De juiste ijzerlegering kiezen: Sferoïdaal grafiet vs. gietijzer uitgelegd

Hoe ingenieurs een legering kiezen voor metaalgietstukken

Bij het kiezen van een ijzerlegering voor een gietstuk, overweegt een metallurg het budget, vereiste mechanische eigenschappen, en na-gietstappen zoals bewerken en warmtebehandeling. Deze eisen beslissen welke legering te gebruiken. Deze dagen is de grootste keuze tussen sferoïdaal grafiet gietijzer vs. gietijzer.

Technisch suggereert "gietijzer" ijzerlegeringen die in een gieterij gegoten worden. Sferoïdaal grafiet gietijzer is een dergelijke legering. Echter, sferoïdaal grafiet is een relatieve nieuwkomer op de scène, met unieke mechanische eigenschappen die het onderscheiden van de andere ijzerlegeringen. Dit verschil betekent dat "gietijzer" meestal grijs of wit ijzerlegeringen specificeren die al eeuwenlang onderdeel zijn van de metalenverwerking.

Welke typen ijzer worden in de gieterij gegoten?

• Sferoïdaal Grafiet Gietijzer: Dit type ijzer werd in 1948 ontwikkeld en is een zeer belangrijke legering voor ferrilege gieterijen geworden. Het is veel minder bros dan andere gietijzers.
• Smeedbaar Gietijzer: Voor de uitvinding van sferoïdaal grafiet gietijzer was deze legering populairder. Het is een wit gietijzer dat voor een zeer lange periode warmtebehandeld wordt. Condities in de warmtebehandeling moeten zeer gecontroleerd zijn. Wanneer het smeedbare ijzer klaar is, is het veel minder bros. Smeedbaar wordt nog steeds gebruikt voor kleine, dunne gietstukken waar sferoïdaal grafiet minder succesvol is.
• Wit Gietijzer: Deze legering wordt sneller afgekoeld dan andere gietijzers, producerend een molecuul genaamd cementiet in zijn rooster. Het is een bros legering maar heeft uitstekende hardheid en slijtweerstand. Het wordt vaak gebruikt in lagers en andere hoge-wrijving toepassingen.
• Grijs Gietijzer: Meest standaard "gietijzer" items zijn gemaakt van grijs gietijzer, dus wanneer mensen de term gebruiken, is dit waarschijnlijk de bedoelde legering. In tegenstelling tot wit gietijzer, heeft grijs ijzer een grafietachtige microstructuur. Het heeft uitstekende trillingsdempingscapaciteit en geweldige bewerkbaarheid.

Wit en grijs gietijzers creëren erg vergelijkbaar ogende gietstukken. Hun kleur is alleen zichtbaar wanneer ze breken.

Wat zijn de verschillen tussen sferoïdaal grafiet gietijzer en gietijzer?

Sferoïdaal grafiet gietijzer is minder bros dan andere gietijzers, zelfs voor warmtebehandeling. Het breekt niet zo gemakkelijk bij impact. Rekbaar te zijn stelt het ijzer in staat te buigen. In vergelijking, is grijs ijzer harder. Deze hardheid betekent dat het oppervlakteslijtage goed beheert. Grijs ijzer is ook beter in trillingsdemping. De verschillen zijn te wijten aan de microstructuren van grafiet binnen deze ijzerlegeringen.

Grijs gietijzer is 2,5–4% koolstof en 1–3% silicium naar gewicht. Het silicium in de legering is noodzakelijk om de grafietmoleculen te stabiliseren die grijs gietijzer zijn eigenschappen geven. Echter, dit silicium is alleen effectief in het ondersteunen en behouden van de grafiet als het metaal geen thermische schok ondergaat tijdens afkoeling. Zeer snelle afkoeling zal leiden tot de vorming van cementiet en het grijs ijzer in wit ijzer veranderen, zelfs met silicium in het mengsel. In grijs gietijzer zijn vlakken van grafiet doorheen het oppervlak ingesloten en zichtbaar in hooggepolijst grijs ijzer.

Sferoïdaal grafiet gietijzer heeft 3,2–3,6% koolstof, 2,2–2,8% silicium, en een klein percentage van een "nodulisatie-element." Ontdekt in 1943, had sferoïdaal grafiet veel van dezelfde eigenschappen als smeedbaar ijzer, alleen had het deze eigenschappen direct uit de vorm. De lange en technische warmtebehandeling noodzakelijk om smeedbaar gietijzer te maken maakte het duurder en foutgevoeliger. Sferoïdaal grafiet was een duidelijke oplossing. (Smeedbaar wordt nog steeds gebruikt in dunne gietstukken waar sferoïdaal grafiet te snel afkoelt en carbiden produceert.)

Net als grijs gietijzer, is grafiet een belangrijk deel van de microstructuur van sferoïdaal grafiet gietijzer. Echter, het nodulisatie-element – zoals magnesium, cerium of tellurium – vormt de grafietmoleculen in sferen in plaats van vlakken. Deze sferen glijden aan elkaar voorbij in plaats van vlakken te creëren waar langs het ijzer kan breken. De knopen maken het sferoïdaal grafiet gietijzer flexibeler, en minder hard. Waar oppervlaktehardheid nodig is, kan warmtebehandeling gebruikt worden.

Kiezen tussen sferoïdaal grafiet gietijzer en traditioneel gietijzer

Sferoïdaal grafiet gietijzer is iets duurder dan grijs ijzer maar goedkoper en makkelijker te gieten dan staal. Het wordt meestal gekozen voor zijn mechanische eigenschappen en waarde. Als een minder bros legering dan gietijzer, wordt het gebruikt in toepassingen waar rekbaarheid en impactweerstand nuttig is. Het is beter dan staal bij trillingsdemping en drukte, hoewel grijs ijzer nog steeds superieur is voor demping.

Bollards ontworpen voor impactweerstand gebruiken vaak sferoïdaal grafiet gietijzer. Het is de belangrijkste ijzerlegering gebruikt voor buizen, met name die onder druk. Sferoïdaal grafiet onderdelen kunnen gevonden worden in auto-componenten, pompen, en kabelbehuizingen waar impact waarschijnlijk is.

Grijs ijzer is nog steeds een belangrijk en veelgebruikt legering voor toepassingen waar traditioneel gietijzer's brosheid geen probleem is. Items die niet blootgesteld zullen worden aan impact in het reguliere verloop van slijtage worden vaak gemaakt van grijs gietijzer. Gietijzer braadpannen zijn meestal grijs ijzer. Hardscape, zoals boomroosters, looproosters en rioleringdeksels zijn ook vaak grijs ijzer. Superieure trillingsdemping maakt grijs ijzer een uitstekende machinebasis. Het is ook de juiste keuze voor remmen of motorcomponenten die niet geraakt zullen worden maar moeten omgaan met hoge trilling.

Bij elk project is het belangrijk om met een metallurg of ingenieur te spreken voordat u een legering kiest. Ze zullen de werkspanning op het component onderzoeken en helpen materialen kiezen die de toepassing veilig kunnen managen. Kiezen tussen sferoïdaal grafiet gietijzer vs. gietijzer kan soms gewoon neerkomen op waarde. Andere keren zijn de specifieke kwaliteiten van de legering wat nodig is.