Det som kallas stål och gjutjärn. Gjutjärn. Egenskaper av gjutjärn. Gjutjärn är en legering av järn och kol. Historia om användningen av gjutjärn i det antika Kina

En legering av järn och kol kallas gjutjärn. Vi kommer att ägna artikeln åt formbart gjutjärn. Den senare ingår i legeringsstrukturen antingen i form av grafit eller cementit. Förutom ovanstående komponenter innehåller gjutjärn föroreningar baserade på följande kemikalier - kisel, mangan, etc.

Legeringskomponenter kan läggas till gjutjärnslegeringar, som har en betydande inverkan på deras tekniska parametrar.

Gjutjärn används vid tillverkning av produkter genom att gjuta till exempel verktygsmaskiner, som arbetar under små statiska och dynamiska, inklusive flerriktade belastningar.

Till skillnad från stål har gjutjärn bra gjutparametrar och ett lågt pris. Dessutom är denna råvara bättre bearbetad på skärutrustning än de flesta stållegeringar. Men å andra sidan svetsas gjutjärnslegeringar, oavsett typ, med vissa svårigheter. Dessutom har gjutjärn låga parametrar för styrka, hårdhet och sprödhet.

Typer av gjutjärn

Kvaliteten på en gjutjärnslegering bestäms av mängden kol och andra ämnen i dess sammansättning.

Detta tillvägagångssätt gör att vi kan särskilja följande typer av detta material:

• vit;
• grå (GOST 1412);
• formbar (GOST 1215);
• höghållfasthet (GOST 7293).

Vitt gjutjärn

I denna legering samlas kol i form av cementit. Denna materialkvalitet är slitstark och har bra hårdhetsparametrar. Samtidigt är det ganska dåligt bearbetat på metallskärningsutrustning.

Vitt gjutjärn är indelat i följande grupper:

• hypoeutektisk med kolkoncentration från 2,14 % till 4,3 %;
• eutektisk - 4,3%;
• hypereutektisk från 4,3 % till 6,67 %.

I andra kvaliteter av gjutjärn är kol i form av grafit.

Grått gjutjärn

Kolet i denna kvalitet av gjutjärn är i form av plattor. Grått gjutjärn innehåller också följande komponenter:

• kisel upp till 0,8 %;
• mangan upp till 0,3 %, etc.

För att tillverka gjutgods av detta material används formar av gjuten jord eller stål. Sådana former kallas kylformar. Nyckelområdet för användning av grått gjutjärn är maskinteknik. Den används för att tillverka konstruktioner som fungerar när det inte finns några stötar, till exempel hjul-kileremsdrifter, lagerskålar etc. En gjutjärnslegering av denna typ är märkt enligt följande: SCh 32 - 52. Den första siffran visar draghållfastheten, den andra böjgränsen.

Som en del av detta material har kol en flockig form. Den kemiska sammansättningen av detta material inkluderar upp till 1,4% kisel, 1% mangan, etc. Formbart gjutjärn är tillverkat av vitt gjutjärn.

För att göra detta utsätts den för värmebehandling, det vill säga den värms upp och hålls i detta tillstånd under den tid som specificeras av tekniken. Denna operation kallas att tyna bort. Formbart gjutjärn är märkt som CN 45 - 6. Den första siffran anger draghållfasthet, den andra töjningen i procent.

Som en del av detta gjutjärn har kol en sfärisk form. För att producera gjutjärn av denna typ används modifiering, det vill säga magnesium införs i smältan. Det säkerställer bildandet av kol i form av sfäriska inneslutningar. Denna lösning gjorde det möjligt att föra gjutjärn av denna kvalitet närmare kolstål i ett antal egenskaper. Dess gjutparametrar är större än för andra märken av gjutjärnslegeringar, med undantag för grått.

Gjutjärn av denna klass används vid tillverkning av sådana delar som kolvar, vevaxlar och komponenter i bromssystem.

Höghållfast gjutjärn är märkt enligt följande - HF - 45-5. Den första siffran anger draghållfastheten, den andra den procentuella töjningen.

Egenskaper för produktion av formbart gjutjärn

Tillverkningen av KCh gjutjärn har ett antal finesser som bestäms av gjutegenskaper och andra egenskaper.

Gjutjärn av BC-kvalitet, som är huvudprodukten av smidbart järn, har inte särskilt bra gjutparametrar. I synnerhet har det minskad fluiditet, en stor mängd krympning under kylning och det är benäget att bilda olika gjutdefekter. Detta är anledningarna till att det under produktionen är nödvändigt att överhetta metallen och vidta åtgärder för att bekämpa gjutdefekter. Tillverkningen av formbart gjutjärn kan utföras med obligatorisk hänsyn till krympning och förändringar i arbetsstyckenas dimensioner under sjudningen. Tunna arbetsstycken har maximal krympning, tjocka har minimal krympning. Småkokningen utförs vid 1350 - 1450 grader Celsius.

Glödgning (simring) är ett grundläggande steg i tillverkningen av gjutjärn. Den produceras i separata verkstäder som kallas slarvigt. Preparaten placeras i grytor av stål eller gjutjärnslegeringar av olika kvaliteter för att sjuda. Upp till 300 gjutgods kan läggas i en kruka, baserat på att upp till 1 500 kg ska vara per kubikmeter.

Smidbart gjutjärn får sin största styrka i krukor tillverkade av vitt gjutjärn med kromtillsatser och en minimal mängd fosfor. Åtgången av krukor mäts i vikt, den kan variera från 4 till 15 % av arbetsstyckets vikt. Det är därför att öka deras hållbarhet spelar en stor roll för att bestämma kostnaden för färdigt aducerat gjutjärn.

För att undvika snedvridning av de färdiga gjutgodset måste ämnen placeras i krukor med särskild försiktighet. De läggs så tätt som möjligt; för att förstärka effekten beströs arbetsstyckena med sand eller malm. Dessa material skyddar arbetsstyckena från deformation och överdriven oxidation.

Elektriska ugnar används för att tillverka formbart gjutjärn. Detta beror på det faktum att det under sjudningsprocessen måste vara möjligt att reglera temperaturen, en kraftig ökning under uppvärmning och en snabb minskning vid grafitiseringsstadiet. Dessutom kommer det inte att vara överflödigt att kunna justera luftblandningen i ugnen.

De flesta av de ugnar som används för att tillverka aducerat gjutjärn är muffelugnar. Det vill säga att produkterna från bränsleförbränning inte kommer i kontakt med grytorna där arbetsstyckena placeras.

Gjutgods gjorda av smidbart järn genomgår en rengöringsoperation flera gånger, och efter glödgning tas matare bort och rätas ut. Den första rengöringen utförs för att avlägsna kvarvarande formsand. För rengöring används sandblästringsutrustning eller speciella tumlingstrummor. Borttagning av matarrester sker med smärgelduk.

De vanligaste defekterna i formbart gjutjärn är följande:

• krymphålor;
• underfyllning;
• sprickor osv.

Vissa defekter kan inte korrigeras genom ytterligare värmebehandling. Det bör noteras att produktionen av formbart gjutjärn kräver strikt överensstämmelse med alla GOST-krav, tekniska regler och förordningar. Endast i det här fallet kan vi prata om att få högkvalitativt formbart gjutjärn, som kan användas för att ersätta andra, dyra material - stål, icke-järnmetaller.

Typer av formbart gjutjärn

Graden av gjutjärnslegering KCh är direkt relaterad till de förhållanden under vilka glödgning utförs. Efter denna operation erhålls tre klasser av gjutjärn:

• ferritisk;
• perlit;
• ferritisk-perlitisk.

Den första innehåller i sin kemiska sammansättning ferrit och kol av en flockig struktur. Den andra inkluderar perlit och grafit med en flockig struktur. Den tredje innehåller ferrit, perlit och flingliknande kol.

Formbart perlitiskt gjutjärn resulterar från snabb kylning av arbetsstycket medan det befinner sig i sönderdelningszonen. I detta fall, förutom ferrit, kommer strukturen av gjutjärn att innehålla perlit. Det kommer att bestå även med ytterligare kylning av arbetsstycket till en temperatur lägre än 727 grader.

Det vill säga, vi kan säga att strukturen av gjutjärn är strikt relaterad till glödgningstemperaturförhållandena och närvaron av legeringskomponenter.

Metallens huvudsakliga egenskaper

Nyckelparametrarna för gjutjärn bestäms av mängden kol, som har formen av grafit, och närvaron av kisel. Pearlitisk formbar gjutjärnslegering innehåller ytterligare två beståndsdelar - krom och mangan.

Skillnaden i strukturen hos formbart gjutjärn återspeglas också i de slutliga egenskaperna hos produkter som erhålls från det. Till exempel har arbetsstycken gjorda av ferritiskt gjutjärn lägre hårdhet än de gjorda av perlitiskt material, men samtidigt har de förra ökad formbarhet. Grafit i form av flingor ger höga hållfasthetsparametrar till färdiga detaljer med relativt god duktilitet. Produkter gjorda av KCh gjutjärn kan deformeras vid rumstemperatur och luftfuktighet. Det var denna egenskap som bestämde namnet på detta material - formbart. Faktum är att detta är ett villkorligt namn och betyder inte att färdiga delar erhålls från det med hjälp av smidesutrustning. Gjutning används för att producera produkter. Huvudegenskapen hos detta material är att det inte finns någon stress i det.

De mekaniska egenskaperna hos segjärn ligger mellan grått gjutjärn och stål. Det vill säga gjutjärn av denna typ har hög fluiditet, motståndskraft mot slitage, korrosion och aggressiva ämnen. Dessutom har detta material höga hållfasthetsegenskaper. En del med en väggtjocklek på 7–8 mm klarar alltså ett arbetstryck på upp till 40 atm. Detta gör att den kan användas för tillverkning av rörledningar för gas och vatten.

Vi får inte glömma att vid låga temperaturer blir gjutjärn mycket sprött och är mycket känsligt för stötar.

Egenskaper hos formbara gjutjärn

Den grundläggande egenskapen hos KCh gjutjärnslegeringen är att den innehåller kolinneslutningar i olika former, vilket bestämmer dess styrka och duktilitet. Gjutjärn med en låg mängd kol (avkolat) är faktiskt det enda materialet från strukturella gjutjärnslegeringar som är välsvetsade och används för att tillverka svetsade metallstrukturer. För svetsning används antingen gasskydd eller stumteknik. Denna kvalitet av gjutjärn lämpar sig för pressning, prägling och fyller helt enkelt tomrum och luckor. Delar gjorda av en formbar ferritisk gjutjärnslegering utsätts för kall bearbetning, medan delar gjorda av perlitisk legering värms upp.

Gjutjärnet som används i produktionen är tillverkat av en vit gjutjärnslegering genom att glödga det. Strukturen som erhålls efter att ha utfört denna operation kan ha en ferritisk eller perlitisk form.

En av fördelarna med en formbar gjutjärnslegering är att den har enhetliga tvärsnittsegenskaper, dessutom är den väl bearbetad på svarv-fräsmaskiner.

De viktigaste fysiska och tekniska parametrarna för en formbar gjutjärnslegering är standardiserade i GOST 1215-79. Märkningen av detta material är baserad på tillåtna drag- och töjningsvärden. Materialets hårdhet bestäms av strukturen, och hållfasthetsparametrarna och duktiliteten bestäms av närvaron av grafit.

Det måste förstås att materialets egenskaper påverkas inte bara av formen utan också av mängden grafit som finns i legeringen. Formbart gjutjärn når sina maximala hållfasthetsegenskaper i närvaro av fin perlit och en liten mängd grafit. Den maximala duktiliteten och segheten hos gjutjärn i denna klass uppnås i närvaro av ferrit och samma mängd grafit.

Tillämpningsområde

Formbart gjutjärn har funnit sin tillämpning inom maskinteknik för tillverkning av verktygsmaskiner, enskilda bildelar, strukturer och mekanismer som används inom järnvägstransporter, etc.

Oftast används ferritgjutgods som är något billigare än alla andra. Perlitgjutgods används för tillverkning av delar som används för produkter och sammansättningar som arbetar under ökad belastning.

Formbart gjutjärn används för att tillverka gjutgods med tunn vägg, storleken kan variera från 3 till 40 mm.

Grunden för att tillverka gjutjärn eller stål är järn. I naturen är det en metall med en silverfärgad nyans och har inte tillräcklig hårdhet. Denna metall används praktiskt taget inte i industrin, och olika järnlegeringar används ofta.

Gjutjärn och stål är legeringar av järn och kol, men kvaliteten på metallen kommer att bero på innehållet av dessa element och föroreningar.

Gjutjärn

Gjutjärn är en primär produkt av metallurgin. Dess sammansättning innehåller mer än 2% kol och en betydande mängd föroreningar som påverkar metallens egenskaper: mangan, fosfor, kisel, svavel, legeringstillsatser.

Gjutjärn är en spröd metall, den kan lätt brytas i fragment vid stöten, så den är mindre praktisk att bearbeta och använda. Typen av kol som finns i gjutjärn påverkar dess egenskaper, därför särskiljs flera typer av gjutjärn:

En grå, mjuk metall med låg smältpunkt;

Vit, med ökad hårdhet, men spröd;

Formbar, en sekundär produkt av vitt gjutjärn;

Mycket hållbar.

Densiteten för gjutjärn är 7000 kg/m3.

Stål

Andelen kol i legeringen bör inte överstiga 2 % och järn bör inte vara mindre än 45 %. De återstående 53% kan innehålla olika legeringstillsatser och föroreningar som gör att du kan ändra dess egenskaper.

Det finns ett stort antal sorter och klassificeringar. Beroende på antalet anslutningselement särskiljs de:

Låg legering;

Mediumlegerad.

Utmärks också av mängden kol:

Lågt kol;

Medium kol;

Högt kol.

Metallens kvalitet påverkas av förekomsten av icke-metalliska inneslutningar (oxider, sulfider, fosfider) och det finns en klassificering efter kvalitet.

Det allmänna kännetecknet är att det är en metall med god hållfasthet, slitstyrka, hårdhet och lämpar sig för olika typer av bearbetning. Ståldensiteten är 7700 – 7900 kg/m3.

Trots det stora antalet sorter av gjutjärn och stål kan vi lyfta fram de viktigaste skillnaderna mellan dessa metaller:

Stål har större styrka, duktilitet och hårdhet;

Det är mer plastigt, därför lämpar det sig väl för bearbetning (stämpling, smide, valsning, svetsning), gjutjärnsprodukter tillverkas genom gjutning;

Gjutjärn har en lägre kostnad;

Stål har hög värmeledningsförmåga, kvaliteten förbättras genom härdning, och gjutjärn kan, på grund av metallens porositet, behålla värmen;

Legeringar har olika specifik vikt.

Metallurgi förser marknaden med hundratals varianter av båda legeringarna, som har sina egna egenskaper och egenskaper, men de väsentliga komponenterna i dessa metaller är järn och kol. Därför kan stål och gjutjärn kombineras i gruppen järn-kol-legeringar.

Gjutjärn– en legering av järn (Fe>90%) med kol (C från 2,14% till 6,67%).
Kol kan finnas i gjutjärn i form av grafit (C) eller cementit (Fe3C).
Gjutjärn innehåller även föroreningar av kisel, mangan, fosfor och svavel.
Gjutjärn med speciella egenskaper innehåller också legeringselement - krom, nickel, koppar, molybden, etc.

Gjutjärn är det mest använda materialet för tillverkning av gjutna delar som används under relativt låga belastningar och låga dynamiska belastningar. Fördelarna med gjutjärn framför stål är höga gjutegenskaper och låg kostnad. Gjutjärn är också bättre på att skära än de flesta stål (förutom automatiska stål), men de är dåligt svetsbara och har mindre styrka, styvhet och duktilitet.

Beroende på tillståndet för kol i gjutjärn finns det:
vitt gjutjärn
Grått gjutjärn(GOST 1412 - "Gjutjärn med flinggrafit för gjutgods")
formbart järn(GOST 1215 - "Muctila järngjutningar")
segjärn(GOST 7293 - "Nodulärt gjutjärn för gjutgods")

Vitt gjutjärn

I vitt gjutjärn är allt kol i bundet tillstånd i form av cementit Fe3C.
Vitt gjutjärn har hög slitstyrka och hårdhet, men det är sprött och dåligt bearbetat genom skärning, så de finner begränsad användning inom maskinteknik och används främst för bearbetning till stål.
Baserat på kolhalten delas grått gjutjärn in i:
Hypoeutektisk med kolhalt från 2,14 % till 4,3 %
Eutektiskt med kolhalt 4,3 %
Hypereutektisk med kolhalt från 4,3 % till 6,67 %.

I grått, formbart och höghållfast gjutjärn är allt eller det mesta av kolet i form av grafit av olika former (de kallas även grafit).

Grått gjutjärn

I strukturen av grått gjutjärn är grafit plattformad.
Grå gjutjärn innehåller: 3,2-3,5% kol, 1,9-2,5% kisel, 0,5-0,8% mangan, 0,1-0,3% fosfor och mindre än 0,12% svavel.
Gjutgods av gråa gjutjärnsdelar görs i formar - jordformar eller metallformar.
Grått gjutjärn används ofta inom maskinteknik. På grund av de låga mekaniska egenskaperna hos gjutgods av grått gjutjärn och den enkla produktionen, används de för tillverkning av delar för mindre kritiska ändamål, delar som fungerar i frånvaro av stötbelastningar. I synnerhet används de för att tillverka lock, remskivor, maskinbäddar och pressar.
Ett exempel på grå gjutjärnsbeteckning: SCh32-52. Bokstäverna anger grått gjutjärn (GC), den första siffran anger draghållfastheten (32 kgf/mm2 eller 320 MPa), den andra siffran anger böjhållfastheten.

Formbart järn

I strukturen av formbart gjutjärn är grafit flingformad.
Formbart gjutjärn innehåller: 2,4-3,0 % kol, 0,8-1,4 % kisel, 0,3-1,0 % mangan, mindre än 0,2 % fosfor, högst 0,1 % svavel.
Formbart gjutjärn erhålls från vitt gjutjärn genom att värma och hålla länge. Denna procedur kallas grafitiseringsglödgning eller sjudning.
Ett exempel på beteckningen på formbart gjutjärn: KCH45-6. Bokstäverna indikerar formbart gjutjärn (CC), den första siffran är draghållfastheten (45 kgf/mm2 eller 450 MPa), den andra är den relativa töjningen i % (6%).

Duktilt järn

Segjärn innehåller nodulär grafit.
Den har de högsta hållfasthetsegenskaperna.
Segjärn innehåller: 3,2-3,8% kol, 1,9-2,6% kisel, 0,6-0,8% mangan, upp till 0,12% fosfor och högst 0,3% svavel.
Höghållfast gjutjärn framställs genom att modifiera (d.v.s. införa en modifierande tillsats - magnesium) den flytande smältan. Modifieringsmedel främjar bildningen av sfäriska grafitinneslutningar, på grund av vilka de mekaniska egenskaperna hos sådant gjutjärn närmar sig de för kolstål, och gjutningsegenskaperna är högre (men lägre än de för grått gjutjärn).
Höghållfast gjutjärn används för att tillverka kritiska delar för maskinteknik - kolvar, cylindrar, vevaxlar, bromsbelägg. Rör är också gjorda av höghållfast gjutjärn.
Ett exempel på beteckningen på höghållfast gjutjärn: VC45-5. Bokstäverna anger höghållfast gjutjärn (DC), den första siffran anger draghållfastheten (45 kgf/mm2 eller 450 MPa), den andra anger töjningen i %.

Gjutjärn är en legering av järn med kol (innehåll mer än 2,14 %).
Kol i gjutjärn kan finnas i form av cementit och grafit.
I gjutjärn.
Gjutjärn V

Gjutjärn är en legering av järn med kolinnehållande mer än 2,14 % (maximal löslighetspunkt kol i austenit på fasdiagrammet).
Kol i gjutjärn kan finnas i form av cementit och grafit.
I beroende på grafitens form och mängden cementit särskiljs de: bleka, färglösa, formbara och höghållfasta gjutjärn.
Gjutjärn hålla permanenta föroreningar (Si, Mn, S, P), och V i enskilda händelser även legeringselement (Cr, Ni, V, Al, etc.).
Vanligtvis, gjutjärnömtålig.

Formbar gjutjärn erhållen genom lång glödgning av vitt gjutjärn, V Som ett resultat bildas flingformad grafit.
Metallbasen av denna gjutjärn: ferrit och mindre vanligt perlit.
Formbar gjutjärn har fått sitt namn på grund av sin ökade plasticitet och viskositet (trots att den inte utsätts för tryckbehandling).
Formbar gjutjärn har ökad draghållfasthet och ökad slaghållfasthet.
Från formbar gjutjärn de producerar delar av komplexa former: bilars bakaxelhus, bromsbelägg, tees, vinklar, etc.

Inklusive små motståndsgjutgods från grått gjutjärn drag- och slagbelastningar, bör detta material användas för delar som utsätts för tryck- eller böjbelastningar.
I i verktygsmaskiner är dessa grundläggande, kroppsdelar, fästen, kugghjul, drivningar;
V bilindustrin - cylinderblock, kolvringar, kamaxlar, kopplingsskivor.
Grå gjutgods gjutjärn används också i elektroteknik, för tillverkning av konsumentvaror.

Kol i gjutjärn kan vara med form av cementit, grafit eller V samtidigt i form av cementit och grafit.
Utseendet på en permanent fas - grafit V gjutjärn kan förekomma i som ett resultat av dess direkta separation från en svag (fast) lösning eller på grund av sönderdelningen av förformad cementit (med långsam kylning av den smälta gjutjärn cementit kan genomgå nedbrytning ResS - > Fe + GC med bildning av ferrit och grafit).
Formationsprocess i gjutjärn(stål)grafit kallas grafitisering.

Förbi kolhalt i gjutjärnär indelade i hypoeutektiska - 2, 14 ...
4,3 % C, eutektisk - 4,3 % C och hypereutektisk - 4,3 ...
6,67 % C kol.
Hypoeutektisk gjutjärn, inklusive 2, 14 ...
4,3% C, efter slutlig kylning har de strukturen perlit, ledeburit (perlit + cementit) och sekundär cementit.
Eutektiskt gjutjärn(4,3 % C) vid temperaturer under + 727 ° C består endast av ledeburit (perlit + cementit).
Hypereutectic, som inte kan avbrytas 4, 3...
6,67 % C, vid temperaturer under + 727 ° C, består av primär cementit och ledeburit (perlit + cementit).
I praktiken är de mest använda hypoeutektiska gjutjärn, inklusive 2, 4 ...
3,8 % C kol.
Fast betydelse kolhalt i gjutjärn bestäms av dess tekniska egenskaper under gjutning - vilket säkerställer god flytbarhet.
Fluiditet är förmågan hos metaller och legeringar V i smält tillstånd, fyll gjutformens hålighet och återskapa konturerna och dimensionerna av gjutgodset.
Förstorad kolhalt i gjutjärnöver 3,8 % C leder till en kraftig ökning av hårdhet och sprödhet.
Fluiditet bestäms av ett spiraltest, och dess värde bestäms av längden på fyllningsdelen av spiralen.
Krympning är en minskning av de linjära och volymetriska dimensionerna hos metall nedsänkt V figur under dess kristallisation och kylning.

Inom industrin, typer av gjutjärnär märkta med följande typ: konvertering gjutjärn- Pl, P2;
omvandling gjutjärn för gjutgods (bearbetning - gjuteri) - PL1, PL2, pigmentfosfor gjutjärn- PF1, PF2, PF3, högkvalitativ konvertering gjutjärn- PVK1, PVK2, PVK3;
gjutjärn med lamellgrafit - SCh (siffror efter bokstäverna "SCH" betyder värdet på draghållfasthet V kgf/mm);
anti friktion gjutjärn antifriktionsgrå - AChS, antifriktion höghållfast - AChV, antifriktionsformbar - AChK;
gjutjärn med sfärisk grafit för gjutgods - HF (siffrorna efter bokstäverna "HF" betyder tillfällig draghållfasthet V kgf/mm och relativ töjning (%);
gjutjärn legerad med speciella egenskaper - Kap.

Järn-kol-legeringar med en kolhalt på mer än 2 % kallas konventionellt för gjutjärn, oavsett legeringsgrad. Undantaget är vissa verktygsstål och gjutjärn med hög kiselhalt, till exempel silal, som, beroende på kvalitet, innehåller från 1,6 till 2,5 % C. Den accepterade distinktionen mellan gjutjärnsytan och stålytan sammanfaller med den maximala lösligheten av kol i y-järn.

Egenskaperna hos gjutjärn bestäms av mängden, formen och arten av fördelningen av strukturella komponenter. Fassammansättningen av gjutjärn beror på den kemiska sammansättningen, smältförhållanden och kristallisationsförhållanden för gjutjärn.

Järn-kol fasdiagram

Järn-kol-fasdiagrammet i koncentrationsområdet från järn till cementit visas i fig. 1. Linje ABCD är systemets likvidus, linje AHJECF är solidus.

De tre horisontella linjerna i diagrammet (HJB, ECF och PSK) indikerar förekomsten av tre invarianta reaktioner. Vid 14850 (linje HJB) inträffar den peritetiska reaktionen LB+FN→AJ. Som ett resultat av den peritetiska reaktionen bildas austenit. Denna reaktion sker endast i legeringar som innehåller kol från 0,1 till 0,5 %. Vid 11300 (horisontell ECF) inträffar den eutektiska reaktionen LC→AE+C. Som ett resultat av denna reaktion bildas en eutektisk blandning. En eutektisk blandning av austenit och cementit kallas ledeburit. Denna reaktion sker i alla legeringar i systemet som innehåller mer än 2 % kol. Vid 7230 (horisontell PSK) inträffar den eutektoida reaktionen AS→FR+C. Transformationsprodukten är en eutektoidblandning. En eutektoid blandning av ferrit och cementit kallas perlit.

Alla legeringar som innehåller mer än 0,02 % kol, dvs nästan alla industriella järn-kollegeringar, genomgår perlit (eutektoid) omvandling. Järn-koldiagrammet kännetecknar således förekomsten av eutektiska, eutektoida och peritektiska transformationer i dessa legeringar.

Järn-koldiagrammets utseende (i dess precementitdel), d.v.s. arrangemanget av linjerna på diagrammet, är ganska bestämt och väletablerat. Endast koordinaterna (d.v.s. temperaturen och koncentrationen av de mest karakteristiska punkterna) förfinas.

Koordinatvärdena för punkterna på järn-koldiagrammet presenteras i tabell 1.

Ris. 1. Järn – koldiagram

Bord 1.

Karakteristiska punkter på järn-kol diagrammet

Komponenter och faser av järn-kol-legeringar

Huvudkomponenterna i järn-kol-legeringar är järn, kol och cementit. Järn är en övergångsmetall med en silverfärgad ljus färg. Den har en hög smältpunkt - 15390±50 C. I fast tillstånd kan järn hittas i två modifikationer. Polymorfa transformationer sker vid temperaturer på 9110 C och 13920 C. Vid temperaturer under 9110 C, existerar α-Fe med ett kroppscentrerat kubiskt gitter. I temperaturintervallet 9110÷13920 C är γ-Fe med ett ansiktscentrerat kubiskt gitter stabilt. Vid temperaturer under 7680 C är järn ferromagnetiskt, och över det är det paramagnetiskt. Curie-punkten för järn är 7680 C.

Järn av teknisk renhet har låg hårdhet (80 HB) och hållfasthet (draghållfasthet - σ = 250 MPa) och höga duktilitetsegenskaper ( relativ töjning – δ=50 %). Egenskaperna kan variera inom vissa gränser beroende på kornstorleken.

Järn kännetecknas av en hög elasticitetsmodul, vars närvaro också manifesteras i legeringar baserade på det, vilket ger hög styvhet hos delar gjorda av dessa legeringar. Järn bildar fasta lösningar med många element: med metaller - substitutionslösningar, med kol, kväve och väte - interstitiella lösningar.

Kol är en icke-metall. Den har en polymorf transformation, beroende på bildningsförhållandena, den existerar i form av grafit med ett hexagonalt kristallgitter (smältpunkt - 35000C, densitet - 2,5 g/cm3) eller i form av diamant med ett komplext kubiskt gitter med ett koordinationstal på fyra (smältpunkt - 50000C ).

Eftersom järn, förutom att bilda den kemiska föreningen Fe3C med kol, har två allotropa former, finns följande faser i systemet: flytande fas, cementit, ferrit, austenit.

Flytande fas. I flytande tillstånd löser järn lätt kol i alla proportioner för att bilda en homogen flytande fas.

Cementit är en kemisk förening av järn och kol (järnkarbid), som innehåller 6,67 % kol. Upplever inte allotropa transformationer. Kristallgittret av cementit består av en serie oktaedrar, vars axlar lutar mot varandra. Smältpunkten för cementit har inte fastställts exakt (1250, 15500C). Vid låga temperaturer är cementit svagt ferromagnetisk och förlorar sina magnetiska egenskaper vid en temperatur på cirka 2170C.

Cementit har hög hårdhet (mer än 800 HB, repar lätt glas), men extremt låg, nästan noll, duktilitet. Sådana egenskaper är en följd av den komplexa strukturen hos kristallgittret. Cementit kan bilda substitutionella fasta lösningar. Kolatomer kan ersättas med icke-metallatomer: kväve, syre; järnatomer - metaller: mangan, krom, volfram, etc. En sådan fast lösning baserad på ett cementitgitter kallas legerad cementit.

Cementit– föreningen är instabil och sönderdelas under vissa förhållanden under bildning av fritt kol i form av grafit. Denna process är av stor praktisk betydelse vid bildandet av strukturen av gjutjärn.

Järn-kol-legeringar innehåller också faser: primär cementit (C I), sekundär cementit (C II) och tertiär cementit (C III). De kemiska och fysikaliska egenskaperna för dessa faser är desamma. De mekaniska egenskaperna hos legeringar påverkas av skillnader i storlek, kvantitet och placering av dessa utfällningar. Primär cementit frigörs från vätskefasen i form av stora lamellära kristaller. Sekundär cementit frigörs från austenit och ligger i form av ett nätverk runt austenitkorn (vid kylning, runt perlitkorn). Tertiär cementit frigörs från ferrit och finns i form av små inneslutningar vid ferritkornens gränser.

Ferrit har en variabel begränsande löslighet av kol: minimum – 0,006 % vid rumstemperatur (punkt Q), maximalt – 0,02 % vid en temperatur på 7270C (punkt P). Kol finns i gallerdefekter. Vid temperaturer över 13920C finns det högtemperaturferrit med en begränsande kollöslighet på 0,1% vid en temperatur på 14990C (punkt J).

Egenskaperna hos ferrit ligger nära egenskaperna hos järn. Den är mjuk (hårdhet - 130 HB, draghållfasthet σв = 300 MPa) och plast (relativ töjning δ = 30%), magnetisk upp till 7680C.

Austenitγ-Fe (C) är en fast lösning av interstitiellt kol i γ-järn. I mitten av en ansiktscentrerad kubisk cell finns en kolatom. Austenit har en variabel gräns för löslighet av kol: minimum – 0,8% vid en temperatur på 7270C (punkt S), maximalt – 2,14% vid en temperatur på 11470C (punkt E). Austenit har en hårdhet på 200÷250 HB, är plastisk (relativ töjning – δ=40÷50%) och paramagnetisk. När andra grundämnen löses i austenit kan tillvarons egenskaper och temperaturgränser förändras.

Mikrostruktur av gjutjärn

Att få en viss struktur av gjutjärn beror på många faktorer: den kemiska sammansättningen av gjutjärn, tekniken för smältning och metallbearbetning utanför ugnen, hastigheten för kristallisation och kylning av smältan i formen, och följaktligen tjockleken på gjutväggen, de termofysiska egenskaperna hos formmaterialet, etc. Strukturen på metallbasen av gjutjärn kan också ändras genom värmebehandling. Tabell 2 visar de vanligaste strukturerna och strukturella komponenterna i gjutjärn och några av deras egenskaper.

Tabell 2.

Strukturer och strukturella komponenter av gjutjärn

Klassificeringar av gjutjärn

Klassificering av gjutjärn efter kemisk sammansättning

Förutom järn och kol innehåller gjutjärn vissa mängder kisel, mangan, fosfor och svavel som permanenta föroreningar. Av dessa anses fosfor och svavel vara skadliga föroreningar.

Enligt deras kemiska sammansättning delas gjutjärn in i olegerade, låg-, medel- och höglegerade. Gjutjärn som innehåller upp till 2 % mangan och upp till 4 % kisel, upp till 0,1 % krom och upp till 0,1 % nickel anses vara olegerade. Om dessa grundämnen finns i stora mängder eller om de innehåller speciella föroreningar, anses gjutjärn som legerat.

I låglegerade gjutjärn överstiger mängden speciella föroreningar (nickel, koppar, krom, etc.) vanligtvis inte 3%; i medellegerat gjutjärn är mängden legeringsföroreningar 7-10 % och i höglegerat gjutjärn överstiger den betydligt 10 %.

Genom låglegering av gjutjärn strävar de efter att förbättra dess allmänna egenskaper, få en homogen struktur, öka draghållfastheten och elasticiteten samtidigt som dessa egenskaper bibehålls vid uppvärmning, förbättra hårdheten och slitstyrkan, antifriktion, etc. Med medelhög och hög legering, sammansättningen av fasta lösningar och karbider förändras avsevärt, på grund av vilken förändringen i metallbasens natur blir viktigast.

Klassificering av gjutjärn enligt struktur och förutsättningar för grafitbildning

Beroende på graden av grafitisering, formerna av grafit och villkoren för deras bildning särskiljs följande typer av gjutjärn: vit, halv, grå, formbar och höghållfast med nodulär grafit (se diagram Fig. 2). Typen av metallbasen av gjutjärn bestäms av graden av grafitisering och legering, såväl som typen av värmebehandling.

Beroende på graden av grafitisering kan vitt gjutjärn anses vara det minst eller inte alls grafitiserat, halvt gjutjärn kan betraktas som delvis grafitiserat, och de återstående gjutjärnen kan anses vara väsentligt grafitiserade.

Ris. 2. Gjutjärnsklassificeringsschema

I vitt och halvgjutjärn krävs närvaro av ledeburit (en mekanisk blandning av en fast lösning av kol i järn och järnkarbid), men i väsentligt grafitiserat gjutjärn bör det inte finnas någon ledeburit.

Vitt gjutjärn är gjutjärn där allt kol är i ett kemiskt bundet tillstånd. Vitt gjutjärn är mycket hårt, sprött och mycket svårt att skära. Mikrostrukturen hos olegerat vitt hypoeutektiskt gjutjärn består av ledeburit, perlit och sekundär cementit. I legerat eller värmebehandlat gjutjärn kan martensit eller till och med austenit erhållas istället för perlit. Vitt gjutjärn används för tillverkning av slitstarka, korrosionsbeständiga och värmebeständiga delar. Dessutom används gjutgods gjorda av vitt gjutjärn av lämplig sammansättning för att framställa delar av aducerande gjutjärn genom grafitiserande glödgning. Vitt gjutjärn kallas så eftersom dess brottmönster är ljuskristallint, strålande. Det som är utmärkande för halvgjutjärn är att det tillsammans med ledeburit även innehåller grafit.

Strukturen av halvgjutjärn är perlit-ledeburit med grafit. I legerat eller värmebehandlat gjutjärn kan austenit, martensit eller bainit erhållas istället för perlit.

Halvgjutjärn kallas så eftersom dess brottmönster är en kombination av ljusa (vita) och mörka (grafitiserade) områden. Halvgjutjärn är hårt och sprött. I blekta gjutjärnsdelar har ytskikten strukturen av vitt gjutjärn, och kärnan har strukturen av grafitiserat gjutjärn. Mellan ytskikten och kärnan finns en zon av halvgjutjärn.

Grått gjutjärn är det vanligaste tekniska materialet. Grått gjutjärn är märkt med bokstäverna C - grått och H - gjutjärn. Bokstäverna följs av siffror som anger den genomsnittliga draghållfastheten (kgf/mm2) och relativ deformation.

Det huvudsakliga kännetecknet för grått gjutjärn är frånvaron av en oacceptabel mängd cementit och ledeburit och det faktum att grafiten i den polerade sektionens plan har en lamellform. När grafitplattorna är mycket spridda kallas det prickade. Lamellformer av grafit kan vara raka och ha olika grader av virvel. För att få en lamellär form av grafit är värmebehandling och speciell modifiering inte nödvändig. Eliminering av grafitinneslutningar av oönskade former och kombinationer uppnås genom att modifiera grafitiseringstillsatser. Typen av brott av grått gjutjärn beror till stor del på mängden grafit: ju mer grafit, desto mörkare brott på gjutjärn.

Grått gjutjärn kännetecknas av en nästan fullständig frånvaro av relativ töjning (upp till 0,5%) och mycket låg slaghållfasthet. Denna egenskap hos grått gjutjärn är en följd av den mycket starka försvagande effekten av flinggrafit på metallbasen.

Eftersom grått gjutjärn, oavsett metallbasens natur, har mycket låg duktilitet, strävar de efter att få en perlitisk metallbas i den, eftersom perlit är mycket starkare och hårdare än ferrit. Att minska mängden perlit och öka mängden ferrit i strukturen på grund av detta leder till en förlust av styrka och slitstyrka utan att öka duktiliteten.

I legerat och värmebehandlat gjutjärn kan austenit, martensit eller bainit erhållas istället för perlit. Inneslutningar av sekundär och eutektisk cementit är oftast oönskade. Den grundläggande skillnaden mellan höghållfast gjutjärn är den sfäriska formen av grafit, som erhålls genom att introducera speciella modifierare i flytande gjutjärn.

Den sfäriska formen av grafit är den mest gynnsamma av alla kända former. Nodulär grafit försvagar metallbasen mindre än andra former. Metallbasen i detta gjutjärn är vanligtvis perlitisk, perlitisk-ferritisk och ferritisk, beroende på de egenskaper som krävs. Genom legering och värmebehandling är det också möjligt att erhålla en austenitisk, martensitisk eller bainitbas.

En viss mängd flinggrafit kan tillåtas i strukturen av höghållfast gjutjärn, förutsatt att dess egenskaper uppfyller den erforderliga kvaliteten. Oregelbundna (förvrängda) former av sfärisk grafit är också tillåtna. Höghållfast gjutjärn är märkt med bokstäverna HF, följt av siffror som visar medelvärdet av draghållfastheten (kgf/mm2).

Huvudskillnaden mellan formbart gjutjärn är att grafiten i det erhålls genom glödgning av vitt gjutjärn och har en flinga eller sfärisk form. Den sfäriska formen erhålls genom speciell modifiering eller avkolningsglödgning. Flagig grafit kommer i olika kompakthet och dispersion, vilket avsevärt påverkar de mekaniska egenskaperna hos gjutjärn.

Formbart gjutjärn tillverkas inte bara med ferritisk, utan också med ferritisk-perlitisk och perlitisk metallbas.

Gjutjärn med ferritisk bas har störst formbarhet, varför det oftast används. Sprickan i ferritiskt formbart gjutjärn är svart och sammetslen, med en ökning av mängden perlit i strukturen blir brottet lättare.

Formbart gjutjärn är märkt med bokstäverna KCH och siffror. De två första siffrorna anger draghållfastheten (kgf/mm2), den andra - den relativa töjningen (%).

Klassificering av gjutjärn efter egenskaper

Gjutjärn kan klassificeras efter dess mekaniska och speciella egenskaper. Baserat på deras mekaniska egenskaper delas gjutjärnsgjutgods in i hårdhet, styrka och duktilitet.

Tabell 3.

Klassificering av gjutjärn efter egenskaper.

GOST 7769-82 "Gjutjärn för gjutning med speciella egenskaper" tillhandahåller nio märken av vita slitstarka gjutjärn: låglegerade krommärken Chx3t, höglegerade krommärken Chkh9N5, WHO16, ChH16M2, WH22, ChH29D2, ChH32D2, ChrH man CG7X4 och Low-Loire Disheated nickelmärket Chn4x2. Den första bokstaven står för "gjutjärn". Siffrorna anger innehållet i legeringselementet, angivet i procent efter motsvarande bokstav. Om det inte finns någon siffra efter bokstaven är innehållet i motsvarande legeringselement 1%. Andra legerade specialgjutjärn är märkta på samma sätt, förutom antifriktion, där den första bokstaven betyder "antifriktion". Du kan också stöta på följande termer: "nomag" (icke-magnetiskt gjutjärn), "niresist", "silal", "nikrosilal" (korrosionsbeständig), "chugal" (värmebeständig) och några andra.

När det gäller magnetiska egenskaper kan gjutjärn som används för närvarande delas in i ferromagnetiska och paramagnetiska. I sin tur kan ferromagnetiska gjutjärn delas in i magnetiskt mjuka och magnetiskt hårda. Denna uppdelning är mycket godtycklig, eftersom gjutjärn under inga omständigheter kan vara ett mjukt eller hårt magnetiskt material i egentlig mening. Magnetisk mjuk inkluderar grå, formbara och höghållfasta gjutjärn.

Allmänna egenskaper hos grått gjutjärn

Grått gjutjärn erhålls direkt genom kristallisationsprocessen med långsam kylning, medan grafiten har en lamellform. Beroende på graden av grafitisering kan olika strukturer av metallbasen (matrisen) av grått gjutjärn erhållas: grått perlitiskt gjutjärn med en P+G-struktur; grått ferritiskt-perlitiskt gjutjärn med struktur F+P+G; grått ferritiskt gjutjärn med F+G struktur.

De mekaniska egenskaperna hos grått gjutjärn som ett strukturmaterial beror både på egenskaperna hos metallbasen (matrisen) och på antalet, geometriska parametrar och arten av fördelningen av grafitinneslutningar. Ju färre dessa inneslutningar och ju mindre de är, desto högre hållfasthet har gjutjärnet. Metallbasen i grått gjutjärn ger störst styrka och slitstyrka om den har en perlitstruktur. Grått gjutjärn med ferritisk bas har minst styrka. Den relativa dragtöjningen för grått gjutjärn, oavsett egenskaperna hos metallbasen, är praktiskt taget noll (δ≤0,5%).

Grå gjutjärn modifierade med ferrokisel och kiselkalcium har de högsta mekaniska egenskaperna. Modifiering - tillsats av icke-smältande krossade partiklar till smältan - säkerställer malning av grafitinneslutningar.

Ferritiska och ferritiska-pearlite grå gjutjärn används för lätt belastade delar av jordbruksmaskiner, bilar och traktorer. Gjutjärn med perlitbas, som har en mycket hög förmåga att dämpa mekaniska vibrationer (hög dämpningskapacitet), används för gjutning av ramar av verktygsmaskiner och mekanismer, samt för tillverkning av dieselcylindrar, delar av förbränningsmotorer block (kolvringar, stänger).

Mikrostruktur av grått gjutjärn

När man undersöker ett mikrosnitt av grått gjutjärn genom ett mikroskop är inneslutningar av lamellgrafit tydligt synliga (fig. 3). Storleken och placeringen av grafitinneslutningar påverkas av kylningshastigheten, temperaturen och hålltiden för smält gjutjärn före gjutning, den kemiska sammansättningen av gjutjärn och införandet av vissa föroreningar (modifierare) i gjutjärn. Till exempel, kylningshastigheten påverkar på ett sådant sätt att med andraunder lika förhållanden bildas grafit ju störrelångsammare kylning. Ju större överhettning av vätskangjutjärn och ju längre hålltid destografitinneslutningar blir mindre .

Ris. 3. Inneslutningar av lamellgrafit. Oetsade sektioner(x100):

A)hetero;b)virvlade; c) rosett, d) interdendritisk

Metallbasen i grått gjutjärn är mycket lik stålets mikrostruktur och kan, beroende på mängden fixerat kol, vara ferritisk, ferritisk-perlitisk och perlitisk.

Ris. 4. Ferritiskt grått gjutjärn - ferrit och flinggrafit;

A)

Ris. 5. Ferritisk-perlitiskt grått gjutjärn – ferrit + perlit + flinggrafit: a) mikrostruktur (x500); b) mikrostrukturdiagram

Ris. 6. Perlitiskt grått gjutjärn - perlit + lamellgrafit:

A)mikrostruktur (x500); b) mikrostrukturdiagram

Således är följande typer av grå gjutjärnsstrukturer möjliga: ferrit + flinggrafit – ferritiskt grått gjutjärn (Fig. 4). Ferrit + perlit + lamellgrafit – ferritisk-perlitiskt grått gjutjärn (Fig. 5). Förhållandet mellan mängden ferrit och perlit i strukturen av gjutjärn kan vara olika beroende på den kemiska sammansättningen och kylförhållandena. Perlit + flinggrafit – perlitiskt grått gjutjärn i Fig. 6.

Ris. 7.Mikrostruktur av grått gjutjärn med fosfid eutektikum:

perlit + plasimvävd grafit + fosfid eutektikum(x500)

Vid förhöjda fosforhalter i grått gjutjärn finns fosfid-eutektikum (fig. 7), som sprider sig helt eller delvis längs korngränserna.