Vrste lijevanog željeza, klasifikacija, sastav, svojstva, označavanje i primjena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Danas gotovo da ne postoji područje ljudskog života u kojem se ne koristi lijevano željezo. Ovaj je materijal poznat čovječanstvu već duže vrijeme i izvrsno se pokazao s praktične točke gledišta. Lijevano željezo je osnova velikog broja dijelova, sklopova i mehanizama, au nekim slučajevima čak i samodostatan proizvod sposoban obavljati funkcije koje su mu dodijeljene. Stoga ćemo u ovom članku posvetiti veliku pozornost ovom spoju koji sadrži željezo. Također ćemo saznati koje su vrste lijevanog željeza, njihova fizikalna i kemijska svojstva.

Definicija

Lijevano željezo je uistinu jedinstvena legura željeza i ugljika, u kojoj Fe ima više od 90%, a C nije više od 6,67%, ali ne manje od 2,14%. Također, ugljik se može naći u lijevanom željezu u obliku cementita ili grafita.

Ugljik daje leguri dovoljno visoku tvrdoću, međutim, u isto vrijeme, smanjuje savitljivost i duktilnost. Kao rezultat toga, lijevano željezo je krhak materijal. Također, određenim razredima lijevanog željeza dodaju se posebni aditivi, koji spoju mogu dati određena svojstva. Uloga legirajućih elemenata može biti: nikal, krom, vanadij, aluminij. Indeks gustoće lijevanog željeza je 7200 kilograma po kubnom metru. Iz čega se može zaključiti datežina lijevanog željeza je pokazatelj koji se ne može nazvati malim.

Povijesna pozadina

Taljenje željeza čovjeku je odavno poznato. Prvi spomen legure datira iz šestog stoljeća prije Krista.

U drevnim vremenima, Kina je proizvodila lijevano željezo s prilično niskom točkom taljenja. Lijevano željezo počelo se proizvoditi u Europi oko 14. stoljeća, kada su prve korištene visoke peći. U to vrijeme, takav odljevak se koristio za proizvodnju oružja, granata, građevinskih dijelova.

U Rusiji je proizvodnja lijevanog željeza aktivno započela u 16. stoljeću, a zatim se brzo proširila. Za vrijeme Petra I., Rusko Carstvo moglo je zaobići sve zemlje svijeta u proizvodnji željeza, ali je sto godina kasnije ponovo počelo gubiti tlo na tržištu crne metalurgije.

Lijevano željezo se koristi za stvaranje raznih umjetničkih djela još od srednjeg vijeka. Konkretno, u 10. stoljeću kineski majstori izlili su uistinu jedinstvenu figuru lava, čija je težina prelazila 100 tona. Počevši od 15. stoljeća u Njemačkoj, a nakon toga i u drugim zemljama, lijevanje lijevanog željeza postaje široko rasprostranjeno. Od njega su napravljene ograde, rešetke, parkovne skulpture, vrtni namještaj, nadgrobni spomenici.

Posljednjih godina 18. stoljeća lijevanje je bilo najviše uključeno u arhitekturu Rusije. A 19. stoljeće se općenito naziva "dobom lijevanog željeza", budući da se legura vrlo aktivno koristila u arhitekturi.

Značajke

Postoje različite vrstelijevano željezo, međutim, prosječna točka taljenja ovog metalnog spoja je oko 1200 stupnjeva Celzija. Ova brojka je 250-300 stupnjeva manja nego što je potrebno za proizvodnju čelika. Ova razlika je povezana s prilično visokim sadržajem ugljika, što dovodi do njegove manje bliske veze s atomima željeza na molekularnoj razini.

U vrijeme taljenja i naknadne kristalizacije, ugljik sadržan u lijevanom željezu nema vremena da u potpunosti prodre u molekularnu rešetku željeza, pa se stoga lijevano željezo na kraju pokaže prilično krhkim. U tom smislu, ne koristi se tamo gdje postoje stalna dinamička opterećenja. Ali u isto vrijeme, odličan je za one dijelove koji imaju povećane zahtjeve za čvrstoćom.

Tehnologija proizvodnje

Apsolutno sve vrste lijevanog željeza proizvode se u visokoj peći. Zapravo, sam proces taljenja je prilično naporna aktivnost koja zahtijeva ozbiljna materijalna ulaganja. Za jednu tonu sirovog željeza potrebno je oko 550 kilograma koksa i gotovo tona vode. Količina rude koja se ubacuje u peć ovisit će o sadržaju željeza. Najčešće se koristi ruda u kojoj je željezo najmanje 70%. Niža koncentracija elementa je nepoželjna, jer bi ga bilo neekonomično koristiti.

Proizvodnja prve faze

Taljenje željeza je kako slijedi. Prije svega, u peć se ulijeva ruda, kao i vrste koksnog ugljena, koje služe za stlačenje i održavanje potrebne temperature unutar peći. Osim toga, ovi proizvodi tijekom procesa izgaranja aktivno su uključeni u tekuće kemijske reakcije uuloga sredstava za redukciju željeza.

U isto vrijeme, fluks se ubacuje u peć, koji služi kao katalizator. Pomaže da se kamenje brže otapa, što potiče oslobađanje željeza.

Važno je napomenuti da se ruda podvrgava posebnoj prethodnoj obradi prije utovara u peć. Usitnjava se u postrojenju za drobljenje (male čestice se brže tope). Zatim se ispere kako bi se uklonile čestice bez metala. Nakon toga se sirovina peče, zbog čega se iz nje uklanjaju sumpor i drugi strani elementi.

Druga faza proizvodnje

Prirodni plin se opskrbljuje u peć napunjenu i spremnu za rad preko posebnih plamenika. Koks zagrijava sirovinu. U tom slučaju se oslobađa ugljik koji se spaja s kisikom i stvara oksid. Ovaj oksid kasnije sudjeluje u dobivanju željeza iz rude. Imajte na umu da s povećanjem količine plina u peći, brzina kemijske reakcije opada, a kada se postigne određeni omjer, ona se potpuno zaustavlja.

Višak ugljika prodire u taline i spaja se sa željezom, na kraju stvarajući lijevano željezo. Svi oni elementi koji se nisu otopili nalaze se na površini i na kraju se uklanjaju. Taj se otpad naziva troska. Također se može koristiti za proizvodnju drugih materijala. Vrste lijevanog željeza dobivene na ovaj način nazivaju se ljevaonica i sirovo željezo.

Diferencijacija

Suvremena klasifikacija lijevanog željeza predviđa podjelu ovih legura u sljedeće vrste:

• Bijelo.
• Pola.
• Siva s grafitom u pahuljicama.
• Nodularni grafit visoke čvrstoće.
• Duktilna.

Pogledajmo svaki zasebno.

bijelo lijevano željezo

Ovo lijevano željezo je ono u kojem je gotovo sav ugljik kemijski vezan. U strojarstvu se ova legura ne koristi često, jer je tvrda, ali vrlo lomljiva. Također, ne može se obrađivati raznim alatima za rezanje, te se stoga koristi za lijevanje dijelova koji ne zahtijevaju nikakvu obradu. Iako ova vrsta lijevanog željeza omogućuje brušenje abrazivnim kotačima. Bijelo lijevano željezo može biti i obično i legirano. Istodobno, zavarivanje izaziva poteškoće, budući da je praćeno stvaranjem raznih pukotina tijekom hlađenja ili zagrijavanja, a također i zbog heterogenosti strukture koja nastaje na mjestu zavarivanja..

Bijela lijevana željeza otporna na habanje dobivaju se primarnom kristalizacijom tekuće legure tijekom brzog hlađenja. Najčešće se koriste za primjenu suhog trenja (npr. kočione pločice) ili za proizvodnju dijelova s povećanom otpornošću na habanje i toplinu (valjaonice).

Usput, bijeli lijev je ime dobio po tome što je izgled njegovog loma svjetlokristalna, blistava površina. Struktura ovog lijevanog željeza je kombinacija ledeburita, perlita i sekundarnog cementita. Ako je ovo lijevano željezo legirano, tada se perlit pretvara utroostit, austenit ili martenzit.

Pola lijevanog željeza

Klasifikacija lijevanog željeza bila bi nepotpuna bez spominjanja ove vrste metalnih legura.

Ovo lijevano željezo karakterizira kombinacija karbidne eutektike i grafita u svojoj strukturi. Općenito, punopravna struktura ima sljedeći oblik: grafit, perlit, ledeburit. Ako se lijevano željezo podvrgne toplinskoj obradi ili legiranju, to će dovesti do stvaranja austenita, martenzita ili iglastog troostita.

Ova vrsta lijevanog željeza je prilično krhka, pa je njegova upotreba vrlo ograničena. Sama legura dobila je ime jer je njezin lom kombinacija tamnih i svijetlih područja kristalne strukture.

Najčešći inženjerski materijal

Sivi lijev GOST 1412-85 sadrži oko 3,5% ugljika, od 1,9 do 2,5% silicija, do 0,8% mangana, do 0,3% fosfora i manje od 0,12% sumpora.

Grafit u takvom lijevanom željezu ima lamelarni oblik. Ne zahtijeva posebne izmjene.

Grafitne ploče imaju snažan učinak slabljenja i stoga sivi lijev karakterizira vrlo niska udarna čvrstoća i gotovo potpuna odsutnost istezanja (manje od 0,5%).

Sivo lijevano željezo je dobro obrađeno. Struktura legure može biti sljedeća:

• Ferit-grafit.
• Ferit-perlit-grafit.
• Perlit-grafit.

Sivo lijevano željezo radi puno bolje na kompresiju nego na napetost. On takođerzavari prilično dobro, ali to zahtijeva prethodno zagrijavanje, a kao materijal za punjenje treba koristiti posebne šipke od lijevanog željeza s visokim udjelom silicija i ugljika. Bez predgrijavanja, zavarivanje će biti teško jer će lijevano željezo izbjeliti u području zavarivanja.

Sivi ljevak koristi se za proizvodnju dijelova koji rade bez udarnog opterećenja (remenice, poklopci, kreveti).

Oznaka ovog lijevanog željeza javlja se prema sljedećem principu: SCH 25-52. Dva slova označavaju da se radi o sivom lijevanom željezu, broj 25 je pokazatelj vlačne čvrstoće (u MPa ili kgf / mm 2), broj 52 je vlačna čvrstoća u ovom trenutku savijanja.

Duktilno željezo

Nodularno lijevano željezo bitno se razlikuje od svoje druge "braće" po tome što sadrži nodularni grafit. Dobiva se uvođenjem posebnih modifikatora (Mg, Ce) u tekuću leguru. Broj inkluzija grafita i njihove linearne dimenzije mogu biti različiti.

Što je dobro kod sferoidnog grafita? Činjenica da takav oblik minimalno slabi metalnu bazu, koja pak može biti perlitna, feritna ili perlitno-feritna.

Zbog upotrebe toplinske obrade ili legiranja, baza od lijevanog željeza može biti igla-troostitna, martenzitna, austenitna.

Ocjene nodularnog željeza su različite, ali općenito, njegova oznaka je sljedeća: VCh 40-5. Lako je pogoditi da je HF lijevano željezo visoke čvrstoće, broj 40 je pokazateljvlačna čvrstoća (kgf/mm2), broj 5 je u odnosu na istezanje, izraženo u postocima.

Duktilno željezo

Struktura nodularnog željeza je prisutnost grafita u njemu u obliku ljuskica ili kugle. U isto vrijeme, grafit koji se ljušti može imati različitu finoću i kompaktnost, što zauzvrat ima izravan utjecaj na mehanička svojstva lijevanog željeza.

Industrijsko nodularno željezo često se proizvodi s feritnom bazom, što osigurava veću duktilnost.

Izgled loma feritnog nodularnog željeza ima crni baršunasti izgled. Što je veća količina perlita u strukturi, prijelom će postati lakši.

Općenito, nodularno željezo se dobiva iz odljevaka od bijelog željeza zbog dugog tanjanja u pećima zagrijanim na temperaturu od 800-950 stupnjeva Celzija.

Danas postoje dva načina za izradu nodularnog željeza: europski i američki.

Američka metoda je taljenje legure u pijesku na temperaturi od 800-850 stupnjeva. U tom procesu grafit se nalazi između zrna najčišćeg željeza. Kao rezultat toga, lijevano željezo postaje viskozno.

U europskoj metodi, odljevci vene u željeznoj rudi. Temperatura je u isto vrijeme oko 850-950 stupnjeva Celzija. Ugljik prelazi u željeznu rudu, zbog čega se površinski sloj odljevaka razugljiči i postaje mekan. Lijevano željezo postaje savitljivo, dok jezgra ostaje krhka.

Oznaka kovanog željeza: KCh 40-6, gdje je KCh, naravno, kovno željezo; 40 - indeks vlačne čvrstoće;6 – produljenje, %.

Ostali pokazatelji

Što se tiče podjele lijevanog željeza prema čvrstoći, ovdje se primjenjuje sljedeća klasifikacija:

• Tipična čvrstoća: σv do 20 kg/mm2.
• Povećana snaga: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Visoka čvrstoća: σv=40 kg/mm2 i više.

Prema duktilnosti, lijevano željezo dijele se na:

• Nesavitljivo - istezanje manje od 1%.
• Niska plastika - od 1% do 5%.
• Plastika - od 5% do 10%.
• Povećana plastičnost - više od 10%.

U zaključku, također bih želio napomenuti da na svojstva bilo kojeg lijevanog željeza prilično značajno utječu čak i oblik i priroda izlijevanja.