Što je lijevano željezo? Svojstva, sastav, priprema i uporaba

Mnogi su svjesni takvog materijala kao što je lijevano željezo i njegove karakteristike čvrstoće. Danas ćemo produbiti ovo znanje i saznati što je od lijevanog željeza, od čega se sastoji, koje je vrste i kako se proizvodi.

struktura

Što je lijevano željezo? To je legura željeza, ugljika i raznih nečistoća, zbog čega dobiva potrebna svojstva. Materijal mora imati najmanje 2,14% ugljika. Inače će to biti čelik, a ne lijevano željezo. Lijevano željezo povećava tvrdoću zahvaljujući ugljiku. Međutim, ovaj element smanjuje duktilnost i duktilnost materijala, dajući mu lomljivost.

Osim ugljika, sastav od lijevanog željeza nužno uključuje: mangan, silicij, fosfor i sumpor. Neke marke također dodaju dodatne aditive kako bi se dobila specifična svojstva materijala. Među uobičajeno korištenim legirajućim elementima su krom, vanadij, nikal i aluminij.

Svojstva od lijevanog željeza

Materijal ima gustoću od 7,2 g / cm3. Za metale i njihove legure to je prilično visoka brojka. Lijevano željezo dobro je pogodno za proizvodnju svih vrsta proizvoda lijevanjem. U tom smislu nadilazi sve legure željeza, osim nekih vrsta čelika.

Točka taljenja lijevanog željeza je 1200 stupnjeva. U čeliku je ta brojka viša za 250-300 stupnjeva. Razlog tome leži u povećanom sadržaju ugljika u željezu, koji uzrokuje manje čvrste veze između atoma željeza. Tijekom taljenja sirovog željeza i njegove naknadne kristalizacije, ugljik u potpunosti nema vremena prodrijeti u strukturu željeza. Stoga je materijal krhak. Struktura lijevanog željeza ne dopušta da se koristi za proizvodnju proizvoda koji su stalno izloženi dinamičkim opterećenjima. Ali za koje je lijevano željezo idealno, to je za dijelove koji trebaju imati povećanu snagu.

recepcija

Dobivanje lijevanog željeza - vrlo skupi i materijalno intenzivan proces. Za dobivanje jedne tone legure potrebno je 550 kg koksa i 900 litara vode. Što se tiče rude, njegova količina ovisi o sadržaju željeza. U pravilu se ruda koristi s masenim udjelom željeza od najmanje 70%. Prerada manje bogatih ruda nije praktična s ekonomskog stajališta.

Prije odlaska na topionicu materijal je obogaćen. Proizvodnja željeza u 98% slučajeva javlja se u visokim pećima.

Tehnološki proces obuhvaća nekoliko faza. Prvo u visoke peći Napunjena je ruda koja sadrži magnetsku željeznu rudu (spoj dvo- i trovalentnog željeznog oksida). Rude koje sadrže vodeni željezni oksid ili njegove soli također se mogu koristiti. Osim sirovina, u peć se stavljaju i ugljeni ugljen koji su potrebni za stvaranje i održavanje visoke temperature. Proizvodi izgaranja ugljena kao sredstva za redukciju željeza također su uključeni u kemijske reakcije.

Dodatno, fluks se dovodi u peć, koja djeluje kao katalizator. To ubrzava proces taljenja stijena i ispuštanja željeza. Važno je napomenuti da prije ulaska u peć, ruda mora proći posebnu obradu. Budući da se manji dijelovi bolje topi, on se prethodno usitnjava u postrojenju za drobljenje. Tada se ruda pere kako bi se oslobodila nečistoća koje ne sadrže metal. Tada se sirovina osuši i peče u pećima. Zbog pečenja se iz njega uklanjaju sumpor i drugi strani elementi.

Nakon što se peć potpuno napuni, počinje druga faza proizvodnje. Kada gorionici rade, koks postupno zagrijava sirovine. To oslobađa ugljik, koji reagira s kisikom i tvori oksid. Potonji aktivno sudjeluje u redukciji željeza iz spojeva u rudi. Što se više plina nakuplja u peći, to je sporija reakcija. Kada se postigne željeni omjer, reakcija se potpuno zaustavi. Višak plina kasnije služi kao gorivo za održavanje željene temperature u peći. Ova metoda ima nekoliko prednosti. Prvo, omogućuje smanjenje troškova goriva, što smanjuje troškove proizvodnog procesa. I, drugo, proizvodi izgaranja ne ulaze u atmosferu, zagađuju ga, već nastavljaju sudjelovati u proizvodnji.

Višak ugljika se pomiješa s talinom i apsorbira pomoću željeza. Tako ispada lijevano željezo. Nečistoće koje se nisu otopile lebde na površini smjese i uklanjaju se. Zovu se šljaka. Šljaka se koristi u proizvodnji nekih materijala. Kada se iz rastopa uklone sve suvišne čestice, dodaju se posebni aditivi.

vrsta

Što je lijevano željezo i kako ga dobiti, već smo shvatili, sada ćemo se pozabaviti klasifikacijom ovog materijala. Gore opisani postupak proizvodi sirovo željezo i ljevačko željezo.

U njoj se koristi željezo proizvodnja čelika na putu pretvarača kisika. Ova vrsta ima nizak sadržaj silicija i mangana u leguri. Ljevačko željezo se koristi u proizvodnji svih vrsta proizvoda. Podijeljen je u pet tipova, od kojih će svaki biti odvojeno razmatran.

bijela

Ova legura je karakterizirana sadržajem viška ugljika u obliku karbida ili cementita. Ime ove vrste dano je za bijelu boju na mjestu pukotine. Sadržaj ugljika u ovom željezu obično prelazi 3%. Bijelo lijevano željezo ima visoku lomljivost i lomljivost, pa se koristi ograničeno. Ovaj tip se koristi za izradu dijelova jednostavne konfiguracije koji obavljaju statičke funkcije i ne nose teška opterećenja.

Zbog dodavanja legirajućih aditiva sastavu bijelog željeza moguće je poboljšati tehničke parametre materijala. U tu svrhu najčešće se koristi krom ili nikal, rjeđe vanadij ili aluminij. Brand s ovom vrstom aditiva naziva se "sormate". Koristi se u različitim uređajima kao grijaći element. Sormit ima visok otpor i dobro radi na temperaturama ne višim od 900 stupnjeva. Najčešća uporaba bijelog željeza - proizvodnja kućanstva kupke.

siva

To je najčešća vrsta lijevanog željeza. Pronašla je primjenu u različitim područjima nacionalnog gospodarstva. Kod sivog željeza ugljik je predstavljen kao perlit, grafit ili ferit-perlit. U ovoj leguri sadržaj ugljika je oko 2,5%. Što se tiče lijevanog željeza, ovaj materijal ima visoku čvrstoću, pa se koristi u proizvodnji dijelova koji dobivaju cikličko opterećenje. Sivi lijev izrađuje čahure, nosače, zupčanike i kućišta industrijske opreme.

Zahvaljujući grafitu, sivi lijev smanjuje trenje i poboljšava podmazivanje. Zbog toga su dijelovi od sivog lijeva vrlo otporni na ovu vrstu trošenja. Prilikom rada u posebno agresivnim sredinama, u materijal se uvode dodatni aditivi kako bi se izjednačio negativni utjecaj. To su: molibden, nikal, krom, bor, bakar i antimon. Ovi elementi štite sivi lijev od korozije. Osim toga, neki od njih povećavaju grafitizaciju slobodnog ugljika u leguri. To stvara zaštitnu barijeru koja sprečava da destruktivni elementi dosegnu površinu od lijevanog željeza.

išaran

Srednji materijal između prve dvije sorte je pola lijevanog željeza. Ugljik sadržan u njemu predstavljen je u obliku grafita i karbida u približno jednakim omjerima. Osim toga, u takvoj leguri mogu biti prisutne u malim količinama lideburiti (ne više od 3%) i cementiti (ne više od 1%). Ukupni sadržaj ugljika u polu-željezu varira od 3,5 do 4,2%. Ovaj tip se koristi za proizvodnju dijelova koji rade pod uvjetima stalnog trenja. To uključuje kočione pločice za automobile, kao i valjke za brusilice. Za daljnje povećanje otpornosti na trošenje u leguru se dodaju sve vrste aditiva.

kovan

Ova legura je vrsta bijelog željeza, koje se podvrgava posebnom prženju u svrhu grafitizacije slobodnog ugljika. U usporedbi s čelikom, takvo lijevano željezo ima poboljšana svojstva prigušenja. Osim toga, nije toliko osjetljiv na rezove i dobro radi u uvjetima niskih temperatura. U takvom lijevanom željezu maseni udio ugljika nije veći od 3,5%. U slitini je predstavljen u obliku ferita, zrnatog perlita, koji sadrži inkluzije grafita ili ferita-perlita. Duktilno željezo, kao i polovica, uglavnom se koristi u proizvodnji dijelova koji rade pod uvjetima kontinuiranog trenja. Za poboljšanje performansi materijala u leguri dodajte magnezij, telurij i bor.

Visoka čvrstoća

Ovaj tip lijevanog željeza se dobiva zbog formiranja sferičnih grafitnih uključaka u metalnoj rešetki. Zbog toga, metalna baza kristalna rešetka slabi, a legura dobiva poboljšana mehanička svojstva. Nastajanje sfernog grafita nastaje uslijed uvođenja magnezija, itrija, kalcija i cerija u materijal. Lijevano željezo visoke čvrstoće je po svojim parametrima blisko ugljičnom čeliku. Dobro se lijepi i može u potpunosti zamijeniti čelične dijelove mehanizama. Zbog visoke toplinske provodljivosti ovaj materijal može se koristiti za proizvodnju cjevovoda i grijaćih uređaja.

Industrijske poteškoće

Do danas, lijevano željezo ima sumnjive izglede. Činjenica je da zbog visoke razine troškova i velike količine otpada, industrijalci sve češće odbijaju lijevano željezo u korist jeftinih nadomjestaka. Zahvaljujući brzom razvoju znanosti, odavno je moguće dobiti bolje materijale uz niže troškove. Ozbiljnu ulogu u ovom pitanju ima zaštita okoliša, koja ne prihvaća uporabu visokih peći. Potrebne su godine, ako ne i desetljeća, da se taljenje željeza u električnim pećima u potpunosti pretvori. Zašto tako dugo? Zato što je to vrlo skupo, a ne može si to priuštiti svaka država. Stoga ostaje samo čekati da se masovna proizvodnja novih legura poboljša. Naravno, potpuno zaustaviti industrijsku uporabu željeza u bliskoj budućnosti neće raditi. No, očito je da će obujam proizvodnje pasti svake godine. Ovaj trend započeo je prije 5-7 godina.

zaključak

Nakon što smo se bavili pitanjem: "Što je lijevano željezo?", Može se donijeti nekoliko zaključaka. Prvo, lijevano željezo je legura željeza, ugljika i aditiva. Drugo, ima šest vrsta. Treće, lijevano željezo je vrlo koristan i raznovrstan materijal, tako da je dugo vremena njegova skupa proizvodnja bila korisna. Četvrto, do danas se lijevano željezo već smatra ostatkom prošlosti i sustavno gubi svoju poziciju na pouzdanije i jeftinije materijale.