Besi mulur: sifat, penandaan dan skop

2024 Pengarang: Howard Calhoun | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-02 14:00

Besi tuang ialah aloi besi-karbon besi yang keras, tahan kakisan tetapi rapuh dengan kandungan karbon C antara 2.14 hingga 6.67%. Walaupun terdapat kekurangan ciri, ia mempunyai pelbagai jenis, sifat, aplikasi. Besi mulur digunakan secara meluas.

Sejarah

Bahan ini telah diketahui sejak abad ke-4 SM. e. Akar Cinanya adalah pada abad VI. SM e. Di Eropah, sebutan pertama pengeluaran perindustrian aloi bermula pada abad ke-14, dan di Rusia - hingga abad ke-16. Tetapi teknologi untuk pengeluaran besi mulur telah dipatenkan di Rusia pada abad ke-19. Kemudian dibangunkan oleh A. D. Annosov.

Memandangkan besi tuang kelabu terhad digunakan kerana sifat mekanikal yang rendah, dan keluli mahal serta mempunyai kekerasan dan ketahanan yang rendah, persoalan timbul untuk mencipta logam yang boleh dipercayai, tahan lama, keras, pada masa yang sama mempunyai peningkatan kekuatan dan keplastikan tertentu.

Tempa besi tuang tidak boleh dilakukan, tetapi disebabkan ciri mulurnya, ia sesuai dengan beberapa jenis rawatan tekanan (contohnya, pengecapan).

Pengeluaran

Cara utama -peleburan dalam relau letupan.

Stok suapan untuk pemprosesan relau letupan:

• Batch - bijih besi yang mengandungi logam dalam bentuk ferum oksida.
• Bahan api - kok dan gas asli.
• Oksigen - disuntik melalui tombak khas.
• Fluks ialah pembentukan kimia berdasarkan mangan dan (atau) silikon.

Peringkat relau letupan:

1. Pemulihan besi tulen melalui tindak balas kimia bijih besi dengan oksigen yang dibekalkan melalui tombak.
2. Pembakaran kok dan pembentukan karbon oksida.
3. Pengkarbonan besi tulen dalam tindak balas dengan CO dan CO_2.
4. Tepu Fe_{3C dengan mangan dan silikon, bergantung pada sifat keluaran yang diperlukan.}
5. Mengalir logam siap ke dalam acuan melalui lubang besi tuang; pelepasan sanga melalui lubang sanga.

Pada penghujung kitaran kerja, relau letupan menerima besi babi, sanga dan gas relau letupan.

Produk Logam Relau Letupan

Bergantung pada kadar penyejukan, struktur mikro, ketepuan dengan karbon dan bahan tambahan, adalah mungkin untuk mendapatkan beberapa jenis besi tuang:

1. Dibeli (putih): karbon terikat, simentit primer. Ia digunakan sebagai bahan mentah untuk peleburan aloi besi-karbon lain, pemprosesan. Sehingga 80% daripada semua aloi relau letupan yang dihasilkan.
2. Foundry (kelabu): karbon dalam bentuk grafit bebas sepenuhnya atau sebahagiannya, iaitu platnya. Digunakan untuk penghasilan bahagian badan yang bertanggungjawab rendah. Sehingga 19% daripada tuangan relau letupan yang dihasilkan.
3. Istimewa: kaya dengan ferroaloi. 1-2% daripada jenis pengeluaran yang dipertimbangkan.

Besi mulur diperoleh melalui rawatan haba besi babi.

Teori struktur besi-karbon

Karbon dengan ferum boleh membentuk beberapa jenis aloi yang berbeza mengikut jenis kekisi kristal, yang dipaparkan pada pilihan struktur mikro.

1. Penembusan larutan pepejal ke dalam α-besi - ferit.
2. Penembusan larutan pepejal ke dalam γ-besi - austenit.
3. Pembentukan kimia Fe_{3C (keadaan terikat) – simentit. Primer terbentuk dengan penyejukan pantas daripada cair cair. Sekunder - penurunan suhu yang lebih perlahan, daripada austenit. Tertiari - penyejukan beransur-ansur, daripada ferit.}
4. Campuran mekanikal bijirin ferit dan simentit - perlit.
5. Campuran mekanikal bijirin perlit atau austenit dan simentit - ledeburite.

Besi tuang mempunyai struktur mikro khas. Grafit boleh dalam bentuk terikat dan membentuk struktur di atas, atau ia boleh berada dalam keadaan bebas dalam bentuk pelbagai kemasukan. Sifat dipengaruhi oleh kedua-dua bijirin utama dan pembentukan ini. Pecahan grafit dalam logam ialah plat, kepingan atau bebola.

Bentuk lamellar adalah ciri aloi besi-karbon kelabu. Ia menjadikan mereka rapuh dan tidak boleh dipercayai.

Kemasukan seperti kepingan mempunyai besi tuang yang boleh ditempa, yang memberi kesan positif pada prestasi mekanikalnya.

Struktur sfera grafit adalah lebih banyak lagimeningkatkan kualiti logam, menjejaskan peningkatan kekerasan, kebolehpercayaan, pendedahan kepada beban yang ketara. Besi tuang berkekuatan tinggi mempunyai ciri-ciri ini. Besi tuang mudah tempa menentukan sifatnya dengan asas ferit atau pearlitik dengan kehadiran kemasukan grafit yang mengelupas.

Penghasilan besi mulur ferit

Ia dihasilkan daripada aloi rendah karbon hypoeutectoid babi putih oleh jongkong penyepuhlindapan dengan kandungan karbon 2.4-2.8% dan kehadiran bahan tambahan yang sepadan dengannya (Mn, Si, S, P). Ketebalan dinding bahagian anil hendaklah tidak lebih daripada 5 cm. Untuk tuangan dengan ketebalan yang ketara, grafit mempunyai bentuk plat dan sifat yang diingini tidak dicapai.

Untuk mendapatkan besi mulur dengan asas ferit, logam itu diletakkan di dalam kotak khas dan ditaburi pasir. Bekas bertutup rapat diletakkan di dalam relau pemanas. Jalankan urutan tindakan berikut semasa penyepuhlindapan:

1. Struktur dipanaskan dalam ketuhar pada suhu 1,000 ˚C dan dibiarkan berdiri pada haba malar untuk tempoh 10 hingga 24 jam. Akibatnya, simentit primer dan ledeburit hancur.
2. Logam itu disejukkan kepada 720 ˚С bersama-sama dengan relau.
3. Pada suhu 720 ˚С mereka disimpan untuk masa yang lama: dari 15 hingga 30 jam. Suhu ini memastikan penguraian simentit sekunder.
4. Pada peringkat akhir, ia disejukkan semula bersama-sama dengan dapur yang berfungsi kepada 500 ˚С, dan kemudian dikeluarkan ke udara.

Penyepuhlindapan teknologi sedemikian dipanggil grafitisasi.

Selepas kerja dilakukan, struktur mikro bahan adalahferit dengan butiran grafit mengelupas. Jenis ini dipanggil "berhati hitam" kerana rehat adalah hitam.

Penghasilan besi mulur pearlitik

Ini adalah sejenis aloi besi-karbon, yang juga berasal daripada putih hypoeutectoid, tetapi kandungan karbon di dalamnya meningkat: 3-3.6%. Untuk mendapatkan tuangan dengan asas pearlite, ia diletakkan di dalam kotak dan ditaburi dengan bijih besi serbuk yang dihancurkan atau skala. Prosedur penyepuhlindapan itu sendiri dipermudahkan.

1. Suhu logam dinaikkan kepada 1,000 ˚C, ditahan selama 60-100 jam.
2. Reka bentuk sejuk dengan ketuhar.

Disebabkan lesu di bawah pengaruh haba, resapan berlaku dalam persekitaran logam: grafit yang dibebaskan dalam pereputan simentit sebahagiannya meninggalkan lapisan permukaan bahagian yang disepuhlindap, mendap di permukaan bijih atau skala. Lapisan atas besi mulur "berhati putih" yang lebih lembut, lebih mulur dan mulur dengan pusat yang keras diperoleh.

Penyepuhlindapan sedemikian dipanggil tidak lengkap. Ia memastikan perpecahan simentit dan ledeburit menjadi perlit lamellar dengan grafit yang sepadan. Jika besi mulur pearlitik berbutir dengan kekuatan hentaman dan kemuluran yang lebih tinggi diperlukan, pemanasan tambahan bahan sehingga 720 ˚С digunakan. Ini mengakibatkan pembentukan butiran pearlit dengan kemasukan grafit yang mengelupas.

Sifat, Penandaan dan Aplikasi Besi Mulur Feritik

Lama "melemah" logam dalam relau mengakibatkan pereputan sepenuhnya simentit dan ledeburit menjadi ferit. Terima kasih kepadahelah teknologi, aloi dengan kandungan karbon tinggi diperolehi - ciri struktur ferit keluli karbon rendah. Walau bagaimanapun, karbon itu sendiri tidak hilang di mana-mana - ia berpindah dari keadaan terikat kepada besi ke keadaan bebas. Kesan suhu mengubah bentuk kemasukan grafit kepada mengelupas.

Struktur ferit menyebabkan penurunan kekerasan, peningkatan dalam nilai kekuatan, kehadiran ciri-ciri seperti kekuatan hentaman dan kemuluran.

Penandaan besi mulur kelas ferit: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, di mana:

KCh – sebutan pelbagai – boleh ditempa;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 N/mm^{2 - beban maksimum bahawa ia boleh bertahan tanpa runtuh;}

6, 8, 10, 12 – pemanjangan relatif, δ, % – indeks kemuluran (semakin tinggi nilainya, semakin banyak logam boleh diproses dengan tekanan).

Kekerasan - kira-kira 100-160 HB.

Bahan ini, dari segi prestasinya, menduduki kedudukan tengah antara seperti keluli dan aloi besi-karbon kelabu. Besi tuang mulur dengan asas ferit adalah lebih rendah daripada pearlitik dari segi rintangan haus, kakisan dan kekuatan lesu, tetapi lebih tinggi dari segi ketahanan mekanikal, kemuluran dan ciri tuangan. Oleh kerana harganya yang rendah, ia digunakan secara meluas dalam industri untuk pembuatan bahagian yang beroperasi di bawah beban rendah dan sederhana: gear, kotak engkol, gandar belakang, paip.

Sifat, Penandaan dan Aplikasi Besi Mulur Mutiara

Disebabkan penyepuhlindapan yang tidak lengkap, simentit primer, sekunder dan ledeburit mempunyai masa untuk larut sepenuhnya dalam austenit, yang pada suhu 720 ˚С bertukar menjadi pearlit. Yang terakhir ialah campuran mekanikal bijirin ferit dan simentit tertier. Sebenarnya, sebahagian daripada karbon kekal dalam bentuk terikat, menentukan struktur, dan sebahagiannya "dilepaskan" menjadi grafit berkeping. Dalam kes ini, perlit boleh menjadi lamellar atau berbutir. Oleh itu, besi mulur pearlitik terbentuk. Sifatnya adalah disebabkan oleh strukturnya yang tepu, lebih keras dan kurang lentur.

Ini, berbanding dengan ferit, mempunyai ciri anti-karat, tahan haus yang lebih tinggi, kekuatannya jauh lebih tinggi, tetapi ciri tuangan dan kemuluran yang lebih rendah. Kelenturan kepada tegasan mekanikal meningkat secara cetek, sambil mengekalkan kekerasan dan kelikatan teras produk.

Penandaan kelas mutiara besi tuang mudah tempa: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

Digit pertama ialah penetapan kekuatan: 450, 500, 560, 600, 650, 700 dan 800 N/mm2 masing-masing.

Kedua - penetapan keplastikan: pemanjangan δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 dan 1, 5.

Besi tuang mudah tempa perlitik telah digunakan dalam kejuruteraan mekanikal dan instrumentasi untuk struktur yang beroperasi di bawah beban berat - statik dan dinamik: aci sesondol, aci engkol, bahagian klac, omboh, rod penyambung.

Rawatan haba

Bahan yang diperoleh hasil rawatan haba iaitu penyepuhlindapan boleh dibuat semulatertakluk kepada pengaruh suhu. Matlamat utama mereka adalah untuk meningkatkan lagi kekuatan, rintangan haus, ketahanan terhadap kakisan dan penuaan.

1. Pengeras digunakan untuk struktur yang memerlukan kekerasan dan keliatan tinggi; dihasilkan dengan memanaskan sehingga 900 ˚С, bahagian tersebut disejukkan pada kadar purata kira-kira 100 ˚С/saat menggunakan minyak mesin. Ia diikuti dengan pembajaan tinggi dengan pemanasan sehingga 650˚С dan penyejukan udara.
2. Normalization digunakan untuk bahagian ringkas bersaiz sederhana dengan memanaskan dalam ketuhar hingga 900 ˚С, menahan pada suhu ini untuk tempoh 1 hingga 1.5 jam dan kemudian menyejukkan di udara. Menyediakan perlit berbutir troostit, kekerasan dan kebolehpercayaannya dalam geseran dan haus. Ia digunakan untuk mendapatkan besi tuang boleh ditempa anti-geseran dengan tapak pearlitik.
3. Penyepuhlindapan diulang dalam pembuatan anti geseran: pemanasan - sehingga 900 ˚С, pegangan jangka panjang pada haba ini, penyejukan bersama dengan relau. Struktur ferit atau ferit-pearlitik besi mulur anti-geseran disediakan.

Pemanasan produk besi tuang boleh dilakukan secara tempatan atau gabungan. Untuk kegunaan tempatan, arus frekuensi tinggi atau nyalaan asetilena (pengerasan). Untuk kompleks - relau pemanasan. Dengan pemanasan tempatan, hanya lapisan atas yang mengeras, manakala kekerasan dan kekuatannya meningkat, tetapi keplastikan dan kelikatan teras kekal.

Adalah penting untuk menunjukkan di sini bahawa penempaan besi tuang adalah mustahil bukan sahaja disebabkan oleh mekanikal yang tidak mencukupiciri, tetapi juga kerana kepekaannya yang tinggi terhadap penurunan suhu yang tajam, yang tidak dapat dielakkan apabila mengeras dengan penyejukan air.

Seterika mulur anti geseran

Kepelbagaian ini terpakai kepada kedua-dua yang boleh ditempa dan beraloi, ia adalah kelabu (ASF), boleh ditempa (ASC) dan kekuatan tinggi (ACS). Besi mulur digunakan untuk penghasilan ACHK, yang disepuhlindap atau dinormalisasi. Proses tersebut dijalankan untuk meningkatkan sifat mekanikalnya dan membentuk ciri baharu - rintangan haus semasa geseran dengan bahagian lain.

Ditanda: AChK-1, AChK-2. Ia digunakan untuk pengeluaran aci engkol, gear, bearing.

Pengaruh bahan tambahan pada sifat

Selain asas besi-karbon dan grafit, ia juga mengandungi komponen lain yang turut menentukan sifat besi tuang: mangan, silikon, fosforus, sulfur dan beberapa unsur pengaloian.

Mangan meningkatkan kecairan logam cecair, rintangan kakisan dan rintangan haus. Ia membantu meningkatkan kekerasan dan kekuatan, mengikat karbon dengan besi dalam formula kimia Fe_{3C, pembentukan perlit berbutir.}

Silikon juga mempunyai kesan positif pada kecairan aloi cecair, menggalakkan penguraian simentit dan pembebasan kemasukan grafit.

Sulfur ialah komponen negatif tetapi tidak dapat dielakkan. Ia mengurangkan sifat mekanikal dan kimia, merangsang pembentukan retakan. Walau bagaimanapun, nisbah rasional kandungannya dengan unsur lain (contohnya, dengan mangan) membolehkanproses mikrostruktur yang betul. Jadi, pada nisbah Mn-S 0.8-1.2, perlit dipelihara pada bila-bila masa pengaruh suhu. Apabila nisbah dinaikkan kepada 3, adalah mungkin untuk mendapatkan sebarang struktur yang diperlukan, bergantung pada parameter yang ditentukan.

Fosforus mengubah kecairan menjadi lebih baik, menjejaskan kekuatan, mengurangkan kekuatan hentaman dan kemuluran, menjejaskan tempoh grafitisasi.

Kromium dan molibdenum menghalang pembentukan kepingan grafit, dalam sesetengah kandungan ia menyumbang kepada pembentukan perlit berbutir.

Tungsten meningkatkan rintangan haus di kawasan suhu tinggi.

Aluminium, nikel, tembaga menyumbang kepada grafitisasi.

Dengan melaraskan jumlah unsur kimia yang membentuk aloi besi-karbon, serta nisbahnya, adalah mungkin untuk mempengaruhi sifat akhir besi tuang.

Kebaikan dan keburukan

Besi mulur ialah bahan yang digunakan secara meluas dalam kejuruteraan. Kelebihan utamanya:

• kekerasan tinggi, rintangan haus, kekuatan bersama-sama kecairan;
• ciri keliatan dan kemuluran biasa;
• kebolehkilangan dalam membentuk, tidak seperti besi tuang kelabu;
• pelbagai pilihan untuk membetulkan sifat bagi bahagian tertentu dengan kaedah rawatan terma dan kimia-terma;
• kos rendah.

Kelemahan termasuk ciri individu:

• rapuh;
• kehadiran kemasukan grafit;
• prestasi pemotongan yang lemah;
• berat tuangan yang agak besar.

Walaupun terdapat kekurangan yang ada, besi mulur menduduki tempat yang bertanggungjawab dalam metalurgi dan kejuruteraan. Bahagian penting seperti aci engkol, bahagian pad brek, roda gear, omboh, rod penyambung dibuat daripadanya. Mempunyai pelbagai gred yang tidak ketara, besi mulur menduduki tempat khusus dalam industri. Penggunaannya adalah tipikal untuk beban yang tidak mungkin menggunakan bahan lain.