Kemijska svojstva lijevanog željeza i čelika. Glavne vrste lijevanog željeza i njihova klasifikacija. Bliže stvari: opis materijala, vrste i primjene
Lijevano željezo ušlo je u naše živote prije mnogo stoljeća i ostalo je popularno do danas.. Našao je široku primjenu u mnogim područjima. No, da bismo razumjeli što je lijevano željezo, važno je poznavati njegova svojstva i kemijski sastav, strukturu i karakteristike njegovih legura, prednosti i nedostatke ovog materijala, kao i njegovu proizvodnju i područja primjene.
Kemijski sastav lijevanog željeza
Lijevano željezo je legura željeza i ugljika, u kojoj postotak ugljika nije manji od 2,14% ali ne veći od 4,5%. Ugljik je dio lijevanog željeza u obliku cementita ili grafita. Ako je postotak sadržaja ugljika manji od 2,14%, legura se naziva čelik.
Poznato je da je legura od lijevanog željeza prvi put proizvedena u Kini u 6. stoljeću. Tajna njegove proizvodnje došla je u Europu u 14. stoljeću, au Rusiji je njegov sastav doveden do savršenstva tek u 17. stoljeću. Tijekom cijelog ovog dugog vremena, formula lijevanog željeza nije se promijenila.
Najkvalitetniji materijal proizveden je u ljevaonici braće Demidov, koja se nalazi na Uralu.
Tijekom stoljeća ne samo da nije izgubio svoju važnost, već je stekao još širi raspon primjena.
Postoje takve vrste lijevanog željeza kao ultimativno I lijevanje. Prvi se koristi u proizvodnji čelika putem kisikovog konvertora. Silicij i mangan su u ovoj leguri sadržani u vrlo malim količinama. Vrsta materijala za lijevanje se više koristi u industriji i proizvodnji. On je, pak, podijeljen u sljedeće vrste:
- Bijelo lijevano željezo - ugljik u njemu je željezni karbid. Pritom je na njegovom rasjedu vidljiva bijela nijansa, otkud mu i ime. Ne koristi se u čistom obliku. Koristi se u proizvodnji temperanog lijevanog željeza.
- Sivi lijev karakterizira srebrnasta nijansa na prijelomu. Ima širok raspon primjena i lako se obrađuje pomoću rezača.
- Za povećanje karakteristika čvrstoće proizvedenog materijala koristi se legura visoke čvrstoće. Dobiva se iz sivog lijeva dodavanjem magnezija u njegovu masu.
- Tempirani lijev također je vrsta sivog lijeva. Naziv mu govori da ima povećanu duktilnost, a dobiva se od bijelog lijevanog željeza žarenjem.
- Polovica - ima posebna svojstva. Dio ugljika u svom sastavu je u obliku grafita, ostatak je u obliku cementita.
Značajke legure
Glavna značajka lijevanog željeza krije se u procesu njegove proizvodnje. Činjenica je da za različite vrste ove legure talište doseže 1200ºC, dok je za čelik 1500ºC. Na ovaj faktor utječe previsok sadržaj ugljika. Atomi željeza i ugljika nemaju međusobno vrlo bliske veze.
Kada dođe do taljenja, atomi ugljika ne mogu se potpuno ugraditi u molekularnu rešetku željeza, zbog čega legura lijevanog željeza postaje krta. U tom smislu, ne koristi se u proizvodnji dijelova koji će biti stalno podvrgnuti opterećenju.
Ovaj materijal pripada industriji crne metalurgije i po karakteristikama je sličan čeliku. Proizvodi od lijevanog željeza i čelika naširoko se koriste u svakodnevnom životu, što je sasvim opravdano.
Ako usporedimo karakteristike ovih metala, možemo izvući sljedeće zaključke:
- Trošak proizvoda od čelika veći je od troška lijevanog željeza.
- Razlike u boji: lijevano željezo je tamno i mat, a čelik svijetlo i sjajno.
- Čelik je manje podložan lijevanju, ali ga je, za razliku od lijevanog željeza, lakše kovati i zavarivati.
- Čelik ima veću čvrstoću od legure lijevanog željeza.
- Čelik ima veću težinu.
- Ima manji sadržaj ugljika od lijevanog željeza.
Prednosti i nedostatci
Ovaj materijal, kao i svaki drugi, ima svoje snage i slabosti.
Prednosti lijevanog željeza uključuju sljedeće čimbenike:
- Ponekad se čak uspoređuje po karakteristikama s čelikom, jer se neke njegove vrste odlikuju povećanom čvrstoćom.
- Dugo zadržava temperaturu: kada se zagrijava, toplina se ravnomjerno raspoređuje po njoj i ostaje nepromijenjena dugo vremena.
- To je ekološki prihvatljiv materijal, zbog čega se često koristi u izradi posuđa u kojem će se hrana izravno kuhati.
- Ne reagira na kiselo-bazno okruženje.
- To je izdržljiv materijal.
- Što se dulje koristi proizvod izrađen od ovog materijala, to je njegova kvaliteta bolja.
- Ovaj materijal je apsolutno bezopasan za ljudsko tijelo.
Nedostaci uključuju sljedeće čimbenike:
Karakteristike i svojstva lijevanog željeza
Ova metalna legura ima sljedeća svojstva:
- Fizička svojstva: specifična težina, stvarno skupljanje, koeficijent linearnog širenja. Na primjer, sadržaj ugljika u lijevanom željezu izravno utječe na njegovu specifičnu težinu.
- Toplinska svojstva. Toplinska vodljivost obično se izračunava prema pravilu pomaka. Za čvrsto stanje metala, volumetrijski toplinski kapacitet je 1 cal/cm3*oS. Ako je metal u tekućem stanju, tada je približno jednak 1,5 cal/cm3*oC.
- Mehanička svojstva. Važno je napomenuti da na ova svojstva utječe i sama baza i oblik i veličina grafita. Sivi lijev s perlitnom bazom je najtrajniji, a s feritnom bazom najduktilniji. Lamelarni oblik grafita karakterizira maksimalno smanjenje čvrstoće, dok sferni oblik ima minimalno smanjenje.
- Hidrodinamička svojstva. Prisutnost mangana i sumpora u sastavu utječe na viskoznost materijala. Također ima tendenciju povećanja kada temperatura legure prijeđe točku u kojoj počinje skrućivanje.
- Tehnološka svojstva. Ovaj metal odlikuje se izvrsnom kvalitetom lijevanja, kao i otpornošću na habanje i vibracije.
- Kemijska svojstva. Kako se potencijal elektrode smanjuje, strukturne komponente legure se poredaju sljedećim redom: cementit - fosfidni eutektik - ferit.
Na svojstva legure utječu i posebne nečistoće:
Sastav i struktura metala
Lijevano željezo kao konstrukcijski materijal predstavljeno je metalnom šupljinom s grafitnim inkluzijama. Njegove glavne komponente su perlit, ledeburit i plastični grafit. Zanimljivo je da su u različitim vrstama legura ti elementi prisutni u različitim omjerima ili mogu biti potpuno odsutni.
Prema svojoj strukturi, legura lijevanog željeza podijeljena je u sljedeće vrste:
- Perlitni.
- Feritni.
- Feritno-perlitni.
U ovom slučaju, grafit može biti prisutan u njemu u jednom od sljedećih oblika:
Tehnologije proizvodnje
Kao što znate, lijevano željezo se proizvodi u posebnim visokim pećima. Glavna sirovina za njegovu proizvodnju je željezna ruda. Proces proizvodnje sastoji se od redukcije oksida željezne rude i rezultirajuće proizvodnje drugog materijala - lijevanog željeza. Za njegovu proizvodnju koriste se goriva kao što su koks, termoantracit i prirodni plin.
Za proizvodnju jedne tone sirovog željeza potrebno je oko 550 kilograma koksa i približno tona vode. Količina rude koja se učitava u peć ovisit će o sadržaju željeza u njoj. U pravilu se koristi ruda koja sadrži najmanje 70% željeza. Stvar je u tome što nije ekonomski isplativo koristiti manju koncentraciju.
Prva faza Proizvodnja lijevanog željeza je njegovo taljenje. U visoku peć se ulijeva ruda, a zatim ugljen za koksiranje koji je neophodan za pumpanje i održavanje potrebne temperature unutar okna peći. Tijekom izgaranja te komponente aktivno sudjeluju u tekućim kemijskim reakcijama kao reduktori željeza.
U međuvremenu, fluks je uronjen u peć, koji djeluje kao katalizator. Ubrzavajući topljenje stijena, time podupire brzo oslobađanje željeza. Važno je znati da ruda prije utovara u peć prolazi potrebnu prethodnu obradu. Usitnjava se u drobili jer se manje čestice brže tope. Zatim se ispere kako bi se uklonile čestice nemetala. Zatim se sirovina spaljuje, zbog čega se iz nje ekstrahiraju sumpor i druge strane komponente.
U drugoj fazi proizvodnje, prirodni plin se dovodi kroz posebne plamenike u napunjeno i spremno za korištenje ložište. Koks je uključen u zagrijavanje sirovina. Oslobađa se ugljik, koji se spaja s kisikom i tvori oksid. On, pak, pospješuje dobivanje željeza iz rude.
Kako se volumen plina u peći povećava, brzina kemijske reakcije se smanjuje. Može čak i potpuno prestati kada se postigne određeni omjer plina. Ugljik prodire u leguru i spaja se sa željezom u obliku lijevanog željeza. Neotopljeni elementi ostaju na površini i ubrzo se uklanjaju. Takav otpad naziva se troska. Koristi se za izradu drugih materijala.
Opseg korištenja
Ovaj metal se koristi u raznim industrijama. Na primjer, naširoko se koristi u strojarstvu za proizvodnju raznih dijelova.
Najčešće se ovaj materijal koristi u proizvodnji blokova motora i radilica. Za proizvodnju potonjeg potrebna je poboljšana legura s dodatkom posebnih grafitnih nečistoća. Ovaj metal je otporan na trenje, pa se od njega izrađuju visokokvalitetne kočione pločice.
U teškim klimatskim uvjetima legura lijevanog željeza nezamjenjiva je jer omogućuje nesmetan rad strojnih dijelova izrađenih od nje i pri najnižim temperaturama.
Također se pokazao izvrsnim u metalurškoj industriji. Njegova izvrsna svojstva lijevanja i relativno niska cijena visoko su cijenjeni. Proizvodi izrađeni od njega karakteriziraju vrlo visoka čvrstoća i otpornost na habanje.
Veliki izbor vodoinstalaterskih proizvoda izrađen je od legure lijevanog željeza. To su radijatori, umivaonici, razni umivaonici i cijevi. Kade od lijevanog željeza i radijatori za grijanje vrlo su popularni. Njihov vijek trajanja je vrlo dug. Mnogi stanovi još uvijek koriste ove proizvode do danas, jer dugo zadržavaju svoj izvorni izgled i rijetko im je potrebna obnova.
Također je važno da izvrsna svojstva lijevanja od lijevanog željeza omogućuju izradu čitavih umjetničkih djela od njega: poput otvorenih kovanih vrata i svih vrsta arhitektonskih spomenika.
Važno je napomenuti da je cijena za 1 kilogram lijevanog željeza određena količinom ugljika u njegovom sastavu, kao i prisutnošću raznih nečistoća i komponenti za legiranje. Cijena tone lijevanog željeza je oko 8.000 rubalja.
Danas ne postoji niti jedno područje u kojem se koristi ovaj metal. Njegovi odljevci i legure čine osnovu mnogih komponenti, mehanizama i dijelova. Ponekad se koristi kao samostalni proizvod, savršeno se noseći s funkcijama koje su mu dodijeljene. Ovaj spoj koji sadrži željezo jedinstven je u svojoj vrsti. Ostaje neizostavan do danas.
LIJEVANO ŽELJEZO
Lijevano željezo -- to su legure željeza i ugljika koje sadrže više od 2% ugljika i skrućuju se u eutektik. Za razliku od čelika, lijevano željezo ima nisku duktilnost. Međutim, zbog svojih visokih svojstava lijevanja, dovoljne čvrstoće i relativne jeftinosti, lijevano željezo pronašlo je široku primjenu u strojogradnji.
Lijevano željezo se tali u visokim pećima, kupolnim pećima i električnim pećima. Lijevano željezo taljeno u visokim pećima je sirovo željezo, specijalno lijevano željezo (ferolegure) i lijevano željezo. Za naknadno taljenje čelika i lijevanog željeza koriste se cjevovodi i posebni lijevaci. Lijevano željezo se tali u kupolnim pećima i električnim pećima. Oko 20% ukupnog proizvedenog lijevanog željeza koristi se za izradu odljevaka.
KLASIFIKACIJA LIJEVAČA
Lijevačka i mehanička svojstva lijevanog željeza ovise o tome koliko je njegov sastav blizak eutektičkom. Da bi se to procijenilo, koriste se dva pokazatelja:
Stupanj eutektičnosti S E -- omjer koncentracije ugljika C u lijevanom željezu i njegove koncentracije u eutektiku, uzimajući u obzir utjecaj silicija i fosfora:
gdje je 4,26 koncentracija ugljika u eutektiku sustava "željezo-grafit" (vidi sliku 7.1), Si i P su sadržaj ovih elemenata u lijevanom željezu,%.
Ekvivalent ugljika definirano kao:
C eq = C + 0,3 (Si + P)
Lijevano željezo dijelimo na: hipoeutektičan (S uh< 1, C эв < 4,2-4,3), eutektik (S e 1, S eq 4.2-4.3) i hipereutektičan (S e > 1, C eV > 4,2-4,3).
Lijevano željezo se može različito ponašati tijekom kristalizacije i daljnjeg hlađenja (sl. 1): ili u skladu s metastabilnim dijagramom stanja Fe--Fe 3 C (bijeli ljevovi u kojima je ugljik prisutan u obliku Fe 3 C), ili u u skladu sa stabilnim Fe--C dijagramom (sivi lijevi u kojima je ugljik prisutan u obliku grafita).
U prikazanim dijagramima (slika 1), osim zajedničkih linija AC, AE, GS, ostale linije se ne podudaraju. U sustavu Fe-C grafitni eutektik (austenit-grafit) sadrži 4,26% C i nastaje pri 1153 °C. Duž linije E " S " u temperaturnom rasponu 1,153-738 ° C oslobađa se sekundarni grafit. Eutektoidna transformacija događa se na 738 ° C uz stvaranje eutektoida (ferit + grafit). Upotreba dijagrama Fe--C i Fe--Fe 3 C ne razlikuje se bitno jedna od druge.
Vjerojatnost stvaranja cementita iz tekuće faze mnogo je veća od grafita. Svaki proces određen je termodinamičkim i kinetičkim uvjetima. Pokretačka snaga procesa grafitizacije je želja sustava da smanji opskrbu slobodnom energijom. Cementit je termodinamički manje stabilna faza od grafita. Međutim, razlika između temperatura formiranja cementita i grafita je mala, a uz relativno blago prehlađenje, doći će do kristalizacije cementita, a ne grafita.
Grafit nastaje samo pri malim brzinama hlađenja u uskom temperaturnom području, kada je stupanj prehlađenja tekuće faze nizak. S ubrzanim hlađenjem i kada se tekuće lijevano željezo prehladi ispod 1147 °C, nastaje cementit.
Grafitizacija lijevanog željeza
Grafitizacija je proces taloženja grafita tijekom kristalizacije ili hlađenja lijevanog željeza. Grafit može nastati i iz tekuće faze tijekom kristalizacije i iz krute faze. Prema Fe-C dijagramu ispod linije C " D " primarni grafit se formira duž linije E " C " F " -- eutektički grafit, duž linije E " S " -- sekundarni grafit i duž P linije " S " DO " -- eutektoidni grafit.
Grafitizacija lijevanog željeza i njezina potpunost ovise o brzini hlađenja, kemijskom sastavu i prisutnosti centara grafitizacije.
Utjecaj brzine hlađenja je zbog činjenice da se grafitizacija lijevanog željeza odvija vrlo sporo i uključuje nekoliko faza:
· stvaranje centara grafitizacije u tekućoj fazi ili austenitu;
· difuzija ugljikovih atoma do centara grafitizacije;
· povećano oslobađanje grafita.
Tijekom grafitizacije cementita dodaju se faze preliminarne razgradnje Fe 3 C i otapanja ugljika u austenitu. Što se lijevano željezo sporije hladi, to je veći razvoj procesa grafitizacije.
Ovisno o stupnju grafitizacije razlikuju se lijevano željezo bijela, siva I pola.
Bijelo lijevano željezo -- dobivaju se ubrzanim hlađenjem i prehlađenjem tekućeg lijevanog željeza ispod 1,147 °C, kada će zbog strukturnih i kinetičkih karakteristika nastati metastabilna Fe 3 C faza, a ne grafit. Bijeli lijev, koji sadrži vezani ugljik u obliku Fe 3 C, odlikuje se visokom tvrdoćom, krtošću i vrlo se teško obrađuje. Stoga se ne koriste kao konstrukcijski materijal, već se koriste za proizvodnju temperanog lijevanog željeza grafitizirajućim žarenjem.
Sivi lijev -- nastaju samo pri malim brzinama hlađenja u uskom temperaturnom području, kada je stupanj prehlađenja tekuće faze nizak. Pod tim uvjetima, sav ili većina ugljika je grafitizirana u obliku ljuspičastog grafita, a sadržaj ugljika u obliku cementita nije veći od 0,8%. Sivi lijev ima dobra tehnološka svojstva i svojstva čvrstoće, što određuje njegovu široku upotrebu kao konstrukcijskog materijala.
Polu lijevana željeza -- zauzimaju srednji položaj između bijelog i sivog lijeva, au njima je glavna količina ugljika (više od 0,8%) u obliku Fe 3 C. Lijevano željezo ima strukturu perlita, ledeburita i lamelarnog grafita.
Industrijski ljevovi sadrže 2,0-4,5% C, 1,0-3,5% Si, 0,5-1,0% Mn, do 03% P i do 0,2% S. Najjači pozitivan učinak na grafitizaciju ima silicij. Promjenom udjela silicija moguće je dobiti lijevano željezo različite strukture i svojstava. (slika 2) približno označava granice strukturnih područja ovisno o sadržaju silicija i ugljika pri sadržaju od 0,5% Mn i zadanoj brzini hlađenja (za debljinu stijenke odljevka od 50 mm).
Mangan inhibira grafitizaciju, povećavajući osjetljivost lijevanog željeza na izbjeljivač. Sumpor je štetna nečistoća. Njegov učinak izbjeljivanja je 5-6 puta veći od mangana. Osim toga, sumpor smanjuje fluidnost, potiče stvaranje plinskih mjehurića, povećava skupljanje i sklonost pucanju. Fosfor ne utječe na grafitizaciju i koristan je dodatak, povećavajući fluidnost sivog lijeva zbog stvaranja fosfidnog eutektika niskog tališta (950-980) ° C.
Riža. 2. Strukturni dijagram: 1 -- bijeli lijev; 2 -- polulijevano željezo; 3, 4, 5 -- sivi lijev na perlitnoj, feritno-perlitnoj i feritnoj osnovi
Tako je podešavanjem kemijskog sastava i brzine hlađenja moguće dobiti željenu strukturu lijevanog željeza u odljevcima.
Klasifikacija sivog lijeva
Sivi lijev može se smatrati strukturom koja se sastoji od metalne baze s uključcima grafita. Svojstva lijevanog željeza ovise o svojstvima metalne baze i prirodi grafitnih inkluzija.
Metalna baza može biti: perlit, kada je 0,8% C u obliku cementita, a ostatak ugljika u obliku grafita; ferit-perlit, kada je količina ugljika u obliku cementita manja od 0,8% C; feritni, kada je ugljik praktički u obliku grafita.
Ovisno o obliku grafitnih uključaka, sivi lijevi se dijele na:
· lijevano željezo s lamelarnim grafitom;
· lijevano željezo s grafitnim listićima (kovak lijev);
· lijevano željezo s nodularnim grafitom (lijevano željezo visoke čvrstoće);
· lijevano željezo s vermikularnim grafitom.
Na slici 3 prikazana je generalizirana klasifikacija lijevanog željeza prema strukturi metalne baze i obliku grafita.
Mikrostruktura lijevanog željeza prikazana je na sl. 7.4.
Riža. 3.
Riža. 4. Različiti oblici grafita u lijevanom željezu: a) grafit u obliku ljuskica; b) pahuljičasti grafit; c) sferni grafit; d) vermikularni grafit. H 200
U usporedbi s metalnom bazom, grafit ima nisku čvrstoću. Stoga se grafitne inkluzije mogu smatrati diskontinuitetima (šupljinama) u metalnoj osnovi, a lijevano željezo se može smatrati čelikom prožetim grafitnim inkluzijama, koje slabe njegovu metalnu bazu. Istodobno, prisutnost grafita također određuje niz prednosti lijevanog željeza: dobra fluidnost i nisko skupljanje; dobra obradivost (grafit čini čips krhkim); visoka svojstva prigušenja; antifrikcijska svojstva itd.
Prilikom razvrstavanja, lijevano željezo s posebnim svojstvima izdvaja se u zasebnu skupinu. Ova lijevana željeza su u pravilu legirana i dijele se prema namjeni na sljedeće vrste: otporan na trenje, otporan na habanje, otporan na toplinu, otporan na koroziju, otporan na toplinu.
Lijevano željezo je izvorni proizvod crne metalurgije. Predstavljaju legure željeza i ugljika s udjelom ugljika većim od 2,14%. Sastav također uključuje nečistoće iz drugih elemenata koji utječu na svojstva legura. Proizvodi imaju nekoliko varijanti, među kojima je zanimljivo kovno lijevano željezo. Pogledajmo kako se dobiva, kao i njegove karakteristike, označavanje i namjenu.
Ugljik je prisutan u takvoj leguri u obliku:
- cementit;
- grafit;
- grafit + cementit.
Tamni grafit u kombinaciji s metalnom legurom daje odljevcima sivu boju. Konfiguracija grafitnih uključaka utječe na svojstva otkovaka. Na temelju ovih svojstava lijevano željezo se dijeli na:
- siva;
- kovan;
- velika snaga;
- posebne namjene.
Fotografija prikazuje različite vrste grafitnih inkluzija. Mogu biti lamelarni, sferni ili u obliku pahuljica.
Kovan lijev karakteriziraju grafitne inkluzije u obliku pahuljica.
Značajke proizvodnje temperanog lijevanog željeza
Ugljik u ovoj vrsti lijevanog željeza prisutan je u rasponu od 2,4 do 2,8%. Također uključuje Si, Mn, S, P čija količina ovisi o traženim svojstvima materijala.
Tempirani lijev proizvodi se od odljevaka bijele vrste. U njima je ugljik potpuno vezan sa željezom i predstavljen je željeznim karbidom (cementit Fe 3 C). Pri žarenju izradaka na temperaturi od 950-970 o C grafit se oslobađa iz željeznog karbida i austenita (A). Kao rezultat toga, kristalizira, stvarajući izgled pahuljica. Konačna tvorba grafitnih ljuskica u lijevanom željezu događa se u temperaturnom području 760–720 o C, što je prikazano Fe–Fe 3 C dijagramom.
Na njemu: A je austenit, koji predstavlja čvrste inkluzije ugljikovih atoma u strukturi željezne ćelije; G je grafit; C je cementit; P – perlit, koji je spoj ferita i cementita u eutektoidnom području tijekom razgradnje austenita.
Proces toplinskog žarenja provodi se u dvije faze:
- Prvo se obradaci zagrijavaju na 950–1000 o C i drže zagrijani dok se ledeburit (cementit + austenit) ne raspadne na grafit i austenit.
- Zatim se obradaci postupno hlade do temperaturnog raspona od 760–720 o C, pri čemu austenit daje dodatni cementit (sekundarni), koji je dio perlita. Daljnjim hlađenjem perlit se raspada na ferit i grafit.
Vrste temperanog lijeva
Strukturni sastav odljevaka od lijevanog željeza ovisi o uvjetima tehnologije žarenja. Događa se:
- feritni;
- perlit;
- feritno-perlitni.
Feritni tip proizvoda sadrži ferit i ljuskasti grafit. Perlitni tip sastoji se od perlita i ljuspičastog grafita. Ferit-perlit sadrži feritne, perlitne i grafitne ljuskice.
Struktura svake vrste prikazana je na dijagramima:
Lijevano željezo na bazi perlita može se dobiti bržim hlađenjem odljevka u zoni razgradnje. Tada će uz ferit u strukturi biti i perlit. Zadržat će se daljnjim, dosta sporim hlađenjem legure ispod 727 o C.
Važno! Struktura temperiranog lijevanog željeza ovisi o temperaturi obrade i legirajućim elementima koji ulaze u njegov sastav.
U praksi se uglavnom koriste prve dvije vrste lijevanih praznina (fotografije i dijagrami dati su u nastavku).
Svojstva temperanog lijevanog željeza
Tehnička svojstva i svojstva temperiranog lijevanog željeza određena su sadržajem ugljika u obliku grafita, kao i silicija. Za tip perlita - također krom i mangan.
Strukturna razlika također se odražava na svojstva proizvoda. Na primjer, feritni tip odljevaka ima manju tvrdoću od perlitnih, ali ga karakterizira veća duktilnost.
Pahuljičasti grafitni uključci daju proizvodima visoku čvrstoću s prilično dobrom duktilnošću. Sposobni su podvrgnuti se plastičnoj deformaciji na sobnoj temperaturi. Odatle dolazi njihov naziv "kovak". To je uvjetno i ne znači da se proizvodi od takvog lijevanog željeza mogu proizvoditi kovanjem. Za njihovu proizvodnju koristi se metoda lijevanja dijelova.
Jedna od značajnih prednosti kovnih izradaka je postojanost njihovih svojstava po cijelom presjeku, kao i odsutnost unutarnjih naprezanja.
Fizikalna i mehanička svojstva takvih odljevaka su između sivog lijeva i čelika. Oni imaju:
- dobra fluidnost u tekućem obliku;
- svojstvo apsorpcije vibracija pod povremeno ponavljanim opterećenjima;
- dobra otpornost na habanje;
- otporni na koroziju, tako da na njih ne utječe vlaga, kemijski reagensi, uključujući dimni plin.
- visoka gustoća, na primjer, radni komad debljine 7-8 mm može izdržati pritisak tijekom hidrauličkih ispitivanja unutar 40 atmosfera.
To omogućuje korištenje odljevaka za proizvodnju raznih proizvoda u sektoru opskrbe plinom i vodom.
Na niskim temperaturama, pod utjecajem dinamičkih opterećenja, materijal može postati krhak.
Označavanje od lijevanog željeza
Proizvodi od temperanog lijevanog željeza imaju oznaku KCH i slijedeće brojeve. Prvi par brojeva je prosječna vlačna čvrstoća (vlačna čvrstoća), umanjena za red veličine, a drugi je postotak istezanja. Na primjer, proizvod marke KCh 30-6 ima privremenu vlačnu čvrstoću σ = 294 N / mm 2, a relativno istezanje - δ = 6%.
Prema GOST 1215–79 definirano je 11 vrsta temperanog lijevanog željeza.
Tablica prikazuje mehaničke karakteristike različitih marki proizvoda.
Područja upotrebe
Tempirani lijev namijenjen je za upotrebu:
- u industriji strojarstva za izradu konstrukcija alatnih strojeva;
- za proizvodnju karoserija i dijelova automobila;
- u proizvodnji željezničkih vagona;
- u proizvodnji opreme za poljoprivredu.
Unatoč činjenici da perlitni lijev ima bolje karakteristike, uglavnom se koriste feritni odljevci, jer je njihova proizvodnja jeftinija.
Perlitni odljevci koriste se u proizvodnji dijelova koji su izloženi povećanim opterećenjima. Na primjer, koriste se za proizvodnju automobilskih opruga, dijelova za dizel i druge motore itd.
S brojnim tehnološkim prednostima, nodularni lijev se uglavnom koristi za odljevke s relativno tankim stijenkama u rasponu od 3 mm do 40 mm.
Zaključak
Ovaj članak daje opće pojmove o proizvodnji, svojstvima, označavanju i primjeni temperanog lijevanog željeza. Svoje znanje možete proširiti i gledanjem videa:
Lijevano željezo je legura željeza i ugljika koja sadrži ugljik od 2,14 do 6,67%.
Lijevano željezo je jeftin inženjerski materijal s dobrim svojstvima lijevanja. Sirovina je za taljenje čelika. Sirovo željezo dobiva se iz željezne rude korištenjem goriva i topitelja.
Proizvodnja lijevanog željeza složen je kemijski proces. Sastoji se od tri faze: redukcije željeza iz oksida, pretvaranja željeza u lijev i stvaranja troske. Ovaj proces se detaljno razmatra u kolegiju kemije.
Svojstva lijevanog željeza uglavnom ovise o sadržaju ugljika i drugih nečistoća neizbježno uključenih u njegov sastav: silicija (do 4,3%), mangana (do 2%), sumpora (do 0,07%) i fosfora (do 1 2%).
Ugljik je jedan od glavnih elemenata u lijevanom željezu. Ovisno o količini i stanju ugljika uključenog u leguru, dobivaju se određene vrste lijevanog željeza. Ugljik se spaja sa željezom na dva načina: u tekućem lijevanom željezu ugljik je u otopljenom stanju, au čvrstom željezu kemijski je spojen sa željezom ili u obliku mehaničke primjese u obliku malih pločica grafita.
Silicij je nakon ugljika najvažniji element u lijevanom željezu; povećava njegovu fluidnost, poboljšava svojstva lijevanja i čini lijevano željezo mekšim.
Mangan povećava čvrstoću lijevanog željeza.
Sumpor u lijevanom željezu je štetna nečistoća koja uzrokuje crvenu krtost (stvaranje pukotina u vrućim odljevcima). Smanjuje fluidnost lijevanog željeza, čini ga gustim, zbog čega ne ispunjava dobro kalup.
Fosfor smanjuje mehanička svojstva lijevanog željeza i uzrokuje hladnu krtost (stvaranje pukotina u hladnim odljevcima). Ovisno o stanju u kojem se nalazi ugljik u lijevanom željezu, lijev se dijeli na bijeli (ugljik u kemijskom spoju sa željezom u obliku cementita FeC) i sivi (slobodni ugljik u obliku grafita).
Bijelo lijevano željezo vrlo je tvrdo i krto, teško ga je lijevati i teško ga je obrađivati alatima za rezanje. Obično se koristi za taljenje čelika ili za proizvodnju temperanog lijevanog željeza i stoga se naziva sirovo željezo.
Sivi lijev najviše se koristi u strojogradnji. Ima malu plastičnost i duktilnost, ali se lako obrađuje rezanjem i koristi se za dijelove s malim udarcima i dijelove podložne habanju. Sivi lijev s visokim sadržajem fosfora (0,3-1,2%) je fluidan i koristi se za umjetničko lijevanje.
Sivi lijev je označen slovima i dva broja, na primjer SCh 120-280. Slova SCH označavaju sivi lijev, prvi broj je vlačna čvrstoća (u MPa), a drugi broj je vlačna čvrstoća (također u MPa) kod ispitivanja savijanjem.
Ovisno o kemijskom sastavu i namjeni, ljevovi se dijele na legirane, specijalne ili ferolegurne, kovke i ljevove visoke čvrstoće.
Legirano lijevano željezo, uz uobičajene nečistoće, sadrži elemente: krom, nikal, titan, itd. Ovi elementi poboljšavaju tvrdoću, čvrstoću i otpornost na trošenje. Postoje lijevana željeza od kroma, titana i nikla. Koriste se za
proizvodnja dijelova strojeva s povećanim mehaničkim svojstvima, koji rade u vodenim otopinama, plinovima i drugim agresivnim sredinama.
Specijalno lijevano željezo ili ferolegura ima visok sadržaj silicija ili mangana. To uključuje feromangan, koji sadrži do 25% mangana, i ferosilicij, koji sadrži 9-13% silicija i 15-25% mangana. Ova lijevana željeza se koriste pri taljenju čelika za njegovu deoksidaciju, tj. za uklanjanje štetnih nečistoća – kisika – iz čelika.
Tempirani lijev dobiva se toplinskom obradom iz bijelog lijeva. Ime je dobio zbog povećane plastičnosti i viskoznosti (iako nije podložan obradi tlakom). Tempirani lijev ima povećanu vlačnu čvrstoću i visoku otpornost na udarce. Dijelovi složenih oblika izrađeni su od kovanog lijevanog željeza: kućišta stražnjih osovina automobila, kočione pločice, T-kolice, uglovi itd.
Tempirani lijev je označen sa dva slova i dva broja, na primjer KCH 370-12. Slova KCH označavaju kovan lijev, prvi broj je vlačna čvrstoća (u MPa), drugi broj je relativno istezanje (u postocima), karakterizirajući duktilnost lijevanog željeza.
Lijevano željezo visoke čvrstoće proizvodi se uvođenjem posebnih aditiva u tekući sivi lijev. Koristi se za izradu kritičnijih proizvoda, zamjenjujući čelik (radilice, klipovi, zupčanici itd.). Nodularni lijev također se označava s dva slova i dva broja, na primjer HF 450-5. Slova HF označavaju nodularno željezo, a brojevi imaju isto značenje kao u klasama temperanog lijeva.
Lijevano željezo čvrsto je ušlo u naše živote prije mnogo godina. Relativno je jednostavan za proizvodnju i široko se koristi u raznim područjima. Da biste jasno razumjeli ovaj materijal, morate znati njegove značajke, nedostatke, prednosti, kemijski sastav, svojstva, strukturu lijevanog željeza i njegovih legura, njihovu proizvodnju i područje primjene.
Dakle, saznajmo koje se legure željeza i ugljika nazivaju lijevano željezo.
Koncept
Lijevano željezo je legura željeza i ugljika koja sadrži ugljik, odnosno materijal koji se sastoji od legure i ugljika. Postotak ugljika u lijevanom željezu je veći od 2,14%. Potonji element može biti uključen u lijevano željezo u obliku grafita ili cementita.
Ovaj video govori o značajkama lijevanog željeza:
Sorte
Postoji bijeli i sivi lijev.
- Ugljik u bijelom lijevanom željezu je u obliku željeznog karbida. Ako ga slomite, možete vidjeti bijelu nijansu. Bijelo lijevano željezo se ne koristi u svom čistom obliku. Dodaje se u procesu proizvodnje temperanog željeza.
- Na lomu sivi lijev ima srebrnastu nijansu. Ova vrsta lijevanog željeza ima široku primjenu. Dobro se može obraditi rezačima.
Osim toga, lijevano željezo je visoke čvrstoće, kovno i s posebnim svojstvima.
- Velika snaga Za povećanje čvrstoće proizvoda koristi se lijevano željezo. Mehanička svojstva takvog lijevanog željeza omogućuju da se to učini savršeno. Lijev visoke čvrstoće dobiva se iz sivog lijeva dodavanjem magnezija u masu.
- Kovan Lijevano željezo je vrsta sivog. Naziv ne znači da se ovo lijevano željezo lako kuje. Ima povećana svojstva plastičnosti. Dobiva se žarenjem bijelog lijeva.
- Također razlikuju neodlučan lijevano željezo. Dio ugljika u njemu je u obliku grafita, a preostali dio je u obliku cementita.
Posebne značajke
Osobitost lijevanog željeza leži u procesu njegove proizvodnje. Prosječna točka taljenja različitih vrsta lijevanog željeza je 1200ºC. Ova vrijednost je 300 stupnjeva manja od one kod čelika. To je zbog vrlo visokog sadržaja ugljika. Ugljik i nemaju vrlo blizak odnos jedan s drugim.
Kada se odvija proces taljenja, ugljik se ne može potpuno ugraditi u željeznu rešetku. Kao rezultat toga, lijevano željezo poprima svojstvo lomljivosti. Ne može se koristiti za izradu dijelova koji će biti pod stalnim opterećenjem.
Lijevano željezo je materijal crne metalurgije. Njegove se karakteristike često uspoređuju s čelikom. Proizvodi od čelika ili lijevanog željeza naširoko se koriste u našim životima. Njihova upotreba je opravdana. Nakon usporedbe karakteristika, o ova dva materijala možemo reći sljedeće:
- Trošak proizvoda od lijevanog željeza niži je od troška čeličnih.
- Materijali se razlikuju u boji. Lijevano željezo je tamni mat materijal, dok je čelik lagan i sjajan.
- Lijevano željezo je lakše lijevati od čelika. Ali čelik je lakše variti i kovati.
- Lijevano željezo manje je izdržljivo od čelika.
- Lijevano željezo je lakše u težini od čelika.
- Čelik ima veći sadržaj ugljika od čelika.
Prednosti i nedostatci
Lijevano željezo, kao i svaki materijal, ima pozitivne i negativne strane.
Prednosti lijevanog željeza uključuju:
- Ugljik u lijevanom željezu može biti u različitim stanjima. Stoga ovaj materijal može biti dvije vrste (siva i bijela).
- Određene vrste lijevanog željeza imaju povećanu čvrstoću, pa se lijevano željezo ponekad stavlja na istu liniju kao i čelik.
- Lijevano željezo može zadržati temperaturu dosta dugo. To jest, kada se zagrijava, toplina se ravnomjerno raspoređuje po materijalu i ostaje u njemu dugo vremena.
- Što se tiče ekološke prihvatljivosti, lijevano željezo je čist materijal. Stoga se često koristi za izradu posuđa u kojem se naknadno priprema hrana.
- Lijevano željezo je otporno na kiselo-bazne uvjete.
- Lijevano željezo ima dobru higijenu.
- Materijal ima prilično dug vijek trajanja. Uočeno je da što se dulje koristi lijevano željezo, to je njegova kvaliteta bolja.
- Lijevano željezo je izdržljiv materijal.
- Lijevano željezo je bezopasan materijal. Nije u stanju uzrokovati čak ni malu štetu tijelu.
Nedostaci lijevanog željeza uključuju:
- Lijevano željezo će zahrđati ako je kratko vrijeme izloženo vodi.
- Lijevano željezo je skup materijal. Međutim, ovaj minus je opravdan. Lijevano željezo je vrlo kvalitetno, praktično i pouzdano. Predmeti izrađeni od njega također su kvalitetni i izdržljivi.
- Sivi lijev karakterizira niska duktilnost.
- Bijelo lijevano željezo karakterizira krtost. Uglavnom se koristi za taljenje.
Svojstva i karakteristike
- Fizički. Ove karakteristike uključuju: specifičnu težinu, koeficijent linearnog širenja, stvarno skupljanje. Specifična težina varira ovisno o sadržaju ugljika u materijalu.
- Toplinski. Toplinska vodljivost materijala obično se izračunava pomoću pravila pomaka. Za kruto lijevano željezo volumenski toplinski kapacitet jednak je 1 cal/cm 3 * o C. Ako je lijevano željezo tekuće, tada je približno 1,5 cal/cm 3 * o C.
- Mehanički. Ova svojstva ovise o samoj podlozi, kao i o veličini i obliku grafita. Sivi lijev s perlitnom bazom smatra se najtrajnijim, a najduktilnijim je s feritnom bazom. Maksimalno smanjenje čvrstoće opaženo je kod oblika grafita "ploča", a minimalno - kod oblika "lopte".
- Hidrodinamički. Viskoznost u lijevanom željezu varira ovisno o prisutnosti mangana i sumpora. Također se naglo povećava kada temperatura lijevanog željeza prijeđe točku u kojoj počinje skrućivanje.
- Tehnološki. Lijevano željezo ima izvrsna svojstva lijevanja, otpornost na habanje i vibracije.
- Kemijski. Prema elektrodnom potencijalu (opadajućim) strukturne komponente lijevanog željeza raspoređene su u sljedećem obliku: cementit - fosfidni eutektik - ferit.
Razlike između lijevanog željeza i čelika u kemijskom sastavu i svojstvima
Na svojstva lijevanog željeza utječu posebne nečistoće.
- Dakle, dodavanje sumpora može značajno smanjiti fluidnost i smanjiti vatrostalnost.
- Dodavanje fosfora istovremeno omogućuje stvaranje proizvoda složenog oblika, ali mu ne daje povećanu čvrstoću.
- Dodatak u obliku smanjuje talište i značajno poboljšava svojstva lijevanja. Različiti postoci silicija stvaraju različite vrste lijevanog željeza, od čisto bijelog do feritnog.
- Mangan pogoršava svojstva lijevanja i tehnološka svojstva, ali povećava čvrstoću i tvrdoću.
Video u nastavku pokazat će vam kako zavariti lijevano željezo električnim zavarivanjem:
Struktura i sastav
Ako uzmemo u obzir lijevano željezo kao konstrukcijski materijal, onda je to metalna šupljina s grafitnim inkluzijama. Struktura lijevanog željeza uglavnom je perlit, ledeburit i duktilni grafit.Štoviše, za svaku vrstu lijevanog željeza ti elementi prevladavaju u različitim omjerima ili ih uopće nema.
Prema strukturi lijevanog željeza postoje:
- perlit,
- feritni i
- feritno-perlitni.
Grafit je prisutan u ovom materijalu u jednom od oblika:
- Kuglasti. Grafit poprima ovaj oblik kada se doda magnezij. Kuglasti oblik grafita karakterističan je za lijevano željezo visoke čvrstoće.
- Plastični. Grafit je sličan obliku latica. U ovom obliku grafit je prisutan u običnom lijevanom željezu. Ovo lijevano željezo ima povećana svojstva duktilnosti.
- Čudan. Grafit dobiva ovaj oblik žarenjem bijelog lijeva. Grafit se nalazi u obliku ljuskica u temperanom lijevanom željezu.
- Vermikularna. Navedeni oblik grafita nalazi se u sivom lijevanom željezu. Razvijen je posebno za poboljšanje duktilnosti i drugih svojstava.
Proizvodnja metala
u posebnim visokim pećima. Glavna sirovina za proizvodnju lijevanog željeza je. Tehnološki proces sastoji se od redukcije željeznih oksida rude i dobivanja drugog materijala kao rezultat - lijevanog željeza. Za proizvodnju lijevanog željeza koriste se sljedeća goriva: koks, prirodni plin i termoantracit.
Nakon što se ruda reducira, željezo je u krutom obliku. Zatim se spušta u poseban dio peći (para), gdje se ugljik otapa u željezu. Izlaz je tekuće lijevano željezo, koje pada u donji dio peći.
Cijena lijevanog željeza (po 1 kg) ovisi o količini ugljika u njemu, prisutnosti dodatnih nečistoća i komponenti za legiranje. Otprilike cijena tone lijevanog željeza bit će 8.000 rubalja.
Područja upotrebe
- Koristi se za izradu dijelova u strojogradnji. Blokovi motora i koljenasta vratila uglavnom su izrađeni od lijevanog željeza. Potonji zahtijevaju napredno lijevano željezo, kojem se dodaju posebni aditivi grafita. Zbog otpornosti lijevanog željeza na trenje, od njega se izrađuju kočione pločice izvrsne kvalitete.
- Lijevano željezo može glatko raditi čak i pri ekstremno niskim temperaturama. Stoga se često koristi u proizvodnji dijelova strojeva koji će morati raditi u teškim klimatskim uvjetima.
- Lijevano željezo dobro se dokazalo u metalurškom polju. Cijenjen je zbog svoje relativno niske cijene i izvrsnih svojstava lijevanja. Proizvodi od lijevanog željeza karakteriziraju izvrsna čvrstoća i otpornost na habanje.
- Veliki izbor vodoinstalaterskih proizvoda izrađuje se od lijevanog željeza. To uključuje sudopere, radijatore, sudopere i razne cijevi. Posebno su poznate kade od lijevanog željeza i radijatori za grijanje. Neki od njih i danas služe u stanovima, iako su kupljeni prije mnogo godina. Proizvodi od lijevanog željeza zadržavaju svoj izvorni izgled i ne zahtijevaju obnovu.
- Zahvaljujući dobrim svojstvima lijevanja, od lijevanog željeza nastaju prava umjetnička djela. Često se koristi u izradi umjetničkih proizvoda. Na primjer, kao što su prekrasna otvorena vrata ili arhitektonski spomenici.
Biraš kupku? Ne znate što je bolje, lijevano željezo ili čelik? Onda će vam ovaj video pomoći: