Flexibel strijkijzer? Nodulair gietijzer versus gietijzer

Hoe ingenieurs een legering kiezen voor metalen gietstukken

Bij het kiezen van een ijzerlegering voor een gietstuk, houdt een metallurg rekening met het budget, de vereiste mechanische eigenschappen en de stappen na het gieten, zoals machinale bewerking en warmtebehandeling. Deze vereisten bepalen welke legering moet worden gebruikt. Tegenwoordig is de grootste keuze tussen nodulair gietijzer versus gietijzer.

Technisch gezien suggereert "gietijzer" ijzerlegeringen die in een gieterij worden gegoten. Nodulair gietijzer is zo'n legering. Nodulair is echter een relatieve nieuwkomer op het toneel, met unieke mechanische eigenschappen die het onderscheiden van de andere ijzerlegeringen. Dit verschil betekent dat "gietijzer" meestal grijze of witte ijzerlegeringen specificeert die al eeuwenlang deel uitmaken van metaalsmeden.

Welke soorten ijzer worden er in de gieterij gegoten?

• Nodulair gietijzer:dit type ijzer werd in 1948 ontwikkeld en is een zeer belangrijke legering geworden voor ijzergieterijen. Het is veel minder bros dan ander gietijzer.
• Smeedbaar gietijzer:vóór de uitvinding van nodulair gietijzer was deze legering populairder. Het is een wit gietijzer dat voor een zeer lange periode met warmte is behandeld. De omstandigheden in de warmtebehandelaar moeten zeer gecontroleerd zijn. Als het smeedbare ijzer klaar is, is het een stuk minder bros. Kneedbaar wordt nog steeds gebruikt voor kleine, dunne gietstukken waar kneedbaar minder succesvol is.
• Wit gietijzer:deze legering wordt sneller afgekoeld dan ander gietijzer, waardoor in zijn rooster een molecuul wordt geproduceerd dat cementiet wordt genoemd. Het is een brosse legering maar heeft een uitstekende hardheid en slijtvastheid. Het wordt vaak gebruikt in lagers en andere toepassingen met hoge wrijving.
• Grijs gietijzer:de meeste standaard "gietijzeren" artikelen zijn gemaakt van grijs gietijzer, dus als mensen de term gebruiken, is dit waarschijnlijk de legering die wordt bedoeld. In tegenstelling tot wit gietijzer heeft grijs ijzer een grafietachtige microstructuur. Het heeft een uitstekende trillingsdempende capaciteit en een uitstekende bewerkbaarheid.

Wit en grijs gietijzer creëren zeer gelijkaardige gietstukken. Hun kleur is alleen zichtbaar als ze breken.

Wat zijn de verschillen tussen nodulair gietijzer en gietijzer?

Nodulair gietijzer is minder bros dan ander gietijzer, zelfs vóór de warmtebehandeling. Het breekt niet zo gemakkelijk met impact. Doordat het ductiel is, kan het ijzer buigen. Ter vergelijking:grijs gietijzer is harder. Door deze hardheid wordt oppervlakteslijtage goed opgevangen. 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 per gewicht. Het silicium in de legering is nodig om de grafietmoleculen te stabiliseren die grijs gietijzer zijn eigenschappen geven. Dit silicium is echter alleen effectief in het ondersteunen en onderhouden van het grafiet als het metaal tijdens het afkoelen geen thermische schok ondergaat. Zeer snelle afkoeling zal leiden tot de vorming van cementiet en het grijze ijzer tot wit ijzer maken, zelfs met silicium in de mix. In grijs gietijzer zijn grafietvlokken door het oppervlak ingebed en zichtbaar in hooggepolijst grijs ijzer.

Nodulair gietijzer heeft 3,2-3,6% koolstof, 2,2-2,8% silicium en een klein percentage van een "knobbelend element". Ontdekt in 1943, had ductiel veel van dezelfde eigenschappen als smeedbaar ijzer, alleen had het deze eigenschappen direct uit de mal. De lange en technische warmtebehandeling die nodig was om smeedbaar gietijzer te maken, maakte het duurder en foutgevoeliger. Nodulair was een voor de hand liggende oplossing. (Kleedbaar wordt nog steeds gebruikt in dunne gietstukken waar kneedbaar te snel afkoelt en carbiden produceert.)

Net als grijs gietijzer is grafiet een belangrijk onderdeel van de microstructuur van nodulair gietijzer. Het nodulerende element, zoals magnesium, cerium of tellurium, vormt de grafietmoleculen echter in bollen in plaats van in vlokken. Deze bollen schuiven langs elkaar heen in plaats van vlakken te creëren waarlangs het ijzer kan breken. De knobbeltjes maken het nodulair gietijzer flexibeler en minder hard. Waar oppervlaktehardheid nodig is, kan warmtebehandeling worden gebruikt.

 

KNOEIEND IJZER (ASTM A536)

GRIJS IJZER (ASTM 40)

WIT IJZER

SMEEDBAAR GIETIJZER (WIT GIETIJZER, GEHOUTEN)

Castabiliteit

Standaard gietbaarheid:veel gemakkelijker dan gieten van staal

Opbrengststerkte

50k psi

—

—

33k psi

Verlenging %

18

0,5

0

12

Treksterkte

72k psi

40-50 kpsi

25 k psi

52 k psi

Hardheid [Brinell]

130-217

260

450

130

Corrosiebestendigheid

Zal roesten, maar kan een beschermend patina ontwikkelen in buitenomgevingen.

Thermische uitzetting 20C

6.46*10 ^-6
in/(in* ºF)

6.46*10 ^-6
in/(in* ºF)

5.0*10 ^-6
in/(in* ºF)

6.6*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relatieve demping
(log-verhouding van opeenvolgende amplitude)

5-20*10 ⁴

20-500*10 ⁴

2-4*10 ⁴

8-15*10 ⁴

Kosten

$$

$

$

$$$

Bewerkbaarheid

Gemiddeld

Goed

Goed

Gemiddeld

Lasbaarheid

Laag-Medium afhankelijk van de procedure

Gemiddeld

Niet lasbaar

Lassen is mogelijk, maar zet een deel van het smeedbare ijzer om in grijs ijzer

KNOEIEND IJZER (ASTM A536)

Castabiliteit

Standaard gietbaarheid:veel gemakkelijker dan gieten van staal

Opbrengststerkte

50k psi

Verlenging %

18

Treksterkte

72k psi

Hardheid [Brinell]

130-217

Corrosiebestendigheid

Zal roesten, maar kan een beschermend patina ontwikkelen in buitenomgevingen.

Thermische uitzetting 20C

6.46*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relatieve demping (log-verhouding van opeenvolgende amplitude)

5-20*10 ⁴

Kosten

$$

Bewerkbaarheid

Gemiddeld

Lasbaarheid

Laag-Medium afhankelijk van de procedure

GRIJS IJZER (ASTM 40)

Castabiliteit

Standaard gietbaarheid:veel gemakkelijker dan gieten van staal

Opbrengststerkte

—

Verlenging %

0,5

Treksterkte

40-50 k psi

Hardheid [Brinell]

260

Corrosiebestendigheid

Zal roesten, maar kan een beschermend patina ontwikkelen in buitenomgevingen.

Thermische uitzetting 20C

6.46*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relatieve demping (log-verhouding van opeenvolgende amplitude)

20-500*10 ⁴

Kosten

$

Bewerkbaarheid

Goed

Lasbaarheid

Gemiddeld

WIT IJZER

Castabiliteit

Standaard gietbaarheid:veel gemakkelijker dan gieten van staal

Opbrengststerkte

—

Verlenging %

0

Treksterkte

25 k psi

Hardheid [Brinell]

450

Corrosiebestendigheid

Zal roesten, maar kan een beschermend patina ontwikkelen in buitenomgevingen.

Thermische uitzetting 20C

5.0*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relatieve demping (log-verhouding van opeenvolgende amplitude)

2-4*10 ⁴

Kosten

$

Bewerkbaarheid

Goed

Lasbaarheid

Niet lasbaar

SMEEDBAAR GIETIJZER (WIT GIETIJZER, GEHOUTEN)

Castabiliteit

Standaard gietbaarheid:veel gemakkelijker dan gieten van staal

Opbrengststerkte

33k psi

Verlenging %

12

Treksterkte

52 k psi

Hardheid [Brinell]

130

Corrosiebestendigheid

Zal roesten, maar kan een beschermend patina ontwikkelen in buitenomgevingen.

Thermische uitzetting 20C

6.6*10 ^-6
in/(in* ºF)

Relatieve demping (log-verhouding van opeenvolgende amplitude)

8-15*10 ⁴

Kosten

$$$

Bewerkbaarheid

Gemiddeld

Lasbaarheid

Lassen is mogelijk, maar zet een deel van het smeedbare ijzer om in grijs ijzer

Kiezen tussen nodulair gietijzer en traditioneel gietijzer

Nodulair gietijzer is iets duurder dan grijs ijzer, maar is goedkoper en gemakkelijker te gieten dan staal. Het wordt meestal gekozen vanwege zijn mechanische eigenschappen en waarde. Als een minder brosse legering dan gietijzer, wordt het gebruikt in toepassingen waar vervormbaarheid en slagvastheid nuttig zijn. Het is beter dan staal wat betreft trillingsdemping en drukopbrengst, hoewel grijs ijzer nog steeds superieur is voor demping.

Bolders die zijn ontworpen voor slagvastheid, maken vaak gebruik van nodulair gietijzer. Het is de belangrijkste ijzerlegering die wordt gebruikt voor pijpen, vooral die onder druk. Kneedbare onderdelen zijn te vinden in auto-onderdelen, pompen en kabelbehuizingen waar een botsing waarschijnlijk is.

Grijs ijzer is nog steeds een belangrijke en veelgebruikte legering voor toepassingen waar de brosheid van traditioneel gietijzer geen probleem is. Artikelen die bij normaal gebruik niet aan schokken worden blootgesteld, zijn vaak gemaakt van grijs gietijzer. Gietijzeren braadpannen zijn meestal van grijs ijzer. Hardscape, zoals boomroosters, greppelroosters en putdeksels zijn ook vaak grijs ijzer. Superieure trillingsdemping maakt grijs ijzer tot een uitstekende machinebasis. Het is ook de juiste keuze voor remmen of motoronderdelen die niet worden geraakt, maar die veel trillingen moeten verwerken.

Bij elk project is het belangrijk om met een metallurg of ingenieur te praten voordat u een legering kiest. Ze zullen de werkbelasting van het onderdeel onderzoeken en helpen bij het kiezen van materialen die de toepassing veilig kunnen beheren. Het kiezen van nodulair gietijzer versus gietijzer kan soms gewoon op waarde komen. Andere keren zijn de specifieke eigenschappen van de legering nodig.