Nodalni željezo: svojstva, označavanje i primjene

Lijevano željezo je čvrsta legura od željeza i ugljika otporna na koroziju, ali je lomljiva sa sadržajem ugljika u C u rasponu od 2,14 do 6,67%. Unatoč prisutnosti karakterističnih nedostataka, postoji niz vrsta, svojstava, područja primjene.

priča

Ovaj je materijal poznat još od IV stoljeća prije Krista. e. Njegovi su kineski korijeni u VI. Stoljeću. Prije Krista. e. U Europi, prvi spomen industrijske proizvodnje legure datiran je XIV, au Rusiji - 16. stoljeće. Ali tehnologija proizvodnje lijevanog kovrčava željeza patentirana u Rusiji u XIX stoljeću. Nakon razvijenog AD Annosov.

Budući da su sivi lijev ograničena u uporabi zbog niskih mehaničkih svojstava i čelika - su skupi i imaju nisku čvrstoću i trajnost, postavilo se pitanje od metala stvaranje pouzdane, trajan, čvrst, a nakon što je povećao snagu i određenu fleksibilnost.

Krivotvorenje lijevano željezo je nemoguće, ali zbog plastičnih svojstava, to je osjetljivo na određene vrste tlačnog tretmana (na primjer, žigosanje).

proizvodnja

Glavna metoda se topi visoke peći.

Inicijalni proizvodi za preradu visokih peći:

• Shihta - željezna ruda, koja sadrži metal u obliku oksida fermija.
• Gorivo - koks i prirodni plin.
• Kisik se upuhuje kroz posebne tuyeres.
• Flukovi su kemijske tvari na osnovi mangana i (ili) silicija.

Faze taljenja visokih peći:

1. Oporavak čistog željeza kemijskim reakcijama željezne rude s kisikom koji se hrani kroz tuyeres.
2. Izgaranje koksa i stvaranje ugljičnih oksida.
3. Carburiziranje čistog željeza u reakcijama s CO i CO₂.
4. Zasićenost Fe₃C mangana i silicija, ovisno o traženim svojstvima na izlazu.
5. Isušivanje gotovog metala u kalupe pomoću lijevanih željeznih traka - ispuštanje troske kroz troske.

Na kraju radnog ciklusa, visoki peći dobivaju plinove od lijevanog željeza, troske i visokih peći.

Metalni proizvodi iz proizvodnje visokih peći

Ovisno o brzini hlađenja, mikrostrukturi, zasićenju ugljika i aditivima, moguće je dobiti nekoliko vrsta lijevanog željeza:

1. Redistribucija (bijela): ugljik u vezanom obliku, primarni cementit. Koristi se kao sirovine za taljenje ostalih legura od željeza i ugljena, prerada. Do 80% svih proizvedenih legura visoke peći.
2. Ljevaonica (siva): ugljik u obliku potpuno ili djelomično slobodnog grafita, naime ploče. Koristi se za proizvodnju malih dijelova tijela. Do 19% proizvedenog eksplozivnog lijevanja.
3. Posebna: zasićena ferolegurama. 1-2% razmatranog tipa proizvodnje.

Gumeno željezo se proizvodi toplinskom obradom sirovog željeza.

Teorija struktura željeza i ugljika

Ugljik s ferumom može oblikovati nekoliko različitih vrsta legura prema vrsti kristalne rešetke, koja se prikazuje na verziji mikrostrukture.

1. Čvrsta otopina prodiranja u alfa - željezo - ferit.
2. Čvrsta otopina prodiranja u gama - željezo - austenit.
3. Kemijska tvorba Fe₃C (vezana stanja) - cementit. Primarni je oblikovan brzim hlađenjem od tekućeg taljevine. Sekundarni - sporiji pad temperature, od austenita. Tercijarno - postupno hlađenje, od ferita.
4. Mehanička smjesa žitarica od ferita i cementita je perlit.
5. Mehanička smjesa zrna perlita ili austenita i cementita je ledeburit.

Za lijevanog željeza je posebna mikrostruktura. Grafit može biti u vezanom obliku i oblikovati gore navedene strukture, ali može ostati u slobodnom stanju u obliku različitih inkluzija. Na svojstva utječu i glavna zrna i ta formacija. Grafitne frakcije u metalu su ploče, pahuljice ili sfere.

Oblik ploče je karakterističan za sivozemsko-ugljične legure. To uzrokuje njihovu krhkost i nesigurnost.

Plućni spojevi imaju duktilno lijevano željezo, što pozitivno utječe na njihovu mehaničku izvedbu.

Sferična struktura grafita dodatno poboljšava kvalitetu metala, što utječe na povećanje tvrdoće, pouzdanosti, starenja značajnih opterećenja. Ove značajke su lijevanog željeza visoke čvrstoće. Svojstva nodularnog željeza uzrokuju feritnu ili pearlitnu osnovu uz prisustvo flokuliranih grafitnih inkluzija.

Proizvodnja željeza od feritnog kalupa

Je proizveden iz bijela svinja proeutectoid legure ingota niske atoma žarenjem sa sadržajem ugljika 2,4-2,8% i odgovarajućeg prisustvu aditiva (Mn, Si, S, P). Debljina stijenke žarena dijelovi moraju biti ne više od 5 cm. Odljevci znatne debljine grafita u obliku pločice i željena svojstva ne postiže.

Da bi se dobilo laktozu od lijevanog željeza s feritnom bazom, metal se stavlja u posebne kutije i izlije pijeskom. Dobro zatvoreni spremnici smješteni su u pećima za grijanje. Sljedeći slijed djelovanja izvodi se tijekom žarenja:

1. Strukture se zagrijavaju u pećima na temperaturu od 1.000 ° C i ostave stajati pri stalnoj toplini tijekom 10 do 24 sata. Kao rezultat toga, primarni cementit i ledeburit se raspadaju.
2. Metal se ohladi na 720 ° C zajedno s peći.
3. Na temperaturi od 720 ° C, oni se čuvaju dulje vrijeme: od 15 do 30 sati. Ova temperatura osigurava raspad sekundarnog cementita.
4. U završnoj se fazi ponovno hladi zajedno s radnom pećnicom na 500 ° C, a zatim se odlaze na zrak.

Takvo tehnološko žarenje naziva se grafitiziranje.

Nakon rada, mikrostruktura materijala je ferit s grafitima od grafitne pahuljice. Ova vrsta se naziva "crno srce", budući da je prijelom crn.

Proizvodnja perlitnog željeza od pearlita

Ova vrsta željezo-ugljik legure koji potječe iz proeutectoid bijele, ali sadržaj ugljika polimera se povećava: 3-3.6%. Za dobivanje odljevaka s perlitičkom bazom, oni se stavljaju u kutije i izlijevaju slomljenom željeznom rudom ili skalom u prahu. Sam postupak pojednostavljenja.

1. Temperatura metala se podiže na 1000 ° C, može izdržati 60-100 sati.
2. Strukture se hlade s pećnicom.

Zbog žućkaste pod djelovanjem topline u metalnim okruženju širi: odvojivo u grafitu cementita razgradnje djelomično ostavlja kali površinskom sloju dijelova, poravnanja na rude ili šljake površine. Dobijte mekši, viskozni i duktilni gornji sloj "bijelog srca" plijesni od lijevanog željeza s tvrdim centrom.

Takvo se žarenje naziva nepotpuno. Osigurava dekompoziciju cementita i ledeburita u pločasti perlit s odgovarajućim grafitom. U slučaju da se zahtijeva granulirani pearlite temperaturni lijevano željezo s većom snagom udarca i duktilnosti, koristi se dodatni materijal za predgrijavanje do 720 ° C. U ovom slučaju, zrnci perlita nastaju s inkluzijskim grafitnim inkluzijama.

Svojstva, obilježavanje i primjena feritnog kalupa od lijevanog željeza

Dugotrajno "languiranje" metala u peći rezultira potpunom razgradnjom cementita i ledeburita u ferit. Zahvaljujući tehnološkim trikovima, proizvodi se legura s visokim sadržajem ugljika - feritna struktura karakteristična za ugljični čelik. Međutim, sam ugljik ne ide nigdje - prolazi od željezo vezane države do slobodne države. Akcija temperature mijenja oblik grafitnih inkluzija na flokulant.

Feritna struktura uzrokuje smanjenje tvrdoće, povećanje čvrstoće, prisutnost takvih karakteristika kao što je snagu udara i plastičnost.

Obilježavanje kovanog željeza razred ferita: KCH30-6, KCH33-8, KCH35-10, KCH37-12 gdje je:

KC - oznaka sorte - kobasica;

30, 33, 35, 37: Sigma_u, 300, 330, 350, 370 N / mm² - maksimalno opterećenje koje može izdržati bez razbijanja;

6, 8, 10, 12 - relativno rastezanje, delta -,% - indeks plastičnosti (veća je vrijednost, više se metal može obraditi pritiskom).

Tvrdoća je oko 100-160 HB.

Ovaj materijal u njegovim parametrima zauzima srednji položaj između čelika i željezo-ugljika sive legure. Lijevano željezo s feritnih Perlitna osnovi inferiorni u odnosu na otpornost na trošenje, otpornost na koroziju i zamor materijala, ali i veće mehaničke izdržljivosti, duktilnost, lijevanje karakteristike. Zbog svoje niske cijene široko se koristi u industriji za proizvodnju dijelova koji rade pod malim i srednjim opterećenjima: zupčanici, kolica, stražnji mostovi, vodovod.

Svojstva, označavanje i primjena perlirajućeg željeza od pearlita

Zbog nepotpune žarenje primarni, sekundarni i cementita Ledebur vremena do potpunog otapanja zrna austenita koje se na temperaturi od 720 = C pretvara u perlita. Potonji je mehanička mješavina žitarica ferita i tercijarnog cementita. Zapravo, dio ugljika ostaje vezan, određuje strukturu, a dio - "otpušta" u pjegavi grafit. u ovaj perlit mogu biti lamelni ili granulirani. Stoga se formira perlitno kaljužljivo željezo. Njegova svojstva su zbog zasićene, teže i manje savitljive strukture.

To su, u usporedbi s feritni imaju veći koroziju, otporan na habanje svojstva, njihova trajnost je znatno veća, ali manja duktilnost i karakteristike ljevačke osobine. Sukladnost s mehaničkim utjecajima povećava se površinski, uz održavanje tvrdoće i žilavosti jezgre proizvoda.

Obilježavanje kovanog željeza Perlitna: KCH45-7, KCH50-5, KCH56-4, KCH60-3, KCH65-3, KCH70-2, KCH80-1,5.

Prva znamenka - oznaka snage: 450, 500, 560, 600, 650, 700 i 800 N / mm² respektivno.

Druga je oznaka plastičnosti: produljenje delta -,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 i 1.5.

Perlita nodularnog aplikacije nalaze u strojarstvu i instrumenta za dizajn koji rade na visokim opterećenjima - i statičke i dinamičke: bregasta vratila, radilice, dijelovi spojke, klipovi, klipnjače.

Toplinska obrada

Materijal dobiven od toplinske obrade, naime žarenje, može se opetovano podvrgnuti metodama temperaturnih utjecaja. Njihov glavni cilj je još veći porast snage, otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju i starenje.

1. Temperiranje koristi za konstrukcije zahtijevaju visoku tvrdoću i vyazkosti- izvodi zagrijavanjem na 900 = C, ohladi se dijelovi s prosječnom brzinom od oko 100 ° C / s? Pomoću motornog ulja. Slijedi visok dopust uz grijanje na 650 ° C i hlađenje zrakom.
2. Normalizacija se koristi za male jednostavne detalje zagrijavanjem u pećnici na 900 ° C, stojeći na ovoj temperaturi tijekom razdoblja od 1 do 1,5 sati, a zatim hlađenjem u zraku. Pruža troostinski granulirani perlit, tvrdoću i pouzdanost pri trenju i habanju. Koristi se za proizvodnju antifriktivnog lakiranog lijevanog željeza s bazom bisfita.
3. U proizvodnji antifrikcije ponovljeno je zagrijavanje: grijanje - do 900 ˚, dugotrajno držanje na ovoj vrućini, hlađenje s pećom. Predviđena je feritna ili feritno-pearlitna struktura antifriktivnog lakiranog lijevanog željeza.

Grijanje proizvoda od lijevanog željeza može se provoditi na lokalnoj ili složen način. Za lokalnu, visokofrekventna struja ili acetilenski plamen se koriste (otvrdnjavanje). Za složene peći za grijanje. S lokalnim zagrijavanjem, samo gornji sloj je otvrdnut, dok se njegova tvrdoća i jačina povećavaju, ali plastičnost i viskoznost jezgre ostaju.

Ovdje je važno istaknuti da je kovanje lijevanog željeza nemoguće ne samo zbog nedovoljnih mehaničkih svojstava, već i zbog visoke osjetljivosti na oštar pad temperature koji je neizbježan tijekom gašenja hlađenjem vodom.

Antifriktivno kalupljeno lijevano željezo

Ova se sorta primjenjuje na kobasice i legure, one su sive (ASF), kovanje (AFC) i visoka čvrstoća (AChV). Za proizvodnju AFC-a koristi se nodularno lijevano željezo, koje se žareno ili normalizira. Postupci se provode u svrhu povećanja mehaničkih svojstava i stvaranja nove karakteristike - otpornosti na habanje pri trenju s ostalim detaljima.

Označeno je: AČK-1, AČK-2. Koristi se za proizvodnju radilice, zupčanika, ležajeva.

Utjecaj aditiva na svojstva

Pored osnovice željeza i ugljika i grafita, oni također imaju druge sastojke u svom sastavu, koji također određuju svojstva lijevanog željeza: mangan, silicijev oksid, fosfor, sumpor i neki legirani elementi.

Mangan povećava fluidnost tekući metal, otpornost na koroziju i otpornost na habanje. Potiče tvrdoću i povećanje čvrstoće, vezujući ugljik i željezo na kemijsku formulu Fe₃C, stvaranje granularnog perlita.

Silikij također pozitivno utječe na fluidnost tekuće legure, potiče raspadanje cementita i oslobađanje grafitnih inkluzija.

Sumpor je negativna, ali neizbježna komponenta. Smanjuje mehanička i kemijska svojstva, potiče stvaranje pukotina. Međutim, racionalna korelacija njegovog sadržaja s drugim elementima (na primjer, s manganom) omogućava ispravljanje mikrostrukturnih procesa. Dakle, u omjeru Mn-S 0,8-1,2 perlita zadržava se za sva razdoblja temperaturnih utjecaja. Uz povećanje omjera do 3, postaje moguće dobiti bilo koju potrebnu strukturu ovisno o navedenim parametrima.

Fosfor mijenja fluidnost na bolje, utječe na čvrstoću, smanjuje otpornost i plastičnost, utječe na trajanje grafitizacije.

Krom i molibden otežavaju oblikovanje grafitnih pahuljica, u nekim sadržajima doprinose formiranju granuliranog perlita.

Volfram poboljšava otpornost na habanje pri radu u područjima visoke temperature.

Aluminij, nikal, bakar potiču grafitizaciju.

Ispravljanje broja kemijskih elemenata koji čine legure željeza i ugljena, kao i njihov omjer, moguće je utjecati na konačna svojstva lijevanog željeza.

Prednosti i nedostaci

Duktilno lijevano željezo je materijal koji se široko koristi u inženjerstvu. Njegove glavne prednosti su:

• visoki pokazatelji tvrdoće, otpornosti na habanje, čvrstoće uz fluidnost;
• normalne karakteristike čvrstoće udarca i duktilnosti;
• obradivost u liječenju tlaka, za razliku od sivih bacača;
• razne opcije za ispravljanje svojstava za određeni detalj metodama toplinske i kemijsko-toplinske obrade;
• niske cijene.

Nedostaci uključuju pojedinačne značajke:

• krhkost;
• prisutnost grafitnih inkluzija;
• niske performanse u obradi;
• značajna težina odljevaka.

Unatoč postojećim nedostacima, kovanog lijevog željeza zauzima ključno mjesto u metalurgiji i strojogradnji. Proizvodi takve važne detalje poput koljenastog vratila, dijelova kočionih pločica, kotača, klipova, klipnjača. Imajući mala raznolikost marki, pojedina niša u industriji je kovanog lijevano željezo. Njegova primjena je tipična za one opterećenja u kojima nije vjerojatno da će koristiti druge materijale.