Gietijzer 101: Samenstelling, toepassingen, voor- en nadelen uitgelegd

In dit artikel leer je de definitie, toepassingen, eigenschappen, samenstelling en typen van gietijzer. Je leert ook de voor- en nadelen van gietijzer.

Wat is gietijzer?

Gietijzer is een groep koolstoflegeringen die 2 tot 4% koolstof en een wisselend bedrag silica en mangaan bevatten. Het bevat ook onzuiverheden zoals fosfor en zwavel. Het wordt geproduceerd door ijzererts in een hoogoven te reduceren; het primaire materiaal is varkensijzer geproduceerd uit gesmolten ijzererts in een oven. Dit ijzer wordt direct gemaakt van gesmolten varkensijzer of door varkensijzer opnieuw te smelten, vaak samen met aanzienlijke hoeveelheden ijzer, kalksteen, staal of cokes.

Het kan gesmolten worden in een speciaal type hoogoven genaamd Cupola, maar vaker in elektrische inductie- of boogovens.

Lees meer: Eigenschappen en samenstelling van varkensijzer

Zoals eerder gezegd, wordt gietijzer geproduceerd uit varkensijzer, kalksteen en cokes. Het productieproces vindt plaats in een cupola-oven door die drie materialen opnieuw te smelten. De cupola-oven is min of meer hetzelfde als de hoogoven. Hij is cilindrisch van vorm, heeft een diameter van ongeveer 1 m en een hoogte van ongeveer 5 m. De materialen worden van boven in de oven gegoten en vervolgens verhit. Op dat moment worden onzuiverheden van varkensijzer tot op zekere hoogte verwijderd door oxidatie, wat het gesmolten ijzer vormt. De slak wordt dan regelmatig van de bovenkant van het gesmolten ijzer verwijderd. Het gesmolten ijzer wordt vervolgens in een vorm gegoten om de vereiste vormen te creëren.

Toepassingen van gietijzer

De toepassingen van gietijzer zijn gangbaar in de engineering-wereld zoals mechanische engineering, bouwterreinen, houtwerkplaatsen, enz. De volgende toepassingen worden hieronder uitgelegd.

Één van de toepassingen is voor ornamentale gietwerk zoals poorten, lantaarnpalen, beugels, een ijzeren kolom voor kleine bedekking.

Het wordt gebruikt voor drukleden.

De toepassingen omvatten de productie van cisternen, waterpijpen, gaspijpen, rioleringen, sanitaire toebehoren en rioleringdeksels.

Gietijzer wordt gebruikt voor het maken van rails, wagentjeswielen, enz.

Lees meer: Gesmeed ijzer begrijpen

Algemene toepassingen van typen gietijzer omvatten:

• Grijze gietijzer kan slijtage weerstaan, daarom wordt het gebruikt voor motorblokken, cilinderkoppen, manifolds, gasbrander tandwielen, behuizingen en omhullingen.
• Wit gietijzer is een broos materiaal door het afkoelproces dat in de productie gebruikt wordt. Daarom wordt wit gietijzer gebruikt in toepassingen die slijtvastheid en abrasie vereisen, zoals straalbusduizen, molenbekledingen, remblokken voor spoortoer, walzen, slurypomphuizingen en krakeers.
• De toepassingen van nodulair gietijzer (duktil gietijzer) zijn zo uitgebreid omdat ze in verschillende graden verdeeld kunnen worden. Het materiaal is gemakkelijk bewerkbaar, heeft goede vermoeiings- en strekksterkte, en ook goede slijtvastheid. Het wordt gebruikt voor stuurknopen, krukas, zware tandwielen, automotieve veringcomponenten, hydraulische componenten en autodeurscharnieren.
• Tot slot is maleerbaar gietijzer ook in verschillende graden. Het heeft de vermogen om smeermiddelen te behouden, niet-slijtende deeltjes en het poreuze oppervlak dat andere abrasieve deeltjes vangt. Daarom wordt maleerbaar gietijzer gebruikt voor zware lageroppervlakken, ketens, kettenwielen, verbindingsstangen, aandrijvingen en ascomponenten, en spoorwegmaterieel.

Mechanische eigenschappen van gietijzer

Hieronder de mechanische eigenschappen van gietijzer:

Hardheid – weerstand van het materiaal tegen slijtage en indruk

Zachtheid – vermogen van het materiaal om energie te absorberen

Duktiliteit – vermogen van het materiaal om te vervormen zonder breuk

Elasticiteit – vermogen van het materiaal om terug te keren naar zijn oorspronkelijke afmetingen na vervorming

Smeedbaarheid – vermogen van het materiaal om te vervormen onder compressie zonder te breken

Treksterkte – de grootste lengterichtingsspanning die een materiaal kan weerstaan zonder te scheuren

Vermoeidheidsterkte – de hoogste spanning die een materiaal voor een gegeven aantal cycli kan weerstaan zonder te breken.

Andere legeringselementen worden toegevoegd om te produceren:

• Mangaan: Verhoogt weerstand tegen slijtage en abrasie
• Chroom: Verhoogt verhardbaarheid, slijtvastheid, corrosie- en oxidatiewerstand
• Nikkel: Verhoogt treksterkte
• Wolfraam: Verhoogt warme hardheid en warme sterkte
• Molybdeen: Verhoogt verhardbaarheid
• Vanadium: Verhoogt verhardbaarheid en warme hardheid
• Silicium: Verhoogt verhardbaarheid en elektrische resistiviteit
• Aluminium: Werkt als deoxidator in staal
• Titaan: Werkt als deoxidator in staal
• Niobium: Vermindert verhardbaarheid en verhoogt duktiliteit, wat resulteert in verhoogde slagzachtheid
• Kobalt: Vermindert verhardbaarheid en weerstaat verzachting bij verhoogde temperaturen

Typen gietijzer

Hieronder de verschillende typen gietijzer:

Grijze gietijzer:

Deze typen gietijzer zijn grijs van uiterlijk, veroorzaakt door hun grafietmicrostructuur wat leidt tot de breukkleur. Het heeft minder treksterkte en weerstand dan staal en de druksterkte is vergelijkbaar met laag- en medium-koolstofstaal. Deze zijn gebaseerd op de grootte en vorm van de grafietvlokken in de microstructuur in het gietijzer.

Wit gietijzer:

Wit gietijzer toont witte breukoppervlakken omdat het een ijzercarbide bevat genaamd "cementiet". Door lage siliciumgehalte en snellere afkoelingsnelheid. Koolstof in wit gietijzer neerslaat en laat het smelten als metastabiele fase cementiet, Fe3C, in plaats van grafiet. Het cementiet neerslaat uit de smelt als relatief grote deeltjes. Als het ijzercarbide uitlegt, trekt het koolstof uit de oorspronkelijke smelt, waardoor het mengsel naar een samenstelling gaat die dichter bij eutectisch ligt, en de overgebleven fase is de lagere ijzer-koolstof-austeniet (die bij afkoeling kan transformeren naar martensiet).

Lees meer: Verschillende methoden van het staalproductieproces

Maleerbaar gietijzer:

Het maleerbare gietijzerproces begint als wit gietstuk dat op ongeveer 950°C (1740°F) wordt verhit en vervolgens een dag of twee wordt gekoeld; de koolstof in ijzercarbide verandert dan in grafiet en ferriet plus koolstof (austeniet). Het langzame proces laat de oppervlaktespanning de grafiet in sferoïdale deeltjes vormen in plaats van vlokken.

Nodulair/duktil gietijzer:

Deze typen gietijzer zijn ook bekend als nodulaire of duktile gietijzer. Het werd in 1948 ontwikkeld. Duktil gietijzer heeft grafiet in vorm van heel kleine noduli met de grafiet in vorm van concentrische lagen die de noduli vormen. De eigenschappen van deze duktile gietijzers zijn die van zwammig staal met de spanningsconcentratie-effect die grafietvlokken zouden produceren – kleine hoeveelheden van 0,02 tot 0,1% magnesium en slechts 0,02 tot 0,4% cerium toegevoegd aan deze legeringen vertragen de groei van grafietneerslag door te binden aan de randen van de grafietvlakken.

Lees meer: Verschillende typen span in metaalbewerking

Voor- en nadelen van gietijzer

Voordelen:

Hieronder de voordelen van gietijzer in de diverse toepassingen:

• goede giet eigenschappen.
• beschikbaar in grote hoeveelheden.
• lage kosten van het materiaal
• goede bewerkbaarheid voor grijze gietijzer.
• goede gevoeligheid.
• uitstekende weerstand tegen slijtage.
• constante mechanische eigenschappen tussen 20 en 350 graden Celsius.
• hoge duurzaamheid.
• weerstand tegen vervorming.

Nadelen:

Ondanks de goede voordelen van dit materiaal, blijven enkele beperkingen bestaan. Hieronder de nadelen van gietijzer in de diverse toepassingen:

• slechte treksterkte.
• gevoelig voor roestvorming.
• de materialen zijn profielgevoelig, door het langzame afkoelen van dikke profielen.
• hoge broosheid
• wit gietijzer kan niet bewerkt worden.
• geen uiting van strekgrens.

Dit was alles voor dit artikel, waarin de definitie, toepassingen, eigenschappen, samenstelling en typen van gietijzer besproken zijn. Je heerde ook de voor- en nadelen van gietijzer. Ik hoop dat je er voldoende aan hebt, alsjepart, deel met andere studenten. Bedankt voor het lezen, tot de volgende keer!