Typer af støbejern, klassificering, sammensætning, egenskaber, mærkning og anvendelse

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 10:22

I dag er der næsten intet område af menneskelivet, hvor støbejern ikke bruges. Dette materiale har været kendt af menneskeheden i ret lang tid og har vist sig fremragende fra et praktisk synspunkt. Støbejern er grundlaget for et stort udvalg af dele, samlinger og mekanismer, og i nogle tilfælde endda et selvforsynende produkt, der er i stand til at udføre de funktioner, der er tildelt det. Derfor vil vi i denne artikel være meget opmærksomme på denne jernholdige forbindelse. Vi vil også finde ud af, hvilke typer støbejern er, deres fysiske og kemiske egenskaber.

Definition

Støbejern er en helt unik legering af jern og kulstof, hvor Fe er mere end 90 %, og C er ikke mere end 6,67 %, men ikke mindre end 2,14 %. Kulstof kan også findes i støbejern i form af cementit eller grafit.

Carbon giver legeringen en tilstrækkelig høj hårdhed, men det reducerer samtidig formbarheden og duktiliteten. Som et resultat er støbejern et sprødt materiale. Desuden tilsættes specielle tilsætningsstoffer til visse kvaliteter af støbejern, som kan give forbindelsen visse egenskaber. Rollen af legeringselementer kan være: nikkel, krom, vanadium, aluminium. Densitetsindekset for støbejern er 7200 kg pr. kubikmeter. Hvoraf det kan konkluderes, atvægten af støbejern er en indikator, der ikke kan kaldes lille.

Historisk baggrund

Smeltejern har længe været kendt af mennesker. Den første omtale af legeringen går tilbage til det sjette århundrede f. Kr.

I oldtiden producerede Kina støbejern med et ret lavt smeltepunkt. Støbejern begyndte at blive produceret i Europa omkring det 14. århundrede, da højovne først blev brugt. På det tidspunkt blev sådan jernstøbning brugt til fremstilling af våben, granater, konstruktionsdele.

I Rusland begyndte produktionen af støbejern aktivt i det 16. århundrede og voksede derefter hurtigt. Under Peter I's tid var det russiske imperium i stand til at omgå alle verdens lande med hensyn til jernproduktion, men hundrede år senere begyndte det igen at tabe terræn på markedet for jernmetallurgi.

Støbejern er blevet brugt til at skabe en række kunstværker siden middelalderen. Især i det 10. århundrede støbte kinesiske mestre en virkelig unik figur af en løve, hvis vægt oversteg 100 tons. Fra det 15. århundrede i Tyskland, og derefter i andre lande, blev støbejernsstøbning udbredt. Hegn, gitter, parkskulpturer, havemøbler, gravsten blev lavet af det.

I de sidste år af det 18. århundrede var jernstøbning mest involveret i Ruslands arkitektur. Og det 19. århundrede blev generelt kaldt "støbejernsalderen", da legeringen blev meget aktivt brugt i arkitekturen.

Funktioner

Der er forskellige typerstøbejern, men det gennemsnitlige smeltepunkt for denne metalforbindelse er omkring 1200 grader Celsius. Dette tal er 250-300 grader mindre end nødvendigt til stålfremstilling. Denne forskel er forbundet med et ret højt kulstofindhold, hvilket fører til dets mindre tætte bindinger med jernatomer på molekylært niveau.

På tidspunktet for smeltning og efterfølgende krystallisation når kulstoffet i støbejern ikke helt at trænge ind i jernets molekylære gitter, og derfor viser støbejern sig til sidst at være ret skørt. I denne henseende bruges det ikke, hvor der er konstante dynamiske belastninger. Men samtidig er den fremragende til de dele, der har øgede krav til styrke.

Produktionsteknologi

Absolut alle typer støbejern produceres i en højovn. Faktisk er selve smelteprocessen en ret besværlig aktivitet, der kræver seriøse materielle investeringer. Et ton råjern kræver omkring 550 kilo koks og næsten et ton vand. Mængden af malm, der fyldes i ovnen, vil afhænge af jernindholdet. Oftest bruges malm, hvori jern er mindst 70%. En lavere koncentration af grundstoffet er uønsket, da det ville være uøkonomisk at bruge det.

Første sceneproduktion

Smeltejern er som følger. Først og fremmest hældes malm i ovnen, såvel som kokskulskvaliteter, som tjener til at trykke og opretholde den nødvendige temperatur inde i ovnskakten. Derudover er disse produkter under forbrændingsprocessen aktivt involveret i de igangværende kemiske reaktioner ijernreducerende midlers rolle.

Samtidig fyldes et flusmiddel i ovnen, som tjener som katalysator. Det hjælper klipperne med at smelte hurtigere, hvilket fremmer frigivelsen af jern.

Det er vigtigt at bemærke, at malmen gennemgår en særlig forbehandling, før den fyldes i ovnen. Det knuses i et knuseanlæg (små partikler smelter hurtigere). Det vaskes derefter for at fjerne metalfrie partikler. Derefter brændes råvaren, på grund af dette fjernes svovl og andre fremmedelementer fra det.

Anden fase af produktionen

Naturgas leveres til ovnen fyldt og klar til drift gennem specielle brændere. Koksen varmer råvaren op. I dette tilfælde frigives kulstof, som kombineres med ilt og danner et oxid. Denne oxid deltager efterfølgende i indvindingen af jern fra malmen. Bemærk, at med en stigning i mængden af gas i ovnen, falder hastigheden af den kemiske reaktion, og når et vist forhold er nået, stopper den helt.

Overskydende kulstof trænger ind i smelten og forbinder sig med jernet og danner til sidst støbejern. Alle de elementer, der ikke er smeltet, er på overfladen og fjernes til sidst. Dette affald kaldes slagge. Det kan også bruges til at fremstille andre materialer. Typer af støbejern opnået på denne måde kaldes støbejern og råjern.

Differentiering

Den moderne klassificering af støbejern giver mulighed for opdeling af disse legeringer i følgende typer:

• Hvid.
• Halv.
• Grå med flagegrafit.
• Nodulær grafit med høj styrke.
• duktil.

Lad os se på hver enkelt separat.

Hvidt støbejern

Dette støbejern er det, hvori næsten alt kulstof er kemisk bundet. I maskinteknik bruges denne legering ikke særlig ofte, fordi den er hård, men meget skør. Den kan heller ikke bearbejdes med forskellige skæreværktøjer og bruges derfor til støbning af dele, der ikke kræver nogen forarbejdning. Selvom denne type støbejern tillader slibning med slibeskiver. Hvidt støbejern kan både være almindeligt og legeret. Samtidig medfører svejsning vanskeligheder, da det ledsages af dannelsen af forskellige revner under afkøling eller opvarmning, og også på grund af heterogeniteten af strukturen, der dannes ved svejsepunktet.

Hvide slidbestandige støbejern opnås ved primær krystallisation af en flydende legering under hurtig afkøling. De bruges mest til tørfriktionsapplikationer (f.eks. bremseklodser) eller til fremstilling af dele med øget slid- og varmebestandighed (valseværksvalser).

Hvidt støbejern har i øvrigt fået sit navn på grund af, at udseendet af dets brud er en lyskrystallinsk, strålende overflade. Strukturen af dette støbejern er en kombination af ledeburit, perlit og sekundær cementit. Hvis dette støbejern er legeret, bliver perlit omdannet tiltroostit, austenit eller martensit.

Halvt støbejern

Klassificeringen af støbejern ville være ufuldstændig uden at nævne denne variant af metallegering.

Dette støbejern er kendetegnet ved en kombination af karbid-eutektik og grafit i sin struktur. Generelt har den fuldgyldige struktur følgende form: grafit, perlit, ledeburit. Hvis støbejernet udsættes for varmebehandling eller legering, vil dette føre til dannelse af austenit, martensit eller nåleformet troostit.

Denne type støbejern er ret skørt, så brugen er meget begrænset. Selve legeringen har fået sit navn, fordi dens brud er en kombination af mørke og lyse områder af den krystallinske struktur.

Det mest almindelige ingeniørmateriale

Grått støbejern GOST 1412-85 indeholder omkring 3,5 % kulstof, fra 1,9 til 2,5 % silicium, op til 0,8 % mangan, op til 0,3 % fosfor og mindre end 0, 12 % svovl.

Grafit i sådant støbejern har en lamelform. Det kræver ikke særlige ændringer.

Grafitplader har en stærk svækkende effekt, og derfor er gråt støbejern karakteriseret ved meget lav slagstyrke og næsten fuldstændig fravær af forlængelse (mindre end 0,5%).

Gråt støbejern er godt bearbejdet. Legeringsstrukturen kan være som følger:

• Ferrit-grafit.
• Ferrit-perlit-grafit.
• Perlite-grafit.

Gråt støbejern fungerer meget bedre i kompression end i spænding. Også hamsvejser ret godt, men det kræver forvarmning, og der bør anvendes specielle støbejernsstænger med et højt indhold af silicium og kulstof som fyldmateriale. Uden forvarmning vil svejsning være vanskelig, fordi støbejernet vil blege i svejseområdet.

Gråt støbejern bruges til at fremstille dele, der fungerer uden stødbelastning (remskiver, dæksler, senge).

Betegnelsen af dette støbejern sker efter følgende princip: SCH 25-52. To bogstaver angiver, at dette er gråt støbejern, tallet 25 er en indikator for trækstyrken (i MPa eller kgf / mm 2), tallet 52 er trækstyrken i øjeblikket af bøjning.

Sejljern

Nodulært støbejern er fundament alt forskelligt fra dets andre "brødre" ved, at det indeholder nodulær grafit. Det opnås ved at indføre specielle modifikatorer (Mg, Ce) i den flydende legering. Antallet af grafitindeslutninger og deres lineære dimensioner kan være forskellige.

Hvad er godt ved kuglegrafit? Det faktum, at en sådan form svækker metalbasen minim alt, som igen kan være perlitisk, ferritisk eller perlitisk-ferritisk.

På grund af brugen af varmebehandling eller legering kan støbejernsbasen være nåleformet-troostit, martensitisk, austenitisk.

Kvaliteter af duktilt jern er forskellige, men generelt er dets betegnelse som følger: VCh 40-5. Det er let at gætte, at HF er højstyrkestøbejern, tallet 40 er en indikatortrækstyrke (kgf/mm2), tallet 5 er i forhold til forlængelse, udtrykt som en procentdel.

Sejljern

Strukturen af duktilt jern er tilstedeværelsen af grafit i det i flaget eller sfærisk form. Samtidig kan flaget grafit have forskellig finhed og kompakthed, hvilket igen har en direkte indflydelse på støbejerns mekaniske egenskaber.

Industrielt duktilt jern fremstilles ofte med en ferritisk base, som giver større duktilitet.

Brækkets udseende af ferritisk duktilt jern har et sort fløjlsagtigt udseende. Jo højere mængden af perlit i strukturen er, jo lettere bliver bruddet.

Generelt opnås duktilt jern fra hvidt støbejern på grund af langvarig hensmækning i ovne opvarmet til en temperatur på 800-950 grader Celsius.

I dag er der to måder at fremstille duktilt jern på: europæisk og amerikansk.

Den amerikanske metode er at smægte legeringen ud i sand ved en temperatur på 800-850 grader. I denne proces er grafit placeret mellem korn af det reneste jern. Som et resultat bliver støbejern tyktflydende.

I den europæiske metode sygner støbegods hen i jernmalm. Temperaturen er samtidig omkring 850-950 grader Celsius. Kulstof går over i jernmalm, på grund af hvilket overfladelaget af støbegodset afkulles og bliver blødt. Støbejern bliver formbart, mens kernen forbliver skør.

Mærkning af støbejern: KCh 40-6, hvor KCh naturligvis er smedjern; 40 - trækstyrkeindeks;6 – forlængelse, %.

Andre indikatorer

Med hensyn til opdelingen af støbejern efter styrke, anvendes følgende klassifikation her:

• Typisk styrke: σv op til 20 kg/mm2.
• Øget styrke: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Høj styrke: σv=40 kg/mm2 og derover.

I henhold til duktilitet er støbejern opdelt i:

• Ufleksibel - mindre end 1 % forlængelse.
• Lavt plastik - fra 1 % til 5%.
• Plastik - fra 5 % til 10%.
• Øget plasticitet - mere end 10%.

Afslutningsvis vil jeg også gerne bemærke, at ethvert støbejerns egenskaber er ret betydeligt påvirket af hældningens form og karakter.