Czym jest żeliwo? Właściwości, skład, przygotowanie i zastosowanie

12.04.2019

Wielu zdaje sobie sprawę z takich materiałów jak żeliwo i jego właściwości wytrzymałościowe. Dziś pogłębimy tę wiedzę i dowiemy się, czym jest żeliwo, z czego składa się, jakie to jest i jak jest wytwarzane.

Czym jest żeliwo

Skład

Czym jest żeliwo? Jest stopem żelaza, węgla i różnych zanieczyszczeń, dzięki czemu uzyskuje niezbędne właściwości. Materiał musi mieć co najmniej 2,14% węgla. W przeciwnym razie będzie to stal, a nie żeliwne. To dzięki węgielowi, że żeliwo ma zwiększoną twardość. Jednak ten element zmniejsza ciągliwość i ciągliwość materiału, nadając mu kruchość.

Oprócz węgla, skład żeliwa koniecznie obejmuje: mangan, krzem, fosfor i siarkę. Niektóre marki również dodają dodatkowe dodatki, aby nadać materiałom określone właściwości. Wśród powszechnie stosowanych pierwiastków stopowych są chrom, wanad, nikiel i aluminium.

Właściwości żeliwa

Materiał ma gęstość 7,2 g / cm3. W przypadku metali i ich stopów jest to dość wysoka liczba. Żeliwo doskonale nadaje się do produkcji wszelkiego rodzaju produktów poprzez odlewanie. Pod tym względem przewyższa wszystkie stopy żelaza z wyjątkiem niektórych gatunków stali.

Temperatura topnienia żeliwa wynosi 1200 stopni. W stali liczba ta jest wyższa o 250-300 stopni. Przyczyna tego leży w zwiększonej zawartości węgla w żelazie, co powoduje mniej ścisłe wiązania między atomami żelaza. Podczas wytapiania surówki i jej późniejszej krystalizacji węgiel nie ma w pełni czasu, aby przenikać do struktury żelaza. Dlatego materiał jest kruchy. Struktura żeliwa nie pozwala na jego wykorzystanie do produkcji wyrobów, które podlegają ciągłym obciążeniom dynamicznym. Ale dla którego żeliwo jest idealne, tak samo jest w przypadku części, które muszą mieć zwiększoną wytrzymałość.

Właściwości żeliwa

Pierwsze

Uzyskanie żeliwa - proces bardzo kosztowny i wymagający dużej ilości materiału. Aby zdobyć jedną tonę stopu, potrzebujesz 550 kg koksu i 900 litrów wody. Jeśli chodzi o rudę, jej ilość zależy od zawartości żelaza. Z reguły stosuje się rudę z ułamkiem masowym żelaza co najmniej 70%. Przetwarzanie mniej bogatych rud jest niepraktyczne z ekonomicznego punktu widzenia.

Przed udaniem się do huty, materiał jest wzbogacony. Produkcja żelaza w 98% przypadków występuje w wielkich piecach.

Proces technologiczny obejmuje kilka etapów. Najpierw w wielki piec Jest ładowana ruda zawierająca rudę żelaza magnetycznego (związek dwu- i trójwartościowego tlenku żelaza). Można również stosować rudy zawierające wodny tlenek żelaza lub jego sole. Oprócz surowców do pieca wkładane są węgle koksowe, które są niezbędne do wytworzenia i utrzymania wysokiej temperatury. W reakcjach chemicznych uczestniczą również produkty spalania węgla jako czynniki redukujące żelazo.

Dodatkowo strumień jest doprowadzany do pieca, który działa jak katalizator. Przyspiesza proces topienia skał i uwalniania żelaza. Ważne jest, aby pamiętać, że przed wejściem do pieca rudę należy poddać specjalnej obróbce. Ponieważ mniejsze części lepiej się topią, są wstępnie rozdrabniane w kruszarce. Następnie ruda jest myta, aby pozbyć się zanieczyszczeń, które nie zawierają metalu. Następnie surowiec suszy się i wypala w piecach. Z powodu prażenia usuwana jest z niej siarka i inne elementy obce.

Odlewanie żelaza

Po pełnym załadowaniu pieca rozpoczyna się drugi etap produkcji. Gdy palniki są uruchomione, koks stopniowo podgrzewa surowce. To uwalnia węgiel, który reaguje z tlenem i tworzy tlenek. Ten ostatni bierze czynny udział w redukcji żelaza ze związków w rudzie. Im więcej gazu gromadzi się w piecu, tym wolniejsza reakcja. Po osiągnięciu żądanej proporcji reakcja całkowicie ustaje. Nadmiar gazu służy następnie jako paliwo do utrzymania wymaganej temperatury w piecu. Ta metoda ma kilka zalet. Po pierwsze pozwala to obniżyć koszty paliwa, co obniża koszty procesu produkcyjnego. Po drugie, produkty spalania nie przedostają się do atmosfery, zanieczyszczając ją, ale nadal uczestniczą w produkcji.

Nadmiar węgla jest mieszany ze stopem i absorbowany przez żelazo. Okazuje się, że żeliwne. Zanieczyszczenia, które nie stopiły się, wypływają na powierzchnię mieszaniny i są usuwane. Nazywa się je żużlem. Żużel jest wykorzystywany do produkcji niektórych materiałów. Kiedy wszystkie nadmiarowe cząstki są usuwane ze stopu, dodawane są do niego specjalne dodatki.

Odmiany

Co to jest żeliwne i jak je zdobyć, już się zorientowaliśmy, teraz zajmijmy się klasyfikacją tego materiału. Opisany powyżej sposób wytwarza surówkę i żelazo formierskie.

Używa się surówki żelaza produkcja stali na ścieżce konwertera tlenu. Gatunek ten ma niską zawartość krzemu i manganu w stopie. Żeliwo odlewnicze jest wykorzystywane do produkcji wszelkiego rodzaju produktów. Jest on podzielony na pięć typów, z których każdy będzie rozpatrywany osobno.

Żeliwo o wysokiej wytrzymałości

Biały

Stop ten charakteryzuje się zawartością nadmiaru węgla w postaci węglika lub cementytu. Nazwa tego gatunku została podana dla koloru białego w miejscu pęknięcia. Zawartość węgla w tym żelazie zwykle przekracza 3%. Białe żeliwo ma wysoką kruchość i kruchość, więc jest używane w ograniczonym stopniu. Ten typ jest używany do produkcji części o prostej konfiguracji, które wykonują funkcje statyczne i nie przenoszą ciężkich ładunków.

Ze względu na dodatek dodatków stopowych do składu białego żelaza, możliwe jest poprawienie parametrów technicznych materiału. W tym celu najczęściej stosuje się chrom lub nikiel, rzadziej wanad lub aluminium. Marka z tego rodzaju dodatkami o nazwie "sormate". Jest stosowany w różnych urządzeniach jako element grzewczy. Sormit ma wysoką rezystywność i działa dobrze w temperaturach nie wyższych niż 900 stopni. Najczęstsze zastosowanie białego żelaza - produkcja kąpieli domowych.

Szary

Jest to najczęstszy rodzaj żeliwa. Znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki narodowej. W przypadku żeliwa szarego węgiel reprezentowany jest jako perlit, grafit lub perlit ferrytowy. W tym stopie zawartość węgla wynosi około 2,5%. Podobnie jak w przypadku żeliwa, materiał ten ma wysoką wytrzymałość, dlatego jest wykorzystywany do produkcji części, które otrzymują cykliczne obciążenie. Żeliwo szare wytwarza tuleje, wsporniki, koła zębate i obudowy urządzeń przemysłowych.

Skład żeliwa

Dzięki grafitowi, żeliwo szare zmniejsza tarcie i poprawia smarowanie. Dlatego elementy z żeliwa szarego są bardzo odporne na tego typu zużycie. Podczas pracy w szczególnie agresywnych środowiskach do materiału wprowadzane są dodatkowe dodatki w celu wyrównania negatywnego oddziaływania. Należą do nich: molibden, nikiel, chrom, bor, miedź i antymon. Elementy te chronią żeliwo szare przed korozją. Ponadto, niektóre z nich zwiększają grafityzację wolnego węgla w stopie. Tworzy to barierę ochronną, która zapobiega przedostawaniu się elementów destrukcyjnych na żeliwną powierzchnię.

Połowa

Pośrednim materiałem pomiędzy pierwszymi dwoma odmianami jest pół żeliwa. Węgiel zawarty w nim jest reprezentowany w formie grafitu i węglika w przybliżeniu w równych proporcjach. Ponadto w takim stopie lideburyt (nie więcej niż 3%) i cementyt (nie więcej niż 1%) mogą występować w małych ilościach. Całkowita zawartość węgla w żelazie wynosi od 3,5 do 4,2%. Ten typ jest używany do produkcji części eksploatowanych w warunkach stałego tarcia. Należą do nich samochodowe klocki hamulcowe, a także rolki do szlifierek. Aby zwiększyć odporność na zużycie, do stopu dodaje się wszelkiego rodzaju dodatki.

Plastyczny

Stop ten jest rodzajem białego żelaza, które poddaje się specjalnemu prażeniu w celu grafityzacji wolnego węgla. W porównaniu ze stalą takie żeliwo ma lepsze właściwości tłumienia. Ponadto nie jest tak wrażliwy na przecięcia i działa dobrze w niskich temperaturach. W takim żeliwie ułamek masowy węgla wynosi nie więcej niż 3,5%. W stopie jest on przedstawiony w postaci ferrytu, perlitu ziarnistego, zawierającego inkluzje grafitu lub ferrytu-perlitu. Żeliwo sferoidalne, a także połówka, są głównie używane do produkcji części pracujących w warunkach ciągłego tarcia. Aby poprawić właściwości charakterystyczne materiału w stopie, dodaj magnez, tellur i bor.

Żeliwna aplikacja

Wysoka wytrzymałość

Ten typ żeliwa uzyskuje się z powodu tworzenia inkluzji sferycznych grafitu w sieci metalowej. Z tego powodu metalowa podstawa sieć krystaliczna osłabia, a stop nabywa ulepszone właściwości mechaniczne. Tworzenie grafitu sferycznego następuje w wyniku wprowadzenia do materiału magnezu, itru, wapnia i ceru. Żeliwo o wysokiej wytrzymałości jest zbliżone do stali wysokowęglowej. Nadaje się dobrze do odlewania i może całkowicie zastąpić stalowe części mechanizmów. Ze względu na wysokie przewodnictwo cieplne tego materiału można go stosować do produkcji rurociągów i urządzeń grzewczych.

Trudności w przemyśle

Do tej pory żeliwo ma wątpliwe perspektywy. Faktem jest, że ze względu na wysoki poziom kosztów i dużą ilość odpadów, przemysłowcy coraz częściej odmawiają stosowania żeliwa na rzecz tanich substytutów. Dzięki szybkiemu rozwojowi nauki od dawna możliwe było uzyskiwanie lepszych materiałów przy niższych kosztach. Poważną rolę w tym zakresie odgrywa ochrona środowiska, która nie akceptuje użycia wielkich pieców. Aby całkowicie przekształcić wytapianie żelaza w piece elektryczne, potrzeba lat, jeśli nie dziesięcioleci. Dlaczego tak długo? Ponieważ jest bardzo drogi i nie każde państwo może sobie na to pozwolić. W związku z tym pozostaje tylko czekać, aż masowa produkcja nowych stopów ulegnie poprawie. Oczywiście, całkowicie zatrzymać przemysłowe wykorzystanie żelaza w najbliższej przyszłości nie będzie działać. Ale oczywiste jest, że skala jego produkcji spadnie co roku. Ten trend rozpoczął się 5-7 lat temu.

Struktura żeliwa

Wniosek

Po rozpatrzeniu pytania: "Co to jest żeliwo?", Można sformułować kilka wniosków. Po pierwsze, żeliwo jest stopem żelaza, węgla i dodatków. Po drugie ma sześć rodzajów. Po trzecie, żeliwo jest bardzo użytecznym i wszechstronnym materiałem, więc przez długi czas jego kosztowna produkcja była celowa. Po czwarte, dotychczas żelazo jest już uważane za relikt przeszłości i systematycznie traci swoją pozycję na bardziej niezawodne i tańsze materiały.