Jenis besi tuang, klasifikasi, komposisi, sifat, penandaan dan penggunaan

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 10:36

Hari ini hampir tiada bidang kehidupan manusia di mana besi tuang tidak digunakan. Bahan ini telah diketahui oleh manusia untuk masa yang lama dan telah membuktikan dirinya dengan cemerlang dari sudut pandangan praktikal. Besi tuang adalah asas kepada pelbagai jenis bahagian, pemasangan dan mekanisme, dan dalam beberapa kes malah produk serba boleh yang mampu melaksanakan fungsi yang diberikan kepadanya. Oleh itu, dalam artikel ini kita akan memberi perhatian kepada sebatian yang mengandungi besi ini. Kami juga akan mengetahui jenis besi tuang, ciri fizikal dan kimianya.

Definisi

Besi tuang ialah aloi besi dan karbon yang benar-benar unik, di mana Fe melebihi 90%, dan C tidak melebihi 6.67%, tetapi tidak kurang daripada 2.14%. Selain itu, karbon boleh didapati dalam besi tuang dalam bentuk simentit atau grafit.

Karbon memberikan aloi kekerasan yang cukup tinggi, namun, pada masa yang sama, ia mengurangkan kebolehtempaan dan kemuluran. Akibatnya, besi tuang adalah bahan rapuh. Selain itu, bahan tambahan khas ditambah kepada gred besi tuang tertentu, yang boleh memberikan kompaun sifat tertentu. Peranan unsur mengaloi boleh: nikel, kromium, vanadium, aluminium. Indeks ketumpatan besi tuang ialah 7200 kilogram per meter padu. Dari mana dapat disimpulkan bahawaberat besi tuang ialah penunjuk yang tidak boleh dipanggil kecil.

Latar belakang sejarah

Besi peleburan telah lama diketahui manusia. Sebutan pertama aloi bermula pada abad keenam SM.

Pada zaman dahulu, China menghasilkan besi tuang dengan takat lebur yang agak rendah. Besi tuang mula dihasilkan di Eropah sekitar abad ke-14, apabila relau letupan mula digunakan. Pada masa itu, tuangan besi seperti itu digunakan untuk pengeluaran senjata, peluru, bahagian pembinaan.

Di Rusia, pengeluaran besi tuang secara aktif bermula pada abad ke-16 dan kemudian berkembang pesat. Pada zaman Peter I, Empayar Rusia dapat memintas semua negara di dunia dari segi pengeluaran besi, tetapi seratus tahun kemudian ia mula kehilangan tempat semula dalam pasaran metalurgi ferus.

Besi tuang telah digunakan untuk mencipta pelbagai karya seni sejak Zaman Pertengahan. Khususnya, pada abad ke-10, tuan Cina melemparkan sosok singa yang benar-benar unik, yang beratnya melebihi 100 tan. Bermula dari abad ke-15 di Jerman, dan selepas itu di negara lain, tuangan besi tuang menjadi meluas. Pagar, kekisi, arca taman, perabot taman, batu nisan dibuat daripadanya.

Pada tahun-tahun terakhir abad ke-18, tuangan besi paling banyak terlibat dalam seni bina Rusia. Dan abad ke-19 secara amnya dipanggil "zaman besi tuang", kerana aloi itu sangat aktif digunakan dalam seni bina.

Ciri

Terdapat pelbagai jenisbesi tuang, bagaimanapun, takat lebur purata sebatian logam ini adalah kira-kira 1200 darjah Celsius. Angka ini adalah 250-300 darjah kurang daripada yang diperlukan untuk pembuatan keluli. Perbezaan ini dikaitkan dengan kandungan karbon yang agak tinggi, yang membawa kepada ikatan yang kurang rapat dengan atom besi pada tahap molekul.

Pada masa peleburan dan penghabluran seterusnya, karbon yang terkandung dalam besi tuang tidak mempunyai masa untuk menembusi sepenuhnya ke dalam kekisi molekul besi, dan oleh itu besi tuang akhirnya menjadi agak rapuh. Dalam hal ini, ia tidak digunakan di mana terdapat beban dinamik yang berterusan. Tetapi pada masa yang sama, ia sangat baik untuk bahagian yang telah meningkatkan keperluan untuk kekuatan.

Teknologi pengeluaran

Semestinya semua jenis besi tuang dihasilkan dalam relau letupan. Sebenarnya, proses peleburan itu sendiri adalah aktiviti yang agak sukar yang memerlukan pelaburan material yang serius. Satu tan besi babi memerlukan kira-kira 550 kilogram kok dan hampir satu tan air. Isipadu bijih yang dimuatkan ke dalam relau akan bergantung kepada kandungan besi. Selalunya, bijih digunakan, di mana besi sekurang-kurangnya 70%. Kepekatan unsur yang lebih rendah adalah tidak diingini, kerana ia adalah tidak menjimatkan untuk menggunakannya.

Pengeluaran peringkat pertama

Besi peleburan adalah seperti berikut. Pertama sekali, bijih dituangkan ke dalam relau, serta gred arang batu kok, yang berfungsi untuk menekan dan mengekalkan suhu yang diperlukan di dalam aci relau. Di samping itu, produk ini semasa proses pembakaran terlibat secara aktif dalam tindak balas kimia yang berterusan dalamperanan agen pengurangan zat besi.

Pada masa yang sama, fluks dimuatkan ke dalam relau, yang berfungsi sebagai pemangkin. Ia membantu batuan mencair lebih cepat, yang menggalakkan pembebasan besi.

Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa bijih tersebut menjalani pra-rawatan khas sebelum dimuatkan ke dalam relau. Ia dihancurkan dalam loji penghancur (zarah-zarah kecil mencair lebih cepat). Ia kemudiannya dibasuh untuk mengeluarkan zarah bebas logam. Selepas itu, bahan mentah dibakar, kerana ini, sulfur dan unsur asing lain dikeluarkan daripadanya.

Peringkat pengeluaran kedua

Gas asli dibekalkan ke relau yang dimuatkan dan sedia untuk beroperasi melalui penunu khas. Kokas memanaskan bahan mentah. Dalam kes ini, karbon dibebaskan, yang bergabung dengan oksigen dan membentuk oksida. Oksida ini kemudiannya mengambil bahagian dalam pemulihan besi daripada bijih. Ambil perhatian bahawa dengan peningkatan jumlah gas dalam relau, kadar tindak balas kimia berkurangan, dan apabila nisbah tertentu dicapai, ia berhenti sama sekali.

Karbon berlebihan menembusi cair dan bergabung dengan besi, akhirnya membentuk besi tuang. Semua unsur yang belum cair berada di permukaan dan akhirnya dikeluarkan. Sisa ini dipanggil sanga. Ia juga boleh digunakan untuk menghasilkan bahan lain. Jenis besi tuang yang diperoleh dengan cara ini dipanggil faundri dan besi babi.

Pembezaan

Klasifikasi moden besi tuang menyediakan pembahagian aloi ini kepada jenis berikut:

• Putih.
• Separuh.
• Kelabu dengan grafit serpihan.
• grafit nodular berkekuatan tinggi.
• Mulur.

Mari kita lihat setiap satu secara berasingan.

Besi tuang putih

Besi tuang ini ialah besi tuang yang hampir kesemua karbon terikat secara kimia. Dalam kejuruteraan mekanikal, aloi ini tidak digunakan dengan kerap, kerana ia keras, tetapi sangat rapuh. Juga, ia tidak boleh dimesin dengan pelbagai alat pemotong, dan oleh itu digunakan untuk menuang bahagian yang tidak memerlukan sebarang pemprosesan. Walaupun jenis besi tuang ini membolehkan pengisaran dengan roda yang kasar. Besi tuang putih boleh menjadi biasa dan beraloi. Pada masa yang sama, mengimpalnya menyebabkan kesukaran, kerana ia disertai dengan pembentukan pelbagai retak semasa penyejukan atau pemanasan, dan juga disebabkan oleh kepelbagaian struktur yang terbentuk pada titik kimpalan.

Besi tuang kalis haus putih diperoleh melalui penghabluran utama aloi cecair semasa penyejukan pantas. Ia paling biasa digunakan untuk aplikasi geseran kering (cth. pad brek) atau untuk pengeluaran bahagian dengan peningkatan rintangan haus dan haba (gulungan kilang bergolek).

Omong-omong, besi tuang putih mendapat namanya kerana rupa patahnya adalah permukaan bercahaya berhablur cahaya. Struktur besi tuang ini adalah gabungan ledeburit, perlit dan simentit sekunder. Jika besi tuang ini dialoi, maka perlit akan berubah menjaditroostit, austenit atau martensit.

Besi tuang separuh

Pengkelasan besi tuang tidak akan lengkap tanpa menyebut pelbagai aloi logam ini.

Besi tuang ini dicirikan oleh gabungan eutektik karbida dan grafit dalam strukturnya. Secara umum, struktur penuh mempunyai bentuk berikut: grafit, pearlit, ledeburite. Jika besi tuang tertakluk kepada rawatan haba atau pengaloian, ini akan menyebabkan pembentukan austenit, martensit atau troostit acicular.

Besi tuang jenis ini agak rapuh, jadi penggunaannya sangat terhad. Aloi itu sendiri mendapat namanya kerana patahnya adalah gabungan kawasan gelap dan terang pada struktur kristal.

Bahan kejuruteraan yang paling biasa

Besi tuang kelabu GOST 1412-85 mengandungi kira-kira 3.5% karbon, daripada 1.9 hingga 2.5% silikon, sehingga 0.8% mangan, sehingga 0.3% fosforus dan kurang daripada 0, 12% sulfur.

Grafit dalam besi tuang sedemikian mempunyai bentuk lamellar. Ia tidak memerlukan pengubahsuaian khas.

Plat grafit mempunyai kesan lemah yang kuat dan oleh itu besi tuang kelabu dicirikan oleh kekuatan hentaman yang sangat rendah dan ketiadaan pemanjangan yang hampir lengkap (kurang daripada 0.5%).

Besi tuang kelabu dimesin dengan baik. Struktur aloi boleh seperti berikut:

• Ferrite-grafit.
• Ferrite-pearlite-grafit.
• Perlite-grafit.

Besi tuang kelabu berfungsi lebih baik dalam pemampatan daripada dalam ketegangan. Dia jugakimpalan agak baik, tetapi ini memerlukan pemanasan awal, dan rod besi tuang khas dengan kandungan silikon dan karbon yang tinggi harus digunakan sebagai bahan pengisi. Tanpa pemanasan awal, kimpalan akan menjadi sukar kerana besi tuang akan meluntur di kawasan kimpalan.

Besi tuang kelabu digunakan untuk menghasilkan bahagian yang beroperasi tanpa beban hentakan (takal, penutup, katil).

Penetapan besi tuang ini berlaku mengikut prinsip berikut: SCH 25-52. Dua huruf menunjukkan bahawa ini adalah besi tuang kelabu, nombor 25 adalah penunjuk kekuatan tegangan (dalam MPa atau kgf / mm 2), nombor 52 ialah kekuatan tegangan pada masa ini daripada membongkok.

Besi mulur

Besi tuang nodular pada asasnya berbeza daripada "saudara"nya yang lain kerana ia mengandungi grafit nodular. Ia diperoleh dengan memperkenalkan pengubah suai khas (Mg, Ce) ke dalam aloi cecair. Bilangan kemasukan grafit dan dimensi linearnya boleh berbeza.

Apakah yang baik tentang grafit sferoid? Hakikat bahawa bentuk sedemikian melemahkan asas logam secara minimum, yang seterusnya, boleh menjadi pearlitik, feritik atau pearlitik-feritik.

Disebabkan penggunaan rawatan haba atau pengaloian, asas besi tuang boleh menjadi acicular-troostit, martensitic, austenit.

Gred besi mulur adalah berbeza, tetapi secara umum, sebutannya adalah seperti berikut: VCh 40-5. Adalah mudah untuk meneka bahawa HF adalah besi tuang berkekuatan tinggi, angka 40 adalah penunjukkekuatan tegangan (kgf/mm2), nombor 5 adalah relatif kepada pemanjangan, dinyatakan sebagai peratusan.

Besi mulur

Struktur besi mulur ialah kehadiran grafit di dalamnya dalam bentuk mengelupas atau sfera. Pada masa yang sama, grafit mengelupas boleh mempunyai kehalusan dan kekompakan yang berbeza, yang seterusnya, mempunyai kesan langsung pada sifat mekanikal besi tuang.

Besi mulur industri selalunya dihasilkan dengan asas ferit, yang memberikan kemuluran yang lebih besar.

Rupa patah besi mulur ferit mempunyai rupa baldu hitam. Semakin tinggi jumlah perlit dalam struktur, semakin ringan patahnya.

Secara amnya, besi mulur diperoleh daripada tuangan besi putih kerana lama merana dalam relau yang dipanaskan pada suhu 800-950 darjah Celsius.

Hari ini, terdapat dua cara untuk membuat besi mulur: Eropah dan Amerika.

Kaedah Amerika adalah meranapkan aloi dalam pasir pada suhu 800-850 darjah. Dalam proses ini, grafit terletak di antara butir-butir besi yang paling tulen. Akibatnya, besi tuang menjadi likat.

Dalam kaedah Eropah, tuangan merana dalam bijih besi. Suhu pada masa yang sama adalah kira-kira 850-950 darjah Celsius. Karbon masuk ke dalam bijih besi, yang menyebabkan lapisan permukaan tuangan dinyahkarburkan dan menjadi lembut. Besi tuang menjadi mudah ditempa, manakala inti kekal rapuh.

Penandaan besi boleh ditempa: KCh 40-6, di mana KCh, sudah tentu, besi boleh ditempa; 40 - indeks kekuatan tegangan;6 – pemanjangan, %.

Penunjuk lain

Bagi pembahagian besi tuang mengikut kekuatan, klasifikasi berikut digunakan di sini:

• Kekuatan biasa: σv sehingga 20 kg/mm2.
• Peningkatan kekuatan: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Kekuatan tinggi: σv=40 kg/mm2 dan ke atas.

Mengikut kemuluran, besi tuang dibahagikan kepada:

• Tidak fleksibel - pemanjangan kurang daripada 1%.
• Plastik rendah - daripada 1% hingga 5%.
• Plastik - daripada 5% hingga 10%.
• Keplastikan yang meningkat - lebih daripada 10%.

Sebagai kesimpulan, saya juga ingin ambil perhatian bahawa sifat mana-mana besi tuang dipengaruhi dengan ketara walaupun oleh bentuk dan sifat tuangan.