Sejljern: egenskaber, mærkning og omfang

2024 Forfatter: Howard Calhoun | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-02 13:52

Støbejern er en hård, korrosionsbestandig, men skør jern-kulstof-legering med et kulstofindhold C på mellem 2,14 og 6,67 %. På trods af tilstedeværelsen af karakteristiske mangler har den en række forskellige typer, egenskaber, applikationer. Duktilt jern er meget udbredt.

Historie

Dette materiale har været kendt siden det 4. århundrede f. Kr. e. Dens kinesiske rødder er i det VI århundrede. f. Kr e. I Europa går den første omtale af den industrielle produktion af legeringen tilbage til det 14. og i Rusland - til det 16. århundrede. Men teknologien til fremstilling af duktilt jern blev patenteret i Rusland i det 19. århundrede. Senere udviklet af A. D. Annosov.

Da grå støbejern er begrænset i brug på grund af lave mekaniske egenskaber, og stål er dyre og har lav hårdhed og holdbarhed, opstod spørgsmålet om at skabe et pålideligt, holdbart, hårdt metal, som samtidig har øget styrke og en vis plasticitet.

Smedning af støbejern er ikke muligt, men på grund af dets duktile egenskaber egner det sig til nogle former for trykbehandling (f.eks. stempling).

Produktion

Den vigtigste vej -smeltning i højovne.

Råmateriale til højovnsbehandling:

• Batch - jernmalm indeholdende metal i form af ferumoxider.
• Brændstof - koks og naturgas.
• Oxygen - injiceret gennem specielle lanser.
• Fluxer er kemiske formationer baseret på mangan og (eller) silicium.

Staper af højovn:

1. Genvinding af rent jern ved kemiske reaktioner af jernmalm med ilt tilført gennem lanser.
2. Forbrænding af koks og dannelse af carbonoxider.
3. Karburering af rent jern i reaktioner med CO og CO_2.
4. Mætning af Fe_{3C med mangan og silicium, afhængigt af de påkrævede output-egenskaber.}
5. Dræning af færdigt metal i forme gennem støbejernshanehuller; slaggeudledning gennem slaggehanehuller.

Ved slutningen af arbejdscyklussen modtager højovne råjern, slagger og højovnsgasser.

Bast Furnace Metal Products

Afhængig af kølehastighed, mikrostruktur, mætning med kulstof og tilsætningsstoffer, er det muligt at få flere typer støbejern:

1. Købt (hvid): bundet kulstof, primær cementit. De bruges som råmaterialer til smeltning af andre jern-carbon-legeringer, forarbejdning. Op til 80 % af al produceret højovnslegering.
2. Støberi (grå): kulstof i form af helt eller delvist fri grafit, nemlig dets plader. Anvendes til fremstilling af kropsdele med lavt ansvar. Op til 19 % af produceret højovnsstøbegods.
3. Special: rig på ferrolegeringer. 1-2 % af den betragtede produktionstype.

Sektilt jern opnås ved varmebehandling af råjernet.

Teori om jern-kulstof-strukturer

Carbon med ferum kan danne flere forskellige typer legeringer alt efter typen af krystalgitter, som vises på mikrostrukturmuligheden.

1. Penetration af fast opløsning i α-jern - ferrit.
2. Penetration af fast opløsning i γ-jern - austenit.
3. Kemisk dannelse Fe_{3C (bundet tilstand) – cementit. Primær dannes ved hurtig afkøling fra en flydende smelte. Sekundær - langsommere temperaturfald, fra austenit. Tertiær - gradvis afkøling, fra ferrit.}
4. Mekanisk blanding af korn af ferrit og cementit - perlit.
5. Mekanisk blanding af korn af perlit eller austenit og cementit - ledeburite.

Støbejern har en speciel mikrostruktur. Grafit kan være i en bundet form og danne ovenstående strukturer, eller det kan være i en fri tilstand i form af forskellige indeslutninger. Egenskaberne påvirkes af både hovedkornene og disse formationer. Grafitfraktioner i metal er plader, flager eller kugler.

Lamelformen er karakteristisk for grå jern-carbon-legeringer. Det gør dem skrøbelige og upålidelige.

Flagelignende indeslutninger har formbare støbejern, som har en positiv effekt på deres mekaniske ydeevne.

Den sfæriske struktur af grafit er endnu mereforbedrer metallets kvalitet, hvilket påvirker stigningen i hårdhed, pålidelighed, eksponering for betydelige belastninger. Højstyrke støbejern har disse egenskaber. Formbart støbejern bestemmer dets egenskaber ved ferritiske eller perlitiske baser med tilstedeværelsen af flagende grafitindeslutninger.

Produktion af ferritisk duktilt jern

Det er fremstillet af en hvid svinehypoeutektoid lav-carbon-legering ved udglødning af barrer med et kulstofindhold på 2,4-2,8% og tilstedeværelsen af tilsætningsstoffer svarende til dem (Mn, Si, S, P). Tykkelsen af væggene i de udglødede dele bør ikke være mere end 5 cm. Ved støbninger af betydelig tykkelse har grafit form af plader, og de ønskede egenskaber opnås ikke.

For at få duktilt jern med ferritisk bund, anbringes metallet i specielle kasser og drysses med sand. Tætlukkede beholdere placeres i varmeovne. Udfør følgende handlingssekvens under annealing:

1. Strukturerne opvarmes i ovne til en temperatur på 1.000 ˚C og efterlades ved konstant varme i en periode på 10 til 24 timer. Som følge heraf desintegrerer primær cementit og ledeburit.
2. Metalet afkøles til 720 ˚С sammen med ovnen.
3. Ved en temperatur på 720 ˚С opbevares de i lang tid: fra 15 til 30 timer. Denne temperatur sikrer nedbrydning af sekundær cementit.
4. På sidste trin afkøles de igen sammen med den fungerende komfur til 500 ˚С og fjernes derefter til luften.

En sådan teknologisk udglødning kaldes grafitisering.

Efter det udførte arbejde er materialets mikrostrukturferrit med flagende grafitkorn. Denne type kaldes "black-hearted", fordi pausen er sort.

Produktion af perlitisk duktilt jern

Dette er en slags jern-carbon-legering, som også stammer fra hypoeutectoid white, men kulstofindholdet i den er øget: 3-3,6%. For at opnå støbegods med perlitbase anbringes de i kasser og drysses med knust pulveriseret jernmalm eller skæl. Selve udglødningsproceduren er forenklet.

1. Metallets temperatur øges til 1.000 ˚C, holdt i 60-100 timer.
2. Designer cool med ovn.

På grund af træghed under påvirkning af varme sker der diffusion i metalmiljøet: grafitten, der frigives i cementithenfaldet, forlader delvist overfladelaget af de udglødede dele og sætter sig på overfladen af malmen eller skæl. Der opnås et blødere, mere duktilt og duktilt overlag af "hvidhjertet" duktilt jern med et hårdt center.

En sådan udglødning kaldes ufuldstændig. Det sikrer opløsningen af cementit og ledeburit til lamelperlit med den tilsvarende grafit. Hvis granulært perlitisk duktilt jern med højere slagstyrke og duktilitet er påkrævet, påføres yderligere opvarmning af materialet op til 720 ˚С. Dette resulterer i dannelsen af perlitkorn med flagende grafitindeslutninger.

Egenskaber, markeringer og anvendelser af ferritisk duktilt jern

Lang "languhing" af metallet i ovnen resulterer i fuldstændigt henfald af cementit og ledeburit til ferrit. Tak tilteknologiske tricks opnås en legering med et højt kulstofindhold - en ferritisk struktur karakteristisk for lavkulstofstål. Kulstof i sig selv forsvinder dog ingen steder – det går fra en tilstand bundet til jern til en fri tilstand. Temperatureffekten ændrer formen af grafitindeslutninger til skællende.

Ferritisk struktur forårsager et fald i hårdhed, en stigning i styrkeværdier, tilstedeværelsen af sådanne karakteristika som slagstyrke og duktilitet.

Mærkning af duktile jern af 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 at den kan modstå uden at falde sammen;}

6, 8, 10, 12 – relativ forlængelse, δ, % – duktilitetsindeks (jo højere værdi, jo mere kan metallet bearbejdes ved tryk).

Hårdhed - omkring 100-160 HB.

Dette materiale, hvad angår dets ydeevne, indtager en midterposition mellem f.eks. stål og grå jern-carbon-legering. Duktilt støbejern med en ferritisk base er ringere end perlitisk med hensyn til slidstyrke, korrosion og udmattelsesstyrke, men højere med hensyn til mekanisk udholdenhed, duktilitet og støbeegenskaber. På grund af dens lave pris bruges den i vid udstrækning i industrien til fremstilling af dele, der arbejder under lav og middel belastning: gear, krumtaphuse, bagaksler, VVS.

Egenskaber, markeringer og anvendelser af perletisk duktilt jern

På grund af ufuldstændig udglødning har primære, sekundære cementitter og ledeburit tid til at opløses fuldstændigt i austenit, som ved en temperatur på 720 ˚С bliver til perlit. Sidstnævnte er en mekanisk blanding af korn af ferrit og tertiær cementit. Faktisk forbliver en del af kulstoffet i en bundet form, bestemmer strukturen, og en del "frigives" til flaget grafit. I dette tilfælde kan perlit være lamellær eller granulær. Således dannes perlitisk duktilt jern. Dens egenskaber skyldes dens mættede, hårdere og mindre bøjelige struktur.

Disse har i sammenligning med ferritisk højere anti-korrosions-, slidbestandige egenskaber, deres styrke er meget højere, men lavere støbeegenskaber og duktilitet. Bøjeligheden over for mekanisk belastning øges overfladisk, samtidig med at hårdheden og viskositeten af produktets kerne bevares.

Mærkning af perlitisk klasse af formbart støbejern: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

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

Anden - betegnelsen for plasticitet: forlængelse δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 og 1, 5.

Perlitisk formbart støbejern er blevet brugt i mekanik og instrumentering til konstruktioner, der opererer under tunge belastninger - både statiske og dynamiske: knastaksler, krumtapaksler, koblingsdele, stempler, plejlstænger.

Varmebehandling

Det materiale, der opnås ved varmebehandling, nemlig udglødning, kan reblive udsat for temperaturpåvirkninger. Deres hovedmål er yderligere at øge styrke, slidstyrke, modstandsdygtighed over for korrosion og ældning.

1. Hærdning bruges til strukturer, der kræver høj hårdhed og sejhed; produceret ved opvarmning op til 900 ˚С, afkøles delene med en gennemsnitlig hastighed på omkring 100 ˚С/sek ved hjælp af maskinolie. Det efterfølges af høj temperering med opvarmning op til 650˚С og luftkøling.
2. Normalisering bruges til mellemstore simple dele ved at opvarme i en ovn til 900 ˚С, holde ved denne temperatur i en periode på 1 til 1,5 time og derefter afkøle i luft. Giver troostit granulær perlit, dens hårdhed og pålidelighed i friktion og slid. Det bruges til at opnå anti-friktion formbart støbejern med en perlitisk base.
3. Udglødning gentages ved fremstilling af antifriktion: opvarmning - op til 900 ˚С, langvarig fastholdelse ved denne varme, afkøling sammen med ovnen. Den ferritiske eller ferritiske-perlitiske struktur af anti-friktions duktilt jern er tilvejebragt.

Opvarmning af støbejernsprodukter kan udføres lok alt eller i kombination. Til lokal brug, højfrekvente strømme eller en acetylenflamme (hærdning). Til komplekse - opvarmningsovne. Ved lokal opvarmning hærdes kun det øverste lag, mens dets hårdhed og styrke øges, men kernens plasticitet og viskositet forbliver.

Det er vigtigt at påpege her, at smedning af støbejern er umuligt, ikke kun på grund af utilstrækkelig mekaniskegenskaber, men også på grund af dens høje følsomhed over for et kraftigt temperaturfald, hvilket er uundgåeligt ved hærdning med vandkøling.

Anti-friktions duktile strygejern

Denne variant gælder for både formbare og legerede, de er grå (ASF), formbare (ASC) og højstyrke (ACS). Duktilt jern anvendes til fremstilling af ACHK, som er udglødet eller normaliseret. Processerne udføres for at øge dets mekaniske egenskaber og danne en ny karakteristik - slidstyrke under friktion med andre dele.

Markeret: AChK-1, AChK-2. Det bruges til produktion af krumtapaksler, gear, lejer.

Inflydelse af tilsætningsstoffer på egenskaber

Udover jern-carbon-basen og grafitten indeholder de også andre komponenter, der også bestemmer støbejerns egenskaber: mangan, silicium, fosfor, svovl og nogle legeringselementer.

Mangan øger flydende metals flydeevne, korrosionsbestandighed og slidstyrke. Det hjælper med at øge hårdheden og styrke, binder kulstof med jern i den kemiske formel Fe_{3C, dannelsen af granulær perlit.}

Silicon har også en positiv effekt på flydende legering, fremmer nedbrydningen af cementit og frigivelsen af grafitindeslutninger.

Svovl er en negativ, men uundgåelig komponent. Det reducerer mekaniske og kemiske egenskaber, stimulerer dannelsen af revner. Men det rationelle forhold mellem dets indhold og andre elementer (for eksempel med mangan) tillader detkorrekte mikrostrukturelle processer. Så ved Mn-S-forholdet på 0,8-1,2 bevares perlit på ethvert tidspunkt af temperaturpåvirkninger. Når forholdet øges til 3, bliver det muligt at opnå enhver nødvendig struktur, afhængigt af de specificerede parametre.

Fosfor ændrer fluiditeten til det bedre, påvirker styrke, reducerer slagstyrke og duktilitet, påvirker varigheden af grafitisering.

Krom og molybdæn hindrer dannelsen af grafitflager, i nogle indhold bidrager de til dannelsen af granulær perlit.

Tungsten forbedrer slidstyrken i områder med høje temperaturer.

Aluminium, nikkel, kobber bidrager til grafitisering.

Ved at justere mængden af kemiske grundstoffer, der udgør jern-kulstof-legeringen, samt deres forhold, er det muligt at påvirke de endelige egenskaber af støbejern.

Fordele og ulemper

Sektilt jern er et materiale, der er meget udbredt i teknik. Dens vigtigste fordele:

• høj hårdhed, slidstyrke, styrke sammen med flydeevne;
• normal sejhed og duktilitetsegenskaber;
• fremstillingsevne ved formning, i modsætning til gråt støbejern;
• forskellige muligheder for at korrigere egenskaber for en specifik del ved hjælp af metoder til termisk og kemisk-termisk behandling;
• lavpris.

Ulemper omfatter individuelle egenskaber:

• fragility;
• tilstedeværelse af grafitindeslutninger;
• dårlig skæreydelse;
• betydelig vægt af støbegods.

På trods af de eksisterende mangler indtager duktilt jern en ansvarlig plads i metallurgi og teknik. Sådanne vigtige dele som krumtapaksler, bremseklodsdele, gearhjul, stempler, plejlstænger er lavet af det. Med et ubetydeligt udvalg af kvaliteter indtager duktilt jern en individuel niche i branchen. Dens brug er typisk for de belastninger, hvor brugen af andre materialer er usandsynlig.