Fogalmazás |
Szén- vas (3.5) |
---|
A öntött a fém , egy ötvözet a vas és a szén-dioxid- , amelynek tartalma nagyobb, mint 2%. Az öntöttvasakba túltelített szén grafit vagy Fe 3 C cement formájában kicsapódhat. Kiváló folyékonyságukkal különböznek a többi vasötvözettől.
Az öntöttvasak több osztályozása létezik, de a legszélesebb körben, a tanú törésfáciesei alapján két kategóriát határoz meg: fehér öntöttvasakat , fehér töréssel, vasból és cementitből, valamint szürke öntöttvasakat , szürke töréssel, vasból és grafitból áll.
Az öntöttvasak mind ötvözetek. Ezek kitűnnek a többi ötvözetek kiváló folyóképességgel (ez a kifejezés egyesíti a termikus tehetetlenség és fluiditása az olvadt ötvözetet, hogy mérjük egy szabványosított módon egy spirál kémcsőbe háromszög keresztmetszetű).
Öntöttvas rendelkezik olvadáspontja kezdve 1135 , hogy 1350 ° C-on , lényegében attól függően, a százalékos szén és szilícium tartalmaz. Amikor megolvad, maximális széntartalma a hőmérséklettől függ. A megszilárduláskor a fémmátrixban grafit formájában kicsapódó szén mennyisége a többi jelenlévő elemtől (elsősorban szilíciumtól) és a hűtési sebességtől függ.
Ez lehet egy prekurzor gyártásához acél a vasérc . Az ötvözet jön ki a kohóból , amelyet acélokká finomítanak ( dekarburálás útján ). Ezután nevezik nyersvas , hogy megkülönböztessék a öntödei vas , általában eredő kupola olvadási , a meghatározott összetételű és előállítására szánt öntvények.
Az olvadást Kínában fedezték fel a hadviselő államok idején ( Kr. E. IV . Század ). Európában a XIX . Század folyamán az olvadásnak alapvető szerepe volt a gazdaságban, a "közvetett folyamat" általánosításának (kohókban vasgyártás és öntöttvas köztitermék előállítása).
Az öntöttvas faszén kohókban készült . Abraham Darby , aki eredetileg egy maláta pecsenyesütő (az a sör ), sikerült előállítania öntöttvas segítségével koksz (a „coak”, amely később írt „koksz”, az angol főzni ). A 1709 , az alacsony kéntartalmú szén, ő tette az első koksz öntöttvas meg gyárát Coalbrookdale . De a fatüzelésű öntöttvasnál gyengébb minőségű terméknek ötven év kellett ahhoz, hogy megalapozódjon és az ipar egyik legfontosabb termékévé váljon. Között 1777 és 1779, Abraham Darby III épült Coalbrookdale az Iron Bridge , az első nagy fém híd a történelemben, amely teljes egészében öntöttvasból. A fatüzelésű öntöttvas gyártása azonban továbbra is fennmaradt, részben a termelő országok (Franciaország, Németország) által gyakorolt protekcionizmus miatt, részben az ilyen típusú öntöttvas minőségének és egyes kovácsok vonakodása miatt.
Kémiai szempontból az öntöttvasak eutektikus fázist tartalmazó vas-szén ötvözetek , az úgynevezett ledeburit . A metastabil vas-szén fázisdiagramon tehát arról van szó, hogy a vas-szén ötvözetek több mint 2,11% szént tartalmaznak (de ez a diagram ötvöző elemek jelenlétében már nem érvényes).
A különböző öntöttvasakat megkülönböztetik a szén százalékában . Abban az esetben, egy tiszta ötvözet vas és szén (elméleti eset, mert öntöttvas mindig tartalmaz szilícium és a mangán jelentős mennyiségben), a következő küszöbértékeket megjegyezte:
Acélok kristályosodik a metastabil vas-szén Fermentált cementit diagramot (szemben látható), bár ez a grafit, hogy termodinamikailag stabil: cementit kell bomlanak
Fe 3 C → 3Fe α + C (grafit)de a szénatomok mobilitása nem elegendő ehhez.
Más a helyzet a nagyobb széntartalmú öntöttvas esetében, és így kristályosodhat a stabil vas-szén diagramban: fer- grafit . A két diagram közötti különbség elsősorban a hűtési sebességben rejlik: amikor a hűtési sebesség gyors, a γ vasban oldott szénnek nincs ideje nagy távolságokra vándorolni, és Fe 3 C karbidokat képez. webhely; míg ha a hűtési sebesség elég lassú, a szén „összegyűjtheti” és grafitot képezhet .
Az állandó vas-szén diagram alapján az eutektikum 4,25% szén-tartalommal rendelkezik, és 1153 ° C hőmérsékleten olvad .
Ezért kétféle betűtípussal rendelkezünk:
A különbség a fehér és a szürke öntöttvas (vagy fekete), amikor a XVIII th században. A szürke vagy fehér öntöttvas megszerzése összetételüktől és a hűtési sebességtől is függ.
Az ötvöző elemek hozzáadása elősegítheti az öntöttvas megszilárdulását akár a stabil diagram (grafit), akár a metastabil diagram (cementit) szerint. Különösen ötvöző elemként olyan szilíciumot találunk, amely elősegíti az öntöttvas szilárdulását a stabil ábra szerint, vagy mangánt, amely elősegíti a perlit (ferrit és cementit pehely) képződését. Az öntöttvas azonban nem tekinthető ötvözetnek, ha a mangán 0,5-1,5%, a szilícium 0,5-3%, a foszfor 0,05-2,5% között van.
Öntöttvasnak azt mondják, hogy ötvözött, ha a fenti elemek mellett elegendő mennyiségben tartalmaz legalább egy addíciós elemet, például: nikkelt, rézet (több mint 0,30%); króm (több mint 0,20%); titán, molibdén, vanádium, alumínium (több mint 0,10%). Hasonlóképpen, a több mint 3% szilíciumot vagy 1,5% mangánt tartalmazó öntöttvas különlegesnek tekinthető (ez különösen érvényes a megerősített ferritmátrixú GS öntöttvasakra).
Fehér öntöttvas egy megoldást a perlit és cementitet (Fe 3 C). E cementit jelenléte a fehér öntöttvasat kemény és törékeny ötvözetekké teszi. Ezt a fajta öntöttvasat alacsony öntési hőmérséklet, gyors lehűlés, magas gyöngyöző elemek (pl. Mangán, réz stb.) Vagy alacsony grafitizáló elemek (pl. Szilícium) tartalma biztosítja. A fehér betűtípusok perlitből és ledeburitból készülnek.
A jó folyékonysággal és élénk fehér megjelenéssel rendelkező fehér öntöttvasat elsősorban a megjelenési alkatrészek, a kopó alkatrészek (például a csoroszlya-csúcsok) és a művészeti öntöde számára használják. A karbid jelenléte nagyon ellenáll a kopásnak és a kopásnak, ugyanakkor megnehezíti a megmunkálást is. Az olvasztási kemence finomításra a konverter (amely a végén a XX th században, szinte az összes, a vas termelt), bár technikailag a „fehér vas” soha nem úgynevezett. Ez az olvadt „ nyersvas ” csak kémiai összetételét és hőmérsékletét tekintve értékes. Az öntöttvas osztályozása, amely magában foglalja a hűtést és a lehetséges kezeléseket, ezért általában nem releváns az acél gyártása során.
Az ötvöző elemek tartalmától függően gyöngyös vagy martenzites fehér öntöttvasakat lehet előállítani.
A fehér betűtípusok fő tulajdonságai:
Fő hibáik a következők:
Öntöttvas család, ahol a szén grafit formájában található . A szén grafitszerkezetét az öntöttvas nagyon lassú lehűtésével vagy grafitizáló komponensek, például szilícium hozzáadásával kapjuk . A szürkeöntvény neve a törés megjelenésének köszönhető, amely szürke, ellentétben a fehér öntöttvasval, amelynek törésszíne fehér. Vannak olyan betűk is, amelyek megjelenése szürke és fehér, ezek a truitált betűk (a bőrhöz hasonlítanak).
Bár a hűtés megkezdése a stabil diagram (vas-grafit) szerint történik, a hőmérséklet csökkenésével a grafitizációs tényezőknek már nincs semmilyen hatása, a hűtés a metastabil diagram szerint történik. Végül a mikrostruktúra tartalmazhat ferritet, perlitet, cementitet és grafitot lamelláris vagy gömb alakú formában. Ezen fázisok aránya az ötvözet összetételétől és a lehűlés sebességétől függ.
Ez a leggyakoribb szürke betűtípus. A grafit lamellák formájában van. A grafitnak ez a lamellás alakja (bevágási hatás) teszi rideggé a GL öntöttvasakat. Másrészt a grafit javítja az öntöttvas súrlódási jellemzőit, ezért elősegíti a megmunkálást.
A GL betűtípusok fő tulajdonságai:
A fő hibák:
A fő felhasználási területek:
A GS öntöttvasakat 1948 óta fejlesztik. Öntöttvas, amelyben a grafit csomók (gömbök) formájában található. Ezt a sajátos mikrostruktúrát úgy kapják meg, hogy nem sokkal az öntés előtt magnéziumot adnak az öntöttvashoz (ha az öntöttvasat olvadt állapotban tartják, akkor körülbelül tíz perc múlva elveszíti a GS öntöttvasak sajátosságait): ez a gömbölyű kezelés. A magnézium elpárolog, de a grafit csomók formájában gyorsan kristályosodik. Ez a mikraszerkezet az acélhoz közeli mechanikai jellemzőket biztosít. Valójában a grafit gömb alakja jó hajlékonyságot biztosít az öntöttvas számára.
GS betűtípus beszerzéseA gömbgrafitos öntöttvas megszilárdulása során a folyadékban szferoidok jelennek meg. A széncsomók növekedni fognak, és a körülöttük lévő folyadék szénben kimerül. A szilárdulás előrehaladtával ezek a gömbök ausztenit burokkal veszik körül magukat. A szénnek ezután diffundálnia kell az ausztenit burkolatban, hogy aztán kristályosodjon a szén gömbökön, ezért a szén diffúziója az ausztenitben válik a csomók növekedésének vezérlő fő mechanizmusává. Hőelemzéssel (a hőmérséklet az idő függvényében) elvégezhetjük ezt a jelenséget is. Valójában a hűtés során nem figyelhető meg eutektikus szint a folyadék és a szilárd fázis közötti egyensúlyhiány miatt (amelyet a grafit és a folyadék közötti érintkezés elvesztése fejez ki). A megszilárdulás befejezése után a szén tovább diffundál az ausztenitben. Valójában a szén oldhatósága az ausztenitben a hőmérséklet függvényében csökken. Az eutektoid transzformáció hőmérsékleti tartományban zajlik. Ebben a pillanatban, az ausztenit ferritté alakulva, megfigyeljük a csomók felé diffundáló összes szénatomot. Ezt azzal magyarázzák, hogy a szén oldhatósága alacsonyabb a ferritben (kristálytani szerkezet: köbcentírozott), mint az ausztenitben (arccentírozott köbös szerkezet). Ez a megszilárdulási, majd lehűlési folyamat egyensúlyi mikrostruktúrát eredményez, amely ferritmátrixban fürdett széncsomókból áll. Természetesen erre csak akkor kerül sor, ha a szénnek van ideje diffundálnia az ausztenitben / ferritben. Ha a megszilárdulás és a lehűlés gyorsabb, mint a szén diffúziójának sebessége, akkor az ember a cementet (metasztábilis diagram), nem pedig grafit (stabil diagram) formájában kapja meg a szenet, és tovább megfigyeli az ausztenit-pearlit átalakulását, mintsem ferrit.
A szferoidok heterogén magokból képződnek, idegen részecskékből, amelyek lehetővé teszik a grafit kristályosodását. Különböző elemek támogatják a gömb gömb formájú kialakulását: cérium, lítium, bárium, stroncium és még sok más elem. Ipari szempontból azonban a magnéziumot használják fel ferroötvözet (FeSiMg) formájában történő behelyezésével. A gömbölyítő szerek mind mohók a kénre és az oxigénre, működésük csak az oxigénnel és kénnel történő reakció után fennmaradó maradék mennyiséggel lehetséges. Ezen túlmenően ezek az elemek a folyékony fürdő hőmérsékletén múlandók és illékonyak, működésük ezért csak rövid ideig (néhány percig) érezhető. Mindazonáltal tanácsos az olvadt fürdőbe ne tenni ezeket az elemeket túlzottan, mert ezek egy része (különösen a magnézium) elősegíti az öntöttvas megszilárdulását a metastabil diagram alapján, ezért karbidok képződéséhez és a túl magas maradéktartalom a degenerált grafit előállításának ténye is.
Vannak olyan elemek is, amelyek megakadályozzák a grafit képződését gömbök formájában: bizmut (20 ppm-nél nagyobb mennyiség esetén ), titán (400 ppm-nél nagyobb mennyiség esetén ), ólom (20 ppm-nél nagyobb mennyiség esetén ).
A szferoidizációs kezeléshez számos ipari módszer lehetséges a magnézium-ferroötvözet behelyezésére:
Az öntöttvas szerkezete az addíciós elemektől és a hűtési sebességtől függ, ezek a paraméterek erősen függenek az alkatrészek vastagságától. Ez a szerkezet erősen befolyásolja a mechanikai jellemzőket.
Megkülönböztetünk:
Ezeket a különböző mikrostruktúrákat a gömbgrafitos öntöttvasak összetételének beállításával (de a hűtés beállításával is) lehet előállítani. Különösen ötvöző elemeket találunk:
Az öntöttvas mikrostruktúrájának jellemzése érdekében különféle tulajdonságok mérhetők, különös tekintettel a grafit morfológiai jellemzőire. Tény, hogy a grafit részecskék osztályozásához és annak eldöntéséhez, hogy a grafit részecske göbös-e vagy sem, az NF-EN-945 szabványra (amely lehetővé teszi a grafit vizuális osztályozását) vagy az NF A04-197 szabványra támaszkodunk, ami lehetővé teszi az egyes részecskék osztályozása képelemző szoftver segítségével, morfológiai jellemzőik kiszámításával. E két szabvány szerint a grafit részecskék 6 osztályba sorolhatók: I. forma, II. Forma, III. Forma, IV. Forma, V. forma, VI. Forma. A grafit részecskéket csomóknak nevezzük, ha V vagy VI alakúak.
Miután a részecskéket besorolták, kiszámíthatjuk öntöttvasunk göbösségét. Az EN-1563 szabvány szerint ahhoz, hogy a GS öntöttvas mechanikai tulajdonságai megfeleljenek a szabványban leírtaknak, 80% -nál nagyobb göbösséggel kell rendelkeznünk. A nodularitás megegyezik az V és VI formájú grafit részecskék felületi százalékával.
Kijelölés | R m ( MPa ) | R p0,2 (MPa) | NÁL NÉL % | Mátrixszerkezet | Keménység ( HB ) |
---|---|---|---|---|---|
EN-GJS-700-2 (FGS 700-2) | 700 | 470 | 2 | Perlit | 240-300 |
EN-GJS-600-2 (FGS 600-2) | 600 | 400 | 2 | Perlit | 230-280 |
EN-GJS-500-7 (FGS 500-7) | 500 | 350 | 7 | Perlit-ferrit | 210-260 |
EN-GJS-400-15 (FGS 400-15) | 400 | 250 | 15 | Ferrit | <220 |
EN-GJS-350-22 (FGS 350-22) | 350 | 220 | 22. | Ferrit | <200 |
EN-GJS-450-18 (FGS 450-18) | 450 | 350 | 18. | Megerősített ferrit | 170-200 |
EN-GJS-500-14 (FGS 500-14) | 500 | 400 | 14 | Megerősített ferrit | 185-215 |
EN-GJS-600-10 (FGS 600-10) | 600 | 470 | 10. | Megerősített ferrit | 200-230 |
A gömbgrafitos öntöttvas előnyei az acélhoz képest különösen a nagyobb mechanikai ellenállás / tömeg arány, amely lehetővé teszi könnyebb alkatrészek gyártását, jobb megmunkálhatóságot , a szinte teljes újrafeldolgozás lehetőségét (az öntöttvasba öntött alkatrészek újrafeldolgozható termékek), az olvadás alacsonyabb energiaköltsége és az a tény, hogy az öntöttvas nem mérgező.
Fő felhasználásokÖntöttvas, amelyben a grafit a lamellák és a gömbök között van (a grafitnak nincs bevágási hatása). Ezt a sajátos mikrostruktúrát olyan magnézium hozzáadásával érhetjük el, amely alacsonyabb kéntartalmú öntöttvasban alacsonyabb tartalmú, mint a gömbgrafitos öntöttvasak esetében (általában 0,020%, szemben az FGS minimális 0,035% -ával). Az ilyen típusú öntöttvas előállítható úgy is, hogy gömbgrafitos öntöttvasból indul ki, és nagyon alacsony titánadagok hozzáadásával blokkolja a grafitos magok átalakulását, ami lehetővé teszi az öntés nagyobb tartományának engedélyezését. Magnéziumtartalom azonban ezt a módszert ma már alig alkalmazzák, mivel a titán hozzáadása nagyon kemény keménységű titán-karbonitridek képződéséhez vezetett, ami erősen hátráltatta a megmunkálást. A vermikuláris öntöttvas mikrostruktúrája egyesíti a lamellás öntöttvas előnyeit (folyékonyság, rezgéselnyelés) hátrányok nélkül (ridegség) és a GS öntöttvas előnyeit (mechanikai ellenállás). A fő hátrány a nehézség a kívánt szerkezet megszerzésében és annak ellenőrzésében, hogy ezt a szerkezetet megszerezték-e.
A mechanikai tulajdonságok a következők:Kijelölés | R m (MPa) | R p0,2 (MPa) | NÁL NÉL% | Mátrixszerkezet | Keménység (HB) |
---|---|---|---|---|---|
EN-GJV-350-7 (FGV 350-7) | 350 | 220 | 7 | Ferrit-perlit | <200 |
Az EN 1560 európai szabvány a következőket írja elő:
Az NF A 02-001 régi francia szabvány kimondta:
Példák:
Az öntöttvasat minden típusú mechanikai alkatrészhez használják. Az alkatrészek nagy részét úgy kapják, hogy folyékony fémet szilikát homokformákba öntenek (lásd: öntés ).
A betűtípusokat a következők segítségével lehet megvalósítani:
A folyamatos öntés lehetővé teszi a finom szerkezetű öntöttvas megszerzését, alkalmazási területei a hidraulikus ipar (hidraulikus elosztó stb.), Az üvegipar, az egyszerű mechanikai alkatrészek stb.
Az öntöttvas és acél öntödéket (2017, vol. 100F) elismerték a tüdőrák alacsony / közepes kockázati tényezőjeként .
Az öntöttvas kifejezést néha más ötvözetek jelölésére használják, ezek a felhasználások helytelenek :