ما يسمى الصلب والحديد الزهر. الحديد الزهر. خصائص الحديد الزهر. الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون. تاريخ استخدام الحديد الزهر في الصين القديمة

تسمى سبيكة الحديد والكربون بالحديد الزهر. سنخصص المقال للحديد الزهر القابل للطرق. والأخير موجود في هيكل السبائك إما على شكل جرافيت أو سمنتيت. بالإضافة إلى المكونات المذكورة أعلاه، يحتوي الحديد الزهر على شوائب تعتمد على المواد الكيميائية التالية - السيليكون والمنغنيز وما إلى ذلك.

يمكن إضافة مكونات صناعة السبائك إلى سبائك الحديد الزهر، والتي لها تأثير كبير على معاييرها التقنية.

يستخدم الحديد الزهر في إنتاج المنتجات عن طريق الصب، على سبيل المثال، أغلفة الأدوات الآلية، التي تعمل تحت ظروف ثابتة وديناميكية صغيرة، بما في ذلك الأحمال متعددة الاتجاهات.

على عكس الفولاذ، يتمتع الحديد الزهر بمعلمات صب جيدة وسعر منخفض. بالإضافة إلى ذلك، تتم معالجة هذه المواد الخام بشكل أفضل على معدات قطع المعادن من معظم سبائك الفولاذ. ولكن، من ناحية أخرى، يتم لحام سبائك الحديد الزهر، بغض النظر عن نوعها، مع بعض الصعوبات. بالإضافة إلى ذلك، يتميز الحديد الزهر بمعايير منخفضة من القوة والصلابة والهشاشة.

أنواع الحديد الزهر

يتم تحديد درجة سبائك الحديد الزهر من خلال كمية الكربون والمواد الأخرى الموجودة في تركيبتها.

يتيح لنا هذا النهج التمييز بين الأنواع التالية من هذه المواد:

• أبيض؛
• رمادي (GOST 1412)؛
• طيع (GOST 1215) ؛
• عالية القوة (GOST 7293).

الحديد الزهر الأبيض

في هذه السبيكة، يتم جمع الكربون في شكل سمنتيت. هذه الدرجة من المواد مقاومة للاهتراء ولها معايير صلابة جيدة. في الوقت نفسه، تتم معالجتها بشكل سيء للغاية على معدات القطع المعدنية.

ينقسم الحديد الزهر الأبيض إلى المجموعات التالية:

• ناقص التصلب مع تركيز الكربون من 2.14% إلى 4.3%؛
• سهل الانصهار - 4.3٪؛
• فرط الحساسية من 4.3% إلى 6.67%.

وفي درجات أخرى من الحديد الزهر، يكون الكربون على شكل جرافيت.

الحديد الزهر الرمادي

الكربون الموجود في هذا النوع من الحديد الزهر يكون على شكل ألواح. يحتوي الحديد الزهر الرمادي أيضًا على مكونات مثل:

• السيليكون يصل إلى 0.8%؛
• المنغنيز يصل إلى 0.3%، الخ.

لإنتاج المسبوكات من هذه المواد، يتم استخدام قوالب مصنوعة من الأرض الزهر أو الفولاذ. تسمى هذه الأشكال قوالب البرد. المجال الرئيسي لاستخدام الحديد الزهر الرمادي هو الهندسة الميكانيكية. يتم استخدامه لصنع الهياكل التي تعمل في حالة عدم وجود تأثيرات صدمات، على سبيل المثال، محركات العجلات ذات الحزام على شكل V، وأكواب التحمل، وما إلى ذلك. ويتم تمييز سبيكة الحديد الزهر من هذا النوع على النحو التالي: SCh 32 - 52. يظهر الرقم الأول قوة الشد، والثانية حد الانحناء.

كجزء من هذه المادة، الكربون له شكل ندف. يتضمن التركيب الكيميائي لهذه المادة ما يصل إلى 1.4% سيليكون، 1% منجنيز، إلخ. الحديد الزهر القابل للطرق مصنوع من الحديد الزهر الأبيض.

للقيام بذلك، فإنه يخضع للمعالجة الحرارية، أي أنه يتم تسخينه والاحتفاظ به في هذه الحالة للوقت الذي تحدده التكنولوجيا. هذه العملية تسمى الضعف. الحديد الزهر القابل للطرق يحمل علامة CN 45 - 6. يشير الرقم الأول إلى قوة الشد، والاستطالة الثانية كنسبة مئوية.

كجزء من هذا الحديد الزهر، الكربون له شكل كروي. لإنتاج الحديد الزهر من هذا النوع، يتم استخدام التعديل، أي يتم إدخال المغنيسيوم في الذوبان. يضمن تكوين الكربون على شكل شوائب كروية. جعل هذا الحل من الممكن تقريب الحديد الزهر من هذا النوع من الفولاذ الكربوني في عدد من الخصائص. معلمات الصب الخاصة بها أكبر من تلك الخاصة بالعلامات التجارية الأخرى لسبائك الحديد الزهر، باستثناء اللون الرمادي.

يتم استخدام الحديد الزهر من هذه الفئة في إنتاج أجزاء مثل المكابس وأعمدة الكرنك ومكونات أنظمة الكبح.

يتم تمييز الحديد الزهر عالي القوة على النحو التالي - HF - 45-5. يشير الرقم الأول إلى قوة الشد، والثاني إلى نسبة الاستطالة.

ميزات إنتاج الحديد الزهر القابل للطرق

يحتوي إنتاج الحديد الزهر KCh على عدد من التفاصيل الدقيقة التي يتم تحديدها من خلال خصائص الصب والخصائص الأخرى.

الحديد الزهر من درجة BC، وهو المنتج الرئيسي للحديد القابل للطرق، لا يحتوي على معلمات صب جيدة جدًا. على وجه الخصوص، لديها سيولة منخفضة، وكمية كبيرة من الانكماش أثناء التبريد، وهي عرضة لتشكيل عيوب الصب المختلفة. هذه هي الأسباب التي تجعل من الضروري أثناء الإنتاج ارتفاع درجة حرارة المعدن واتخاذ التدابير اللازمة لمكافحة عيوب الصب. يمكن إنتاج الحديد الزهر القابل للطرق مع الأخذ في الاعتبار الانكماش والتغيرات في أبعاد قطع العمل أثناء الغليان. تتميز قطع العمل الرقيقة بأقصى قدر من الانكماش، بينما تتمتع قطع العمل السميكة بأقل قدر من الانكماش. تتم عملية الغليان عند درجة حرارة 1350 - 1450 درجة مئوية.

التلدين (الغلي) هو خطوة أساسية في إنتاج الحديد الزهر. يتم إنتاجه في ورش منفصلة تسمى ضعيفة. توضع المستحضرات في أوعية مصنوعة من الفولاذ أو سبائك الحديد الزهر بدرجات مختلفة لتغلي على نار هادئة. يمكن وضع ما يصل إلى 300 قالب في الوعاء، بناءً على أنه يجب أن يكون ما يصل إلى 1500 كجم لكل متر مكعب.

يكتسب الحديد الزهر القابل للطرق أعظم قوته في الأواني المصنوعة من الحديد الزهر الأبيض مع إضافات الكروم والحد الأدنى من الفوسفور. يتم قياس استهلاك الأواني حسب الوزن، ويمكن أن يتراوح من 4 إلى 15% من وزن قطع العمل. هذا هو السبب في أن زيادة متانتها تلعب دورًا كبيرًا في تحديد تكلفة الحديد الزهر القابل للطرق.

لتجنب تشوه المسبوكات النهائية، يجب أن يتم وضع الفراغات في الأواني بعناية خاصة. يتم وضعها بإحكام قدر الإمكان، لتعزيز التأثير، يتم رش قطع العمل بالرمل أو الخام. تحمي هذه المواد قطع العمل من التشوه والأكسدة الزائدة.

تستخدم الأفران الكهربائية لإنتاج الحديد الزهر القابل للطرق. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه أثناء عملية الغليان يجب أن يكون من الممكن تنظيم درجة الحرارة، وارتفاع حاد أثناء التسخين وانخفاض سريع في مرحلة الجرافيت. بالإضافة إلى ذلك، لن يكون من الضروري أن تكون قادرا على ضبط خليط الهواء في الفرن.

معظم الأفران المستخدمة لإنتاج الحديد الزهر القابل للطرق هي أفران كاتمة. أي أن منتجات احتراق الوقود لا تتلامس مع الأواني التي توضع فيها قطع العمل.

تخضع المسبوكات المصنوعة من الحديد القابل للطرق لعملية تنظيف عدة مرات، وبعد التلدين، تتم إزالة المغذيات وتقويمها. يتم إجراء التنظيف الأول لإزالة رمال القالب المتبقية. للتنظيف، يتم استخدام معدات السفع الرملي أو براميل متدلية خاصة. تتم إزالة بقايا المغذيات باستخدام قطعة قماش الصنفرة.

العيوب الأكثر شيوعًا في الحديد الزهر القابل للطرق هي ما يلي:

• تجاويف الانكماش
• نقص الملء؛
• الشقوق، الخ.

لا يمكن تصحيح بعض العيوب عن طريق المعالجة الحرارية الإضافية. تجدر الإشارة إلى أن إنتاج الحديد الزهر القابل للطرق يتطلب الامتثال الصارم لجميع متطلبات GOST والقواعد واللوائح التكنولوجية. في هذه الحالة فقط يمكننا التحدث عن الحصول على حديد زهر عالي الجودة وقابل للطرق، والذي يمكن استخدامه لاستبدال مواد أخرى باهظة الثمن - الفولاذ والمعادن غير الحديدية.

أنواع الحديد الزهر القابل للطرق

ترتبط درجة سبائك الحديد الزهر KCh ارتباطًا مباشرًا بالظروف التي يتم فيها التلدين. بعد هذه العملية يتم الحصول على ثلاث فئات من الحديد الزهر:

• الحديدي.
• بيرليت.
• الحديدي-اللؤلؤي.

الأول يحتوي في تركيبته الكيميائية على الفريت والكربون ذو البنية الندفية. والثاني يشمل البيرليت والجرافيت بهيكل ندفي. والثالث يحتوي على الفريت والبرليت والكربون الشبيه بالرقائق.

ينتج الحديد الزهر اللؤلؤي القابل للطرق من التبريد السريع لقطعة العمل أثناء وجودها في منطقة التحلل. في هذه الحالة، بالإضافة إلى الفريت، فإن هيكل الحديد الزهر يحتوي على البيرليت. وسوف يستمر حتى مع مزيد من تبريد قطعة العمل إلى درجة حرارة أقل من 727 درجة.

وهذا يعني أنه يمكننا القول أن هيكل الحديد الزهر يرتبط ارتباطًا وثيقًا بظروف درجة حرارة التلدين ووجود مكونات السبائك.

الخصائص الرئيسية للمعادن

يتم تحديد المعلمات الرئيسية للحديد الزهر من خلال كمية الكربون، التي لها شكل الجرافيت، ووجود السيليكون. تحتوي سبائك الحديد الزهر البرليتية القابلة للطرق على عنصرين أساسيين آخرين - الكروم والمنغنيز.

ينعكس الاختلاف في بنية الحديد الزهر القابل للطرق أيضًا في الخصائص النهائية للمنتجات التي يتم الحصول عليها منه. على سبيل المثال، قطع العمل المصنوعة من حديد الزهر الحديدي لها صلابة أقل من تلك المصنوعة من مادة بيرليتية، ولكن في نفس الوقت تتمتع الأولى بقدرة متزايدة من الليونة. يوفر الجرافيت على شكل رقائق معلمات قوة عالية للأجزاء النهائية ذات ليونة جيدة نسبيًا. يمكن تشويه المنتجات المصنوعة من حديد الزهر KCh في درجة حرارة الغرفة والرطوبة. كانت هذه الخاصية هي التي حددت اسم هذه المادة – القابلة للطرق. في الواقع، هذا اسم شرطي ولا يعني أنه يتم الحصول على الأجزاء النهائية منه باستخدام معدات الحدادة. يستخدم الصب لإنتاج المنتجات. الخاصية الرئيسية لهذه المادة هي عدم وجود إجهاد فيها.

الخواص الميكانيكية للحديد الزهر المرن تقع بين الحديد الزهر الرمادي والصلب. أي أن الحديد الزهر من هذا النوع يتمتع بمرونة عالية ومقاومة للتآكل والتآكل والمواد العدوانية. وبالإضافة إلى ذلك، هذه المواد لديها خصائص قوة عالية. وبالتالي، يمكن للجزء الذي يبلغ سمك جداره 7-8 مم أن يتحمل ضغط عمل يصل إلى 40 ضغط جوي. وهذا يسمح باستخدامه في تصنيع تجهيزات خطوط الأنابيب للغاز والمياه.

يجب ألا ننسى أنه في درجات الحرارة المنخفضة، يصبح الحديد الزهر هشًا للغاية ويكون عرضة للتأثيرات.

خصائص الحديد الزهر القابل للطرق

الخاصية الأساسية لسبائك الحديد الزهر KCh هي أنها تحتوي على شوائب كربون بأشكال مختلفة، مما يحدد قوتها وليونتها. في الواقع، الحديد الزهر الذي يحتوي على كمية منخفضة من الكربون (منزوع الكربون) هو المادة الوحيدة من سبائك الحديد الزهر الهيكلية الملحومة جيدًا وتستخدم لإنتاج الهياكل المعدنية الملحومة. بالنسبة للحام، يتم استخدام حماية الغاز أو تقنية المؤخرة. هذا النوع من الحديد الزهر مناسب للضغط والنقش وملء الفراغات والفجوات بكل بساطة. تخضع الأجزاء المصنوعة من سبائك الحديد الزهر القابلة للطرق للمعالجة الباردة، في حين يتم تسخين الأجزاء المصنوعة من سبائك اللؤلؤ.

الحديد الزهر المستخدم في الإنتاج مصنوع من سبائك الحديد الزهر البيضاء عن طريق التلدين. قد يكون للهيكل الذي تم الحصول عليه بعد إجراء هذه العملية شكل من الحديد أو البرليت.

واحدة من مزايا سبائك الحديد الزهر القابلة للطرق هي أن لها خصائص مقطعية موحدة، بالإضافة إلى ذلك، تتم معالجتها بشكل جيد على آلات الطحن.

تم توحيد المعلمات الفيزيائية والتقنية الرئيسية لسبائك الحديد الزهر القابلة للطرق في GOST 1215-79. يعتمد وضع علامات على هذه المادة على قيم الشد والاستطالة المسموح بها. يتم تحديد صلابة المادة من خلال الهيكل، ويتم تحديد معلمات القوة والليونة من خلال وجود الجرافيت.

يجب أن يكون مفهوما أن خصائص المادة لا تتأثر بالشكل فحسب، بل أيضًا بكمية الجرافيت الموجودة في السبيكة. يصل الحديد الزهر القابل للطرق إلى أقصى خصائص قوته في وجود البيرليت الناعم وكمية صغيرة من الجرافيت. يتم تحقيق أقصى قدر من الليونة والمتانة للحديد الزهر من هذه الفئة في وجود الفريت ونفس الكمية من الجرافيت.

نطاق التطبيق

لقد وجد الحديد الزهر القابل للطرق تطبيقه في الهندسة الميكانيكية لإنتاج الأدوات الآلية وأجزاء السيارات الفردية والهياكل والآليات المستخدمة في النقل بالسكك الحديدية وما إلى ذلك.

في أغلب الأحيان، يتم استخدام المسبوكات من الفريت، وهي أرخص إلى حد ما من جميع الآخرين. تستخدم مصبوبات البيرلايت لتصنيع الأجزاء المستخدمة للمنتجات والتجمعات التي تعمل تحت أحمال متزايدة.

يستخدم الحديد الزهر القابل للطرق لإنتاج المسبوكات ذات الجدار الرقيق، ويمكن أن يتراوح حجمها من 3 إلى 40 ملم.

الأساس لصنع الحديد الزهر أو الفولاذ هو الحديد. وهو في الطبيعة معدن ذو لون فضي وليس لديه صلابة كافية. لا يستخدم هذا المعدن عمليا في الصناعة، وتستخدم على نطاق واسع سبائك الحديد المختلفة.

الحديد الزهر والصلب عبارة عن سبائك من الحديد والكربون، ولكن جودة المعدن تعتمد على محتوى هذه العناصر والشوائب.

الحديد الزهر

الحديد الزهر هو المنتج الرئيسي للمعادن. يحتوي تركيبه على أكثر من 2٪ كربون وكمية كبيرة من الشوائب التي تؤثر على خصائص المعدن: المنغنيز والفوسفور والسيليكون والكبريت والمواد المضافة إلى صناعة السبائك.

الحديد الزهر معدن هش، ويمكن كسره بسهولة إلى أجزاء عند الاصطدام، لذلك فهو أقل عملية في المعالجة والاستخدام. ويؤثر نوع الكربون الموجود في الحديد الزهر على خصائصه، ولذلك يتم التمييز بين عدة أنواع من الحديد الزهر:

معدن رمادي ناعم ذو نقطة انصهار منخفضة؛

أبيض، مع زيادة الصلابة، ولكن هش؛

طيع، وهو منتج ثانوي من الحديد الزهر الأبيض.

دائم للغاية.

كثافة حديد الزهر 7000 كجم/م3.

فُولاَذ

يجب ألا تزيد نسبة الكربون في السبيكة عن 2%، ولا تقل نسبة الحديد عن 45%. قد تحتوي نسبة 53٪ المتبقية على إضافات وشوائب مختلفة للسبائك تسمح لك بتغيير خصائصها.

هناك عدد كبير من الأصناف والتصنيفات. اعتمادًا على عدد عناصر الاتصال يتم تمييزها:

سبائك منخفضة

سبائك متوسطة.

وتتميز أيضًا بكمية الكربون:

منخفض الكربون؛

الكربون المتوسط

نسبة عالية من الكربون.

تتأثر جودة المعدن بوجود شوائب غير معدنية (أكاسيد، كبريتيدات، فوسفيدات) ويوجد تصنيف حسب الجودة.

السمة العامة هي أنه معدن ذو قوة جيدة، ومقاومة التآكل، والصلابة، ومناسب لأنواع مختلفة من المعالجة. كثافة الفولاذ 7700 – 7900 كجم/م3.

على الرغم من العدد الكبير من أصناف الحديد الزهر والصلب، إلا أنه يمكننا تسليط الضوء على الاختلافات الرئيسية بين هذه المعادن:

يتمتع الفولاذ بقدر أكبر من القوة والليونة والصلابة؛

إنه أكثر من البلاستيك، لذلك فهو مناسب للمعالجة (الختم، والتزوير، والدرفلة، واللحام)، ويتم تصنيع منتجات الحديد الزهر عن طريق الصب؛

الحديد الزهر له تكلفة أقل.

يتمتع الفولاذ بموصلية حرارية عالية، ويتم تحسين الجودة عن طريق التصلب، والحديد الزهر، بسبب مسامية المعدن، قادر على الاحتفاظ بالحرارة؛

السبائك لها ثقل نوعي مختلف.

ويزود علم المعادن السوق بمئات الأصناف من كلا السبائك التي لها خصائصها وخصائصها الخاصة، ولكن المكونات الأساسية لهذه المعادن هي الحديد والكربون. لذلك، يمكن دمج الفولاذ والحديد الزهر في مجموعة سبائك الحديد والكربون.

الحديد الزهر– سبيكة من الحديد (Fe>90%) مع الكربون (C من 2.14% إلى 6.67%).
يمكن احتواء الكربون في الحديد الزهر على شكل جرافيت (C) أو سمنتيت (Fe3C).
يحتوي الحديد الزهر أيضًا على شوائب من السيليكون والمنغنيز والفوسفور والكبريت.
تحتوي الحديد الزهر ذات الخصائص الخاصة أيضًا على عناصر صناعة السبائك - الكروم والنيكل والنحاس والموليبدينوم وما إلى ذلك.

الحديد الزهر هو المادة الأكثر استخدامًا على نطاق واسع لتصنيع الأجزاء المصبوبة المستخدمة تحت ضغوط منخفضة نسبيًا وأحمال ديناميكية منخفضة. مزايا الحديد الزهر على الفولاذ هي خصائص الصب العالية والتكلفة المنخفضة. تعد الحديد الزهر أيضًا أفضل في القطع من معظم أنواع الفولاذ (باستثناء الفولاذ الأوتوماتيكي)، ولكنها قابلة للحام بشكل سيئ ولها قوة وصلابة وليونة أقل.

اعتمادا على حالة الكربون في الحديد الزهر، هناك:
الحديد الزهر الأبيض
الحديد الزهر الرمادي(GOST 1412 - "الحديد الزهر مع رقائق الجرافيت للمسبوكات")
الحديد القابل للطرق(GOST 1215 - "مسبوكات الحديد المطاوع")
الدكتايل الحديد(GOST 7293 - "الحديد الزهر العقدي للمسبوكات")

الحديد الزهر الأبيض

في الحديد الزهر الأبيض، يكون كل الكربون في حالة ربط على شكل سمنتيت Fe3C.
يتمتع الحديد الزهر الأبيض بمقاومة تآكل عالية وصلابة، ولكنه هش وسييء المعالجة عن طريق القطع، لذلك فهو يستخدم بشكل محدود في الهندسة الميكانيكية ويستخدم بشكل أساسي في معالجة الفولاذ.
بناءً على محتوى الكربون، ينقسم الحديد الزهر الرمادي إلى:
ناقص النشاطبمحتوى كربون من 2.14% إلى 4.3%
سهل الانصهاربمحتوى كربون 4.3%
فرط النشاطبمحتوى كربون من 4.3% إلى 6.67%.

في الحديد الزهر الرمادي، والمرن، وعالي القوة، يكون كل الكربون أو معظمه على شكل جرافيت بأشكال مختلفة (يُطلق عليه أيضًا الجرافيت).

الحديد الزهر الرمادي

في هيكل الحديد الزهر الرمادي، يكون الجرافيت على شكل لوحة.
يحتوي حديد الزهر الرمادي على: 3.2-3.5% كربون، 1.9-2.5% سيليكون، 0.5-0.8% منجنيز، 0.1-0.3% فوسفور وأقل من 0.12% كبريت.
يتم تصنيع مصبوبات أجزاء الحديد الزهر الرمادي في قوالب - قوالب ترابية أو معدنية.
يستخدم الحديد الزهر الرمادي على نطاق واسع في الهندسة الميكانيكية. نظرًا للخصائص الميكانيكية المنخفضة لسبائك الحديد الزهر الرمادي وسهولة الإنتاج، يتم استخدامها لتصنيع الأجزاء لأغراض أقل أهمية، وهي الأجزاء التي تعمل في غياب أحمال الصدمات. على وجه الخصوص، يتم استخدامها لصنع الأغطية والبكرات وأسرة الآلات والمكابس.
مثال على تسمية الحديد الزهر الرمادي: SCh32-52. تشير الحروف إلى الحديد الزهر الرمادي (GC)، ويشير الرقم الأول إلى قوة الشد (32 كجم/مم2 أو 320 ميجاباسكال)، ويشير الرقم الثاني إلى قوة الانحناء.

حديد قابل للطرق

في هيكل الحديد الزهر القابل للطرق، يكون الجرافيت على شكل رقائق.
تحتوي حديد الزهر القابل للطرق على: 2.4-3.0% كربون، 0.8-1.4% سيليكون، 0.3-1.0% منجنيز، أقل من 0.2% فوسفور، لا يزيد عن 0.1% كبريت.
يتم الحصول على الحديد الزهر القابل للطرق من الحديد الزهر الأبيض عن طريق التسخين والاحتفاظ به لفترة طويلة. يُطلق على هذا الإجراء اسم التلدين بالجرافيت أو الغليان على نار هادئة.
مثال على تسمية الحديد الزهر القابل للطرق: KCH45-6. تشير الحروف إلى الحديد الزهر القابل للطرق (CC)، الرقم الأول هو قوة الشد (45 كجم/مم2 أو 450 ميجاباسكال)، والثاني هو الاستطالة النسبية بنسبة٪ (6٪).

الدكتايل الحديد

يحتوي حديد الدكتايل على الجرافيت العقدي.
لديها أعلى خصائص القوة.
يحتوي حديد الدكتايل على: 3.2-3.8% كربون، 1.9-2.6% سيليكون، 0.6-0.8% منجنيز، ما يصل إلى 0.12% فوسفور وما لا يزيد عن 0.3% كبريت.
يتم إنتاج الحديد الزهر عالي القوة عن طريق تعديل (أي إدخال مادة مضافة معدلة - المغنيسيوم) المصهور السائل. تعمل المعدلات على تعزيز تكوين شوائب الجرافيت الكروية، والتي تجعل الخواص الميكانيكية لهذا الحديد الزهر تقترب من خصائص الفولاذ الكربوني، وتكون خصائص الصب أعلى (ولكنها أقل من خصائص الحديد الزهر الرمادي).
يتم استخدام الحديد الزهر عالي القوة في تصنيع الأجزاء المهمة للهندسة الميكانيكية - المكابس والأسطوانات وأعمدة الكرنك ووسادات الفرامل. الأنابيب مصنوعة أيضًا من الحديد الزهر عالي القوة.
مثال على تسمية الحديد الزهر عالي القوة: VC45-5. تشير الحروف إلى حديد الزهر عالي القوة (DC)، ويشير الرقم الأول إلى قوة الشد (45 كجم/مم2 أو 450 ميجا باسكال)، ويشير الرقم الثاني إلى الاستطالة بنسبة٪.

الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الحديد مع كربون (محتوىأكثر من 2.14%).
الكربون في الحديد الزهرقد تكون موجودة فيشكل من الاسمنتيت والجرافيت.
في الحديد الزهر.
الحديد الزهر الخامس

الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الحديد تحتوي على تحتوي على الكربونأكثر من 2.14% (أقصى نقطة ذوبان الكربون فيالأوستينيت على مخطط المرحلة).
الكربون في الحديد الزهرقد تكون موجودة فيشكل من الاسمنتيت والجرافيت.
فياعتمادا على شكل الجرافيت وكمية السمنتيت، فهي تتميز: شاحبة، عديمة اللون، قابلة للطرق وعالية القوة الحديد الزهر.
الحديد الزهرعقد الشوائب الدائمة (Si، Mn، S، P)، و الخامسفي الأحداث الفردية أيضًا صناعة السبائك (Cr، Ni، V، Al، إلخ).
عادة، الحديد الزهرقابل للكسر.

طيع الحديد الزهرتم الحصول عليها عن طريق التلدين الطويل للأبيض الحديد الزهر, الخامسونتيجة لذلك، يتم تشكيل الجرافيت على شكل رقائق.
القاعدة المعدنية لهذا الحديد الزهر: الفريت والبرليت أقل شيوعا.
طيع الحديد الزهرحصلت على اسمها بسبب زيادة اللدونة واللزوجة (على الرغم من أنها لا تخضع لمعالجة الضغط).
طيع الحديد الزهرزاد قوة الشد وزيادة مقاومة التأثير.
من طيع الحديد الزهرأنها تنتج أجزاء من الأشكال المعقدة: علب المحور الخلفي للسيارة، وسادات الفرامل، والمحملات، والزوايا، وما إلى ذلك.

بما في ذلك المسبوكات المقاومة الصغيرة من اللون الرمادي الحديد الزهرأحمال الشد والصدمات، يجب استخدام هذه المادة للأجزاء التي تخضع لأحمال الضغط أو الانحناء.
فيفي بناء الأدوات الآلية، تكون هذه الأجزاء أساسية، وأجزاء الجسم، والأقواس، والتروس، ومحركات الأقراص؛
الخامسصناعة السيارات - كتل الأسطوانات وحلقات المكبس وأعمدة الكامات وأقراص القابض.
المسبوكات الرمادية ويستخدم الحديد الزهر أيضا فيالهندسة الكهربائية لتصنيع السلع الاستهلاكية.

الكربون في الحديد الزهرقد يكون فيشكل سمنتيت أو جرافيت أو الخامسفي نفس الوقت على شكل سمنتيت وجرافيت.
ظهور مرحلة دائمة - الجرافيت الخامس الحديد الزهرقد يحدث فينتيجة انفصاله المباشر عن المحلول الضعيف (الصلب) أو بسبب تفكك السمنتيت المتكون مسبقًا (مع التبريد البطيء للمصهور الحديد الزهريمكن أن يخضع الأسمنتيت للتحلل ResS - > Fe + GC مع تكوين الفريت والجرافيت).
عملية التشكيل في الحديد الزهر(الصلب) الجرافيت يسمى الجرافيت.

بواسطة محتوى الكربون من الحديد الزهروتنقسم إلى ناقص التصلب - 2، 14 ...
4.3% C، سهل الانصهار - 4.3% C وفرط الانصهار - 4.3 ...
6.67% ج كربون.
ناقص النشاط الحديد الزهر، بما في ذلك 2، 14 ...
4.3% C، بعد التبريد النهائي يكون لها هيكل البيرلايت، الليديبوريت (بيرلايت + سمنتيت) والسمنتيت الثانوي.
سهل الانصهار الحديد الزهر(4.3% مئوية) عند درجات حرارة أقل من +727 درجة مئوية يتكون فقط من الليديبوريت (بيرلايت + سمنتيت).
فرط النشاط، والذي لا يمكن إلغاؤه 4، 3...
6.67% مئوية، عند درجات حرارة أقل من +727 درجة مئوية، تتكون من سمنتيت أولي وليديبوريت (بيرلايت + سمنتيت).
في الممارسة العملية، والأكثر استخداما على نطاق واسع هي ناقصة التوتر الحديد الزهر، بما في ذلك 2، 4 ...
3.8% ج كربون.
معنى راسخ محتوى الكربون في الحديد الزهريتم تحديده من خلال خصائصه التكنولوجية أثناء الصب - مما يضمن سيولة جيدة.
السيولة هي قدرة المعادن والسبائك الخامسفي الحالة المنصهرة، املأ تجويف القالب، مع إعادة إنتاج الخطوط العريضة وأبعاد الصب بدقة.
الموسع محتوى الكربون من الحديد الزهرأعلى من 3.8% C يؤدي إلى زيادة حادة في الصلابة والهشاشة.
يتم تحديد السيولة عن طريق اختبار حلزوني، ويتم تحديد قيمتها بطول ملء جزء من الحلزون.
الانكماش هو انخفاض في الأبعاد الخطية والحجمية للمعدن المغمور الخامسالشكل أثناء تبلورها وتبريدها.

في الصناعة أنواع الحديد الزهريتم تمييزها بالنوع التالي: التحويل الحديد الزهر- P1، P2؛
تحويل الحديد الزهرللمسبوكات (المعالجة - المسبك) - PL1، PL2، صبغة الفوسفور الحديد الزهر- PF1، PF2، PF3، تحويل عالي الجودة الحديد الزهر- PVK1، PVK2، PVK3؛
الحديد الزهرمع الجرافيت الصفائحي - SCh (الأرقام بعد الحروف "SCh" تعني قيمة قوة الشد الخامسكجم ق / مم) ؛
ضد الاحتكاك الحديد الزهررمادي مضاد للاحتكاك - AChS، مضاد للاحتكاك عالي القوة - AChV، قابل للطرق مضاد للاحتكاك - AChK؛
الحديد الزهرمع الجرافيت الكروي للمسبوكات - HF (الأرقام بعد الحروف "HF" تعني قوة الشد المؤقتة الخامسكجم ق / مم والاستطالة النسبية (٪)؛
الحديد الزهرمخلوط بخصائص خاصة - الفصل.

تسمى سبائك الحديد والكربون التي تحتوي على نسبة كربون تزيد عن 2٪ بالحديد الزهر، بغض النظر عن درجة صناعة السبائك. الاستثناء هو بعض أدوات الفولاذ والحديد الزهر عالي السيليكون، على سبيل المثال، السيلال، الذي يحتوي، حسب الدرجة، على من 1.6 إلى 2.5٪ درجة مئوية. ويتزامن التمييز المقبول بين منطقة الحديد الزهر ومنطقة الفولاذ مع أقصى قابلية للذوبان من الكربون في γ الحديد.

يتم تحديد خصائص الحديد الزهر من خلال كمية وشكل وطبيعة توزيع المكونات الهيكلية. يعتمد تكوين الطور للحديد الزهر على التركيب الكيميائي وظروف الصهر وظروف تبلور الحديد الزهر.

مخطط مرحلة الحديد والكربون

يظهر الشكل 1 مخطط طور الحديد والكربون في نطاق التركيز من الحديد إلى السمنتيت. 1. الخط ABCD هو سائل النظام، والخط AHJECF هو السائل الصلب.

تشير الخطوط الأفقية الثلاثة في الرسم البياني (HJB، ECF، وPSK) إلى حدوث ثلاثة تفاعلات ثابتة. عند 14850 (خط HJB)، يحدث التفاعل المحيطي LB+FN←AJ. نتيجة للتفاعل المحيطي، يتم تشكيل الأوستينيت. يحدث هذا التفاعل فقط في السبائك التي تحتوي على الكربون بنسبة 0.1 إلى 0.5%. عند 11300 (ECF الأفقي)، يحدث التفاعل سهل الانصهار LC → AE + C. نتيجة لهذا التفاعل، يتم تشكيل خليط سهل الانصهار. ويسمى خليط سهل الانصهار من الأوستينيت والسمنتيت ليدبوريت. يحدث هذا التفاعل في جميع سبائك النظام التي تحتوي على أكثر من 2% كربون. عند 7230 (PSK الأفقي) يحدث تفاعل eutectoid AS → FR + C. منتج التحول عبارة عن خليط يوتكتويد. ويسمى خليط سهل الانصهار من الفريت والسمنتيت بالبرليت.

جميع السبائك التي تحتوي على أكثر من 0.02% من الكربون، أي تقريبًا جميع سبائك الحديد والكربون الصناعية، تخضع للتحول البرليت (eutectoid). وبالتالي، فإن مخطط الحديد والكربون يميز حدوث التحولات سهلة الانصهار، والانصهار، والبيريتيكية في هذه السبائك.

إن مظهر مخطط الحديد والكربون (في الجزء ما قبل الأسمنتي)، أي ترتيب الخطوط على المخطط، واضح تمامًا وراسخ. يتم تحسين الإحداثيات فقط (أي درجة الحرارة وتركيز النقاط الأكثر تميزًا).

يتم عرض القيم الإحداثية للنقاط على مخطط الحديد والكربون في الجدول 1.

أرز. 1. الحديد – مخطط الكربون

الجدول 1.

النقاط المميزة على مخطط الحديد والكربون

مكونات وأطوار سبائك الحديد والكربون

المكونات الرئيسية لسبائك الحديد والكربون هي الحديد والكربون والسمنتيت. الحديد هو معدن انتقالي ذو لون فضي فاتح. لديه نقطة انصهار عالية - 15390 ± 50 درجة مئوية. في الحالة الصلبة، يمكن العثور على الحديد في تعديلين. تحدث التحولات متعددة الأشكال عند درجات حرارة 9110 درجة مئوية و13920 درجة مئوية. عند درجات حرارة أقل من 9110 درجة مئوية، يوجد α-Fe مع شبكة مكعبة مركزية الجسم. في نطاق درجة الحرارة 9110÷13920 درجة مئوية، يكون γ-Fe مع شبكة مكعبة مركزية الوجه مستقرًا. عند درجات حرارة أقل من 7680 درجة مئوية، يكون الحديد ذو مغناطيسية حديدية، وفوقها يكون مغناطيسيًا. نقطة كوري للحديد هي 7680 درجة مئوية.

يتمتع الحديد ذو النقاء الفني بصلابة منخفضة (80 HB) وقوة (قوة الشد - σ = 250 ميجاباسكال) وخصائص ليونة عالية ( الاستطالة النسبية – δ=50%). قد تختلف الخصائص ضمن حدود معينة حسب حجم الحبوب.

يتميز الحديد بمعامل مرونة عالي، ويتجلى وجوده أيضًا في السبائك المبنية عليه، مما يوفر صلابة عالية للأجزاء المصنوعة من هذه السبائك. يشكل الحديد محاليل صلبة مع العديد من العناصر: مع المعادن - حلول الاستبدال، مع الكربون والنيتروجين والهيدروجين - المحاليل الخلالية.

الكربون هو مادة غير معدنية. له تحول متعدد الأشكال، اعتمادًا على ظروف التكوين، فهو موجود على شكل جرافيت مع شبكة بلورية سداسية (نقطة انصهار - 35000 درجة مئوية، كثافة - 2.5 جم / سم 3) أو على شكل ألماس مع شبكة مكعبة معقدة مع رقم التنسيق أربعة (نقطة الانصهار - 50000 درجة مئوية).

نظرًا لأن الحديد، بالإضافة إلى تكوين المركب الكيميائي Fe3C مع الكربون، له شكلان متآصلان، فإن المراحل التالية موجودة في النظام: الطور السائل، والسمنتيت، والفريت، والأوستينيت.

الطور السائل. في الحالة السائلة، يذيب الحديد الكربون بسهولة بأي نسب ليشكل مرحلة سائلة متجانسة.

الإسمنت هو مركب كيميائي يتكون من الحديد والكربون (كربيد الحديد)، ويحتوي على 6.67% من الكربون. لا تواجه التحولات المتآصلة. تتكون الشبكة البلورية للسمنتيت من سلسلة من المجسمات الثمانية التي تميل محاورها إلى بعضها البعض. لم يتم تحديد درجة انصهار السمنتيت بدقة (1250، 15500 درجة مئوية). في درجات الحرارة المنخفضة، يكون السمنتيت ضعيف المغناطيسية، ويفقد خصائصه المغناطيسية عند درجة حرارة حوالي 2170 درجة مئوية.

سمنتيتيتمتع بصلابة عالية (أكثر من 800 HB، ويخدش الزجاج بسهولة)، ولكنه منخفض للغاية، تقريبًا صفر، ليونة. هذه الخصائص هي نتيجة للبنية المعقدة للشبكة البلورية. سمنتيتقادرة على تشكيل حلول صلبة بديلة. يمكن استبدال ذرات الكربون بذرات غير معدنية: النيتروجين، والأكسجين؛ ذرات الحديد - المعادن: المنغنيز والكروم والتنغستن، وما إلى ذلك. ويسمى هذا المحلول الصلب القائم على شبكة سمنتيت سبائك السمنتيت.

سمنتيت– المركب غير مستقر ويتحلل تحت ظروف معينة مكونا كربون حر على شكل جرافيت. هذه العملية لها أهمية عملية كبيرة في تشكيل هيكل الحديد الزهر.

تحتوي سبائك الحديد والكربون أيضًا على مراحل: سمنتيت أولي (C I)، سمنتيت ثانوي (C II)، وسمنتيت ثالثي (C III). الخصائص الكيميائية والفيزيائية لهذه المراحل هي نفسها. تتأثر الخواص الميكانيكية للسبائك بالاختلافات في حجم وكمية وموقع هذه الرواسب. يتم إطلاق السمنتيت الأولي من الطور السائل على شكل بلورات صفائحية كبيرة. يتم إطلاق السمنتيت الثانوي من الأوستينيت ويقع على شكل شبكة حول حبيبات الأوستينيت (عند تبريده، حول حبيبات البرليت). يتم إطلاق السمنتيت الثلاثي من الفريت ويوجد على شكل شوائب صغيرة عند حدود حبيبات الفريت.

الفريتلديه قابلية ذوبان الكربون المتغيرة: الحد الأدنى – 0.006% في درجة حرارة الغرفة (النقطة Q)، الحد الأقصى – 0.02% عند درجة حرارة 7270 درجة مئوية (النقطة P). يقع الكربون في عيوب شعرية. عند درجات حرارة أعلى من 13920 درجة مئوية يوجد فريت عالي الحرارة مع قابلية ذوبان كربون محدودة تبلغ 0.1٪ عند درجة حرارة 14990 درجة مئوية (النقطة J).

خصائص الفريت قريبة من خصائص الحديد. إنه ناعم (صلابة - 130 HB، قوة الشد σв = 300 ميجا باسكال) والبلاستيك (الاستطالة النسبية δ = 30٪)، مغناطيسي حتى 7680 درجة مئوية.

الأوستينيتγ-Fe (C) هو محلول صلب من الكربون الخلالي في الحديد γ. في وسط الخلية المكعبة التي مركزها الوجه توجد ذرة كربون. يحتوي الأوستينيت على حد متغير لذوبان الكربون: الحد الأدنى – 0.8% عند درجة حرارة 7270 درجة مئوية (النقطة S)، الحد الأقصى – 2.14% عند درجة حرارة 11470 درجة مئوية (النقطة E). الأوستينيت لديه صلابة 200÷250 HB، وهو من البلاستيك (استطالة نسبية – δ = 40÷50٪)، ومغناطيسي. عندما تذوب عناصر أخرى في الأوستينيت، قد تتغير خصائص وحدود درجة الحرارة للوجود.

البنية الدقيقة للحديد الزهر

يعتمد الحصول على بنية معينة من الحديد الزهر على عوامل كثيرة: التركيب الكيميائي للحديد الزهر، وتكنولوجيا الصهر ومعالجة المعادن خارج الفرن، ومعدل تبلور وتبريد المنصهر في القالب، وبالتالي، سمك جدار الصب، والخصائص الفيزيائية الحرارية لمادة القالب، وما إلى ذلك. يمكن أيضًا تغيير هيكل القاعدة المعدنية للحديد الزهر عن طريق المعالجة الحرارية. ويبين الجدول 2 الهياكل والمكونات الهيكلية الأكثر شيوعاً للحديد الزهر وبعض خصائصها.

الجدول 2.

الهياكل والمكونات الهيكلية من الحديد الزهر

تصنيفات الحديد الزهر

تصنيف الحديد الزهر حسب التركيب الكيميائي

بالإضافة إلى الحديد والكربون، يحتوي الحديد الزهر على كميات معينة من السيليكون والمنغنيز والفوسفور والكبريت كشوائب دائمة. ومن هذه الشوائب الضارة يعتبر الفوسفور والكبريت.

وفقًا لتركيبها الكيميائي، يتم تقسيم الحديد الزهر إلى سبائك غير سبائكية ومنخفضة ومتوسطة وعالية. تعتبر حديد الزهر الذي يحتوي على ما يصل إلى 2٪ من المنغنيز وما يصل إلى 4٪ من السيليكون وما يصل إلى 0.1٪ من الكروم وما يصل إلى 0.1٪ من النيكل غير مخلوط. إذا كانت هذه العناصر موجودة بكميات كبيرة أو إذا كانت تحتوي على شوائب خاصة، يعتبر الحديد الزهر مخلوطًا.

في الحديد الزهر ذو السبائك المنخفضة، فإن كمية الشوائب الخاصة (النيكل والنحاس والكروم وما إلى ذلك) عادة لا تتجاوز 3٪؛ في الحديد الزهر ذو السبائك المتوسطة، تكون كمية شوائب السبائك 7-10٪، وفي الحديد الزهر عالي السبائك تتجاوز بشكل ملحوظ 10٪.

من خلال السبائك المنخفضة للحديد الزهر، فإنهم يسعون جاهدين لتحسين خصائصه العامة، والحصول على هيكل متجانس، وزيادة قوة الشد والمرونة مع الحفاظ على هذه الخصائص عند التسخين، وتحسين الصلابة ومقاومة التآكل، ومقاومة الاحتكاك، وما إلى ذلك. مع السبائك المتوسطة والعالية، يتغير تكوين المحاليل الصلبة والكربيدات بشكل كبير، مما يجعل التغيير في طبيعة القاعدة المعدنية أكثر أهمية.

تصنيف حديد الزهر حسب تركيبه وظروف تكوين الجرافيت

وفقًا لدرجة الجرافيت وأشكال الجرافيت وظروف تكوينها، يتم تمييز الأنواع التالية من الحديد الزهر: الأبيض والنصف والرمادي والمرن وعالي القوة مع الجرافيت العقدي (انظر الشكل 2). يتم تحديد طبيعة القاعدة المعدنية للحديد الزهر من خلال درجة الجرافيت والسبائك، وكذلك نوع المعالجة الحرارية.

وفقا لدرجة الجرافيت، يمكن اعتبار الحديد الزهر الأبيض هو الأقل أو لا يتم اعتباره على الإطلاق، ويمكن اعتبار نصف الحديد الزهر مجرافًا جزئيًا، ويمكن اعتبار الحديد الزهر المتبقي مجرافًا بشكل كبير.

أرز. 2. مخطط تصنيف الحديد الزهر

في الحديد الأبيض ونصف الزهر، يلزم وجود الليديبوريت (خليط ميكانيكي من محلول صلب من الكربون في الحديد وكربيد الحديد)، ولكن في الحديد الزهر المجراف بشكل كبير يجب ألا يكون هناك ليدبوريت.

الحديد الزهر الأبيض هو حديد زهر يكون فيه كل الكربون في حالة رابطة كيميائية. الحديد الزهر الأبيض صعب للغاية وهش ويصعب قطعه. تتكون البنية المجهرية للحديد الزهر الأبيض الخالي من السبائك من الليديبوريت والبرليت والسمنتيت الثانوي. في سبائك الحديد الزهر أو المعالجة بالحرارة، يمكن الحصول على مارتنسيت أو حتى الأوستينيت بدلا من البرليت. يستخدم الحديد الزهر الأبيض لتصنيع الأجزاء المقاومة للتآكل والتآكل والحرارة. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام المسبوكات المصنوعة من الحديد الزهر الأبيض ذات التركيبة المناسبة لإنتاج أجزاء من حديد الزهر القابل للطرق عن طريق التلدين بالجرافيت. يُسمى الحديد الزهر الأبيض بهذا الاسم لأن نمط كسره يكون بلوريًا خفيفًا ومشعًا. ما يميز نصف الحديد الزهر هو أنه يحتوي أيضًا على الجرافيت بالإضافة إلى الليديبوريت.

هيكل نصف الحديد الزهر هو بيرليت-ليديبوريت مع الجرافيت. في سبائك الحديد الزهر أو المعالجة بالحرارة، يمكن الحصول على الأوستينيت أو المارتنسيت أو الباينيت بدلاً من البرليت.

يسمى نصف الحديد الزهر بهذا الاسم لأن نمط الكسر فيه عبارة عن مزيج من المناطق الفاتحة (البيضاء) والداكنة (الجرافيتية). نصف الحديد الزهر صعب وهش. في أجزاء الحديد الزهر المبيضة، يكون للطبقات السطحية هيكل من الحديد الزهر الأبيض، والقلب له هيكل من الحديد الزهر المرسوم بالجرافيت. بين الطبقات السطحية واللب توجد منطقة من الحديد نصف المصبوب.

الحديد الزهر الرمادي هو المادة الهندسية الأكثر شيوعًا. يتم تمييز الحديد الزهر الرمادي بالحرفين C - Gray و H - cast Iron. الحروف متبوعة بأرقام تشير إلى متوسط ​​قوة الشد (kgf/mm2) والتشوه النسبي.

السمة المميزة الرئيسية للحديد الزهر الرمادي هي عدم وجود كمية غير مقبولة من السمنتيت والليديبوريت وحقيقة أن الجرافيت في مستوى القسم المصقول له شكل صفائحي. عندما تكون صفائح الجرافيت متناثرة جدًا، فإنها تسمى منقطًا. يمكن أن تكون الأشكال الصفائحية من الجرافيت مستقيمة ولها درجات متفاوتة من الدوامة. للحصول على شكل صفائحي من الجرافيت، ليست هناك حاجة للمعالجة الحرارية والتعديلات الخاصة. يتم التخلص من شوائب الجرافيت ذات الأشكال والمجموعات غير المرغوب فيها عن طريق تعديل إضافات الجرافيت. يعتمد نوع كسر الحديد الزهر الرمادي إلى حد كبير على كمية الجرافيت: كلما زاد عدد الجرافيت، كلما كان كسر الحديد الزهر أغمق.

يتميز الحديد الزهر الرمادي بالغياب شبه الكامل للاستطالة النسبية (حتى 0.5٪) وقوة تأثير منخفضة جدًا. هذه الميزة للحديد الزهر الرمادي هي نتيجة للتأثير الضعيف القوي للغاية لرقائق الجرافيت على القاعدة المعدنية.

نظرًا لأن الحديد الزهر الرمادي، بغض النظر عن طبيعة القاعدة المعدنية، لديه ليونة منخفضة جدًا، فإنهم يسعون جاهدين للحصول على قاعدة معدنية بيرليتية فيه، لأن البيرليت أقوى وأصعب بكثير من الفريت. يؤدي تقليل كمية البيرلايت وزيادة كمية الفريت في الهيكل إلى فقدان القوة ومقاومة التآكل دون زيادة الليونة.

في سبائك الحديد الزهر والمعالجة بالحرارة، يمكن الحصول على الأوستينيت أو المارتنسيت أو الباينيت بدلا من البرليت. تعتبر شوائب السمنتيت الثانوي وسهل الانصهار غير مرغوب فيها في الغالب. والفرق الأساسي بين الحديد الزهر عالي القوة هو الشكل الكروي للجرافيت، والذي يتم الحصول عليه عن طريق إدخال معدلات خاصة في الحديد الزهر السائل.

الشكل الكروي للجرافيت هو الأكثر ملاءمة لجميع الأشكال المعروفة. يضعف الجرافيت العقدي القاعدة المعدنية بشكل أقل من الأشكال الأخرى. القاعدة المعدنية لهذا الحديد الزهر عادة ما تكون بيرليتية، وبرليتية-حديدية، وفريتية، اعتمادًا على الخصائص المطلوبة. من خلال صناعة السبائك والمعالجة الحرارية، من الممكن أيضًا الحصول على قاعدة الأوستنيتي أو المارتنسيتي أو الباينيت.

يمكن السماح بكمية معينة من رقائق الجرافيت في هيكل الحديد الزهر عالي القوة، بشرط أن تلبي خصائصه الدرجة المطلوبة. يُسمح أيضًا بأشكال غير منتظمة (مشوهة) من الجرافيت الكروي. يتم تمييز الحديد الزهر عالي القوة بالأحرف HF، متبوعة بأرقام توضح متوسط ​​قيمة قوة الشد (kgf/mm2).

الفرق الرئيسي بين الحديد الزهر القابل للطرق هو أن الجرافيت الموجود فيه يتم الحصول عليه عن طريق تلدين الحديد الزهر الأبيض وله شكل تقشر أو كروي. يتم الحصول على الشكل الكروي من خلال تعديل خاص أو التلدين بإزالة الكربنة. يأتي الجرافيت المتقشر في أشكال مختلفة من الاكتناز والتشتت، مما يؤثر بشكل كبير على الخواص الميكانيكية للحديد الزهر.

يتم إنتاج الحديد الزهر القابل للطرق ليس فقط باستخدام الحديديك، ولكن أيضًا باستخدام قاعدة معدنية من الحديدي والبيرليتي والبيرليتي.

يتمتع الحديد الزهر ذو القاعدة الحديدية بأعلى ليونة، ولهذا السبب يتم استخدامه في أغلب الأحيان. كسر الحديد الزهر القابل للطرق من الحديد أسود ومخملي، مع زيادة كمية البرليت في الهيكل، يصبح الكسر أخف وزنا.

يتم تمييز الحديد الزهر القابل للطرق بالحروف KCH والأرقام. يشير الرقمان الأولان إلى قوة الشد (kgf/mm2)، والثاني - الاستطالة النسبية (٪).

تصنيف الحديد الزهر حسب الخصائص

يمكن تصنيف الحديد الزهر حسب خصائصه الميكانيكية والخاصة. بناءً على خواصها الميكانيكية، تنقسم مصبوبات الحديد الزهر إلى الصلابة والقوة والليونة.

الجدول 3.

تصنيف الحديد الزهر حسب الخصائص.

يوفر GOST 7769-82 "الحديد الزهر للصب ذو الخصائص الخاصة" تسع علامات تجارية من حديد الزهر الأبيض المقاوم للتآكل: ماركات الكروم منخفضة السبائك Chx3t، ماركات الكروم عالية السبائك Chkh9N5، WHO16، ChH16M2، WH22، ChH29D2، ChH32، المنغنيز المجيد العلامة التجارية CG7X4 والنيكل المنفصل منخفض اللوار Chn4x2. الحرف الأول يرمز إلى "الحديد الزهر". تشير الأرقام إلى محتوى عنصر صناعة السبائك، ويشار إليها كنسبة مئوية بعد الحرف المقابل. إذا لم يكن هناك رقم بعد الحرف، فإن محتوى عنصر السبائك المقابل هو 1٪. يتم وضع علامة على سبائك الحديد الزهر الخاصة الأخرى بنفس الطريقة، باستثناء تلك المضادة للاحتكاك، حيث يعني الحرف الأول "مضاد للاحتكاك". قد تواجه أيضًا المصطلحات التالية: "nomag" (حديد الزهر غير المغناطيسي)، "niresist"، "silal"، "nikrosilal" (مقاوم للتآكل)، "chugal" (مقاوم للحرارة) وبعض المصطلحات الأخرى.

من حيث الخصائص المغناطيسية، يمكن تقسيم الحديد الزهر المستخدم حاليًا إلى مغنطيسي مغناطيسي ومغناطيسي. وفي المقابل، يمكن تقسيم الحديد الزهر المغناطيسي إلى ناعم مغناطيسيًا وصلب مغناطيسيًا. هذا التقسيم تعسفي للغاية، لأنه لا يمكن تحت أي ظرف من الظروف أن يكون الحديد الزهر مادة مغناطيسية ناعمة أو صلبة بالمعنى الحقيقي. تشمل الناعمة المغناطيسية مكاوي الزهر ذات اللون الرمادي والقابلة للطرق وعالية القوة.

الخصائص العامة للحديد الزهر الرمادي

يتم الحصول على الحديد الزهر الرمادي مباشرة من خلال عملية التبلور مع التبريد البطيء، في حين أن الجرافيت له شكل رقائقي. اعتمادًا على درجة الجرافيت، يمكن الحصول على هياكل مختلفة للقاعدة المعدنية (المصفوفة) من الحديد الزهر الرمادي: حديد الزهر اللؤلؤي الرمادي مع هيكل P + G؛ الحديد الزهر الحديدي-البيرليتي الرمادي ذو البنية F+P+G؛ حديد الزهر الرمادي مع هيكل F+G.

تعتمد الخواص الميكانيكية للحديد الزهر الرمادي كمادة هيكلية على خصائص القاعدة المعدنية (المصفوفة) وعلى العدد والمعلمات الهندسية وطبيعة توزيع شوائب الجرافيت. كلما قل عدد هذه الشوائب وصغر حجمها، زادت قوة الحديد الزهر. توفر القاعدة المعدنية المصنوعة من الحديد الزهر الرمادي أكبر قوة ومقاومة للتآكل إذا كانت ذات هيكل بيرلايت. الحديد الزهر الرمادي ذو القاعدة الحديدية لديه أقل قوة. استطالة الشد النسبية للحديد الزهر الرمادي، بغض النظر عن خصائص القاعدة المعدنية، هي صفر عمليًا (δ≥0.5%).

تتمتع حديد الزهر الرمادي المعدل بالفيروسيليكون والسيليكو كالسيوم بأعلى الخواص الميكانيكية. التعديل - إضافة جزيئات مسحوقة غير قابلة للذوبان إلى المصهور - يضمن طحن شوائب الجرافيت.

يتم استخدام حديد الزهر الرمادي الحديدي والفريتيك اللؤلؤي في الأجزاء ذات التحميل الخفيف من الآلات الزراعية والسيارات والجرارات. تُستخدم الحديد الزهر ذو القاعدة البرليتية، والتي تتمتع بقدرة عالية جدًا على تخفيف الاهتزازات الميكانيكية (قدرة تخميد عالية)، في صب إطارات الآلات والآليات، وكذلك في تصنيع أسطوانات الديزل وأجزاء من كتلة محركات الاحتراق الداخلي (حلقات المكبس والقضبان).

البنية المجهرية للحديد الزهر الرمادي

عند فحص مقطع مجهري من الحديد الزهر الرمادي من خلال المجهر، تكون شوائب الجرافيت الرقائقي مرئية بوضوح (الشكل 3). يتأثر حجم وموقع شوائب الجرافيت بمعدل التبريد ودرجة الحرارة ووقت الاحتفاظ بالحديد الزهر المنصهر قبل الصب، والتركيب الكيميائي للحديد الزهر، وإدخال بعض الشوائب (المعدلات) في الحديد الزهر. على سبيل المثال، يؤثر معدل التبريد بطريقة تجعله مع الآخرينفي ظل ظروف متساوية، يتكون الجرافيت كلما كان حجمه أكبرتبريد أبطأ. كلما زاد ارتفاع درجة حرارة السائلالحديد الزهر وكلما طالت مدة الاحتفاظ بهشوائب الجرافيت تصبح أصغر .

أرز. 3. شوائب الجرافيت الرقائقي. أقسام غير محفورة(×100):

أ)مستقيم؛ب)ملتوية. ج) وردة، د) بين التشعبات

القاعدة المعدنية في الحديد الزهر الرمادي تشبه إلى حد كبير البنية المجهرية للفولاذ، واعتمادًا على كمية الكربون الثابت، يمكن أن تكون من الحديد، أو من الحديد، أو بيرليت، أو بيرليتي.

أرز. 4. الحديد الزهر الرمادي الحديدي - الفريت والجرافيت الرقيق.

أ)

أرز. 5. حديد الزهر الرمادي الحديدي- اللؤلؤي – الفريت + البرليت + رقائق الجرافيت: أ) البنية المجهرية (x500)؛ ب) مخطط البنية المجهرية

أرز. 6. حديد الزهر الرمادي البرليتي - البرليت + الجرافيت الصفائحي:

أ)البنية المجهرية (x500)؛ ب) مخطط البنية المجهرية

وبالتالي، فإن الأنواع التالية من هياكل الحديد الزهر الرمادي ممكنة: الفريت + رقائق الجرافيت – الحديد الزهر الرمادي الحديدي (الشكل 4). الفريت + البيرليت + الجرافيت الرقائقي – الحديد الزهر الرمادي اللؤلؤي (الشكل 5). يمكن أن تختلف نسبة كمية الفريت والبرليت في بنية الحديد الزهر اعتمادًا على التركيب الكيميائي وظروف التبريد. البيرلايت + رقائق الجرافيت – حديد الزهر الرمادي اللؤلؤي في الشكل. 6.

أرز. 7.البنية المجهرية للحديد الزهر الرمادي مع الفوسفيد سهل الانصهار:

البيرلايت + جيش التحرير الشعبى الصينىجرافيت مكفف + فوسفيد سهل الانصهار(x500)

عند تركيزات الفسفور المرتفعة في الحديد الزهر الرمادي يوجد فوسفيد سهل الانصهار (الشكل 7)، والذي ينتشر كليًا أو جزئيًا على طول حدود الحبوب.