Soorten gietijzer, classificatie, samenstelling, eigenschappen, markering en toepassing

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

Tegenwoordig is er bijna geen gebied van het menselijk leven waar geen gietijzer wordt gebruikt. Dit materiaal is al geruime tijd bekend bij de mensheid en heeft zich praktisch uitstekend bewezen. Gietijzer is de basis van een grote verscheidenheid aan onderdelen, samenstellingen en mechanismen, en in sommige gevallen zelfs een zelfvoorzienend product dat in staat is om de toegewezen functies uit te voeren. Daarom besteden we in dit artikel veel aandacht aan deze ijzerhoudende verbinding. We zullen ook ontdekken welke soorten gietijzer zijn, hun fysieke en chemische kenmerken.

Definitie

Gietijzer is een werkelijk unieke legering van ijzer en koolstof, waarin Fe meer dan 90% is en C niet meer dan 6,67%, maar niet minder dan 2,14%. Ook is koolstof te vinden in gietijzer in de vorm van cementiet of grafiet.

Koolstof geeft de legering een voldoende hoge hardheid, maar vermindert tegelijkertijd de kneedbaarheid en ductiliteit. Hierdoor is gietijzer een bros materiaal. Ook worden aan bepaalde soorten gietijzer speciale additieven toegevoegd, die de verbinding bepaalde eigenschappen kunnen geven. De rol van legeringselementen kan zijn: nikkel, chroom, vanadium, aluminium. De dichtheidsindex van gietijzer is 7200 kilogram per kubieke meter. Waaruit kan worden geconcludeerd dathet gewicht van gietijzer is een indicator die niet klein genoemd kan worden.

Historische achtergrond

Smeltijzer is al lang bekend bij de mens. De eerste vermelding van de legering dateert uit de zesde eeuw voor Christus.

In de oudheid produceerde China gietijzer met een vrij laag smeltpunt. Gietijzer begon in Europa te worden geproduceerd rond de 14e eeuw, toen hoogovens voor het eerst werden gebruikt. In die tijd werd dergelijk ijzergietwerk gebruikt voor de productie van wapens, granaten, constructiedelen.

In Rusland begon de productie van gietijzer actief in de 16e eeuw en groeide daarna snel. In de tijd van Peter I was het Russische rijk in staat om alle landen van de wereld te omzeilen op het gebied van ijzerproductie, maar honderd jaar later begon het opnieuw terrein te verliezen op de ferrometallurgiemarkt.

Gietijzer wordt sinds de middeleeuwen gebruikt om een verscheidenheid aan kunstwerken te maken. In het bijzonder wierpen Chinese meesters in de 10e eeuw een werkelijk uniek beeld van een leeuw, waarvan het gewicht meer dan 100 ton overschreed. Vanaf de 15e eeuw in Duitsland, en daarna in andere landen, werd gietijzergieten wijdverbreid. Er werden hekken, traliewerk, parksculpturen, tuinmeubelen, grafstenen van gemaakt.

In de laatste jaren van de 18e eeuw was ijzergieten het meest betrokken bij de architectuur van Rusland. En de 19e eeuw werd over het algemeen het "gietijzertijdperk" genoemd, omdat de legering zeer actief werd gebruikt in de architectuur.

Kenmerken

Er zijn verschillende soortengietijzer, het gemiddelde smeltpunt van deze metaalverbinding is echter ongeveer 1200 graden Celsius. Dit cijfer is 250-300 graden minder dan vereist voor staalproductie. Dit verschil hangt samen met een vrij hoog koolstofgeh alte, wat leidt tot minder hechte bindingen met ijzeratomen op moleculair niveau.

Tijdens het smelten en de daaropvolgende kristallisatie heeft de koolstof in gietijzer geen tijd om volledig in het moleculaire rooster van ijzer door te dringen, en daarom blijkt gietijzer uiteindelijk behoorlijk bros te zijn. In dit opzicht wordt het niet gebruikt bij constante dynamische belastingen. Maar tegelijkertijd is het uitstekend geschikt voor die onderdelen die hogere eisen stellen aan sterkte.

Productietechnologie

Absoluut alle soorten gietijzer worden in een hoogoven geproduceerd. Eigenlijk is het smeltproces zelf een nogal arbeidsintensieve activiteit die serieuze materiële investeringen vereist. Voor een ton ruwijzer is ongeveer 550 kilo cokes en bijna een ton water nodig. Het volume erts dat in de oven wordt geladen, is afhankelijk van het ijzergeh alte. Meestal wordt erts gebruikt, waarin ijzer ten minste 70% is. Een lagere concentratie van het element is ongewenst, omdat het oneconomisch zou zijn om het te gebruiken.

Eerste fase productie

Smeltijzer is als volgt. Allereerst wordt erts in de oven gegoten, evenals cokeskoolsoorten, die dienen om de vereiste temperatuur in de ovenschacht onder druk te zetten en te handhaven. Bovendien zijn deze producten tijdens het verbrandingsproces actief betrokken bij de aan de gang zijnde chemische reacties inrol van ijzerreductiemiddelen.

Tegelijkertijd wordt een flux in de oven geladen, die als katalysator dient. Het helpt de rotsen sneller te smelten, wat het vrijkomen van ijzer bevordert.

Het is belangrijk op te merken dat het erts een speciale voorbehandeling ondergaat voordat het in de oven wordt geladen. Het wordt gemalen in een breekinstallatie (kleine deeltjes smelten sneller). Het wordt vervolgens gewassen om metaalvrije deeltjes te verwijderen. Daarna wordt de grondstof gebakken, hierdoor worden zwavel en andere vreemde elementen eruit verwijderd.

Tweede productiefase

Aardgas wordt door speciale branders geladen en gebruiksklaar aan de oven toegevoerd. De cokes warmt de grondstof op. Hierbij komt koolstof vrij, die zich met zuurstof verbindt en een oxide vormt. Dit oxide neemt vervolgens deel aan de winning van ijzer uit het erts. Merk op dat met een toename van de hoeveelheid gas in de oven, de snelheid van de chemische reactie afneemt, en wanneer een bepaalde verhouding wordt bereikt, stopt deze helemaal.

Overtollige koolstof dringt de smelt binnen en voegt zich bij het ijzer, waardoor uiteindelijk gietijzer wordt gevormd. Al die elementen die niet zijn gesmolten, bevinden zich aan de oppervlakte en worden uiteindelijk verwijderd. Dit afval wordt slak genoemd. Het kan ook worden gebruikt om andere materialen te produceren. Soorten gietijzer die op deze manier worden verkregen, worden gieterij en ruwijzer genoemd.

Differentiatie

De moderne classificatie van gietijzer voorziet in de verdeling van deze legeringen in de volgende typen:

• Wit.
• Half.
• Grijs met vlokgrafiet.
• Hoge sterkte nodulair grafiet.
• Kneedbaar.

Laten we ze allemaal afzonderlijk bekijken.

Wit gietijzer

Dit gietijzer is degene waarin bijna alle koolstof chemisch is gebonden. In de machinebouw wordt deze legering niet veel gebruikt, omdat hij hard is, maar wel erg bros. Het kan ook niet worden bewerkt met verschillende snijgereedschappen en wordt daarom gebruikt voor het gieten van onderdelen die geen bewerking vereisen. Hoewel dit type gietijzer het slijpen met slijpschijven mogelijk maakt. Wit gietijzer kan zowel gewoon als gelegeerd zijn. Tegelijkertijd veroorzaakt het lassen problemen, omdat het gepaard gaat met de vorming van verschillende scheuren tijdens koeling of verwarming, en ook vanwege de heterogeniteit van de structuur die zich op het laspunt vormt.

Wit slijtvast gietijzer wordt verkregen door primaire kristallisatie van een vloeibare legering tijdens snelle afkoeling. Ze worden meestal gebruikt voor toepassingen met droge wrijving (bijv. remblokken) of voor de productie van onderdelen met verhoogde slijtage- en hittebestendigheid (walsrollen).

Trouwens, wit gietijzer dankt zijn naam aan het feit dat het uiterlijk van de breuk een lichtkristallijn, stralend oppervlak is. De structuur van dit gietijzer is een combinatie van ledeburiet, perliet en secundair cementiet. Als dit gietijzer wordt gelegeerd, wordt perliet omgezet introostiet, austeniet of martensiet.

Half gietijzer

De classificatie van gietijzer zou onvolledig zijn zonder deze variëteit aan metaallegeringen te vermelden.

Dit gietijzer wordt gekenmerkt door een combinatie van carbide-eutectica en grafiet in zijn structuur. Over het algemeen heeft de volwaardige structuur de volgende vorm: grafiet, perliet, ledeburiet. Als het gietijzer wordt onderworpen aan een warmtebehandeling of legering, zal dit leiden tot de vorming van austeniet, martensiet of naaldvormige troostiet.

Dit type gietijzer is vrij bros, dus het gebruik ervan is zeer beperkt. De legering zelf kreeg zijn naam omdat de breuk een combinatie is van donkere en lichte delen van de kristallijne structuur.

Het meest voorkomende technische materiaal

Grijs gietijzer GOST 1412-85 bevat ongeveer 3,5% koolstof, van 1,9 tot 2,5% silicium, tot 0,8% mangaan, tot 0,3% fosfor en minder dan 0, 12% zwavel.

Grafiet in dergelijk gietijzer heeft een lamellaire vorm. Het vereist geen speciale wijziging.

Grafietplaten hebben een sterk verzwakkend effect en daarom wordt grijs gietijzer gekenmerkt door een zeer lage slagvastheid en bijna volledige afwezigheid van rek (minder dan 0,5%).

Grijs gietijzer is goed bewerkt. De legeringsstructuur kan als volgt zijn:

• Ferriet-grafiet.
• Ferriet-perliet-grafiet.
• Perliet-grafiet.

Grijs gietijzer werkt veel beter onder druk dan onder spanning. Ook hijlas vrij goed, maar dit vereist voorverwarmen en speciale gietijzeren staven met een hoog geh alte aan silicium en koolstof moeten als vulmateriaal worden gebruikt. Zonder voorverwarmen zal lassen moeilijk zijn omdat het gietijzer zal bleken in het lasgebied.

Grijs gietijzer wordt gebruikt om onderdelen te produceren die werken zonder schokbelasting (katrollen, dekens, bedden).

De aanduiding van dit gietijzer gebeurt volgens het volgende principe: SCH 25-52. Twee letters geven aan dat dit grijs gietijzer is, het cijfer 25 is een aanduiding van de treksterkte (in MPa of kgf/mm 2), het cijfer 52 is de treksterkte op dit moment van buigen.

Nodulair gietijzer

Nodulair gietijzer verschilt fundamenteel van zijn andere "broers" doordat het nodulair grafiet bevat. Het wordt verkregen door speciale modifiers (Mg, Ce) in de vloeibare legering te introduceren. Het aantal grafietinsluitingen en hun lineaire afmetingen kan verschillen.

Wat is er goed aan sferoïdaal grafiet? Het feit dat een dergelijke vorm de metalen basis minimaal verzwakt, die op zijn beurt perlitisch, ferritisch of perlitisch-ferritisch kan zijn.

Door het gebruik van warmtebehandeling of legering kan de gietijzeren basis naaldvormig-troostiet, martensitisch, austenitisch zijn.

Soorten nodulair gietijzer zijn verschillend, maar in algemene termen is de aanduiding als volgt: VCh 40-5. Het is gemakkelijk te raden dat HF hoogwaardig gietijzer is, het getal 40 is een indicatortreksterkte (kgf/mm2), het getal 5 staat voor rek, uitgedrukt als een percentage.

Nodulair gietijzer

De structuur van nodulair gietijzer is de aanwezigheid van grafiet erin in schilferige of bolvormige vorm. Tegelijkertijd kan vlokkig grafiet verschillende fijnheid en compactheid hebben, wat op zijn beurt een directe invloed heeft op de mechanische eigenschappen van gietijzer.

Industrieel nodulair gietijzer wordt vaak geproduceerd met een ferritische basis, die zorgt voor een grotere taaiheid.

Het breukbeeld van ferritisch nodulair gietijzer heeft een zwart fluweelachtig uiterlijk. Hoe hoger de hoeveelheid perliet in de structuur, hoe lichter de breuk zal worden.

Over het algemeen wordt nodulair gietijzer verkregen uit witte gietijzeren gietstukken vanwege het lange wegkwijnen in ovens die zijn verwarmd tot een temperatuur van 800-950 graden Celsius.

Tegenwoordig zijn er twee manieren om nodulair gietijzer te maken: Europees en Amerikaans.

De Amerikaanse methode is om de legering weg te kwijnen in zand bij een temperatuur van 800-850 graden. Bij dit proces bevindt grafiet zich tussen korrels van het zuiverste ijzer. Als gevolg hiervan wordt gietijzer stroperig.

Bij de Europese methode kwijnen gietstukken weg in ijzererts. De temperatuur is tegelijkertijd ongeveer 850-950 graden Celsius. Koolstof gaat over in ijzererts, waardoor de oppervlaktelaag van de gietstukken wordt ontkoold en zacht wordt. Gietijzer wordt kneedbaar, terwijl de kern bros blijft.

Markering van smeedbaar ijzer: KCh 40-6, waarbij KCh natuurlijk smeedbaar ijzer is; 40 - treksterkte-index;6 – rek, %.

Andere indicatoren

Wat betreft de verdeling van gietijzer naar sterkte, wordt hier de volgende classificatie toegepast:

• Typische sterkte: σv tot 20 kg/mm2.
• Verhoogde sterkte: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Hoge sterkte: σv=40 kg/mm2 en hoger.

Volgens de vervormbaarheid worden gietijzeren onderverdeeld in:

• Inflexibel - minder dan 1% rek.
• Laag plastic - van 1% tot 5%.
• Plastic - van 5% tot 10%.
• Verhoogde plasticiteit - meer dan 10%.

Tot slot wil ik ook opmerken dat de eigenschappen van gietijzer behoorlijk worden beïnvloed, zelfs door de vorm en aard van het gieten.