CI Gieten uitgelegd: Samenstelling, kleur en scheurpreventie

De componenten van het legering beïnvloeden de kleur bij scheuring: wit gietijzer bevat carbide onzuiverheden die wegen creëren voor het legering om te scheuren en door te stromen. En grijs gietijzer kan grafietvlokken bezitten die de scheuren simuleren. Dit initieert talloze nieuwe scheuren wanneer het materiaal breekt, en buigbaar ijzer is sferische grafiet "nodules" die verdere scheuurentwikkeling remmen.

Koolstof (C) in een hoeveelheid van 1,8 tot 4 wt.%. En silicium (Si) 1-3 wt.% Dit zijn de belangrijkste legeringselementen van gietijzer. Alleen de specifieke ijzerlegeringen en een minimale hoeveelheid koolstof worden gedefinieerd als staal. Gietijzer is broos, behalve voor buigbaar gietijzer. Vanwege het relatief lage smeltpunt, hangt dit samen met goede vloeibaarheid. En dit hangt samen met uitstekende bewerkbaarheid, vervormingsweerstand, en slijtvasteheid.

Gietijzers zijn een ingenieursmateriaal geworden met een wijd bereik aan toepassingen en worden gebruikt in pijpen, machines, en auto-onderdelen. Typische toepassingen zijn cilinderkoppen, motorblokken, en tandwielkasten. Het is weerstandig tegen oxidatieschade alsook, wat toevoegt aan de bruikbaarheid.

De geschiedenis van CI Gieten

De vroegste gietijzerartefacten dateren terug tot de 5e eeuw v.Chr. en werden ontdekt door archeologen in wat nu Jiangsu, China is. Onderzoekers denken dat gietijzergebruik lang geleden begon in vroege vasteland China. Ze geloven dat het gebruikt werd om producten te maken voor boerderijen, huizen en vechten.

In de 15e eeuw werd gietijzer gebruikt voor kanonnen in Bourgondië, Frankrijk, en Engeland tijdens de Reformatie. De hoeveelheden gietijzer die voor de kanonnen nodig waren, vereisten grootschalige productie.

De eerste gietijzerbrug werd in 1770 gebouwd door Abraham Darby III en staat bekend als The Iron Bridge in Shropshire, Engeland. Gietijzer werd ook gebruikt voor de oprichting van veel gebouwen. Het wijd gebruik ervan in een architectonische context begon zeer wijdverspreid te worden.

Gebruik van CI in massaproductie in de industrie

Gietijzer wordt voornamelijk gecreëerd uit het vloeibare varkensijzer of door varkensijzer opnieuw te smelten. Dit is vaak, ook met substantiële hoeveelheden ijzer, staal, kalksteen, koolstof (cokes), en verschillende stappen om ongewenste verontreinigingen te verwijderen. Wanneer de toepassing overwogen wordt, worden koolstof- en siliciumgehalte aangepast aan de gewenste niveaus, die overal van 2-3,5% en 1-3%, respectievelijk, kunnen liggen.

Gietijzer wordt gemaakt van varkensijzer, en dit is het bijproduct van het smelten van ijzererts uit de hoogovens.

Fosfor en zwavel kunnen worden voldaan door uit het vloeibare ijzer te verbranden, maar dit elimineert ook de koolstof, die vervangen moet worden. Indien gewenst, worden andere elementen toen toegevoegd aan de smelt voordat de eindvorm wordt geproduceerd door gieten. Gietijzer wordt soms gesmolten in een uniek type hoogovens en heet een cupola.

Echter, in moderne toepassingen, wordt het vaker gesmolten in elektrische inductieovens of elektrische boogovens. Wanneer de smelt voltooid is, wordt het vloeibare gietijzer in een houderoven of een gietbekken gegoten.

Eigenschappen van gietijzer

De eigenschappen van gietijzer worden gewijzigd door diverse legeringselementen of legeringen toe te voegen. Naast koolstof, is silicium het belangrijkste legeringselement aangezien het koolstof uit de oplossing verdrijft. Het lage percentage silicium laat de koolstof in oplossing blijven, vormend ijzercarbide en producerend wit gietijzer.

Een hoog percentage silicium verdrijft koolstof uit de oplossing, creërend grafiet en producerend grijs gietijzer. Andere legeringselementen, mangaan, chroom, molybdeen, titanium en vanadium, tegengaan silicium en bevorderen koolstofretentie en de vorming van deze carbiden. Nikkel en koper verhogen sterkte en bewerkbaarheid, maar veranderen niet de hoeveelheid geproduceerde grafiet.

Koolstof in de vorm van grafiet maakt het ijzer zacht, vermindert krimp, verlaagt de sterkte en vermindert dichtheid. Zwavel, als voornamelijk aanwezig als onzuiverheid, vormt ijzersulfide wat de vorming van grafiet voorkomt en de hardheid verhoogt.

Het probleem met zwavel is dat het vloeibaar gietijzer klebrig maakt, wat defecten veroorzaakt. Om de zwaveleffecten te neutraliseren, wordt mangaan toegevoegd aangezien beide mangaan sulfiden vormen in plaats van ijzersulfide. Mangaan sulfides is lichter dan vloeibaar, dus het neigt te stromen uit de smelt in de slak.

De hoeveelheid mangaan die vereist is voor zwavelneutralisatie is 1,7 x zwavelgehalte + 0,3%. Als meer mangaan dan dit wordt toegevoegd, wordt mangaan carbide gevormd wat hardheid en afkoeling verhoogt, behalve voor grijs gietijzer waar tot 1% mangaan de sterkte en dichtheid verhoogt.

Verfijnde materialen voor gieten

Nikkel is een van de meest voorkomende legeringselementen omdat het de structuur van perlite en grafiet verfijnt, de buigbaarheid verbetert en hardheidsverschillen tussen de sectiediktes gelijkmaakt.

Chroom wordt in kleine hoeveelheden toegevoegd om vrije grafiet te verminderen, het af te laten koelen, en omdat het een sterke carbide stabilisator is; nikkel wordt vaak samen toegevoegd. De lichte ingrediënten kunnen worden toegevoegd als vervanger voor 0,5% chroom.

Koper wordt in de gietbekken of in de oven in een hoeveelheid van 0,5-2,5% toegevoegd om de kou te verminderen, de grafiet te verfijnen en de vloeibaarheid te verhogen.

Molybdeen wordt in een hoeveelheid van 0,3 tot 1% toegevoegd om de afkoeling te verhogen en de grafiet- en perlite structuur te verbeteren; het wordt vaak in combinatie met nikkel, koper en chroom toegevoegd om hoogsterk ijzer te produceren.

Titanium wanneer geïntroduceerd als ontgasser en ontzurer, maar het verhoogt ook de vloeibaarheid. 0,15-0,5% vanadium wordt aan gietijzer toegevoegd om cementiet te stabiliseren, hardheid te verhogen, en slijt- en hittebestendigheid te verhogen. 0,1-0,3% zirconium helpt grafiet vormen, ontzuurt en verhoogt vloeibaarheid.

In buigbare ijzersmelten, wordt bismut op een schaal van 0,002-0,01% toegevoegd om de hoeveelheid toegevoegd silicium te verhogen. Boor wordt aan wit ijzer toegevoegd om de productie van buigbaar gietijzer te helpen; het vermindert ook het grove effect van bismut.

De meest voorkomende type is Grijs Gietijzer

Grijs gietijzer wordt gekenmerkt door een grafiet microstructuur wat scheuren in het materiaal grijs doet lijken. Het is het meest wijd gebruikte gietijzer en het meest gebruikte gietmateriaal per gewicht. Meest gietijzer heeft een chemische samenstelling van 2,5-4,0% koolstof, 1-3% silicium en de rest is ijzer.

Grijs gietijzer heeft lagere trekkracht en slagweerstand dan staal, maar de druksterkte is vergelijkbaar met laag en medium koolstofstaal. Deze mechanische eigenschappen worden gecontroleerd door de grootte en vorm van de grafietvlokken die aanwezig zijn in de microstructuur en kunnen gekarakteriseerd worden volgens de richtlijnen gegeven door ASTM.

Kortom, CI gieten is eigenlijk gewoon gietijzer. Dit gietijzer is slechts een deel van de gespecialiseerde groep van ijzer- en koolstoflegeringen. Let alleen op de koolstofinhoud als het boven de 2% is. En onthoud wat dat betekent is dat het een erg laag smeltpunt heeft.

De ingrediënten van het legering maken een verandering van de kleur bij scheuring: wit gietijzer bevat carbide onzuiverheden die de scheuren door laten lopen. Grijs gietijzer heeft grafietvlokken en dit zorgt ervoor dat het de scheur reflecteert en veel nieuwe scheuren start wanneer het materiaal breekt, en buigbaar ijzer is sferische grafiet "nodules" die verdere scheuurentwikkeling remmen. Dit is alles over CI gieten!