Seigjern: egenskaper, merking og omfang

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sist endret: 2024-01-02 14:00

Støpejern er en hard, korrosjonsbestandig, men sprø jern-karbon-legering med karboninnhold C som varierer fra 2,14 til 6,67 %. Til tross for tilstedeværelsen av karakteristiske mangler, har den en rekke typer, egenskaper, applikasjoner. Duktilt jern er mye brukt.

Historie

Dette materialet har vært kjent siden det 4. århundre f. Kr. e. Dens kinesiske røtter er i det VI århundre. f. Kr e. I Europa går den første omtalen av den industrielle produksjonen av legeringen tilbake til 1300-tallet, og i Russland - til 1500-tallet. Men teknologien for produksjon av duktilt jern ble patentert i Russland på 1800-tallet. Senere utviklet av A. D. Annosov.

Siden grått støpejern er begrenset i bruk på grunn av lave mekaniske egenskaper, og stål er dyre og har lav hardhet og holdbarhet, oppsto spørsmålet om å lage et pålitelig, slitesterkt, hardt metall, samtidig som det har økt styrke og en viss plastisitet.

Smiing av støpejern er ikke mulig, men på grunn av dets duktile egenskaper egner det seg til enkelte typer trykkbehandling (for eksempel stempling).

Produksjon

Hovedveien -smelting i masovner.

Råstoff for masovnsbehandling:

• Batch - jernmalm som inneholder metall i form av ferumoksider.
• Fuel - koks og naturgass.
• Oxygen - injisert gjennom spesielle lanser.
• Flukser er kjemiske formasjoner basert på mangan og (eller) silisium.

Staier av masovn:

1. Gjenvinning av rent jern ved kjemiske reaksjoner av jernmalm med oksygen tilført gjennom lanser.
2. Forbrenning av koks og dannelse av karbonoksider.
3. Forkulling av rent jern i reaksjoner med CO og CO_2.
4. metning av Fe_{3C med mangan og silisium, avhengig av de nødvendige utgangsegenskapene.}
5. Tømming av ferdig metall i former gjennom støpejernshull; slaggutslipp gjennom slaggtapphull.

På slutten av arbeidssyklusen mottar masovner råjern, slagg og masovnsgasser.

Bast Furnace Metal Products

Avhengig av kjølehastighet, mikrostruktur, metning med karbon og tilsetningsstoffer, er det mulig å få tak i flere typer støpejern:

1. Kjøpt (hvit): bundet karbon, primær sementitt. De brukes som råmateriale for smelting av andre jern-karbon-legeringer, prosessering. Opptil 80 % av all produsert masovnslegering.
2. Foundry (grå): karbon i form av helt eller delvis fri grafitt, nemlig platene. Brukes til produksjon av kroppsdeler med lavt ansvar. Opptil 19 % av produserte masovnsstøpegods.
3. Spesial: rik på ferrolegeringer. 1–2 % av den aktuelle produksjonstypen.

Sektilt jern oppnås ved varmebehandling av råjernet.

Teori om jern-karbonstrukturer

Karbon med ferum kan danne flere forskjellige typer legeringer i henhold til typen krystallgitter, som vises på mikrostruktur alternativet.

1. Penetrering av fast løsning i α-jern - ferritt.
2. Penetrering av solid løsning i γ-jern - austenitt.
3. Kjemisk formasjon Fe_{3C (bundet tilstand) – sementitt. Primær dannes ved rask avkjøling fra en flytende smelte. Sekundær - langsommere temperaturreduksjon, fra austenitt. Tertiær – gradvis avkjøling, fra ferritt.}
4. Mekanisk blanding av korn av ferritt og sementitt - perlitt.
5. Mekanisk blanding av korn av perlitt eller austenitt og sementitt - ledeburitt.

Støpejern har en spesiell mikrostruktur. Grafitt kan være i en bundet form og danne strukturene ovenfor, eller det kan være i en fri tilstand i form av forskjellige inneslutninger. Egenskapene påvirkes av både hovedkornene og disse formasjonene. Grafittfraksjoner i metall er plater, flak eller kuler.

Lamellformen er karakteristisk for grå jern-karbon-legeringer. Det gjør dem skjøre og upålitelige.

Flak-lignende inneslutninger har formbare støpejern, som har en positiv effekt på deres mekaniske ytelse.

Den sfæriske strukturen til grafitt er enda merforbedrer kvaliteten på metallet, påvirker økningen i hardhet, pålitelighet, eksponering for betydelige belastninger. Høyfast støpejern har disse egenskapene. Smidbart støpejern bestemmer egenskapene ved ferritiske eller perlittiske baser med tilstedeværelse av flassete grafittinneslutninger.

Produksjon av ferritisk seigjern

Den er produsert fra en hypoeutectoid lavkarbonlegering av hvit gris ved å gløde barrer med et karboninnhold på 2,4-2,8 % og tilstedeværelsen av tilsetningsstoffer tilsvarende dem (Mn, Si, S, P). Tykkelsen på veggene til de glødede delene bør ikke være mer enn 5 cm For støping av betydelig tykkelse har grafitt form av plater og de ønskede egenskapene oppnås ikke.

For å få duktilt jern med ferritisk base, legges metallet i spesielle bokser og drysses med sand. Tett lukkede beholdere plasseres i varmeovner. Utfør følgende handlingssekvens under gløding:

1. Strukturene varmes opp i ovner til en temperatur på 1000 ˚C og får stå ved konstant varme i en periode på 10 til 24 timer. Som et resultat desintegrerer primær sementitt og ledeburitt.
2. Metallet avkjøles til 720 ˚С sammen med ovnen.
3. Ved en temperatur på 720 ˚С holdes de i lang tid: fra 15 til 30 timer. Denne temperaturen sikrer nedbrytning av sekundær sementitt.
4. På sluttstadiet avkjøles de igjen sammen med den fungerende komfyren til 500 ˚С, og tas deretter ut i luften.

Slik teknologisk gløding kalles grafitisering.

Etter arbeidet som er utført, er materialets mikrostrukturferritt med flakete grafittkorn. Denne typen kalles "svarthjertet" fordi bruddet er svart.

Produksjon av perlitisk seigjern

Dette er en slags jern-karbon-legering, som også stammer fra hypoeutectoid white, men karboninnholdet i den er økt: 3-3,6%. For å få støpegods med perlittbase legges de i bokser og drysses med knust pulverisert jernmalm eller skala. Selve glødeprosedyren er forenklet.

1. Temperaturen på metallet økes til 1000 ˚C, holdt i 60-100 timer.
2. Designer kult med ovn.

På grunn av sløvhet under påvirkning av varme oppstår diffusjon i metallmiljøet: grafitten som frigjøres i sementittforfallet, forlater delvis overflatelaget til de glødede delene og legger seg på overflaten av malmen eller avleiringen. Et mykere, mer duktilt og duktilt øvre lag av "hvithjertet" duktilt jern med hardt senter oppnås.

Slik gløding kalles ufullstendig. Det sikrer desintegrering av sementitt og ledeburitt til lamellær perlitt med tilsvarende grafitt. Hvis granulært perlitisk duktilt jern med høyere slagstyrke og duktilitet er nødvendig, påføres ytterligere oppvarming av materialet opp til 720 ˚С. Dette resulterer i dannelse av perlittkorn med flassete grafittinneslutninger.

Egenskaper, merker og anvendelser av ferritisk duktilt jern

Lang "languhing" av metallet i ovnen resulterer i fullstendig nedbrytning av sementitt og ledeburitt til ferritt. Takk tilteknologiske triks oppnås en legering med høyt karboninnhold - en ferritisk struktur som er karakteristisk for lavkarbonstål. Karbon i seg selv forsvinner imidlertid ikke noe sted – det går fra en tilstand bundet til jern til en fri tilstand. Temperatureffekt endrer formen på grafittinneslutninger til flassende.

Ferritisk struktur forårsaker en reduksjon i hardhet, en økning i styrkeverdier, tilstedeværelsen av slike egenskaper som slagstyrke og duktilitet.

Merking av duktile jern av ferritisk klasse: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, hvor:

KCh – sortsbetegnelse – formbar;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 N/mm^{2 - maksimal belastning som den tåler uten å kollapse;}

6, 8, 10, 12 – relativ forlengelse, δ, % – duktilitetsindeks (jo høyere verdi, jo mer kan metallet bearbeides ved trykk).

Hardhet - ca. 100–160 HB.

Dette materialet, når det gjelder ytelsen, inntar en midtposisjon mellom for eksempel stål og grå jern-karbon-legering. Duktilt støpejern med ferritisk base er dårligere enn perlitisk når det gjelder slitestyrke, korrosjon og utmattingsstyrke, men høyere når det gjelder mekanisk utholdenhet, duktilitet og støpeegenskaper. På grunn av den lave prisen er den mye brukt i industrien for produksjon av deler som opererer under lav og middels belastning: gir, veivhus, bakaksler, rørleggerarbeid.

Egenskaper, markeringer og anvendelser av perlelitt duktilt jern

På grunn av ufullstendig gløding har primære, sekundære sementitter og ledeburitt tid til å løse seg fullstendig opp i austenitt, som ved en temperatur på 720 ˚С blir til perlitt. Sistnevnte er en mekanisk blanding av korn av ferritt og tertiær sementitt. Faktisk forblir en del av karbonet i en bundet form, bestemmer strukturen, og en del blir "frigitt" til flakete grafitt. I dette tilfellet kan perlitt være lamellær eller granulær. Dermed dannes perlitisk duktilt jern. Egenskapene skyldes dens mettede, hardere og mindre bøyelige struktur.

Disse, sammenlignet med ferritiske, har høyere anti-korrosjon, slitasjebestandige egenskaper, deres styrke er mye høyere, men lavere støpeegenskaper og duktilitet. Føyelighet for mekanisk påkjenning økes overfladisk, samtidig som hardheten og viskositeten til kjernen i produktet opprettholdes.

Merking av perlitikkklasse i formbart støpejern: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

Det første sifferet er styrkebetegnelsen: henholdsvis 450, 500, 560, 600, 650, 700 og 800 N/mm2.

Second - betegnelsen på plastisitet: forlengelse δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 og 1, 5.

Perlitisk formbart støpejern har blitt brukt i maskinteknikk og instrumentering for konstruksjoner som opererer under store belastninger - både statiske og dynamiske: kamaksler, veivaksler, clutchdeler, stempler, koblingsstenger.

Varmebehandling

Materialet som oppnås ved varmebehandling, nemlig gløding, kan rebli utsatt for temperaturpåvirkning. Hovedmålet deres er å øke styrke, slitestyrke, motstand mot korrosjon og aldring ytterligere.

1. Herding brukes for strukturer som krever høy hardhet og seighet; produsert ved å varme opp til 900 ˚С, blir delene avkjølt med en gjennomsnittlig hastighet på ca. 100 ˚С/sek ved bruk av maskinolje. Det etterfølges av høy temperering med oppvarming opp til 650˚С og luftkjøling.
2. Normalisering brukes for mellomstore enkle deler ved å varme opp i en ovn til 900 ˚С, holde på denne temperaturen i en periode på 1 til 1,5 time og deretter avkjøle i luft. Gir troostitt granulær perlitt, dens hardhet og pålitelighet i friksjon og slitasje. Den brukes til å oppnå anti-friksjon formbart støpejern med perlitisk base.
3. Gløding gjentas ved fremstilling av antifriksjon: oppvarming - opp til 900 ˚С, langtidsholding ved denne varmen, avkjøling sammen med ovnen. Den ferritiske eller ferritiske-perlittiske strukturen til antifriksjonsduktilt jern er gitt.

Oppvarming av støpejernsprodukter kan utføres lok alt eller i kombinasjon. For lokal bruk, høyfrekvente strømmer eller en acetylenflamme (herding). For komplekse - oppvarmingsovner. Ved lokal oppvarming er det kun det øvre laget som herdes, mens hardheten og styrken øker, men plastisiteten og viskositeten til kjernen forblir.

Det er viktig å påpeke her at smiing av støpejern er umulig, ikke bare på grunn av utilstrekkelig mekaniskegenskaper, men også på grunn av dens høye følsomhet for et kraftig temperaturfall, som er uunngåelig ved herding med vannkjøling.

Anti-friksjon duktile strykejern

Denne varianten gjelder både formbare og legerte, de er grå (ASF), formbare (ASC) og høystyrke (ACS). Duktilt jern brukes til produksjon av ACHK, som er glødet eller normalisert. Prosessene utføres for å øke dens mekaniske egenskaper og danne en ny karakteristikk - slitestyrke under friksjon med andre deler.

Merket: AChK-1, AChK-2. Den brukes til produksjon av veivaksler, gir, lagre.

påvirkning av tilsetningsstoffer på egenskaper

I tillegg til jern-karbonbasen og grafitten inneholder de også andre komponenter som også bestemmer egenskapene til støpejern: mangan, silisium, fosfor, svovel og noen legeringselementer.

Mangan øker flytende metall, korrosjonsbestandighet og slitestyrke. Det bidrar til å øke hardheten og styrke, binde karbon med jern i den kjemiske formelen Fe_{3C, dannelsen av granulær perlitt.}

Silisium har også en positiv effekt på flyteevnen til den flytende legeringen, fremmer nedbryting av sementitt og frigjøring av grafittinneslutninger.

Svovel er en negativ, men uunngåelig komponent. Det reduserer mekaniske og kjemiske egenskaper, stimulerer dannelsen av sprekker. Imidlertid tillater det rasjonelle forholdet mellom innholdet og andre elementer (for eksempel med mangan).korrekte mikrostrukturelle prosesser. Så, ved Mn-S-forholdet på 0,8-1,2, blir perlitt bevart når som helst med temperaturpåvirkninger. Når forholdet økes til 3, blir det mulig å oppnå nødvendig struktur, avhengig av de angitte parameterne.

Fosfor endrer flyten til det bedre, påvirker styrke, reduserer slagstyrke og duktilitet, påvirker varigheten av grafitisering.

Krom og molybden hindrer dannelsen av grafittflak, i enkelte innhold bidrar de til dannelsen av granulær perlitt.

Tungsten forbedrer slitestyrken i områder med høy temperatur.

Aluminium, nikkel, kobber bidrar til grafitisering.

Ved å justere mengden av kjemiske elementer som utgjør jern-karbon-legeringen, samt forholdet deres, er det mulig å påvirke de endelige egenskapene til støpejern.

Fordeler og ulemper

Seigjern er et materiale som er mye brukt i ingeniørfag. Hovedfordelene:

• høy hardhet, slitestyrke, styrke sammen med flyt;
• normal seighet og duktilitetsegenskaper;
• produserbarhet i forming, i motsetning til grått støpejern;
• ulike alternativer for å korrigere egenskaper for en spesifikk del ved hjelp av metoder for termisk og kjemisk-termisk behandling;
• lavpris.

Ulempene inkluderer individuelle egenskaper:

• fragility;
• tilstedeværelse av grafittinneslutninger;
• dårlig skjæreytelse;
• betydelig vekt på støpegods.

Til tross for de eksisterende manglene, inntar seigjern en ansvarlig plass innen metallurgi og ingeniørfag. Slike viktige deler som veivaksler, bremseklossdeler, girhjul, stempler, koblingsstenger er laget av det. Med et ubetydelig utvalg av karakterer, opptar duktilt jern en individuell nisje i bransjen. Bruken er typisk for laster der bruk av andre materialer er usannsynlig.