Gietijzer - Eigenschappen, soorten en toepassingen

Wat is gietijzer?

Gietijzer is een ijzerlegering met 2 tot 4% koolstof , evenals variërende hoeveelheden silicium en mangaan en sporen van onzuiverheden zoals zwavel en fosfor. IJzererts wordt in een hoogoven verkleind om het te produceren.

Koolstof in gietijzer bestaat meestal in twee vormen die met elkaar verbonden zijn

(1 ) Als het samengestelde cementiet d.w.z. in een staat van chemische combinatie en het ijzer staat bekend als wit gietijzer , en

(2 ) Als vrije koolstof , d.w.z. in een staat van mechanisch mengsel. Koolstof in de eerste vorm heet "gecombineerde koolstof “, en in de laatste heet grijs gietijzer .

Een tussenstadium tussen deze twee soorten ijzer vertoont grijze vlekken in de witte structuur. Dit strijkijzer heet gemêleerd ijzer .

Gevlekt gietijzer (MCI) is een materiaal dat wordt gebruikt bij het walsen, vooral in de laatste walsstands, vanwege de combinatie van hoge weerstand, thermische geleidbaarheid en elasticiteitsmodulus. In MCI zijn de microstructurele gebieden van wit gietijzer en grijs gietijzer het gevolg van stolling.

De kwaliteit van gietijzer hangt dus niet alleen af ​​van de absolute hoeveelheid koolstof die het bevat, maar ook van de omstandigheden waarin die koolstof bestaat. De soorten gietijzer die algemeen worden gebruikt, zijn:

Soorten gietijzer

De soorten gietijzer die algemeen worden gebruikt, zijn:-

1. Grijs gietijzer
2. Wit gietijzer
3. Smeedbaar gietijzer
4. Nodulair gietijzer
5. Gekoeld gietijzer
6. Gelegeerd gietijzer
7. Meehanite gietijzer

1. Grijs gietijzer

Dit wordt verkregen door het gesmolten metaal te laten afkoelen en langzaam te laten stollen. Bij het stollen bevat het ijzer het grootste deel koolstof in de vorm van grafietvlokken .

Grijs gietijzer bevat grote hoeveelheden koolstof en relatief kleine hoeveelheden van het andere element, bijvoorbeeld siliciumfosfor, zwavel en mangaan.

Het heeft een dof grijze kristallijne of korrelige structuur en een sterk licht geeft een glinsterend effect door reflectie van de vrije grafietvlokken. De aanwezigheid van dit vrije grafiet wordt ook gezien bij het vijlen of bewerken van gietijzer, omdat het de handen zwart maakt.

Het gietijzer is bros en kan gemakkelijk breken als een zware hamer wordt gebruikt. De sterkte van ijzer is veel groter bij compressie dan bij trek. De treksterkte van gietijzer varieert van 12 tot 13 kgf per mm2 (120 tot 300 Newton per mm²) en is afhankelijk van de samenstelling van het ijzer. Bij compressie kan grijs gietijzer ongeveer 60 tot 75 kgf per mm weerstaan? (600 tot 750 Newton per mm2) vóór het breken, terwijl de sterkte in afschuiving ongeveer 15 tot 22 kgf per mm2 is (150 tot 225 Newton per mm2). De hardheid varieert van 150 tot 240 BHN. belangrijkste voordelen ten gunste van het gebruik ervan zijn:(1) de lage prijs, (2)

De lage smelttemperatuur (1.150°C tot 1.200°C) en vloeibaarheid in gesmolten toestand, en (3) het is gemakkelijk machinaal te bewerken. Een andere goede eigenschap van gietijzer is dat het vrije grafiet in zijn structuur lijkt te werken als een smeermiddel , en wanneer er grote machinegeleiders van worden gemaakt, wordt een zeer vrij werkende werking verkregen. Dankzij de vloeibaarheidsanalyse van het ijzer kan het op grote schaal worden gebruikt voor het maken van gietstukken van onderdelen met ingewikkelde vormen en in bijna alle gietijzeren vormen.

2. Wit gietijzer

Wit gietijzer bevat koolstof uitsluitend in de vorm van cementiet (ijzercarbide). Dit wordt verkregen door de aanwezigheid van relatief grote hoeveelheden mangaan, een zeer kleine hoeveelheid silicium en door snelle afkoeling. De normale snelheid van afkoeling in zand produceert vrij grafiet, terwijl snelle afkoeling helpt om cementiet te produceren. Bovendien stimuleert mangaan de vorming van carbide. De geschatte chemische samenstelling van wit gietijzer wordt gegeven in tabel 4.2.

Het witte gietijzer is erg hard (de hardheid varieert van 400 tot 600 BHN) en bros, en het gebroken oppervlak heeft een zilverachtig metaalachtig uiterlijk. Vanuit technisch oogpunt heeft wit gietijzer een beperkte toepassing. Dit is te wijten aan de moeilijkheid van machinale bewerking en aan het feit dat het in het algemeen een relatief slecht vermogen tot mechanische verwerking heeft. Dit type ijzer wordt veel gebruikt om smeedijzer te vervaardigen. Wit gietijzer wordt ook gegoten als tussenmateriaal voor het maken van smeedbaar gietijzer. Wit gietijzer roest niet zo veel als het grijze gietijzer.

3. Smeedbaar gietijzer

Het gewone gietijzer is hard en bros. Het is daarom niet geschikt voor artikelen die dun en licht zijn en onderhevig zijn aan schokken en trillingen of voor kleine gietstukken die in verschillende machineonderdelen worden gebruikt.

De toepassing van de term 'kneedbaar ' naar gietstukken is nogal een verkeerde benaming omdat ze niet erg kneedbaar zijn in vergelijking met de normen van kneedbaarheid. Vergeleken met gietstukken van grijs ijzer, die vrij bros zijn, hebben kneedbare gietstukken echter een zekere taaiheid, en dit is waarschijnlijk de reden waarom ze zo genoemd zijn.

Kneedbare gietstukken worden eerst gemaakt van een ijzer met al zijn koolstof in de gecombineerde vorm, d.w.z. van wit gietijzer. Er worden dan twee methoden gebruikt om de gietstukken te vermalen:(1) Wit hart , en (2) Zwart hart . De namen verwijzen naar de kleur van de breuk die wordt gegeven door gietstukken die met elke methode zijn geproduceerd. De geschatte chemische samenstellingen voor beide variëteiten worden gegeven in Tabel 4.3.

4. Nodulair gietijzer

Sferoïdaal grafietijzer , ook wel nodulair gietijzer . genoemd , is van een hogere kwaliteit omdat grafiet niet in de vorm van vlokken maar in de vorm van sferoïden wordt neergeslagen. Dit kan op verschillende manieren worden bereikt, bijvoorbeeld door toevoeging van een van de volgende elementen:magnesium, cerium, calcium, bismut, zink, cadmium, titaan of boor.

Ferro-silicium wordt ook gebruikt als inoculant. Sferoïdaal gietijzer kan in dikkere stukken worden geproduceerd dan die van smeedbaar gietijzer. Uitstekende eigenschappen van sferoïdaal gietijzer zijn een hoge vloeibaarheid, die het gieten van ingewikkelde vormen mogelijk maakt, en een uitstekende combinatie van sterkte en vervormbaarheid. De treksterkte van dit strijkijzer is ongeveer 33 kgf per mm2 (330 Newton huisdier mm). Dit materiaal staat ook bekend als nodulair gietijzer .

Sferoïdaal gietijzer wordt veel gebruikt in gegoten onderdelen waar dichtheid en drukdichtheid een zeer gewenste kwaliteit is. Ze omvatten hydraulische cilinders, kleppen, buizen en hulpstukken voor buizen, cilinderkoppen voor compressoren en dieselmotoren. Rollen voor walserijen en vele soorten centrifugaal gegoten onderdelen zijn ook gemaakt van sferoïdaal gietijzer.

5. Gekoeld gietijzer

Snel afkoelen heet "chilling ” en het zo geproduceerde ijzer is “gekoeld ijzer ”. Alle gietstukken worden aan hun buitenoppervlak gekoeld door in contact te komen met het koele zand in de mal. Aangezien gietijzer een hogere thermische geleidbaarheid heeft dan zand, ondergaan de gekoelde delen van het gietstuk een snelle stolling en afkoeling en produceren daardoor een kudde-oppervlak. Maar deze hardheid dringt slechts ongeveer 1 tot 2 mm diep door.

Soms wordt een gietstuk opzettelijk gekoeld en soms wordt het per ongeluk tot een kleine diepte gekoeld. Het opzettelijk koelen wordt uitgevoerd door gietijzer te gebruiken in plaats van zand voor die delen van de mal waar harde oppervlakken vereist zijn. Waar deze worden aangeraakt door het gesmolten metaal, wordt het oppervlak plotseling afgekoeld en omgezet in wit gietijzer. Bij koudgieten worden permanente mallen gemaakt van hittebestendig staal of gietijzer met vlokgrafiet gebruikt.

Rilde rillingen worden gebruikt op die gietstukken waar sommige onderdelen de hardheid van wit gietijzer moeten hebben, terwijl andere een relatief zachte en taaie kern van grijs gietijzer moeten hebben.

6. Gelegeerd gietijzer

Gelegeerd gietijzer zijn de afgelopen jaren ontwikkeld om bepaalde inherente tekortkomingen van gewoon gietijzer te verhelpen en om kwaliteiten te geven die geschikter zijn voor speciale doeleinden. De toevoeging van nikkel, chroom, molybdeen, titanium, silicium, koper en andere legeringselementen verlenen bijzondere eigenschappen aan dit gietijzer.

Het gebruik van 1 of 2 procent nikkel is geschikt ijzer van goede kwaliteit biedt een eenvoudige en effectieve manier om de eigenschappen van dit gietijzer te verbeteren.

Het gebruik van 1 tot 2 procent nikkel is geschikt ijzer van goede kwaliteit biedt een eenvoudige en effectieve manier om de eigenschappen en de service van gietijzer te verbeteren. Het zorgt voor bewerkbaarheid en uniformiteit van de structuur van het gietijzer. Door het gebruik van nikkel in de orde van grootte van 25 procent kan ook een langere levensduur worden bereikt in onderdelen die onderhevig zijn aan abrasieve slijtage.

7. Meehanite gietijzer

Cilinders of cilindervoeringen van alle formaten, van de kleinste tot de grootste, bieden uitstekende voorbeelden. Nikkelgietijzer wordt ook gebruikt om bijtende corrosie te weerstaan. Om deze reden wordt het veel gebruikt voor het maken van bijtende potten, pijpen en andere gietstukken die in contact komen met bijtende vloeistof.

De toevoeging van slechts 1 procent nikkel geeft hiervoor een algemeen voordeel. De meest prominente factor voor het gebruik van nikkel in gietijzer is het verkrijgen van dichtheid en drukdichtheid in gietstukken met grote en variërende secties. Dit heeft geleid tot de toepassing van gegoten nikkel voor veel onderdelen van stoom- en hydraulische machines, compressoren en verbrandingsmotoren.

Waar verbetering van de draagkwaliteit van belang is, blijken chroomtoevoegingen met het nikkel vaak nuttig te zijn. Op deze manier gelegeerd gietijzer vindt een brede toepassing voor pompen van alle typen waarbij zowel wrijvings- als erosieve slijtage in aanmerking moet worden genomen. Gelegeerd gietijzer met 10 tot 30 procent chroom en 1 tot 3 procent totaal koolstof, vertoont ook een hoge mate van hittebestendigheid in combinatie met sterkte bij hoge temperaturen.

Gietijzer gelegeerd met 10 procent nikkel en 6 procent mangaan wordt niet-magnetisch. Een speciaal niet-magnetisch gepatenteerd gietijzer is bekend onder de naam “Nomag ”.

MEEHANITE GIETIJZER

Gietijzers, waarin metaal is behandeld met calciumsilicide, staan ​​bekend onder de handelsnaam Mehaniet. Calciumsilicide werkt als een grafitizer en produceert een fijne grafietstructuur die een gietijzer met uitstekende mechanische eigenschappen geeft. De hoge kwaliteiten van mechanisch ijzer zijn echter niet alleen te danken aan het gebruik van calciumsilicide, maar ook aan de zorgvuldige controle van alle factoren die betrokken zijn bij het smelten van het ijzer in de koppel- of elektrische oven en bij het gieten van het gietstuk. Na stollen blijft er zeer weinig calciumsilicide in het ijzer achter.

Het gebruikte metaal is laag in silicium, matig laag in koolstof dat beperkt is, ongeveer 2,5 tot 3 procent. Dit zou normaal gesproken wit zijn als het gegoten wordt, maar grafitisering door middel van een Mehanite-controlesysteem biedt een reeks materialen om te voldoen aan de brede eisen van de technische industrie.

Er zijn momenteel in totaal meer dan zesentwintig soorten mehanietmetaal beschikbaar onder vijf brede classificaties:(a)algemene techniek , (b) hittebestendig , (c) slijtvaste , (d) corrosiebestendig , (e) nodulair 'S'-type.

Alle Mehaniet-ijzers hebben een hoge sterkte, taaiheid en gemakkelijke bewerkbaarheid. Ze beweren daarom de kloof tussen gewoon gietijzer en staal te overbruggen. De gietstukken wegen van 500 tot 6.000 kg. Het metaal is fijnkorrelig en vertoont een Brinell-getal van 200 tot 210. a

Meehanite-ijzer reageert in tegenstelling tot gewoon grijs gietijzer op warmtebehandeling en wordt geheel of aan het oppervlak gehard. Het kan ook worden gehard door een geschikte behandeling om te gebruiken voor het gieten van gereedschapsmachines.

Gietijzerproductie

Gietijzer wordt gemaakt van ruwijzer, het bijproduct van het smelten van ijzererts in een hoogoven. Gietijzer kan rechtstreeks worden gemaakt van gesmolten ruwijzer of door ruwijzer opnieuw te smelten, vaak met aanzienlijke hoeveelheden ijzer, staal, kalksteen, koolstof (cokes) en verschillende stappen om ongewenste verontreinigingen te verwijderen. Fosfor en zwavel kunnen uit gesmolten ijzer worden verbrand, maar dit verbrandt ook de koolstof, die moet worden vervangen. Het koolstof- en siliciumgehalte worden aangepast aan de gewenste niveaus, die kunnen variëren van respectievelijk 2–3,5 % en 1–3 %, afhankelijk van de toepassing. Indien gewenst kunnen andere elementen aan de smelt worden toegevoegd voordat de uiteindelijke vorm wordt gegoten.

Gietijzer wordt soms gesmolten in een speciaal type hoogoven die bekend staat als een koepel, maar het wordt vaker gesmolten in elektrische inductieovens of elektrische boogovens in moderne toepassingen. Het gesmolten gietijzer wordt in een warmhoudoven of pollepel gegoten zodra het smeltproces is voltooid.