Duktile Iron: Egenskaber, Mærkning og Applications

Støbejern er en solid, korrosionsbestandig, men sprød, jerncarbonlegering med et carbonindhold på C i området fra 2,14 til 6,67%. Trods tilstedeværelsen af karakteristiske mangler er der en række forskellige typer, egenskaber, applikationer. Stort støbejern anvendes i vid udstrækning.

historie

Dette materiale var kendt fra det 4. århundrede f.Kr. e. Hans kinesiske rødder er i VI århundrede. BC. e. I Europa er den første omtale af industriproduktionen af legeringen dateret XIV, og i Rusland - det 16. århundrede. Men teknologien til fremstilling af formbart støbejern patenteret i Rusland i XIX århundrede. Efter udviklet AD Annosov.

Da grå støbejern er begrænset i brug på grund af dets lave mekaniske egenskaber, og stål er dyrt og har lav hårdhed og holdbarhed, opstod spørgsmålet om oprettelsen af et metal, der er pålideligt, slidstærkt, solidt og samtidig har øget styrke og en vis duktilitet.

Smedning af støbejern er umuligt, men på grund af dets plastkarakteristika er det modtageligt for visse typer trykbehandling (for eksempel stempling).

produktion

Den vigtigste metode smelter i højovne.

Indledende produkter til højovnebearbejdning:

• Shihta - jernmalm, der indeholder metal i form af oxider af en ferum.
• Brændsel - koks og naturgas.
• Oxygen blæses gennem specielle tuyeres.
• Fluxer er kemiske formationer baseret på mangan og (eller) silicium.

Stader med højovnsmeltning:

1. Genopretning af rent jern ved kemiske reaktioner af jernmalm med ilt fodret gennem tuyeres.
2. Forbrænding af koks og dannelse af carbonoxider.
3. Carburering af rent jern i reaktioner med CO og CO ₂ .
4. Mætning af Fe ₃ C med mangan og silicium, afhængigt af de krævede egenskaber ved udløbet.
5. Afløb af færdigmetal i formstykker gennem støbejerns taphuller; Slagudladning gennem slaggbånd.

I slutningen af arbejdscyklussen modtager højovne gasser, slagge og højovne gasser.

Metalliske produkter med højovnsproduktion

Afhængigt af afkølingshastigheden, mikrostruktur, kulstofmætning og additiver er det muligt at opnå flere typer støbejern:

1. Omfordeling (hvid): kulstof i bunden form, primærcementit. Anvendes som råmaterialer til smeltning af andre jern-carbonlegeringer, forarbejdning. Op til 80% af alle producerede sprøjteovnelegeringer.
2. Støberi (grå): kulstof i form af helt eller delvis fri grafit, nemlig dens plader. Bruges til fremstilling af småkropsdele. Op til 19% af den producerede sprøjtestøbning.
3. Special: mættet med ferrolegeringer. 1-2% af den betragtede type produktion.

Duktilt jern fremstilles ved varmebehandling af grisjernet.

Teori af jern-carbon-strukturer

Kulstof med en ferum kan danne flere forskellige typer legeringer af typen af krystalgitter, som vises på mikrostrukturversionen.

1. En fast opløsning af penetration i a-jern-ferrit.
2. En fast opløsning af penetration i y-jern er austenit.
3. Den kemiske dannelse af Fe ₃ C (bundet tilstand) er cementit. Den primære formes ved hurtig afkøling fra væskesmeltningen. Sekundær - et langsommere fald i temperaturen, fra austenit. Tertiær - gradvis afkøling, fra ferrit.
4. Den mekaniske blanding af korn af ferrit og cementit er perlit.
5. Mekanisk blanding af korn af perlit eller austenit og cementit - ledeburit.

For støbejern er en særlig mikrostruktur karakteristisk. Grafit kan være i en bundet form og danne ovennævnte strukturer, men kan forblive i fri tilstand i form af forskellige indeslutninger. Egenskaberne er påvirket af både hovedkornene og disse formationer. Grafitfraktioner i et metal er plader, flager eller kugler.

Pladformen er karakteristisk for grå jern-carbonlegeringer. Det forårsager deres skrøbelighed og usikkerhed.

Inklusioner floccous har duktilt støbejern, hvilket positivt påvirker deres mekaniske ydeevne.

Grafitens sfæriske struktur forbedrer metalkvaliteten yderligere, hvilket påvirker stigningen i hårdhed, pålidelighed, aldring af betydelige belastninger. Disse egenskaber er højstyrke støbejern. Duklejerns egenskaber forårsager ferrit eller perlitbasis med tilstedeværelsen af frikøse grafitindeslutninger.

Fremstilling af ferritisk formbar støbejern

Den fremstilles af en hvid, pre-eutektisk lavkoolstoflegering ved annealing af gødder med et kulstofindhold på 2,4-2,8% og de tilsvarende additiver (Mn, Si, S, P). Tykkelsen af væggene i glødgede dele må ikke være over 5 cm. For støbe af stor tykkelse har grafit form af plader, og de ønskede egenskaber opnås ikke.

For at få formbart støbejern med en ferritisk base, anbringes metallet i specialkasser og hældes med sand. Tæt lukkede beholdere anbringes i ovne. Følgende sekvens af handlinger udføres under annealing:

1. Strukturerne opvarmes i ovne til en temperatur på 1000 ° C og lades stå ved konstant varme i en periode på 10 til 24 timer. Som følge heraf nedbrydes primærcementit og ledeburit.
2. Metalet afkøles til 720 ° C sammen med ovnen.
3. Ved en temperatur på 720 ° C opretholdes de i lang tid: fra 15 til 30 timer. Denne temperatur sikrer dekomponering af den sekundære cementit.
4. I sidste fase afkøles de igen sammen med brændeovnen til 500 ° C, hvorefter de bringes til luft.

En sådan teknologisk udglødning kaldes grafitering.

Efter arbejdet er materialets mikrostruktur en ferrit med flager af grafit. Denne type kaldes "black hearted", da bruddet er sort.

Fremstilling af perlittformet støbejern

Dette er en slags jern-kulstoflegering, som også stammer fra den præ-eutektoidhvid, men kulstofindholdet i den er forøget: 3-3,6%. For at opnå støbegods med en perlitbase, placeres de i kasser og hældes med knust pulverformet jernmalm eller skala. Hele annealingsproceduren er forenklet.

1. Temperaturen af metallet hæves til 1 000 ° C, opretholdt i 60-100 timer.
2. Bygningerne afkøles med en ovn.

På grund af den sløvhed, der er påvirket af varme i det metalliske miljø, forekommer der diffusion: Grafittet, der frigives i cementitnedbrydningen, forlader delvist overfladelaget af de annealerede dele og sætter sig på overfladen af malmen eller skalaen. Få et blødere, viskøs og duktilt toplag af "hjerteformet" formbar støbejern med en solid midten.

Sådan udglødning kaldes ufuldstændig. Det sikrer dekomponering af cementit og ledeburit i pladelignende perlit med den tilsvarende grafit. I tilfælde af at der kræves granulært perlitformet støbejern med højere slagstyrke og duktilitet, anvendes yderligere materialforvarmning til 720 ° C. I dette tilfælde dannes perlitkorn med flakgrafitindeslutninger.

Egenskaber, mærkning og anvendelse af ferritisk formbar støbejern

Den langvarige "afsmudsning" af metal i ovnen resulterer i fuldstændig nedbrydning af cementit og ledeburit i ferrit. Takket være teknologiske tricks opnås en legering med højt kulstofindhold - en ferritstruktur, der er karakteristisk for kulstofstål. Kulen selv går imidlertid ikke væk nogen steder - den går fra den jernbundne tilstand til den frie tilstand. Temperaturpåvirkningen ændrer formen af grafitindeslutningerne til flokkuleringen.

Den ferritiske struktur forårsager et fald i hårdhed, en stigning i styrke, tilstedeværelsen af egenskaber såsom slagstyrke og duktilitet.

Mærkning af jernmalmformbar ferritisk klasse: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, hvor:

KC - betegnelse af sorten - formbar

30, 33, 35, 37: σ _i , 300, 330, 350, 370 N / mm ² - den maksimale belastning, som den kan modstå uden at bryde;

6, 8, 10, 12 - Relativ forlængelse, δ,% - plasticitetsindeks (jo højere værdi, jo mere metal er underlagt trykbehandling).

Hårdheden er omkring 100-160 HB.

Dette materiale i dets parametre indtager en mellemposition mellem f.eks. Stål og jern-carbon grå legering. Duktilt støbejern med ferritisk base er ringere end perlitt med hensyn til slidstyrke, korrosion og træthedsstyrke, men højere i mekanisk fastholdelse, plasticitet, støbegenskaber. På grund af den lave pris er den almindeligt anvendt i industrien til fremstilling af dele, der arbejder under små og mellemstore belastninger: tandhjul, krumtap, bagbroer, sanitetsartikler.

Egenskaber, mærkning og anvendelse af perlittformet støbejern

På grund af ufuldstændig glødning har de primære sekundære cementitter og ledeburit tid til fuldstændig opløsning i austenit, som ved 720 ° C bliver perlit. Sidstnævnte er en mekanisk blanding af korn af ferrit og cementit af tertiær. Faktisk er en del af carbon forbliver bundet, bestemmer strukturen, og en del af det "frigives" til flaky grafit. I dette tilfælde kan perlit være lamellær eller granulær. Således dannes perleitformet støbejern. Dens egenskaber skyldes en mættet, hårdere og mindre bøjelig struktur.

Disse har i sammenligning med ferrit højere anticorrosive slidstyrke egenskaber, deres styrke er meget højere, men lavere støbegenskaber og plasticitet. Overholdelsen af mekaniske påvirkninger øges overfladisk, samtidig med at hårdheden og sejheden af produktets kerne opretholdes.

Mærkning af duktil støbejerns perlitklasse: 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 / mm ² .

Den anden er plasticitetsbetegnelsen: Relativ forlængelse δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 og 1,5.

Pearlitious malleable støbejern anvendes til maskinteknik og instrumentfremstilling til konstruktioner, der arbejder under tung belastning, både statisk og dynamisk: Kamaksler, krumtapaksler, koblingsdele, stempler og forbindelsesstænger.

Varmebehandling

Materialet opnået på grund af varmebehandling, nemlig annealing, kan gentagne gange udsættes for temperaturpåvirkninger. Deres hovedmål er en endnu større stigning i styrke, slidstyrke, modstandsdygtighed mod korrosion og aldring.

1. Hærdning anvendes til strukturer, der kræver høj hårdhed og sejhed; Fremstilles ved opvarmning til 900 ° C, afkøles delene ved en gennemsnitlig hastighed på ca. 100 ° C / s med maskinolie. Herefter følger en høj temperering med opvarmning til 650 ° C og afkøling i luft.
2. Normalisering bruges til små enkle detaljer ved opvarmning i en ovn til 900 ° C, stående ved denne temperatur i en periode på 1 til 1,5 timer og derefter afkøling i luft. Giver troostit granulær perlit, dens hårdhed og pålidelighed i friktion og slid. Den bruges til fremstilling af antifrikulære støbejerns støbejern med en perlitbase.
3. Annealing gentages i produktionen af antifrikation: opvarmning - op til 900 ˚і, langvarig fastholdelse ved denne varme, afkøling med ovnen. Der tilvejebringes en ferritisk eller ferritisk perlitstruktur af antifriktionsstøbt støbejern.

Opvarmning af støbejernsprodukter kan udføres lokalt eller på en kompleks måde. Til lokale, højfrekvente strømme eller acetylenflamme anvendes (hærdning). Til komplekse - fyringsovne. Ved lokal opvarmning er kun toplaget hærdet, mens dets hårdhed og styrke øges, men plasticiteten og kerneviskositeten forbliver.

Her er det vigtigt at påpege, at smedning af støbejern er umuligt ikke kun på grund af utilstrækkelige mekaniske egenskaber, men også på grund af dens høje følsomhed over for det skarpe temperaturfald, der er uundgåeligt under slukning med vandkøling.

Antifriktionsstøbbare støbejern

Denne variation gælder for formbar og legeret, de er grå (ASF), smedning (AFC) og højstyrke (AChV). Til fremstilling af AFC anvendes duktilt støbejern, som er annealeret eller normaliseret. Processer udføres med det formål at øge dets mekaniske egenskaber og dannelsen af en ny karakteristik - slidstyrke ved friktion med andre detaljer.

Det er mærket: АЧК-1, АЧК-2. Den bruges til produktion af krumtapaksler, gear, lejer.

Virkning af additiver på egenskaber

Foruden jernkulstofbasen og grafitten har de også andre bestanddele i deres sammensætning, som også bestemmer egenskaberne for støbejern: mangan, silicium, fosfor, svovl og nogle legeringselementer.

Mangan øger fluiditeten af flydende metal, korrosionsbestandighed og slidstyrke. Det fremmer hårdhed og styrkeforøgelse, binding af kulstof og jern til den kemiske formel Fe ₃ C, dannelsen af granulær perlit.

Silikium påvirker også flydende legeringens flydende virkning, fremmer nedbrydning af cementit og frigivelse af grafitindeslutninger.

Svovl er en negativ, men uundgåelig komponent. Det reducerer mekaniske og kemiske egenskaber, stimulerer dannelsen af revner. En rationel sammenhæng i indholdet med andre elementer (for eksempel med mangan) gør det muligt at rette op på mikrostrukturelle processer. Så beholdes Mn-S på 0,8-1,2 perlit for enhver periode med temperaturpåvirkninger. Med en stigning i forholdet til 3 bliver det muligt at opnå en hvilken som helst nødvendig struktur afhængigt af de angivne parametre.

Fosfor ændrer fluiditeten til det bedre, påvirker styrken, reducerer sejheden og plasticiteten, påvirker graden af grafitering.

Krom og molybdæn gør det vanskeligt at danne grafitflager, i noget af indholdet bidrager til dannelsen af granulær perlit.

Tungsten forbedrer slidstyrken ved arbejde i områder med høj temperatur.

Aluminium, nikkel, kobber fremmer grafitisering.

Korrigering af antallet af kemiske elementer, der udgør jern-kulstoflegeringen, såvel som deres forhold, er det muligt at påvirke de endelige egenskaber ved støbejern.

Fordele og ulemper

Duktilt jern er et materiale, der er meget udbredt inden for teknik. Dens vigtigste fordele er:

• Høje indikatorer for hårdhed, slidstyrke, styrke, sammen med fluiditet;
• Normale egenskaber ved slagstyrke og duktilitet;
• Processabilitet i behandlingen af tryk i modsætning til gråstøbt jern;
• En række muligheder for at korrigere egenskaber for en bestemt detalje ved metoder til termisk og kemisk-termisk behandling;
• Lav pris.

Ulemperne omfatter individuelle egenskaber:

• skrøbelighed;
• Tilstedeværelse af grafitindeslutninger;
• Lav ydelse i bearbejdning;
• Betydende vægt af støbegods.

Trods de nuværende mangler, duktilt jern tager ansvaret i metalindustrien og maskinindustrien. Fra det producerede så vigtige detaljer som krumtapaksler, bremseklodser dele, tandhjul, stempler, plejlstænger. At have en lille vifte af mærker, individuel niche i branchen indtager en jern. Dens anvendelse er typisk for fragten, hvorunder det er usandsynligt at der anvendes andre materialer.