kombinasjon av mørke og lyse områder av den krystallinske strukturen.

Det vanligste ingeniørmaterialet

Grått støpejern GOST 1412-85 inneholder ca. 3,5 % karbon, fra 1,9 til 2,5 % silisium, opptil 0,8 % mangan, opptil 0,3 % fosfor og mindre enn 0, 12 % svovel.

Grafitt i slikt støpejern har en lamellform. Det krever ingen spesielle endringer.

Grafittplater har en sterk svekkelseseffekt og derfor er grått støpejern preget av svært lav slagstyrke og nesten fullstendig fravær av forlengelse (mindre enn 0,5%).

Grå støpejern er godt bearbeidet. Legeringsstrukturen kan være som følger:

• Ferritt-grafitt.
• ferritt-perlitt-grafitt.
• Perlite-grafitt.

Gråt støpejern fungerer mye bedre i kompresjon enn i strekk. Han ogsåsveiser ganske bra, men dette krever forvarming, og spesielle støpejernsstenger med høyt innhold av silisium og karbon bør brukes som fyllmateriale. Uten forvarming vil sveising være vanskelig fordi støpejernet vil bleke i sveiseområdet.

Gråt støpejern brukes til å produsere deler som fungerer uten støtbelastning (remskiver, deksler, senger).

Betegnelsen på dette støpejernet skjer etter følgende prinsipp: SCH 25-52. To bokstaver indikerer at dette er grått støpejern, tallet 25 er en indikator på strekkfastheten (i MPa eller kgf / mm 2), tallet 52 er strekkfastheten for øyeblikket av bøying.

Seigjern

Nodulært støpejern er fundament alt forskjellig fra sine andre "brødre" ved at det inneholder nodulær grafitt. Det oppnås ved å introdusere spesielle modifiseringsmidler (Mg, Ce) i den flytende legeringen. Antall grafittinneslutninger og deres lineære dimensjoner kan være forskjellige.

Hva er bra med sfæroidal grafitt? Det faktum at en slik form svekker minim alt metallbasen, som igjen kan være perlittisk, ferritisk eller perlittisk-ferritisk.

På grunn av bruk av varmebehandling eller legering, kan støpejernsbasen være nål-troostitt, martensittisk, austenittisk.

Grader av seigjern er forskjellige, men generelt sett er betegnelsen som følger: VCh 40-5. Det er lett å gjette at HF er høyfast støpejern, tallet 40 er en indikatorstrekkfasthet (kgf/mm2), tallet 5 er i forhold til forlengelse, uttrykt i prosent.

Seigjern

Strukturen til seigjern er tilstedeværelsen av grafitt i det i flassende eller sfæriske form. Samtidig kan flassende grafitt ha forskjellig finhet og kompakthet, som igjen har en direkte innvirkning på de mekaniske egenskapene til støpejern.

Industrielt seigjern produseres ofte med en ferritisk base, som gir større duktilitet.

Brukkutseendet til ferritisk duktilt jern har et svart fløyelsaktig utseende. Jo høyere mengde perlitt i strukturen, jo lettere vil bruddet bli.

Generelt oppnås duktilt jern fra hvitt støpegods på grunn av langvaring i ovner oppvarmet til en temperatur på 800-950 grader Celsius.

I dag er det to måter å lage seigjern på: Europeisk og amerikansk.

Den amerikanske metoden er å smette legeringen i sand ved en temperatur på 800-850 grader. I denne prosessen er grafitt plassert mellom korn av det reneste jern. Som et resultat blir støpejern tyktflytende.

I den europeiske metoden syter støpegods i jernmalm. Temperaturen er samtidig ca 850-950 grader Celsius. Karbon går over i jernmalm, på grunn av dette avkulles overflatelaget til støpegodset og blir mykt. Støpejern blir formbart, mens kjernen forblir sprø.

Merking av smidbart jern: KCh 40-6, hvor KCh selvfølgelig er smidbart jern; 40 - strekkfasthetsindeks;6 – forlengelse, %.

Andre indikatorer

Når det gjelder inndelingen av støpejern etter styrke, brukes følgende klassifisering her:

• Typisk styrke: σv opptil 20 kg/mm2.
• Økt styrke: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Høy styrke: σv=40 kg/mm2 og høyere.

I henhold til duktilitet er støpejern delt inn i:

• Ufleksibel - mindre enn 1 % forlengelse.
• Lav plast - fra 1 % til 5%.
• Plast - fra 5 % til 10%.
• Økt plastisitet - mer enn 10%.

Avslutningsvis vil jeg også bemerke at egenskapene til ethvert støpejern er ganske betydelig påvirket selv av formen og arten av hellingen.