Gjutjärnstyper. Gjutjärn (vitt, grått, höghållfast, formbart). Mottagande, struktur, märkning, omfattning

En legering av järn med kol kallas gjutjärn. Närvaron av eutektikum i gjutjärnsstrukturen (se fig. 87) avgör dess användning uteslutande som en gjutlegering. Kol i gjutjärn kan vara i form av cementit eller grafit, eller samtidigt i form av cementit och grafit. Cementit ger en specifik ljus glans till frakturen. Därför kallas gjutjärn, där allt kol är i form av cementit, vitt. Grafit ger brott till gjutjärn grå färg, därför kallas gjutjärn grått. Beroende på grafitens form och villkoren för dess bildning särskiljs följande gjutjärn: grått, höghållfast och formbart (se fig. 101 och 102).

1. GRÅT OCH VITT GJUTJÄRN

Grått gjutjärn (tekniskt) är i huvudsak en legering som innehåller och som permanenta föroreningar. I strukturen av grå gjutjärn är det mesta eller allt kol i form av grafit. Framträdande funktion strukturen hos grå gjutjärn, som bestämmer många av dess egenskaper, ligger i det faktum att grafit har formen av plattor i synfältet av ett mikrosnitt (se fig. 88). De mest använda är hypoeutektiska gjutjärn innehållande. Ju högre kolhalt i gjutjärn, desto mer grafit bildas och desto lägre mekaniska egenskaper... Samtidigt bör det inte finnas något mindre för att säkerställa höga gjutegenskaper (god flytbarhet).

Kisel, vars innehåll i grått gjutjärn ligger inom gränserna, har ett stort inflytande på strukturen och följaktligen på egenskaperna hos gjutjärn, därför är det nödvändigt att använda när man studerar strukturbildning i tekniskt gjutjärn. inte ett tillståndsdiagram, utan ett trippeldiagram

Ris. 99. Diagram över tillståndet för flytande fea; A - austenit; G - grafit

En sektion av det ternära fasdiagrammet för ett konstant kiselinnehåll visas i fig. 99. I motsats till det stabila diagrammet (se fig. 87) i systemet, fortgår peritektiska eutektiska och eutektoida transformationer inte vid en konstant temperatur, utan i ett visst temperaturområde.

Värdet på temperaturområdet i vilket austenit och grafit är i jämvikt med den flytande legeringen beror på kiselhalten. Ju högre kiselhalt, desto bredare är det eutektiska temperaturintervallet.

Kylning av gjutjärn i verkliga förhållanden introducerar betydande avvikelser från jämviktsförhållandena. Strukturen av gjutjärn i gjutgods beror främst på den kemiska sammansättningen (kol- och kiselhalt) och kristallisationshastigheten.

Kisel främjar grafitiseringsprocessen genom att verka i samma riktning som att sakta ner kylningshastigheten. Genom att ändra, å ena sidan, innehållet av kol och kisel i gjutjärn, och å andra sidan, kylhastigheten, är det möjligt att få en annan struktur på metallbasen i gjutjärn. Strukturdiagram för gjutjärn, som visar hur strukturen ska vara i en gjutning med en väggtjocklek på 50 mm, beroende på

Ris. 100. Strukturdiagram för gjutjärn: a - effekten av C och på strukturen av gjutjärn; b - effekten av kylningshastigheten (tjockleken på gjutgodset) och mängden på gjutjärnsstrukturen; vita gjutjärn; - Grått gjutjärn

Ris. 101. Gjutjärns struktur, a - vitt gjutjärn; b - perlitiskt grått gjutjärn; c - ferrit-perlitiskt grått gjutjärn; ferritiskt grått gjutjärn

Beroende på innehållet av kol bundet i cementit skiljer man på:

1. Vitt gjutjärn (Fig. I vilken allt kol är i form av cementit Strukturen hos sådant gjutjärn är perlit, ledeburit och cementit (Fig. 100, a, I och 101, a).

2. Halvgjutjärn (Fig. Det mesta av kolet är i form av strukturen av sådan gjutjärn -1 perlit, ledeburit och lamellgrafit.

3. Perlitiskt grått gjutjärn (fig. 100, a, III) strukturen av gjutjärn (fig. 101, b) - perlit och lamellgrafit. I detta gjutjärn är 0,7-0,8% C i form av perlit, som är en del av kompositionen.

4. Ferrit-perlit (fig. 100, a, IV) grått gjutjärn. Strukturen hos sådant gjutjärn (fig. 101, c) är perlit, ferrit och lamellgrafit (se kompositionerna i fig. 100, a, III). I detta gjutjärn, beroende på graden av nedbrytning av eutektoid cementit i bundet tillstånd är från 0,7 till 0,1%.

5. Ferritiskt grått gjutjärn (fig. 100, a, V). Strukturen (fig. 101, d) är ferrit och lamellgrafit. I detta fall är allt kol i form av grafit.

Vid en given halt av kol och kisel, ju långsammare kylningen är, desto mer fullständigt fortskrider grafitiseringen. V arbetsvillkor det är lämpligt att karakterisera kylningshastigheten med tjockleken på gjutväggen. Ju tunnare gjutgodset är, desto snabbare blir kylningen och desto mindre fortskrider grafiteringen (fig. 100, b).

Följaktligen måste kiselhalten ökas i ett gjutgods med litet tvärsnitt, som kyls med accelererad hastighet, eller i gjutjärn med lägre kolhalt. I tjocka sektioner av gjutgods, som kyls långsammare, fortskrider grafitiseringen mer fullständigt och kiselhalten kan vara lägre. Mängden mangan i gjutjärn överstiger inte Mangan förhindrar grafitisering, det vill säga det gör det svårt att frigöra grafit och ökar gjutjärnets förmåga att bleka - utseendet, särskilt i ytskikten, av en struktur av vit eller halv gjutjärn. Svavel är skadlig orenhet försämrar de mekaniska egenskaperna och gjutningsegenskaperna hos gjutjärn. Därför är dess innehåll begränsat till 0,1-0,2%. I grått gjutjärn bildar svavel sulfider eller deras fasta lösningar

Fosforhalten i grått gjutjärn är oftare men ibland tillåten upp till. Med en ökad fosforhalt i strukturen av gjutjärn bildas fasta inneslutningar av fosfid eutektikum: i grått gjutjärn - dubbel austenit), och i vitt gjutgods järn - trippel austenit). Eutectic förbättrar gjutjärnets gjutegenskaper.

De mekaniska egenskaperna hos gjutjärn beror på dess struktur, främst grafitkomponenten. Gjutjärn kan ses som ett stål spetsat med grafit, som spelar rollen som skåror som försvagar strukturens metallbas. I detta fall kommer de mekaniska egenskaperna att bero på mängden, storleken och arten av fördelningen av grafitinneslutningar.

Ju färre grafitinneslutningar, desto finare är de och ju större isoleringsgrad de har, desto högre hållfasthet har gjutjärnet. Gjutjärn med stor kvantitet rätlinjiga stora grafitfällningar som separerar dess metallbas, har en grovkornig fraktur och låga mekaniska egenskaper. Gjutjärn med fin

och virvlande grafitfällningar har högre egenskaper.

Grafitplattor minskar avdragningsmotståndet, det tillfälliga motståndet och särskilt starkt duktiliteten hos gjutjärn. Dragförlängningen av grått gjutjärn, oavsett egenskaperna hos metallbasen, är praktiskt taget noll. Grafitinneslutningar har liten effekt på att minska den slutliga hållfastheten i kompression och hårdhet, deras värde bestäms huvudsakligen av strukturen hos metallbasen i gjutgodset järn. När det komprimeras, genomgår gjutjärn betydande deformation och förstörelse har karaktären av ett snitt i en vinkel på 45 °. Brottbelastningen i kompression, beroende på kvaliteten på gjutjärn och dess struktur, är 3-5 gånger högre än vid spänning. Därför rekommenderas gjutjärn att användas främst för produkter som arbetar i kompression.

Plåtar av grafit, mindre signifikant än under spänning, minskar styrkan vid böjning, eftersom en del av produkten utsätts för tryckspänningar. Böjhållfasthet är mellanliggande mellan drag- och tryckhållfasthet. Gjutjärnshårdhet

Grafit, som bryter kontinuiteten i metallbasen, gör gjutjärn okänsligt för alla typer av spänningskoncentratorer (ytdefekter, skåror, spår, etc.). Som ett resultat har grått gjutjärn ungefär samma strukturella styrka i enkla gjutgods eller med plan yta och komplex form hackad eller dåligt färdig. Grafit ökar slitstyrkan och antifriktionsegenskaperna hos gjutjärn på grund av dess egen "smörjande" verkan och ökad filmstyrka smörjmedel... Det är mycket viktigt att grafit förbättrar bearbetbarheten genom att göra spånen brytbara.

Metallbasen i grått gjutjärn ger störst styrka och slitstyrka om den har en perlitstruktur (se bild 100, b). Närvaron av ferrit i strukturen, utan att öka duktiliteten och segheten hos gjutjärn, minskar dess styrka och slitstyrka. Ferritiskt grått gjutjärn har lägst styrka.

Grått gjutjärn är märkt med bokstäverna C - grått och H - gjutjärn Bokstäverna följs av siffror som anger minimivärdet för den maximala draghållfastheten

Grå gjutjärn kan delas in i följande grupper efter deras egenskaper och tillämpningar.

Ferritiska och ferritiska-perlitiska gjutjärn har maximal draghållfasthet vid böjning. Deras ungefärliga sammansättning: Strukturen av gjutjärn - perlit, ferrit och grafit, oftare i form av stora utfällningar

Dessa gjutjärn används till oviktiga delar som utsätts för lätt belastning vid arbete med en gjutgodstjocklek på 10-30 mm. Så gjutjärn används för att bygga kolonner, grundplattor, och gjutjärn och - för gjutna lätt belastade delar av jordbruksmaskiner, verktygsmaskiner, bilar och traktorer, beslag m.m.

Pearlitgjutjärn används för kritiska gjutgods (bäddar av kraftfulla verktygsmaskiner och mekanismer, kolvar, cylindrar, delar som slits under högt tryck, kompressorer, ventiler, dieselcylindrar, motorblock, delar av metallurgisk utrustning, etc.) med en väggtjocklek upp till 60-100 mm. Strukturen hos dessa gjutjärn är smålamellär perlit (sorbitol) med små virvlande grafitinneslutningar. De så kallade stål- och modifierade gjutjärnen tillhör de perlitiska.

Vid smältning av stålgjutjärn tillsätts stålskrot till laddningen; gjutjärn har en reducerad kolhalt, vilket ger en mer dispergerad perlitbas med en mindre mängd grafitinneslutningar. Ungefärlig sammansättning:

Modifierat gjutjärn erhålls genom att tillsätta speciella tillsatser - modifieringsmedel (grafit, ferrokisel, kisel-kalcium i mängden grafit, ferrokisel, kisel-kalcium) till flytande järn före gjutning. Modifieringen används för att få i gjutjärnsgjutgods med olika väggar tjocklek en perlitmetallbas med en liten mängd isolerade medelstora grafitplattor varvade.

Lågkolhaltigt gjutjärn som innehåller en relativt liten mängd kisel och en ökad mängd mangan och som har, utan införande av en modifierare, strukturen av halvgjutjärn, dvs ledeburit, perlit och grafit, utsätts för modifiering. Exemplarisk kemisk sammansättning gjutjärn:

För att lindra gjutspänningar och stabilisera dimensioner glödgas gjutjärnsgjutgods vid 500-600 ° C. Beroende på formen och dimensionerna av gjutgodset är exponeringen vid glödgningstemperaturen.Kylning efter glödgning är långsam, tillsammans med ugnen. Efter sådan bearbetning förändras de mekaniska egenskaperna lite, och de inre spänningarna minskar med.Ibland För att lindra spänningar i gjutjärnsgjutgods används naturlig åldring av gjutjärn - håll dem i ett lager i 6-10 månader; denna fördröjning minskar spänningen med 40-50%.

Antifriktionsgjutjärn används för tillverkning av glidlager, bussningar och andra delar som arbetar under friktion mot metall, oftare i närvaro av ett smörjmedel. Dessa gjutjärn måste ge låg friktion (låg friktionskoefficient), dvs antifriktion. Antifriktionsegenskaper hos gjutjärn bestäms av förhållandet mellan perlit och ferrit i basen, såväl som mängden och formen av grafit. Antifriktionsgjutjärn tillverkas i följande kvaliteter:

Delar, som arbetar i tandem med härdade eller normaliserade stålaxlar, är gjorda av perlitiskt grått gjutjärn för drift i tandem med termiskt obehandlade axlar, perlit-ferritiskt gjutjärn används

Perlitiskt gjutjärn som innehåller en ökad mängd fosfor används för tillverkning av kolvringar. Hög slitstyrka hos ringarna tillhandahålls av en metallbas bestående av fin perlit och jämnt fördelad fosfid-eutektikum i närvaro av isolerade fällningar av lamellgrafit.

Vitt gjutjärn är en typ av gjutjärn som innehåller kolföreningar. I denna legering kallas de cementiter. Denna metall har fått sitt namn på grund av sin karakteristiska vita färg och lyster, som syns tydligt vid ett avbrott. Denna glans manifesteras på grund av det faktum att det inte finns några stora inneslutningar av grafit i sammansättningen av sådant gjutjärn. I procent är det inte mer än 0,3 %. Därför kan det endast detekteras genom spektral eller kemisk analys.

Sammansättning och typer av vitt gjutjärn

Vitt gjutjärn består av den så kallade cementiteutektiken. I detta avseende är den indelad i tre kategorier:

• Hypoeutektisk. Dessa är legeringar i vilka kol inte överstiger 4,3 % av allmän sammansättning... Det erhålls efter fullständig kylning. Som ett resultat får den den karakteristiska strukturen av sådana element som perlit, sekundär cementit och ledeburit.
• Eutektiskt. De har en kolhalt på 4,3%.
• Hypereutektiskt vitt gjutjärn. Halten överstiger 4,35 % och kan nå 6,67 %.

Förutom ovanstående klassificering är den uppdelad i vanlig, blekt och dopad.

Inre struktur vitt gjutjärnär en legering av två grundämnen: järn och kol. Trots den höga temperaturproduktionen behåller den en finkornig struktur. Därför, om du bryter en del gjord av en sådan metall, kommer en karakteristisk vit färg att observeras. Dessutom, i strukturen av en hypoeutektisk legering, till exempel hårda kvaliteter, förutom perlit och sekundär cementit, är cementit alltid närvarande. Dess andel kan vara nära 100 %. Detta är typiskt för eutektisk metall. För den tredje typen är strukturen en sammansättning av eutektisk (Lp) och primär cementit.

En av varianterna av dessa legeringar är det så kallade kylda gjutjärnet. Dess bas, det vill säga kärnan, är grått eller nodulärt gjutjärn. Ytskiktet innehåller en hög andel element som ledeburit och perlit. Den blekande effekten upp till 30 mm djup uppnås med den snabba kylningsmetoden. Som ett resultat erhålls ytskiktet från vit, och då består gjutgodset av en vanlig grå legering.

Beroende på andelen legerade tillsatser särskiljs följande typer av metall:

• låglegerade (de innehåller inte mer än 2,5% legeringsämnen);
• medellegerad (andelen av sådana element når 10%);
• höglegerade (mängden legeringstillsatser i dem överstiger 10%).

Ganska vanliga grundämnen används som legeringstillsatser. Det legerade vita gjutjärnet som erhålls på detta sätt får nya, förutbestämda egenskaper.

Egenskaper av vitt gjutjärn

Vilken gjutjärnslegering som helst, å ena sidan, är mycket stark, men har samtidigt tillräcklig bräcklighet. Därför är de viktigaste positiva egenskaperna hos vitt gjutjärn:

• Hög hårdhet. Detta komplicerar avsevärt bearbetningen av delar, i synnerhet skärning.
• Mycket hög resistivitet.
• Utmärkt slitstyrka.
• Bra motstånd mot ökad värmeexponering.
• Tillräcklig korrosionsbeständighet, även mot olika syror.

Vita gjutjärn, med en reducerad andel kol, är mer motståndskraftiga mot höga temperaturer. Denna egenskap används för att minska antalet sprickor i gjutgods.

Nackdelarna inkluderar:

• Låga gjutegenskaper. Den har dålig mögelfyllning. Inre sprickor kan bildas under gjutning.
• Ökad skörhet.
• Dålig bearbetning av själva gjutgodset och vita järndelar.
• Stor krympning, som kan nå 2%.
• Låg slagtålighet.

En annan nackdel är dålig svetsbarhet. Problem med att svetsa delar från liknande material orsakas av att det bildas sprickor vid svetstillfället, både under uppvärmning och kylning.

Vit gjutjärnsmärkning

För att markera vitt gjutjärn används bokstäver i det ryska alfabetet och siffror. Om det finns föroreningar i det, börjar markeringen med bokstaven "CH". Sammansättningen av de tillgängliga legeringstillsatserna kan bestämmas av de efterföljande bokstäverna P, PL, PF, PVK. De indikerar närvaron av kisel. Om den resulterande metallen har ökat slitstyrkan, börjar dess märkning med bokstaven "I", till exempel ICH, ICH. Till exempel betyder närvaron av beteckningen "Ш" i märkningen att legeringsstrukturen innehåller sfärisk grafit.

Siffrorna anger mängden ytterligare ämnen som finns i vitt gjutjärn.

Varumärket CHN20D2HSH står för följande. Det är en värmebeständig höglegerad metall. Den innehåller följande element: nickel - 20%, koppar - 2%, krom - 1%. Resten av grundämnena är järn, kol, sfärisk grafit.

Applikationsområde

Denna legering används i följande branscher: maskinbyggnad, verktygsmaskiner, skeppsbyggnad. Vissa delar av hushållsprodukter är gjorda av det. Inom maskinteknik används det för att tillverka: delar för last och personbilar, traktorer, skördetröskor och andra jordbruksmaskiner. Användningen av legeringstillsatser gör det möjligt att erhålla speciellt specificerade egenskaper. Till exempel används de vid tillverkning av plattor med olika ytformer.

Blekt gjutjärn har ett ganska begränsat användningsområde. Delar av en enkel konfiguration är gjorda av den. Till exempel: kulor till kvarnar, hjul för olika ändamål, delar till valsverk.

Det används i stor utsträckning vid tillverkning av delar till så stora enheter som hydrauliska och formningsmaskiner och andra industriella mekanismer i denna riktning. Specifik funktion deras uppgift är att de ständigt utsätts för nötande material.

Grått gjutjärn har låga mekaniska egenskaper. sv-in vid dragprov. Grafitinneslutningar fungerar som stresskoncentratorer. Hårdheten och styrkan i kompressionstester, beroende på metallbasens egenskaper, är ganska höga i gjutjärn. Grått gjutjärn med lamellgrafit har en rad fördelar. Det låter dig få billig gjutning, eftersom till en låg kostnad har den god flytbarhet och låg krympning. Päls. Heliga öar av grått gjutjärn beror på metallbasen, såväl som formen och storleken på grafitinneslutningarna. De mest hållbara är gråa gjutjärn på perlitbasis, och de mest sega är gråa gjutjärn på ferritisk basis. Grått gjutjärn erhålls genom att tillsätta ämnen till den smälta metallen som främjar nedbrytningen av cementit och frigörandet av kol i form av grafit. För grått gjutjärn är kisel grafitiseraren. När cirka 5 % av grå gjutjärnscementit införs i kisellegeringen, sönderdelas den nästan fullständigt och en struktur av en plastferritbas och grafitinneslutningar bildas. Med en minskning av kiselhalten sönderfaller cementit, som är en del av perliten, delvis och en ferrit-perlitstruktur med grafitinneslutningar bildas. Med en ytterligare minskning av kiselhalten bildas en struktur av grått gjutjärn på en perlitbas med inneslutningar av grafit.

Grafitinneslutningar gör spånen spröda, därför är gjutjärn välskuret. På grund av den smörjande effekten av grafit har gjutjärn goda antifriktionsegenskaper. Gjutjärn har höga dämpningsegenskaper, dämpar väl vibrationer och resonansvibrationer. Markant grått gjutjärn med bokstäverna СЧ och siffror som kännetecknar värdet av den maximala hållfastheten under dragprov. Nr, SCH10 innehåller (3,5 ... 3,7) % C, (2,2 ... 2,6) % Si, (0,5 ... 0,8) % Mn, P<0,3% и S<0,15%, d В =100МПа, твёрдость <190НВ. SCH35 d B = 350 MPa, hårdhet<275НВ.

Grå gjutjärn - det är gjuterijärn. Gråjärn går i produktion i form av gjutgods. Grått gjutjärn är ett billigt byggmaterial. Den har goda gjutegenskaper, är väl bearbetad genom skärning, motstår slitage, har förmågan att avleda vibrationer under vibrationer och växlande belastningar. Den vibrationsdämpande egenskapen kallas dämpningsförmåga. Dämpningsgraden för gjutjärn är 2-4 gånger högre än för stål. Hög dämpningshastighet och slitstyrka ledde till användningen av gjutjärn för tillverkning av sängar för olika utrustningar, vevaxlar och kamaxlar för traktor- och bilmotorer, etc. Följande kvaliteter av grå gjutjärn tillverkas (inom parentes, den numeriska värden för HB-hårdhet anges): SCh 10 (143-29), SCH 15 (163-229), SCH 20 (170-241), SCH 25 (180-250), SCH 30 (181-255), SCH 35 (197-269), SCH 40 (207-285), SCH 45 (229-289).

Enligt deras fysiska och mekaniska egenskaper kan grå gjutjärn villkorligt delas in i fyra grupper: låg hållfasthet, ökad hållfasthet, hög hållfasthet och med speciella egenskaper.

Legerat grått gjutjärn har en finkornig struktur och en bättre struktur av grafit på grund av tillsatsen av små mängder nickel och krom, molybden och ibland titan eller koppar.

Modifierat grått gjutjärn har en enhetlig struktur över sektionen av gjutgodset och en finare virvlande form av grafit. Modifieringsmedel - ferrokisel, kiselaluminium, kiselkalcium, etc. - tillsätts i en mängd av 0,1-0,3% av massan av gjutjärn direkt i skänken under dess fyllning.

Grå och vita gjutjärn skiljer sig kraftigt åt i egenskaper. Vita gjutjärn mycket hårda och spröda, dåligt bearbetade med ett skärverktyg, de smälts till stål och kallas tackjärn. En del av det vita gjutjärnet används för att tillverka segjärn.

Vita gjutjärn används som slitstarka konstruktionsmaterial. I sådana gjutjärn är allt kol bundet till karbidbildande grundämnen (krom, mangan, bor, titan). Med införandet av 5-8% Cr bildas en hårdmetall av cementittyp (Fe, Cr) 3C och med en halt av mer än 10% Cr, komplexa och hårda karbider (Fe, Cr) 7 C 3 och (Fe) 23C6 bildas. För att göra gjutjärn mer trögflytande, värme- eller korrosionsbeständigt införs nickel i dess sammansättning.

Legeringar av järn med kol (> 2,14 % C) kallas gjutjärn. Närvaron av eutektikum i strukturen av gjutjärn bestämmer dess användning uteslutande som en gjutlegering. Kol i gjutjärn kan vara i form av cementit eller grafit, eller samtidigt i form av cementit och grafit. Cementit ger en specifik ljus lyster till en fraktur, därför kallas gjutjärn, där allt kol är i form av cementit, vitt. Grafit ger gjutjärnet en grå färg. Beroende på grafitens form och villkoren för dess bildande särskiljs följande grupper av gjutjärn: grå, höghållfast med nodulär grafit och formbar.

Grått gjutjärn. Grått gjutjärn (tekniskt) är i huvudsak en Fe - Si - C-legering som innehåller Mn, P och S som oundvikliga föroreningar. I strukturen av grått gjutjärn är det mesta eller allt kol i form av grafit. Ett karakteristiskt drag för strukturen hos grå gjutjärn, som bestämmer många av dess egenskaper, är att grafit har en plattliknande form i synfältet för ett mikrosnitt. De mest använda är hypoeutektoida gjutjärn som innehåller 2,4 - 3,8 % C. Ju högre kolhalt i gjutjärn, desto mer grafit bildas och desto lägre är dess mekaniska egenskaper. I detta avseende överstiger mängden kol i gjutjärn vanligtvis inte 3,8%. Samtidigt måste kolet vara minst 2,4 % för att säkerställa höga gjutegenskaper (god flytbarhet).

Grått gjutjärn är märkt med bokstäverna C - grått och H - gjutjärn (GOST 1412 - 70). Bokstäverna följs av siffror. De första siffrorna anger den genomsnittliga draghållfastheten och den andra den genomsnittliga böjhållfastheten. Böjhållfasthet används för att utvärdera duktiliteten hos gjutjärn, eftersom töjningen av alla gråa gjutjärn är praktiskt taget noll.

Vitt och blekt gjutjärn. Vitt gjutjärn, på grund av närvaron av cementit i det, har hög hårdhet, sprödhet och lämpar sig praktiskt taget inte för skärning, därför har det begränsad tillämpning. Gjutjärnsgjutgods kallas blekt, där ytskikten har strukturen av vitt (eller halvt) gjutjärn, och kärnan är grått gjutjärn. Det kan finnas ett övergångsskikt mellan dessa zoner. Blekt till ett visst djup (12 - 30 mm) är en följd av den snabba nedkylningen av ytan till följd av gjutning av gjutjärn i metallformar (kylform) eller i en sandform. Hög ythårdhet (HB 400-500) ger bra motståndskraft mot slitage, speciellt nötande slitage, ihålig av kylt gjutjärn används för att tillverka valsar av plåtkvarnar, hjul, kulor för kvarnar etc. I detta fall gjutjärn med en låg kiselhalt används, vilket tenderar att bleka. Dess ungefärliga sammansättning: 2,8-3,6% C; 0,5-0,8% Si; 0,4-0,6 % smp. På grund av de olika kylningshastigheterna över sektionen och produktionen av olika strukturer har gjutgodset höga inre spänningar som kan leda till sprickbildning. För att lindra påfrestningar utsätts gjutgodset för värmebehandling, dvs de värms upp till 500-550 C.

Grå, segjärn och segjärn är material där hela eller delar av kolet är i form av grafit. Brottet på dessa gjutjärn är grått, matt. Deras struktur särskiljs: strukturen av metallbasen och utfällningen av grafit. De skiljer sig endast från varandra i form av grafitfällningar.

I grått gjutjärn frigörs grafit i form av plattor (vener, flingor); i höghållfasthet - i form av bollar; i formbar - i form av flingor (Fig. 4.2).

Lamellgrafit. I vanligt grått gjutjärn bildas grafit i form av kronblad; sådan grafit kallas lamellär. I fig. 4.2, a visar strukturen hos ett konventionellt ferritiskt gjutjärn med streck av grafit; Den rumsliga vyn av sådana grafitinneslutningar visas i fig. 4.3, a(du kan se skärningen av lamellära inneslutningar av planet för den tunna sektionen).

Nodulär grafit... I moderna så kallade höghållfasta gjutjärn, smälta med en liten mängd magnesium (eller cerium) tillsatser, antar grafit formen av en boll. I fig. 4.2, b visar mikrostrukturen av grått nodulärt gjutjärn, och Fig. 4.3, b- fotografi av en sfärisk grafitinneslutning i ett elektronmikroskop.

Flagig grafit. Om vitt gjutjärn erhålls under gjutningen och sedan, med användning av cementitens instabilitet, sönderdelas genom glödgning, får den resulterande grafiten en kompakt, nästan likaxlig, men inte rund form. Sådan grafit kallas flingor eller glödgat kol. Mikrostrukturen av flagigt grafitjärn visas i fig. 4.2, v... I praktiken kallas flinggrafitjärn segjärn.

a B C D

Ris. 4.2. Formen på grafit i gjutjärn:

a- lamellär (vanligt grått gjutjärn), × 100; b- sfärisk (höghållfast gjutjärn), × 200; v- flagnande (smidbart gjutjärn), × 100; G- vermikulär, × 100

Ris. 4.3. Grafitinneslutningar i gjutjärn (× 2000):

a- lamellär; b- sfärisk

Vermikulär grafit- i form av maskliknande vener (Fig.4.2, G).

Således kallas gjutjärn:

- med lamellgrafit, vanligt grått gjutjärn;

- med maskliknande grafit - grått vermikulärt gjutjärn;

- nodulärt gjutjärn - segjärn;

- gjutjärn med flagnande grafit - segjärn.

Enligt strukturen på metallbasen klassificeras alla gjutjärn:

1) för ferritiska - med strukturen av ferrit och grafit (mängden bunden kol C-bindning = 0,025%);

2) ferrit-pearlit - med strukturen av ferrit, perlit och grafit (mängden C-bindning = från 0,025 till 0,8%);

3) perlit - med strukturen av perlit och grafit (mängden C-bindning = 0,8%).

Därför kan vi dra slutsatsen att metallbasen i denna grupp av gjutjärn liknar strukturen av eutectoid och hypoeutectoid stål och järn och skiljer sig endast i närvaro av grafitinneslutningar (kol i fritt tillstånd), som förutbestämmer de specifika egenskaperna hos gjutjärn.

a B C

Ris. 4.4. Mikrostruktur av grått gjutjärn:

a- perlit, × 200; b- ferrit-perlit, × 100; v- ferritisk, × 100

Strukturen av perlitiskt gjutjärn består av perlit med grafitinneslutningar (Figur 4.4, a- grafit i form av strimmor; typiskt för grått gjutjärn). Pearlite innehåller 0,8% C, därför är denna mängd kol i grått perlitiskt gjutjärn i ett bundet tillstånd (det vill säga i form av Fe 3 C), resten är i fri form, det vill säga i form av grafit .

Ferrit-perlitiskt gjutjärn (Fig.4.4, b) består av ferrit och perlit + inneslutningar av fusiform grafit. I detta gjutjärn är mängden fixerat kol mindre än 0,8 % C.

I ferritiskt gjutjärn (Fig.4.4, v) metallbasen är ferrit, och allt kol i legeringen är i form av grafit (visas som spindelformad grafit på fotografiet).

Strukturdiagrammen (tabell 4.1) sammanfattar den ovan beskrivna klassificeringen av gjutjärn enligt strukturen på metallbasen och grafitens form.

Grå gjutjärn. Grå gjutjärn, liksom vita, erhålls direkt under gjutning (under kristallisation från en flytande smälta). Eftersom bildandet av grafit från en vätska är en långsam process (arbetet med kärnbildning är stort: ​​en betydande diffusion av kolatomer och avlägsnande av järnatomer från kristallisationsfronten av grafit krävs), är det endast möjligt i en smal temperatur räckvidd. Följaktligen är kylningen av grått gjutjärn långsam, och cementit, frigjort från en flytande eller fast lösning, som är en instabil kemisk förening, särskilt vid höga temperaturer, sönderdelas till grafit:

Fe 3 C ® Fe γ (C) + C g vid temperaturer över 727 ° C

Fe 3 С ® Fe α (С) + С g vid temperaturer under 727 ° С (under PSK-linjen).

Med accelerationen av kylningen av gjutjärn minskar sannolikheten för bildandet av grafit i den, och vid en viss kylningshastighet kan en del av legeringen kristallisera i enlighet med stallet, och en del, till exempel, ytskiktet, med metastabila diagram. Järngjutgods, där ytskikten har strukturen av vitt järn, och kärnan är grå, kallas blekt. Jag blekte dem till ett visst djup - en konsekvens av den snabbare kylningen av ytan. Därför är en förutsättning för att producera grått gjutjärn en mycket låg smältkylningshastighet.

Grafit i grått gjutjärn fälls ut i form av plattor. Lamellinneslutningar av grafit i grått gjutjärn kan betraktas som sprickor, skåror som skapar höga spänningskoncentrationer i metallbasen. Därför skiljer sig egenskaperna hos dessa gjutjärn mycket från stålets.

För att bestämma förekomsten av grafit och formen på dess inneslutningar undersöks en oetsad mikrosektion med hjälp av ett metallografiskt mikroskop. Grafit ser ut som en mörk fas mot en ljus bakgrund av en polerad metallbas, sedan etsas mikrosektionen (med en 3-5% lösning av HNO 3 i alkohol) och strukturen av metallbasen etableras.

Beroende på graden av grafitisering särskiljs flera typer av grått gjutjärn: perlit, perlit-ferritiskt och ferritiskt gjutjärn. Om mängden fixerat kol är mer än 1 % kallas sådant gjutjärn halvjärn. Dess struktur består av ledeburit, perlit och grafit.

Tabell 4.1

Strukturdiagram i gjutjärn

Men förutom kylningshastigheten har mängden föroreningar, legeringselement och kristallisationscentra (modifieringsmedel) som finns en betydande effekt på grafitiseringsprocessen.

Alla element som introduceras i gjutjärn är uppdelade:

1) element som förhindrar grafitisering (Mn, Cr, W, Mo, S, O 2, etc.), som bidrar till produktionen av kol i ett sammanhängande tillstånd i form av legerad cementit och andra karbider och förhindrar dess nedbrytning vid förhöjd temperaturer;

2) grafitbildande element (Si, C, Al, Ni, Cu, etc.), som bidrar till produktionen av kol i fritt tillstånd i form av grafit.

Föroreningar Mn, Si, S, P, som finns i gjutjärn, påverkar främst grafitiseringsprocessen och följaktligen gjutjärnets struktur och egenskaper.

För att bestämma vilken struktur som bör förväntas beroende på det totala innehållet av kol och kisel, samt beroende på kylhastigheten (gjutgodsets väggtjocklek), använd strukturdiagrammet (Fig. 4.5).

Ris. 4.5. Effekt av kylhastighet och total kiselhalt

och kol i gjutjärn på dess struktur:

I - vita gjutjärn; II - grått perlitiskt gjutjärn; III - grå ferritiska gjutjärn

För att undvika nedkylning av gjutjärn gjuts därför tunna delar av gjutjärn med hög halt av grafitbildande element (Si, Ni, C). För gjutning av stora sektionsdelar kan gjutjärn med ett lägre innehåll av dessa element användas.

Storleken och formen på de utfällda grafitinneslutningarna beror också på närvaron av kristallisationscentra i flytande järn.

Kristallisationscentra kan vara de minsta partiklarna av oxiderna Al 2 O 3, CaO, SiO 2, MgO, etc. Påverkan på grafitiseringsprocessen genom bildning av ytterligare kristallisationscentra kallas modifiering, och själva elementen kallas modifierare. Modifieringsmedel införs i det flytande järnet innan det hälls.

Grått gjutjärn har dåliga mekaniska egenskaper, eftersom grafitplattorna skär genom metallbasen.

Beroende på basmetallens hållfasthet och mängden grafit kan grå gjutjärn ha en draghållfasthet på cirka 100 till 400 MPa med praktiskt taget noll töjning. I kompression fungerar grå gjutjärn mycket bättre än i spänning, eftersom under tryckbelastningar är hackeffekten av grafitplattor obetydlig.

Enligt GOST 1412-70 finns det 11 kvaliteter av grått gjutjärn: SCh00 (ej testad); SCH12-28; SCh15-52; SCH18-36; SCH21-40; SCh24-44; SCh28-48; SCH32-52; SCHZ6-56; SCH40-60; SCh-44-64.

Den första siffran visar draghållfastheten och den andra visar böjhållfastheten i kg/mm ​​2.

Gjutjärnskvalitet SCh12-28 kännetecknas av en ferritisk metallbas.

Gjutjärnskvaliteter SCH15-52, SCH18-36 - ferrit-perlit metallbas.

Gjutjärn av dessa kvaliteter används för oviktiga delar med lätt belastning (byggnadspelare, grundplattor, konsoler, svänghjul, kugghjul).

Resten av kvaliteterna har en bas av perlitmetall med reducerad kol- och kiselhalt. Gjutjärn med perlitbas används för kritiska delar som slits ut vid höga tryck (maskinbäddar, kolvar, cylindrar, delar till kompressor, turbin och metallurgisk utrustning). Grått gjutjärn av de angivna kvaliteterna modifieras nödvändigtvis med kiselkalcium eller ferrokisel, som innehåller cirka 2% kalcium, eller andra tillsatser för att förhindra primär kristallisation enligt det metastabila diagrammet.

Duktilt järn. Segjärn framställs genom att modifiera en flytande smälta med magnesium eller cerium. Magnesium och cerium införs i relativt små mängder: 0,1 - 0,2 viktprocent av det flytande järnet som modifieras. Magnesium och cerium bidrar till bildandet av nodulära grafitinneslutningar (Fig.4.2, b, 4.3, b).

Sfäroidal grafit kan bildas under primär kristallisation, såväl som under glödgning av vitt modifierat gjutjärn. Naturligtvis är det mest önskvärda bildandet av nodulär grafit direkt under primär kristallisation, eftersom i detta fall högtemperaturglödgning inte krävs. Dessutom minskar bildningen av grafit i strukturen under primär kristallisation kraftigt legeringens krympning. Och detta i sin tur förenklar gjutningstekniken avsevärt.

Duktila gjutjärn är märkta med bokstäverna HF och efterföljande siffror.

De två första siffrorna i märket visar medelvärdet av draghållfastheten i kg / mm 2, den andra - den relativa töjningen i procent. Till exempel har gjutjärnskvalitet VCh60-2 en draghållfasthet σ = 600 MPa; töjning 5 = 2%.

Enligt GOST 7293-70 tillhandahålls 9 kvaliteter av segjärn.

Gjutgods av dessa gjutjärn används inom bil- och dieselteknik för vevaxlar, cylinderkåpor; inom tung teknik - för delar av valsverk; i smide och pressutrustning - för traverser av pressar, rullande rullar; inom kemi- och oljeindustrin - för pumphus, ventiler etc. De används också för delar som arbetar i lager och andra friktionsenheter vid höga och höga tryck (upp till 1200 MPa).

Duktilt järn. Smidbart gjutjärn erhålls genom speciell grafiterande glödgning (utmattning) av vita hypoeutektiska gjutjärn som innehåller från 2,27 till 3,2 % C.

En betydande nackdel med processen för att erhålla smidbart järn är glödgningens varaktighet, som är 70 - 80 timmar. Olika åtgärder används för att påskynda den (modifiering med aluminium (mindre ofta med bor, vismut), vilket höjer temperaturen i det första steget (men inte högre än 1080 ° C)).

För närvarande har en metod för accelererad glödgning av smidbart järn utvecklats, vilken består i att gjutgods från vitjärn förhärdas före grafitiserande glödgning, vilket hjälper till att minska glödgningens varaktighet till 30 - 60 timmar.

Produktionsschemat för segjärn visas i fig. 4.6.

Ris. 4.6. Tidtabeller för tillverkning av segjärn

För att få segjärn måste du:

- gjutgods av vitjärn med låg kolhalt, innehållande högst 2,8 % kol, värms långsamt upp i 20 - 25 timmar i en neutral miljö till en temperatur på 950 - 1000 ° C och håller vid denna temperatur under lång tid (10 - 15 timmar) (första steget grafitisering);

- kyl sedan långsamt till en temperatur något under den eutektoida omvandlingen (700 - 740 ° C, beroende på sammansättningen av gjutjärn och håll den under lång tid (30 timmar) vid denna temperatur (det andra steget av grafitisering);

- utföra luftkylning.

I det första steget av grafitisering sönderdelas ledeburitcementit och sekundär cementit med bildning av austenit och flagig grafit enligt reaktionen:

Fe3C® Fe y (C) + C

Cementit = austenit + grafit

Vid kylning från det första till det andra steget av grafitisering bör kylningshastigheten säkerställa separationen av sekundär cementit från austenit och dess sönderdelning till austenit och grafit enligt ovanstående formel.

I det andra steget av grafitisering sönderdelas perlitcementit till ferrit och grafit enligt reaktionen:

Fe3C® Fe α (C) + C

Cementit = ferrit + grafit

Den färdiga strukturen kommer att bestå av ferrit och flinggrafit.

Varaktigheten av hela värmebehandlingen är 70 - 80 timmar.

Om exponeringen för fullständig nedbrytning av perlitcementit till ferrit och grafit i det andra steget av grafitiseringen är otillräcklig, erhålls i detta fall ferrit-perlitiskt segjärn; om det inte finns någon hållning alls erhålls perlitiskt formbart gjutjärn med perlitstruktur och flagig grafit.

Det är önskvärt att kolhalten i segjärn är låg, eftersom med en ökning av kolhalten ökar mängden fri grafit efter glödgning av gjutjärnet och dess egenskaper försämras. Att minska kolhalten höjer dock smältpunkten, skapar svårigheter vid gjutning, ökar kostnaden för gjutning etc.

För att erhålla perlitiskt segjärn används ibland kupolvitt gjutjärn med en kolhalt på upp till 3,2 %. Glödgning utförs i en avkolande (oxiderande) miljö, följt av kylning i luft. Denna glödgning ger betydande kolutbränning.

Formbara gjutjärn är märkta med bokstäverna KCH med siffror. De två första siffrorna anger draghållfastheten i kg / mm 2, de andra siffrorna anger töjningen i procent.

Enligt GOST 1215-59 har formbara gjutjärn följande kvaliteter:

- ferritiskt gjutjärn: KCh37-12, KCh35-10, KCh33-8, KCh30-6;

- ferrit-perlit och perlitiskt formbart gjutjärn: KCh45-6, KCh50-4, KCh56-4, KCh60-3, KCh63-2.

Gjutgods av segjärn motstår stöt- och vibrationsbelastningar bra, skär bra och har tillräcklig seghet.

Formbart gjutjärn används inom fordons-, traktorindustrin, jordbruksteknik, vagn- och verktygskonstruktion för höghållfasta delar som uppfattar alternerande belastningar och stötbelastningar under förhållanden med ökat slitage. Dess utbredda användning beror först och främst på de goda gjutegenskaperna hos det ursprungliga vita gjutjärnet, vilket gör det möjligt att erhålla tunnväggiga gjutgods av komplexa former. Ferritiska formbara gjutjärn används för tillverkning av delar som drivs under höga dynamiska och statiska belastningar (växellådskratrar, nav, krokar, konsoler) och för mindre kritiska sådana (muttrar, ljuddämpare, flänsar, kopplingar). Transportörkedjelänkar och rullar, bromsbelägg etc. är gjorda av formbart perlitgjutjärn.

Arbetsorder

1. Studera klassificeringen av gjutjärn, deras struktur, märkning och tillverkningsmetoder.

2. Undersök tunna sektioner i mikroskop och ange vilken typ av gjutjärn varje prov tillhör.

3. Bestäm förutsättningarna för att erhålla den studerade strukturen.

4. Fastställ inverkan av varje strukturell komponent på egenskaperna hos gjutjärn.

5. Etsa tunna sektioner och studera mikrostrukturen i mikroskop, skissa, ange struktur- och faskomponenter.

6. Ställ in skillnaden i egenskaperna för de övervägda strukturerna.

7. Gör en sammanfattningstabell över de övervägda strukturerna, ange de erhållna uppgifterna i tabellen. 4.2.

8. Gör en lägesrapport.

När du gör en rapport måste du:

1) ge en kort klassificering av gjutjärn;

2) definiera vitt, grått, segjärn och segjärn;

3) rita en del av diagrammet Fe - Fe 3 C, som hänvisar till området för gjutjärn;

4) skissa alla undersökta strukturer av gjutjärn före och efter etsning, med angivande av namnen på de strukturella komponenterna och klassen av gjutjärn;

5) ange den kemiska sammansättningen av vitt gjutjärn och deras position på diagrammet;

6) beskriv metoderna för att erhålla, egenskaper och omfattning av varje typ av gjutjärn; ange markeringen.

Data om utfört arbete sammanfattas i tabell. 4.2.

Tabell 4.2

Kontrollfrågor

1. Vilka är fördelarna med gjutjärn framför stål?

2. Hur klassificeras gjutjärn?

3. Vilka är egenskaperna hos gjutjärnets struktur och egenskaper?

4. Hur påverkar grafitens form egenskaperna hos gjutjärn?

5. Hur mycket kol innehåller gjutjärn?

6. Vilka typer av kol finns i gjutjärn?

7. I vilka gjutjärn är allt kol kemiskt bundet?

8. I vilka gjutjärn finns hela eller delar av kolet i form av grafit?

9. Metoder för att erhålla, egenskaper och användning av vita gjutjärn.

10. Hur får man vitt gjutjärn?

11. Hur mycket grafit är det i vitt gjutjärn?

12. Vilka element bidrar till blekning?

13. Vilka element bidrar till grafitisering?

14. Vilken struktur har hypoeutektiskt vitt gjutjärn?

15. Vilken struktur har eutektiskt vitt gjutjärn?

16. Vilken struktur har hypereutektiskt vitt gjutjärn?

17. Vad är Ledeburite?

18. Vad avgör styrkan hos grått gjutjärn?

19. Hur får man grått gjutjärn?

20. Vilken struktur har metallbasen i grått gjutjärn?

21. Är smidbart järn bra smide?

22. Hur erhålls segjärn?

23. Vilka processer pågår i det första steget av grafitisering (produktion av segjärn)?

24. Vilka processer pågår i det andra steget av grafitisering (produktion av segjärn)?

25. Vilken form har grafit i segjärn?

26. Strukturen av segjärn:

27. Hur får man segjärn?

28. Strukturen av segjärn:

29. Vilken form har grafit i segjärn?

30. Vad är modifiering och i vilket syfte används den?

31. Vilken form har grafit i grått gjutjärn?

32. Struktur av grått gjutjärn

33. Märkning av grå, segjärn och segjärn.

34. Vad betyder siffran i betyget gjutjärn SCH15?

35. Vad betyder siffran i varumärket VCh60 gjutjärn?

36. Vad betyder siffran 30 i gjutjärnskvaliteten KCh 30-6?

37. Vad betyder siffran 6 i gjutjärnskvaliteten KCh 30-6?

Bokstaven A i mitten av märkesbeteckningen indikerar närvaron av kväve som är speciellt införd i stålet.

Bokstaven A i början av märkesbeteckningen indikerar att detta är automatiskt stål avsett för tillverkning av delar för massproduktion på automatiska verktygsmaskiner (AI2, A30, A40G - svavelhaltig; ACI4, AS40, AS35G2 - blyhaltig; A35E, A40XV - svavelhaltig; AC20, AC40G - kalciuminnehållande). Siffrorna anger den genomsnittliga kolhalten i hundradelar av en procent.

Ej att förväxla med härdbarhet , vilket kännetecknas av det maximala värdet av hårdheten som stålet erhåller till följd av härdning. Härdbarheten beror huvudsakligen på kolhalten (se fig. 6 i laboratoriearbete nr 8).

Liknande information.