Definicija pojma livenog gvožđa
Vrste livenog gvožđa
Klasifikacija i svojstva liveno gvožde
Peredelny liveno gvožde
Liveno gvožde
Lijevano željezo i njegova primjena
Označavanje livenog gvožđa
Liveno gvožđe u umetnosti
Umjetnički odljev od lijevanog željeza. Narodna umjetnost i zanati
Istorija kaslinskog livenja gvožđa
Rapsodija od livenog gvožđa: mitovi i stvarnost
Izvori
Sinonimi
Dodatni uslovi
Definicija pojmaliveno gvožde
Liveno gvožđe jeste
Liveno gvožđe je legura gvožđa i ugljenika (sadržaj više od 2,14%). Ugljik u livenom gvožđu može biti sadržan u obliku cementita i grafita. Ovisno o obliku grafita i količini cementita razlikuju se: bijeli, sivi, kovni i ljevovi visoke čvrstoće. Liveno gvožđe sadrži trajne nečistoće (Si, Mn, S, P), au nekim slučajevima i legirajuće elemente (Cr, V, Al itd.). Po pravilu, liveno gvožđe je krhko. Svjetska proizvodnja sirovog željeza u 2007. godini iznosila je 953 miliona tona (uključujući 477 miliona tona u Kini).
Liveno gvožđe (tursko), legura žlezda(baza) sa ugljikom (2-4,5%), koji sadrži trajne nečistoće (mangan do 1,5%, silicijum do 4,5%, do 0,08%, fosfor do 1,8%), a ponekad i legirajuće elemente (hrom, aluminijum i sl.). Tipično krhka. Najveći dio livenog gvožđa (preko 85%) se prerađuje, a ostatak se koristi za izradu oblikovanih odlivaka.
Liveno gvožđe (tur.) - legura Fe (baza) sa C (obično 2-4%), koja sadrži trajne nečistoće (Si, Mn, S, P), a ponekad i legirajuće elemente (Cr, nikla,V, Al i sl.); obično krhka. Dobija se od materijala željezne rude u visokim pećima. Najveći deo livenog gvožđa (preko 85%) se prerađuje u čelika(sirovo gvožđe), ostatak se koristi za izradu oblikovanih odlivaka (livovsko gvožđe). Na osnovu svoje mikrostrukture razlikuju se sivi liv (ugljenik u obliku pahuljica ili nodularnog grafita), beli liv (ugljenik u obliku cementita) i kovan liv dobijen žarenjem belog liva (grafit u pahuljicama).
Vrste livenog gvožđa. Bijelo liveno gvožđe je vrsta livenog gvožđa u kojoj ugljenik u vezanom stanju u obliku cementita, kada se razbije, ima bijelu boju i metalni sjaj. U strukturi takvog livenog gvožđa nema vidljivih inkluzija grafita i samo mali deo (0,03-0,30%) detektuje se suptilnim metodama hemijske analize ili vizuelno pri velikim uvećanjima. Glavnu metalnu masu bijelog livenog gvožđa čine cementit eutektik, sekundarni i eutektoidni cementit, a legirano belo liveno gvožđe se sastoji od složenih karbida i legiranog ferita.
Fizička i mehanička svojstva
Odljevci od bijelog željeza su otporni na habanje, relativno otporni na toplinu i koroziju. Prisustvo u dijelu njihovog poprečnog presjeka strukture koja se razlikuje od strukture bijelog lijevanog željeza smanjuje ova svojstva. Čvrstoća bijelog lijevanog željeza opada s povećanjem sadržaja ugljika u njemu, a time i karbida. Tvrdoća bijelog livenog gvožđa raste sa povećanjem udela karbida u njegovoj strukturi, a samim tim i sa povećanjem sadržaja ugljenika.
Bijelo lijevano željezo sa martenzitnom strukturom glavne metalne mase ima najveću tvrdoću. Koagulacija karbida naglo smanjuje tvrdoću livenog gvožđa.
Kada se rastvori u karbidu žlezda nečistoća i stvaranje složenih karbida, povećava se tvrdoća istih i bijelog lijeva. Prema intenzitetu njihovog utjecaja na tvrdoću bijelog lijeva, glavni i legirajući elementi su raspoređeni u sljedećem redoslijedu, počevši od ugljika, koji određuje količinu karbida i povećava tvrdoću lijevanog željeza intenzivnije od ostalih elemenata.
C- nikla- P - Mn - Cr - Mo - V - Si - Al - Cu - Ti - S.
Učinak nikla i mangana, a dijelom hroma i molibdena, određen je njihovim utjecajem na formiranje martenzit-karbidne strukture i njihovim sadržajem u količinama koje odgovaraju sadržaju ugljika u lijevanom željezu, osigurava maksimalnu tvrdoću bijelog lijeva.
Liveno gvožđe koje sadrži 0,7-1,8% bora ima posebno visoku tvrdoću HB 800-850. Bijelo liveno gvožđe je veoma vredan materijal za delove koji rade u uslovima koji apsorbuju udarce pri vrlo visokim specifičnim pritiscima i uglavnom bez podmazivanja.
Ne postoji direktna veza između otpornosti na habanje i tvrdoće; Tvrdoća ne određuje otpornost na habanje, ali se mora uzeti u obzir u vezi sa strukturom livenog gvožđa. Najbolju otpornost na habanje ima bijeli ljevak s tankom strukturom glavne metalne mase, u kojoj su karbidi, fosfidi itd. smješteni u obliku zasebnih malih i ravnomjerno raspoređenih inkluzija ili u obliku fine mreže.
Struktura glavne metalne mase također određuje posebna svojstva legiranog lijevanog željeza - njegovu otpornost na koroziju, otpornost na toplinu i električnu otpornost.
Ovisno o sastavu i koncentraciji legirajućih elemenata, glavna metalna masa legiranog bijelog lijeva može biti karbidno-austenitna, karbidno-perlitna i pored toga sadržavati legirani ferit.
Glavni legirajući element u ovom slučaju je krom, koji veže ugljik u kromove karbide i složene karbide hroma i željeza.
Čvrste otopine ovih karbida imaju visok elektrodni potencijal, blizak potencijalu druge strukturne komponente glavne metalne mase livenog gvožđa - hrom ferita, a nastali zaštitni oksidni filmovi određuju povećanu otpornost na koroziju visokohromiranog belog liva. .
U prisustvu hroma kao dodatne komponente, temperaturna otpornost karbida se značajno povećava zbog značajnog usporavanja procesa difuzije tokom složenog legiranja.
Ove karakteristične karakteristike legiranog bijelog liva odredile su njegove oblasti upotrebe, u zavisnosti od strukture, kao što su nerđajući čelik, magnetno liveno gvožđe i liveno gvožđe visoke električne otpornosti.
Sivi liveni gvožđe je legura gvožđa i grafita, koja je prisutna u obliku pahuljica ili vlaknastog grafita.
Investor Encyclopedia. 2013 .
Sinonimi:Pogledajte šta je "liveno gvožđe" u drugim rečnicima:
LIVENO GVOŽDE- (turska) legura Fe (baza) sa C (obično 2 4%), koja sadrži trajne nečistoće (Si, Mn, S, P), a ponekad i legirajuće elemente (Cr, Ni, V, Al, itd.); obično krhka. Dobija se od materijala željezne rude u visokim pećima. Najveći deo livenog gvožđa (st... Veliki enciklopedijski rječnik
LIVENO GVOŽDE- muž. prvo topljenje željezne rude, iz koje se željezo vadi ponovnim zagrijavanjem i presovanjem pod čekićem. Bijelo lijevano željezo, tvrdo i lomljivo; siva i crna, mekana. | Liveno gvožđe, liveno gvožđe, lonac od livenog gvožđa, lonac od livenog gvožđa, lonac od livenog gvožđa, lonac od livenog gvožđa, lonac od livenog gvožđa ... ... Dahl's Explantatory Dictionary
LIVENO GVOŽDE- LIVE, opšta oznaka za različite oblike gvožđa, prvenstveno sivog liva i ingota (odmah po izlasku iz VISKE PEĆI). Ovo uključuje niz legura željeza sa ugljikom i silicijumom; sadržaj ugljika kreće se od 1,7 do 4,5%, ... ... Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik- LIVENO GVOŽĐE, a, m 1. Budala, idiot, glup. Party liveno gvožđe. 2. Glava... Rječnik ruskog argota
LIVENO GVOŽDE- (turski), legura gvožđa (baza) sa ugljenikom (2-4,5%), koja sadrži trajne nečistoće (mangan do 1,5%, silicijum do 4,5%, sumpor do 0,08%, fosfor do 1,8%), a ponekad i legirajućih elemenata (hrom, nikal, aluminijum, itd.). Tipično krhka. Glavni... Moderna enciklopedija
LIVENO GVOŽDE- LIVENO GVOŽĐE, liveno gvožđe, muž. 1. samo jedinice Gvožđe, koje sadrži nešto ugljika i proizvodi se topljenjem željezne rude u visokoj peći, krhko je i manje kovno od čelika. 2. Lonac, posuda od takvog metala. “Došle su žene, postavile liveno gvožđe i... Ushakov's Explantatory Dictionary
LIVENO GVOŽDE- LIVENO GVOŽĐE, ah, mužu. 1. Legura željeza s ugljikom i nekim drugim elementima, krhkija i manje savitljiva od čelika. 2. Posuda okruglog oblika napravljena od takve legure. Stavite jednu u rernu. | smanjiti liveno gvožđe, nka, muž (do 2 cifre). Ch. sa supom od kupusa. | prid...... Ozhegov's Explantatory Dictionary
LIVENO GVOŽDE- tvrda, lomljiva legura gvožđa i ugljenika sa sadržajem potonjeg od 2 do 5%; zatezna čvrstoća 8 12 kg/mm2; se topi u visokim pećima direktno iz željezne rude u obliku poluproizvoda od svinja), koristi se za livenje ili pretvaranje u ... Tehnički željeznički rječnik
Legura gvožđa i ugljenika naziva se liveno gvožđe. Članak ćemo posvetiti kovnom livenom gvožđu. Potonji je sadržan u strukturi legure ili u obliku grafita ili cementita. Pored navedenih komponenti, liveno gvožđe sadrži nečistoće na bazi sledećih hemikalija - silicijum, mangan itd.
Legurama livenog gvožđa mogu se dodati legirne komponente koje imaju značajan uticaj na njihove tehničke parametre.
Lijevano željezo se koristi u proizvodnji proizvoda lijevanjem, na primjer, kućišta alatnih mašina, koja rade pod malim statičkim i dinamičkim, uključujući višesmjerna opterećenja.
Za razliku od čelika, liveno gvožđe ima dobre parametre livenja i nisku cenu. Osim toga, ova sirovina se bolje obrađuje na opremi za rezanje metala od većine čeličnih legura. Ali, s druge strane, legure lijevanog željeza, bez obzira na vrstu, zavarene su s određenim poteškoćama. Osim toga, liveno gvožđe ima niske parametre čvrstoće, tvrdoće i lomljivosti.
Vrste livenog gvožđa
Kvalitet legure lijevanog željeza određuje se količinom ugljika i drugih tvari u njenom sastavu.
Ovaj pristup nam omogućava da razlikujemo sljedeće vrste ovog materijala:
- bijela;
- siva (GOST 1412);
- savitljiv (GOST 1215);
- visoke čvrstoće (GOST 7293).
Bijelo liveno gvožđe
U ovoj leguri ugljenik se sakuplja u obliku cementita. Ovaj razred materijala je otporan na habanje i ima dobre parametre tvrdoće. Istovremeno se prilično loše obrađuje na opremi za rezanje metala.
Bijelo liveno gvožđe se deli u sledeće grupe:
- hipoeutektik sa koncentracijom ugljika od 2,14% do 4,3%;
- eutektika - 4,3%;
- hipereutektički sa 4,3% na 6,67%.
U drugim vrstama livenog gvožđa, ugljenik je u obliku grafita.
Sivi liv
Ugljik u ovoj vrsti livenog gvožđa je u obliku ploča. Sivi liveni gvožđe takođe sadrži sledeće komponente:
- silicijum do 0,8%;
- mangan do 0,3% itd.
Za proizvodnju odljevaka od ovog materijala koriste se kalupi od livene zemlje ili čelika. Takvi oblici se nazivaju kalupi za hlađenje. Ključna oblast upotrebe sivog liva je mašinstvo. Koristi se za izradu konstrukcija koje rade kada nema udarnih udara, na primjer, pogoni kotača s klinastim remenom, čašice ležajeva, itd. Legura lijevanog željeza ove vrste je označena na sljedeći način: SCH 32 - 52. Prvi broj pokazuje vlačna čvrstoća, druga granica savijanja.
Kao dio ovog materijala, ugljik ima flokulantni oblik. Hemijski sastav ovog materijala uključuje do 1,4% silicijuma, 1% mangana, itd. Kovno gvožđe se pravi od belog livenog gvožđa.
Da bi se to postiglo, podvrgava se toplinskoj obradi, odnosno zagrijava se i drži u tom stanju vrijeme određeno tehnologijom. Ova operacija se zove odgađanje. Kovano liveno gvožđe je označeno kao CN 45 - 6. Prvi broj označava zateznu čvrstoću, drugi izduženje u procentima.
Kao dio ovog livenog gvožđa, ugljenik ima sferni oblik. Za proizvodnju lijevanog željeza ovog tipa koristi se modifikacija, odnosno magnezijum se uvodi u taljenje. Osigurava stvaranje ugljika u obliku sfernih inkluzija. Ovo rješenje omogućilo je približavanje lijevanog željeza ove klase ugljičnim čelicima po brojnim svojstvima. Njegovi parametri livenja su veći od onih drugih marki legura livenog gvožđa, sa izuzetkom sive.
Lijevano željezo ove klase koristi se u proizvodnji takvih dijelova kao što su klipovi, radilice i komponente kočionih sistema.
Lijevano željezo visoke čvrstoće označeno je kako slijedi - HF - 45-5. Prvi broj označava vlačnu čvrstoću, a drugi postotak istezanja.
Značajke proizvodnje kovanog lijevanog željeza
Proizvodnja KCh livenog gvožđa ima niz suptilnosti koje su određene karakteristikama livenja i drugim svojstvima.
Liveno gvožđe BC razreda, koje je glavni proizvod kovanog gvožđa, nema baš dobre parametre livenja. Naročito ima smanjenu fluidnost, veliku količinu skupljanja pri hlađenju i sklon je stvaranju raznih nedostataka livenja. To su razlozi zbog kojih je u toku proizvodnje potrebno pregrijavanje metala i preduzimanje mjera za suzbijanje grešaka u livenju. Proizvodnja kovanog livenog gvožđa može se vršiti uz obavezno uzimanje u obzir skupljanja i promene dimenzija obradaka tokom krčkanja. Tanki radni komadi imaju maksimalno skupljanje, debeli imaju minimalno skupljanje. Kuhanje se izvodi na 1350 - 1450 stepeni Celzijusa.
Žarenje (krčkanje) je osnovni korak u proizvodnji livenog gvožđa. Proizvodi se u posebnim radionicama koje se nazivaju languid. Preparati se stavljaju u lonce od čelika ili legura livenog gvožđa različitih kvaliteta za krčkanje. U lonac se može staviti do 300 odlivaka, na osnovu činjenice da po kubnom metru treba da bude do 1.500 kg.
Kovano liveno gvožđe dobija najveću snagu u posudama napravljenim od belog liva sa dodatkom hroma i minimalnom količinom fosfora. Potrošnja posuda se mjeri po težini, može se kretati od 4 do 15% težine obradaka. Zbog toga povećanje njihove trajnosti igra veliku ulogu u određivanju cijene gotovog kovanog lijeva.
Kako bi se izbjeglo savijanje gotovih odljevaka, stavljanje praznina u lonce mora biti obavljeno s posebnom pažnjom. Polažu se što je moguće čvršće kako bi se poboljšao učinak, radni komadi se posipaju pijeskom ili rudom. Ovi materijali štite radne komade od deformacija i prekomjerne oksidacije.
Električne peći se koriste za proizvodnju kovanog lijevanog željeza. To je zbog činjenice da tokom procesa ključanja mora biti moguće regulirati temperaturu, nagli porast tijekom zagrijavanja i brz pad u fazi njegove grafitizacije. Osim toga, neće biti suvišno moći podesiti mješavinu zraka u pećnici.
Većina peći koje se koriste za proizvodnju kovanog lijeva su muflne peći. Odnosno, proizvodi sagorevanja goriva ne dolaze u kontakt sa posudama u koje se obrađuju.
Odljevci izrađeni od kovanog željeza prolaze kroz operaciju čišćenja nekoliko puta, a nakon žarenja, uklanjanja hranilica i ravnanja. Prvo čišćenje se provodi kako bi se uklonili ostaci kalupnog pijeska. Za čišćenje se koriste oprema za pjeskarenje ili specijalni bubnjevi. Uklanjanje ostataka hranilice vrši se brusnom krpom.
Najčešći defekti kovanog lijevanog željeza su sljedeći:
- šupljine za skupljanje;
- nedovoljno punjenje;
- pukotine itd.
Neki nedostaci se ne mogu ispraviti daljom termičkom obradom. Treba napomenuti da proizvodnja kovanog lijevanog željeza zahtijeva strogo poštivanje svih GOST zahtjeva, tehnoloških pravila i propisa. Samo u ovom slučaju možemo govoriti o dobivanju visokokvalitetnog kovanog lijevanog željeza, koji se može koristiti za zamjenu drugih, skupih materijala - čelika, obojenih metala.
Vrste kovanog livenog gvožđa
Kvalitet legure livenog gvožđa KCh direktno je povezan sa uslovima pod kojima se vrši žarenje. Nakon ove operacije dobijaju se tri klase livenog gvožđa:
- feritni;
- perlit;
- feritno-perlitni.
Prvi sadrži u svom hemijskom sastavu ferit i ugljenik flokulantne strukture. Drugi uključuje perlit i grafit sa flokulantnom strukturom. Treći sadrži ferit, perlit i ugljik nalik na pahuljice.
Kovno biserno gvožđe je rezultat brzog hlađenja radnog komada dok je u zoni raspadanja. U ovom slučaju, pored ferita, struktura lijevanog željeza će sadržavati perlit. Zadržat će se čak i uz dalje hlađenje radnog komada na temperaturu nižu od 727 stepeni.
Odnosno, možemo reći da je struktura livenog gvožđa striktno povezana sa temperaturnim uslovima žarenja i prisustvom legirajućih komponenti.
Glavne karakteristike metala
Ključni parametri livenog gvožđa određeni su količinom ugljika koji ima oblik grafita i prisustvom silicijuma. Perlitna legura kovanog lijevanog željeza sadrži još dva sastavna elementa - krom i mangan.
Razlika u strukturi kovanog livenog gvožđa ogleda se i u konačnim svojstvima proizvoda dobijenih od njega. Na primjer, predmeti izrađeni od feritnog lijeva imaju manju tvrdoću od onih izrađenih od perlitnog materijala, ali u isto vrijeme prvi imaju povećanu duktilnost. Grafit u obliku ljuskica daje visoke parametre čvrstoće gotovim dijelovima s relativno dobrom duktilnošću. Proizvodi od KCh livenog gvožđa mogu se deformisati na sobnoj temperaturi i vlažnosti. Upravo je ovo svojstvo odredilo naziv ovog materijala – kovan. Zapravo, ovo je uvjetno ime i ne znači da se gotovi dijelovi dobivaju od njega pomoću opreme za kovanje. Lijevanje se koristi za proizvodnju proizvoda. Glavno svojstvo ovog materijala je da u njemu nema naprezanja.
Mehanička svojstva nodularnog lijeva su između sivog lijeva i čelika. Odnosno, lijevano željezo ove vrste ima visoku fluidnost, otpornost na habanje, koroziju i agresivne tvari. Osim toga, ovaj materijal ima visoke karakteristike čvrstoće. Dakle, dio debljine zida od 7-8 mm može izdržati radni pritisak do 40 atm. To mu omogućava da se koristi za proizvodnju cevovoda za gas i vodu.
Ne smijemo zaboraviti da pri niskim temperaturama liveno gvožđe postaje vrlo krhko i vrlo je podložno udarcima.
Svojstva kovanog livenog gvožđa
Osnovno svojstvo legure lijevanog željeza KCh je da sadrži ugljične inkluzije u različitim oblicima, što određuje njenu čvrstoću i duktilnost. Lijevano željezo s malom količinom ugljika (dekarbonizirano), zapravo, jedini je materijal od strukturnih legura lijevanog željeza koji je dobro zavaren i koji se koristi za izradu zavarenih metalnih konstrukcija. Za zavarivanje se koristi ili zaštita od plina ili tehnologija sučelja. Ova vrsta livenog gvožđa je pogodna za presovanje, utiskivanje i jednostavno popunjava praznine i praznine. Dijelovi izrađeni od kovne feritne legure livenog gvožđa podvrgavaju se hladnoj obradi, dok se delovi od perlitne legure zagrevaju.
Liveno gvožđe koje se koristi u proizvodnji je napravljeno od legure belog livenog gvožđa njegovim žarenjem. Struktura dobivena nakon izvođenja ove operacije može imati feritni ili perlitni oblik.
Jedna od prednosti legure kovanog livenog gvožđa je da ima ujednačene osobine poprečnog preseka, osim toga, dobro se obrađuje na mašinama za struganje.
Glavni fizički i tehnički parametri legure kovanog lijevanog željeza standardizirani su u GOST 1215-79. Označavanje ovog materijala zasniva se na dozvoljenim vrijednostima istezanja i istezanja. Tvrdoća materijala određena je strukturom, a parametri čvrstoće i duktilnost su određeni prisustvom grafita.
Mora se shvatiti da na svojstva materijala utječe ne samo oblik, već i količina grafita sadržanog u leguri. Kovano liveno gvožđe dostiže svoje maksimalne karakteristike čvrstoće u prisustvu finog perlita i male količine grafita. Maksimalna duktilnost i žilavost livenog gvožđa ove klase postiže se u prisustvu ferita i iste količine grafita.
Opseg primjene
Kovno gvožđe je našlo svoju primenu u mašinstvu za proizvodnju alatnih mašina, pojedinačnih delova automobila, konstrukcija i mehanizama koji se koriste u železničkom saobraćaju itd.
Najčešće se koriste feritni odljevci koji su nešto jeftiniji od svih ostalih. Odlivci od perlita koriste se za proizvodnju dijelova koji se koriste za proizvode i sklopove koji rade pod povećanim opterećenjima.
Kovno gvožđe se koristi za proizvodnju odlivaka sa tankim zidom, njegova veličina može da se kreće od 3 do 40 mm.
Legure gvožđa i ugljenika sa sadržajem ugljika većim od 2% konvencionalno se nazivaju liveno gvožđe, bez obzira na stepen legiranja. Izuzetak su neki alatni čelici i liveno gvožđe sa visokim sadržajem silicija, na primer silal, koji, u zavisnosti od klase, sadrži od 1,6 do 2,5% C. Prihvaćena razlika između površine livenog gvožđa i površine čelika poklapa se sa maksimalnom rastvorljivošću ugljenika u γ-gvožđu.
Svojstva livenog gvožđa određena su količinom, oblikom i prirodom raspodele strukturnih komponenti. Fazni sastav livenog gvožđa zavisi od hemijskog sastava, uslova topljenja i uslova kristalizacije livenog gvožđa.
Fazni dijagram gvožđa i ugljenika
Fazni dijagram željezo-ugljik u rasponu koncentracija od željeza do cementita prikazan je na Sl. 1. Linija ABCD je likvidus sistema, linija AHJECF je solidus.
Tri horizontalne linije na dijagramu (HJB, ECF i PSK) ukazuju na pojavu tri nepromjenjive reakcije. Na 14850 (linija HJB), javlja se peritektička reakcija LB+FN→AJ. Kao rezultat peritektičke reakcije nastaje austenit. Ova reakcija se događa samo u legurama koje sadrže ugljik od 0,1 do 0,5%. Na 11300 (horizontalni ECF), javlja se eutektička reakcija LC→AE+C. Kao rezultat ove reakcije nastaje eutektička smjesa. Eutektička mješavina austenita i cementita naziva se ledeburit. Ova reakcija se dešava u svim legurama sistema koje sadrže više od 2% ugljenika. Na 7230 (horizontalni PSK) javlja se eutektoidna reakcija AS→FR+C. Produkt transformacije je eutektoidna smjesa. Eutektoidna mješavina ferita i cementita naziva se perlit.
Sve legure koje sadrže više od 0,02% ugljika, odnosno gotovo sve industrijske legure željezo-ugljik, prolaze kroz perlitnu (eutektoidnu) transformaciju. Dakle, dijagram željezo-ugljik karakterizira pojavu eutektičkih, eutektoidnih i peritektičkih transformacija u ovim legurama.
Izgled dijagrama željezo-ugljik (u njegovom predcementitnom dijelu), odnosno raspored linija na dijagramu, sasvim je određen i dobro utvrđen. Prečišćavaju se samo koordinate (tj. temperatura i koncentracija najkarakterističnijih tačaka).
Koordinatne vrijednosti tačaka na dijagramu željezo-ugljik prikazane su u tabeli 1.
Rice. 1. Dijagram željezo – ugljik
Tabela 1.
Karakteristične tačke na dijagramu željezo-ugljik
Oznaka | Temperatura na 0C | Koncentracija ugljenik u % | Oznaka tačke | Temperatura na 0C | Koncentracija ugljenik u % |
Komponente i faze legura gvožđa i ugljenika
Glavne komponente legura gvožđa i ugljenika su gvožđe, ugljenik i cementit. Gvožđe je prelazni metal srebrno-svetle boje. Ima visoku tačku topljenja - 15390±50 C. U čvrstom stanju, gvožđe se može naći u dve modifikacije. Polimorfne transformacije se dešavaju na temperaturama od 9110 C i 13920 C. Na temperaturama ispod 9110 C postoji α-Fe sa kubičnom rešetkom usredsređenom na telo. U temperaturnom opsegu 9110÷13920 C, γ-Fe sa kubičnom rešetkom centriranom na lice je stabilan. Na temperaturama ispod 7680 C gvožđe je feromagnetno, a iznad paramagnetno. Curiejeva tačka gvožđa je 7680 C.
Gvožđe tehničke čistoće ima malu tvrdoću (80 HB) i čvrstoću (zatezna čvrstoća - σ = 250 MPa) i visoke karakteristike duktilnosti ( relativno izduženje – δ=50%). Svojstva mogu varirati u određenim granicama ovisno o veličini zrna.
Gvožđe se odlikuje visokim modulom elastičnosti, čije prisustvo se manifestuje i u legurama na njegovoj bazi, obezbeđujući visoku krutost delova napravljenih od ovih legura. Gvožđe formira čvrste rastvore sa mnogim elementima: sa metalima - supstitucijske rastvore, sa ugljenikom, azotom i vodonikom - intersticijske rastvore.
Ugljik je nemetal. Ima polimorfnu transformaciju, zavisno od uslova nastanka, postoji u obliku grafita sa heksagonalnom kristalnom rešetkom (tačka topljenja - 35000C, gustina - 2,5 g/cm3) ili u obliku dijamanta sa složenom kubičnom rešetkom sa koordinacijski broj četiri (tačka topljenja - 50000C).
Pošto gvožđe, pored formiranja hemijskog jedinjenja Fe3C sa ugljenikom, ima dva alotropna oblika, u sistemu postoje sledeće faze: tečna faza, cementit, ferit, austenit.
Tečna faza. U tečnom stanju, gvožđe lako otapa ugljenik u bilo kojoj proporciji da bi se formirala homogena tečna faza.
Cementit je hemijsko jedinjenje gvožđa i ugljenika (gvozdeni karbid), koji sadrži 6,67% ugljenika. Ne doživljava alotropske transformacije. Kristalna rešetka cementita sastoji se od niza oktaedara čije su osi nagnute jedna prema drugoj. Tačka topljenja cementita nije precizno utvrđena (1250, 15500C). Na niskim temperaturama cementit je slabo feromagnetičan, gubi svoja magnetna svojstva na temperaturi od oko 2170C.
Cementit ima visoku tvrdoću (više od 800 HB, lako grebe staklo), ali izuzetno nisku, skoro nultu, duktilnost. Takva svojstva su posljedica složene strukture kristalne rešetke. Cementit sposoban da formira supstitucijske čvrste rastvore. Atomi ugljika mogu se zamijeniti atomima nemetala: dušik, kisik; atomi gvožđa - metali: mangan, hrom, volfram itd. Takva čvrsta otopina na bazi cementitne rešetke naziva se legirani cementit.
Cementit– jedinjenje je nestabilno i pod određenim uslovima se raspada sa stvaranjem slobodnog ugljenika u obliku grafita. Ovaj proces je od velike praktične važnosti u formiranju strukture livenog gvožđa.
Legure gvožđa i ugljenika takođe sadrže faze: primarni cementit (C I), sekundarni cementit (C II) i tercijarni cementit (C III). Hemijska i fizička svojstva ovih faza su ista. Na mehanička svojstva legura utiču razlike u veličini, količini i lokaciji ovih taloga. Primarni cementit se oslobađa iz tekuće faze u obliku velikih lamelarnih kristala. Sekundarni cementit se oslobađa iz austenita i nalazi se u obliku mreže oko zrna austenita (kada se ohladi, oko zrna perlita). Tercijarni cementit se oslobađa iz ferita i nalazi se u obliku malih inkluzija na granicama zrna ferita.
Ferit ima varijabilnu graničnu rastvorljivost ugljenika: minimum – 0,006% na sobnoj temperaturi (tačka Q), maksimum – 0,02% na temperaturi od 7270C (tačka P). Ugljik se nalazi u defektima rešetke. Na temperaturama iznad 13920C postoji visokotemperaturni ferit sa graničnom rastvorljivošću ugljenika od 0,1% na temperaturi od 14990C (tačka J).
Svojstva ferita su bliska svojstvima gvožđa. Mekana je (tvrdoća - 130 HB, vlačna čvrstoća σv = 300 MPa) i plastična (relativno izduženje δ = 30%), magnetna do 7680C.
Austenitγ-Fe (C) je čvrsti rastvor intersticijalnog ugljenika u γ-gvožđu. U središtu kubične ćelije sa licem je atom ugljika. Austenit ima varijabilnu graničnu rastvorljivost ugljenika: minimalno – 0,8% na temperaturi od 7270C (tačka S), maksimalno – 2,14% na temperaturi od 11470C (tačka E). Austenit ima tvrdoću 200÷250 HB, plastičan je (relativno izduženje – δ=40÷50%) i paramagnetičan. Kada se drugi elementi rastvore u austenitu, svojstva i temperaturne granice postojanja mogu se promeniti.
Mikrostruktura livenog gvožđa
Dobijanje određene strukture livenog gvožđa zavisi od mnogih faktora: hemijskog sastava livenog gvožđa, tehnologije topljenja i vanpećne obrade metala, brzine kristalizacije i hlađenja taline u kalupu, a samim tim i debljina zida odlivaka, termofizička svojstva materijala kalupa, itd. Struktura metalne osnove livenog gvožđa može se menjati i termičkom obradom. U tabeli 2 prikazane su najčešće strukture i strukturne komponente lijevanog željeza i neka njihova svojstva.
Tabela 2.
Konstrukcije i strukturne komponente od livenog gvožđa
Struktura | Definicija | Karakteristično | Tvrdoća NV |
Cementit | Gvozdeni karbid, maseni udio ugljika 6,67% | Magnetna na temperaturama ispod 217 0C. Složena rombična kristalna rešetka | |
Ledeburit | Mehanička mješavina koja se sastoji u trenutku stvaranja austenita i cementita (eutektika). Daljnjim hlađenjem, austenit se raspada i formira feritno-cementitnu smjesu | Maseni udio ugljenika 4,3%. Odlikuje se velikom tvrdoćom i krtošću. Formirano na temperaturi od 1147 0C (ECF linija na dijagramu željezo-ugljik) | |
Jedna od varijanti čistog ugljika | Crne je boje i može se vidjeti na mikropresjeku bez jetkanja. Heksagonalna kristalna rešetka | ||
Austenit | Čvrsti rastvor ugljenika i drugih elemenata u γ-gvožđu | Nemagnetno. Kubična kristalna rešetka centrirana na lice | |
Čvrsti rastvor ugljenika i drugih elemenata u α-gvožđu | Magnetna na temperaturama ispod 768 0C, kubična kristalna rešetka centrirana na tijelo, maseni udio ugljika do 0,02% | ||
Mehanička mješavina čestica cementita i ferita nastala tokom potpunog raspada austenita (eutektoida) | Magnetic Maseni udio ugljenika 0,8%. Kada se lamelarni oblik cementita naziva lamelarni, kada se granularni oblik cementita naziva granularni | ||
Mehanička mješavina ferita i cementita, koja se od perlita razlikuje po finijoj strukturi (visoka disperzija) | Magnetic Nastaje u procesu ubrzanog hlađenja pri razgradnji austenita u temperaturnom opsegu 600-700 0C (stvrdnjavajući sorbitol) ili pri kaljenju martenzita. Maseni udio ugljika je ograničen. | ||
Troostitis | Mehanička mješavina ferita i cementita, koja se od sorbitola razlikuje po još većem stepenu disperzije | Magnetic Nastaje pri ubrzanom hlađenju pri razgradnji austenita u temperaturnom opsegu 400-600 0C (gašenje troostita), kao i kada odmor martenzit (kaljeni troostit). Maseni udio ugljika nije ograničen. | |
Mehanička mješavina α-čvrste otopine prezasićene ugljikom i karbidima. Nastaje kao rezultat razgradnje austenita u uslovima intenzivnog superhlađenja (obično 450-200 0C) | Magnetic Pravi se razlika između gornjeg bainita, nastalog u gornjoj zoni srednje transformacije, i donjeg bainita, nastalog na temperaturama bliskim temperaturi na kojoj počinje martenzitna transformacija. | ||
martenzit | Prezasićeni čvrsti rastvor ugljika i drugih elemenata u α-gvožđu, dobijen iz austenita kao rezultat transformacije bez difuzije (preuređenje kristalne rešetke γ-gvožđa bez promene masenog udela ugljika) | Magnetic Kristalna rešetka je kubična tijelo-centrirana. Mikrostruktura je obično igličasta. Nastaje pri brzom hlađenju na temperaturama ispod 200-2500C. Maseni udio ugljika nije ograničen |
Klasifikacije livenog gvožđa
Klasifikacija livenog gvožđa prema hemijskom sastavu
Osim željeza i ugljika, liveno željezo sadrži određene količine silicija, mangana, fosfora i sumpora kao trajne nečistoće. Od njih se fosfor i sumpor smatraju štetnim nečistoćama.
Po svom hemijskom sastavu livena gvožđa se dele na nelegirane, nisko-, srednje- i visokolegirane. Liveno gvožđe koje sadrži do 2% mangana i do 4% silicijuma, do 0,1% hroma i do 0,1% nikla smatraju se nelegiranim. Ako su ovi elementi prisutni u velikim količinama ili ako sadrže posebne nečistoće, lijevano željezo se smatra legiranim.
U niskolegiranim livenim gvožđem količina posebnih nečistoća (nikl, bakar, hrom, itd.) obično ne prelazi 3%; kod srednjelegiranog livenog gvožđa količina legirajućih nečistoća iznosi 7-10%, a kod visokolegiranog livenog gvožđa značajno prelazi 10%.
Niskim legiranjem livenog gvožđa nastoje poboljšati njegova opšta svojstva, dobiti homogenu strukturu, povećati vlačnu čvrstoću i elastičnost uz zadržavanje ovih svojstava pri zagrevanju, poboljšati tvrdoću i otpornost na habanje, antifrikciju itd. Kod srednjeg i visokog legiranja, sastav čvrstih rastvora i karbida se značajno menja, zbog čega promena prirode metalne baze postaje najvažnija.
Klasifikacija livenog gvožđa prema strukturi i uslovima nastanka grafita
Prema stepenu grafitizacije, oblicima grafita i uslovima njihovog nastanka, razlikuju se sledeće vrste livenog gvožđa: beli, polu, sivi, kovni i visoke čvrstoće sa nodularnim grafitom (vidi dijagram sl. 2). Priroda metalne osnove livenog gvožđa određena je stepenom grafitizacije i legiranja, kao i vrstom termičke obrade.
Prema stepenu grafitizacije, bijeli liv se može smatrati najmanje ili nimalo grafitizovanim, polovina livenog gvožđa se može smatrati delimično grafitizovanim, a preostali liveni gvožđe se mogu smatrati značajno grafitizovanim.
Rice. 2. Šema klasifikacije livenog gvožđa
U bijelom i polu livenom gvožđu potrebno je prisustvo ledeburita (mehanička mešavina čvrstog rastvora ugljenika u gvožđu i gvožđevog karbida), ali u značajno grafitizovanom livenom gvožđu ne bi trebalo da bude ledeburita.
Bijelo liveno gvožđe je liveno gvožđe u kojem je sav ugljenik u hemijski vezanom stanju. Bijelo liveno gvožđe je veoma tvrdo, lomljivo i teško se reže. Mikrostruktura nelegiranog bijelog hipoeutektičkog lijeva sastoji se od ledeburita, perlita i sekundarnog cementita. U legiranom ili termički obrađenom livenom gvožđu, umesto perlita se može dobiti martenzit ili čak austenit. Bijelo lijevano željezo koristi se za proizvodnju dijelova otpornih na habanje, koroziju i toplinu. Osim toga, odljevci od bijelog lijeva odgovarajućeg sastava koriste se za izradu dijelova od kovanog lijeva grafitizirajućim žarenjem. Bijelo liveno gvožđe se naziva tako jer je njegov uzorak loma svetlo kristalan, blistav. Ono što je karakteristično za polu liveno gvožđe je da uz ledeburit sadrži i grafit.
Struktura polulijevanog željeza je perlit-ledeburit sa grafitom. U legiranom ili termički obrađenom livenom gvožđu umesto perlita se može dobiti austenit, martenzit ili bainit.
Polu liveno gvožđe je tako nazvano jer je njegov uzorak loma kombinacija svetlih (belih) i tamnih (grafitizovanih) područja. Pola livenog gvožđa je tvrdo i krto. Kod dijelova od izbijeljenog lijeva, površinski slojevi imaju strukturu bijelog lijeva, a jezgro ima strukturu grafitiziranog lijeva. Između površinskih slojeva i jezgre nalazi se zona polulijevanog željeza.
Sivi liv je najčešći inženjerski materijal. Sivi liv je označen slovima C - sivi i H - liveno gvožđe. Nakon slova slijede brojke koje označavaju prosječnu vlačnu čvrstoću (kgf/mm2) i relativnu deformaciju.
Glavna karakteristika sivog lijeva je odsustvo neprihvatljive količine cementita i ledeburita i činjenica da grafit u ravnini poliranog presjeka ima lamelarni oblik. Kada su grafitne ploče veoma raspršene, to se naziva tačkastim. Lamelarni oblici grafita mogu biti ravni i imati različite stepene vrtloženosti. Da bi se dobio lamelarni oblik grafita, toplinska obrada i posebna modifikacija nisu potrebne. Eliminacija grafitnih inkluzija nepoželjnih oblika i kombinacija postiže se modifikacijom grafitizirajućih aditiva. Vrsta loma sivog liva u velikoj meri zavisi od količine grafita: što je više grafita, to je tamniji lom livenog gvožđa.
Sivi liveni gvožđe karakteriše skoro potpuno odsustvo relativnog izduženja (do 0,5%) i veoma niska udarna čvrstoća. Ova osobina sivog liva posledica je veoma snažnog slabljenja grafita u pahuljicama na metalnu podlogu.
Budući da sivi liveni gvožđe, bez obzira na prirodu metalne baze, ima veoma nisku duktilnost, nastoje da u njemu dobiju perlitnu metalnu bazu, jer je perlit mnogo jači i tvrđi od ferita. Smanjenje količine perlita i povećanje količine ferita u strukturi zbog toga dovodi do gubitka čvrstoće i otpornosti na habanje bez povećanja duktilnosti.
U legiranim i termički obrađenim livenim gvožđem umesto perlita se može dobiti austenit, martenzit ili bainit. Uključci sekundarnog i eutektičkog cementita su uglavnom nepoželjni. Osnovna razlika između lijevanog željeza visoke čvrstoće je sferični oblik grafita, koji se dobiva uvođenjem posebnih modifikatora u tekuće lijevano željezo.
Sferni oblik grafita je najpovoljniji od svih poznatih oblika. Nodularni grafit slabi metalnu bazu manje od ostalih oblika. Metalna osnova ovog livenog gvožđa je obično perlitna, perlitno-feritna i feritna, u zavisnosti od zahtevanih svojstava. Legiranjem i termičkom obradom moguće je dobiti i austenitnu, martenzitnu ili bainitnu bazu.
U strukturi livenog gvožđa visoke čvrstoće može biti dozvoljena određena količina grafita u pahuljici, pod uslovom da njegova svojstva zadovoljavaju traženi kvalitet. Dozvoljeni su i nepravilni (iskrivljeni) oblici sfernog grafita. Liveno gvožđe visoke čvrstoće označeno je slovima HF, a zatim brojevima koji pokazuju prosečnu vrednost zatezne čvrstoće (kgf/mm2).
Glavna razlika između kovanog lijevanog željeza je u tome što se grafit u njemu dobiva žarenjem bijelog lijeva i ima oblik ljuspica ili sfere. Sferni oblik se dobija posebnim modifikacijama ili dekarboziranjem žarenja. Grafit u listićima dolazi u različitoj kompaktnosti i disperziji, što značajno utiče na mehanička svojstva livenog gvožđa.
Kovano liveno gvožđe se proizvodi ne samo sa feritnom, već i sa feritno-perlitnom i perlitnom metalnom bazom.
Najveću duktilnost ima liveno gvožđe sa feritnom bazom, zbog čega se najčešće koristi. Lom feritnog kovanog lijeva je crn i baršunast s povećanjem količine perlita u strukturi, lom postaje lakši.
Kovno gvožđe je označeno slovima KCH i brojevima. Prve dvije cifre označavaju vlačnu čvrstoću (kgf/mm2), druga - relativno izduženje (%).
Klasifikacija livenog gvožđa prema svojstvima
Liveno gvožđe se može klasifikovati prema njegovim mehaničkim i posebnim svojstvima. Na osnovu svojih mehaničkih svojstava, odljevci od livenog gvožđa se dele na tvrdoću, čvrstoću i duktilnost.
Tabela 3.
Klasifikacija livenog gvožđa prema svojstvima.
po tvrdoći: | meka (tvrdoća ≤149 NV) |
srednja tvrdoća (149÷197 NV) |
|
povećana tvrdoća (197÷269 NV) |
|
čvrst (više od 269 HV) |
|
Po snazi: Samo sivi liv je uobičajene čvrstoće. Postoje sivi i kovni liveni gvožđe velike čvrstoće, a kovani liv i liv sa sferoidnim grafitom visoke čvrstoće. | obična čvrstoća (zatezna čvrstoća σV≤200 MPa), |
povećana čvrstoća (σV=200÷380 MPa) |
|
visoka čvrstoća (σV≥400 MPa) |
|
Po plastičnosti: | neplastično (relativno istezanje δ≤1%) |
niska plastičnost (δ=1÷5%) |
|
plastika (δ=5÷10%) |
|
povećana duktilnost (δ≥10%) |
|
Po posebnim svojstvima: | otporan na habanje |
anti-frikcija |
|
otporan na kiseline |
|
otporan na toplotu |
|
nemagnetni, itd. |
GOST 7769-82 „Legirano liveno gvožđe za livenje sa posebnim svojstvima“ predviđa devet razreda belog livenog gvožđa otpornog na habanje: niskolegirani hrom razreda ChKh3T, visoko legirani hrom razreda ChKh9N5, ChKh16, ChKh16M2, ChKh232, ChKh232, ChKh232. visokolegirani mangan razreda ChG7Kh4 i niskolegirani nikal razreda ChN4Kh2. Prvo slovo znači "liveno gvožđe". Brojevi označavaju sadržaj legirajućeg elementa, naznačen kao postotak nakon odgovarajućeg slova. Ako nakon slova nema broja, tada je sadržaj odgovarajućeg legirajućeg elementa 1%. Na isti način se označavaju i ostali legirani specijalni liveni gvožđe, osim antifrikcionih, gde prvo slovo znači „protiv trenja“. Možete se susresti i sa sljedećim terminima: “nomag” (nemagnetno liveno gvožđe), “niresist”, “silal”, “nikrosilal” (otporan na koroziju), “chugal” (otporan na toplotu) i neke druge.
U smislu magnetnih svojstava, liveno gvožđe koje se trenutno koristi može se podeliti na feromagnetsko i paramagnetsko. Zauzvrat, feromagnetno liveno gvožđe se može podeliti na magnetno meko i magnetno tvrdo. Ova podjela je vrlo proizvoljna, jer liveno gvožđe ni pod kojim uslovima ne može biti meki ili tvrdi magnetni materijal u pravom smislu. Magnetno-mekani uključuju sivi, savitljivi i visoko-čvrsto liveno gvožđe.
Opće karakteristike sivog lijeva
Sivi liv se dobija direktno procesom kristalizacije uz sporo hlađenje, dok grafit ima lamelarni oblik. U zavisnosti od stepena grafitizacije mogu se dobiti različite strukture metalne osnove (matrice) od sivog liva: sivi perlitni liv sa P+G strukturom; sivi feritno-perlitni liv sa strukturom F+P+G; sivi feritni liv sa F+G strukturom.
Mehanička svojstva sivog liva kao konstruktivnog materijala zavise kako od svojstava metalne osnove (matrice), tako i od broja, geometrijskih parametara i prirode distribucije inkluzija grafita. Što je manje ovih inkluzija i što su manje, to je veća čvrstoća livenog gvožđa. Metalna osnova od sivog liva pruža najveću čvrstoću i otpornost na habanje ako ima perlitnu strukturu. Sivi liveni gvožđe sa feritnom bazom ima najmanju snagu. Relativno istezanje sivog liva, bez obzira na svojstva metalne baze, je praktično nula (δ≤0,5%).
Sivi liveni gvožđe modifikovani ferosilicijumom i silikokalcijumom imaju najveća mehanička svojstva. Modifikacija - dodavanje netopivih zdrobljenih čestica u talinu - osigurava mljevenje inkluzija grafita.
Feritni i feritno-perlitni sivi liveni gvožđe koriste se za lako opterećene delove poljoprivrednih mašina, automobila i traktora. Liveno gvožđe sa perlitnom osnovom, koje ima veoma visoku sposobnost prigušivanja mehaničkih vibracija (veliki kapacitet prigušenja), koristi se za livenje okvira alatnih mašina i mehanizama, kao i za izradu dizel cilindara, delova motora sa unutrašnjim sagorevanjem. blokovi (klipni prstenovi, šipke).
Mikrostruktura sivog liva
Prilikom pregleda mikroprereza sivog liva kroz mikroskop jasno su vidljive inkluzije lamelarnog grafita (sl. 3). Na veličinu i lokaciju inkluzija grafita utiču brzina hlađenja, temperatura i vrijeme držanja rastaljenog lijeva prije livenja, hemijski sastav livenog gvožđa i unošenje određenih nečistoća (modifikatora) u liveno gvožđe. Na primjer, brzina hlađenja utiče na način da, sa drpod jednakim uslovima, grafit nastaje što je većisporije hlađenje. Što je veće pregrijavanje tečnostilivenog gvožđa i što je duže vreme držanja, tografitne inkluzije postaju manje .
Rice. 3. Inkluzije lamelarnog grafita. Neurezani dijelovi(x100):
A)ravno;b)swirled; c) rozeta, d) interdendritska
Metalna osnova kod sivog liva veoma je slična mikrostrukturi čelika i, zavisno od količine fiksiranog ugljenika, može biti feritna, feritno-perlitna i perlitna.
Rice. 4. Feritno sivo gvožđe - ferit i grafit u ljuskama;
A)
Rice. 5. Feritno-perlitno sivo gvožđe – ferit + perlit + grafit u listićima: a) mikrostruktura (x500); b) dijagram mikrostrukture
Rice. 6. Perlitno sivo gvožđe - perlit + lamelarni grafit:
A)mikrostruktura (x500); b) dijagram mikrostrukture
Dakle, moguće su sljedeće vrste struktura od sivog liva: ferit + grafit u pahuljici – feritno sivo gvožđe (Sl. 4). Ferit + perlit + lamelarni grafit – feritno-perlitni sivi liv (sl. 5). Odnos količine ferita i perlita u strukturi livenog gvožđa može biti različit u zavisnosti od hemijskog sastava i uslova hlađenja. Perlit + grafit u listićima – perlitno sivo gvožđe na Sl. 6.
Rice. 7.Mikrostruktura sivog liva sa fosfidnom eutektikom:
perlit + plarebrasti grafit + fosfid eutektik(x500)
Pri povišenim koncentracijama fosfora u sivom ljevu postoji fosfidna eutektika (slika 7), koja se u potpunosti ili djelomično širi duž granica zrna.
Liveno gvožde– legura gvožđa (Fe>90%) sa ugljenikom (C od 2,14% do 6,67%).
Ugljik može biti sadržan u livenom gvožđu u obliku grafita (C) ili cementita (Fe3C).
Liveno gvožđe takođe sadrži nečistoće silicijuma, mangana, fosfora i sumpora.
Liveno gvožđe sa posebnim svojstvima takođe sadrži legirne elemente - hrom, nikl, bakar, molibden itd.
Lijevano željezo je najčešće korišteni materijal za proizvodnju livenih dijelova koji se koriste pod relativno malim naprezanjima i malim dinamičkim opterećenjima. Prednosti livenog gvožđa u odnosu na čelik su visoka svojstva livenja i niska cena. Lijevano željezo je također bolje u rezanju od većine čelika (osim automatskih čelika), ali su loše zavarljive i imaju manju čvrstoću, krutost i duktilnost.
Ovisno o stanju ugljika u lijevanom željezu, postoje:
belo liveno gvožđe
sivog liva(GOST 1412 - "Liveno gvožđe sa grafitom u pahuljicama za odlivanje")
kovno gvožđe(GOST 1215 - "Odlivci od plastičnog gvožđa")
duktilno gvožđe(GOST 7293 - "Nodularno liveno gvožđe za livenje")
Bijelo liveno gvožđe
U bijelom lijevanom željezu sav ugljik je u vezanom stanju u obliku cementita Fe3C.
Bijelo lijevano željezo ima visoku otpornost na habanje i tvrdoću, ali je lomljivo i slabo se obrađuje rezanjem, pa nalaze ograničenu primjenu u mašinstvu i uglavnom se koriste za proizvodnju čelika.
Na osnovu sadržaja ugljika, sivi liveni gvožđe se deli na:
Hipoeutektički sa sadržajem ugljenika od 2,14% do 4,3%
Eutektički sa sadržajem ugljenika 4,3%
Hipereutektički sa sadržajem ugljenika od 4,3% do 6,67%.
U sivim, kovnim i livenim gvožđem visoke čvrstoće, sav ili najveći deo ugljenika je u obliku grafita različitih oblika (oni se takođe nazivaju grafit).
Sivi liv
U strukturi sivog liva grafit je pločastog oblika.
Sivi liveni gvožđe sadrže: 3,2-3,5% ugljenika, 1,9-2,5% silicijuma, 0,5-0,8% mangana, 0,1-0,3% fosfora i manje od 0,12% sumpora.
Odlivci delova od sivog liva izrađuju se u kalupima - zemljanim ili metalnim kalupima.
Sivi liv se široko koristi u mašinstvu. Zbog niskih mehaničkih svojstava odljevaka od sivog lijeva i lakoće proizvodnje, koriste se za izradu dijelova za manje kritične svrhe, dijelova koji rade u odsustvu udarnih opterećenja. Posebno se koriste za izradu poklopaca, remenica, ležajeva mašina i prese.
Primjer oznake sivog lijeva: SCh32-52. Slova označavaju sivi liv (GC), prvi broj označava vlačnu čvrstoću (32 kgf/mm2 ili 320 MPa), drugi broj označava čvrstoću na savijanje.
Kovno gvožđe
U strukturi kovanog livenog gvožđa grafit je u obliku pahuljice.
Kovano liveno gvožđe sadrži: 2,4-3,0% ugljenika, 0,8-1,4% silicijuma, 0,3-1,0% mangana, manje od 0,2% fosfora, ne više od 0,1% sumpora.
Kovno gvožđe se dobija od belog livenog gvožđa zagrevanjem i dugotrajnim držanjem. Ovaj postupak se naziva grafitizirajuće žarenje ili kuhanje.
Primjer oznake kovanog lijevanog željeza: KCH45-6. Slova označavaju kovno liveno gvožđe (CC), prvi broj je vlačna čvrstoća (45 kgf/mm2 ili 450 MPa), drugi je relativno izduženje u% (6%).
Nodularno gvožđe
Nodularno željezo sadrži nodularni grafit.
Ima najveća svojstva čvrstoće.
Nodularno gvožđe sadrži: 3,2-3,8% ugljenika, 1,9-2,6% silicijuma, 0,6-0,8% mangana, do 0,12% fosfora i ne više od 0,3% sumpora.
Liveno gvožđe visoke čvrstoće se proizvodi modifikacijom (tj. uvođenjem modifikacionog aditiva - magnezijuma) tečne taline. Modifikatori pospješuju stvaranje sfernih inkluzija grafita, zbog čega se mehanička svojstva takvog lijevanog željeza približavaju onima ugljičnog čelika, a svojstva livenja su veća (ali niža od onih kod sivog lijeva).
Liveno gvožđe visoke čvrstoće se koristi za izradu kritičnih delova za mašinstvo - klipova, cilindara, radilice, kočionih pločica. Cevi se takođe izrađuju od livenog gvožđa visoke čvrstoće.
Primjer oznake lijevanog željeza visoke čvrstoće: VC45-5. Slova označavaju liveno gvožđe visoke čvrstoće (DC), prvi broj označava vlačnu čvrstoću (45 kgf/mm2 ili 450 MPa), drugi označava istezanje u%.
Danas gotovo da ne postoji oblast ljudskog života u kojoj se liveno gvožđe ne koristi. Ovaj materijal je poznat čovječanstvu već duže vrijeme i odlično se pokazao s praktične tačke gledišta. Lijevano željezo je osnova za veliki broj dijelova, sklopova i mehanizama, au nekim slučajevima čak i samodovoljan proizvod koji može obavljati funkcije koje su mu dodijeljene. Stoga ćemo u ovom članku posvetiti veliku pažnju ovom spoju koji sadrži željezo. Također ćemo saznati koje vrste livenog gvožđa postoje, njihove fizičke i hemijske karakteristike.
Definicija
Lijevano željezo je zaista jedinstvena legura željeza i ugljika, u kojoj Fe ima više od 90%, a C nije više od 6,67%, ali ne manje od 2,14%. Ugljik također može biti prisutan u livenom gvožđu u obliku cementita ili grafita.
Ugljik daje leguri prilično visoku tvrdoću, ali u isto vrijeme smanjuje savitljivost i duktilnost. U tom smislu, liveno gvožđe je krhak materijal. Također, određenim markama lijevanog željeza dodaju se posebni aditivi, koji mogu dati smjesi određena svojstva. Legirajući elementi mogu biti: nikl, hrom, vanadijum, aluminijum. Gustoća livenog gvožđa je 7200 kilograma po kubnom metru. Iz čega možemo zaključiti da je težina lijevanog željeza pokazatelj koji se ne može nazvati malim.
Istorijska referenca
Topljenje gvožđa je poznato čoveku već duže vreme. Prvi pomen legure datira iz šestog veka pre nove ere.
U davna vremena, liveno gvožđe se proizvodilo u Kini sa prilično niskom tačkom topljenja. U Evropi je liveno gvožđe počelo da se proizvodi oko 14. veka, kada su prve korišćene visoke peći. U to vrijeme se takvo liveno gvožđe koristilo za proizvodnju oružja, čaura i građevinskih delova.
U Rusiji je proizvodnja livenog gvožđa počela aktivno u 16. veku, a zatim se brzo proširila. Za vrijeme Petra I, Rusko carstvo je moglo nadmašiti sve zemlje svijeta po proizvodnji sirovog željeza, ali je nakon stotinu godina ponovo počelo gubiti svoju poziciju na tržištu crne metalurgije.
Lijevanje željeza korišteno je za stvaranje raznih umjetničkih djela još u srednjem vijeku. Konkretno, u 10. vijeku kineski majstori izlili su zaista jedinstvenu figuru lava, čija je težina prelazila 100 tona. Počevši od 15. vijeka u Njemačkoj, a potom iu drugim zemljama, livenje od livenog gvožđa postalo je široko rasprostranjeno. Od njega su napravljene ograde, špalete, parkovne skulpture, baštenski nameštaj, nadgrobni spomenici.
Poslednjih godina 18. veka liveno gvožđe se maksimalno koristilo u ruskoj arhitekturi. A 19. vijek je općenito dobio nadimak "doba lijevanog željeza", jer se legura vrlo aktivno koristila u arhitekturi.
Posebnosti
Postoje različite vrste livenog gvožđa, ali prosečna tačka topljenja ovog metalnog jedinjenja je oko 1200 stepeni Celzijusa. Ova brojka je 250-300 stepeni manja od onoga što je potrebno za taljenje čelika. Ova razlika je zbog prilično visokog sadržaja ugljika, što dovodi do manje bliskih veza s atomima željeza na molekularnom nivou.
U vrijeme topljenja i naknadne kristalizacije, ugljik sadržan u lijevanom željezu nema vremena da u potpunosti prodre u molekularnu rešetku željeza, pa stoga lijevano željezo na kraju postaje prilično krhko. U tom smislu, ne koristi se tamo gdje se javljaju konstantna dinamička opterećenja. Ali u isto vrijeme, odličan je za one dijelove koji imaju povećane zahtjeve za čvrstoćom.
Tehnologija proizvodnje
Apsolutno sve vrste livenog gvožđa proizvode se u visokoj peći. Zapravo, sam proces topljenja je prilično radno intenzivna aktivnost koja zahtijeva ozbiljna materijalna ulaganja. Za jednu tonu livenog gvožđa potrebno je oko 550 kilograma koksa i skoro tona vode. Količina rude koja se ubacuje u peć zavisiće od sadržaja gvožđa. Najčešće se koristi ruda koja sadrži najmanje 70% željeza. Niža koncentracija elementa je nepoželjna, jer neće biti ekonomski isplativo koristiti ga.
Prva faza proizvodnje
Topljenje gvožđa se dešava na sledeći način. Prije svega, u peć se sipa ruda, kao i materijali za koksanje, koji služe za pumpanje i održavanje potrebne temperature unutra. Osim toga, tokom procesa sagorijevanja, ovi proizvodi aktivno učestvuju u tekućim kemijskim reakcijama kao reduktori željeza.
U isto vrijeme, fluks se ubacuje u peć, koji služi kao katalizator. Pomaže da se kamenje brže tope, što potiče brzo oslobađanje gvožđa.
Važno je napomenuti da se ruda podvrgava posebnoj prethodnoj obradi prije utovara u peć. Usitnjava se u postrojenju za drobljenje (male čestice se brže tope). Nakon toga se pere kako bi se uklonile čestice koje ne sadrže metal. Nakon čega se sirovina peče, zbog čega se iz nje uklanjaju sumpor i drugi strani elementi.
Druga faza proizvodnje
Do napunjene i gotove peći prirodni plin se dovodi preko posebnih gorionika. Koks zagreva sirovine. Time se oslobađa ugljik, koji se spaja s kisikom i formira oksid. Ovaj oksid kasnije učestvuje u redukciji željeza iz rude. Imajte na umu da kako se količina plina u peći povećava, brzina kemijske reakcije se smanjuje, a kada se postigne određeni omjer, ona se potpuno zaustavlja.
Višak ugljenika prodire u rastop i spaja se sa gvožđem, formirajući na kraju liveno gvožđe. Svi oni elementi koji se nisu istopili završavaju na površini i na kraju se uklanjaju. Ovaj otpad se naziva šljaka. Može se koristiti i za proizvodnju drugih materijala. Vrste livenog gvožđa koje se dobijaju na ovaj način nazivaju se livnica i konverzija.
Diferencijacija
Moderna klasifikacija lijevanog željeza predviđa podjelu ovih legura u sljedeće vrste:
- Bijelo.
- Polovična.
- Siva sa grafitom u pahuljicama.
- Visoke čvrstoće sa sferičnim grafitom.
- Savitljiv.
Pogledajmo svaku vrstu posebno.
Bijelo liveno gvožđe
Takav liveno gvožđe je onaj u kome je skoro sav ugljenik hemijski vezan. Ova legura se ne koristi često u mašinstvu jer je tvrda, ali vrlo lomljiva. Također nije podložan strojnoj obradi raznim alatima za rezanje, te se stoga koristi za livenje dijelova koji ne zahtijevaju nikakvu obradu. Iako se ova vrsta livenog gvožđa može brusiti abrazivnim točkovima. Bijelo lijevano željezo može biti obično ili legirano. Istovremeno, zavarivanje izaziva poteškoće, jer je praćeno stvaranjem raznih pukotina tokom hlađenja ili zagrijavanja, a također i zbog heterogenosti strukture formirane na mjestu zavarivanja.
Bijelo liveno gvožđe otporno na habanje dobija se zbog primarne kristalizacije tečne legure tokom brzog hlađenja. Najčešće se koriste za rad u uvjetima suhog trenja (na primjer, kočione pločice) ili za proizvodnju dijelova s povećanom otpornošću na habanje i toplinsku otpornost mlinova.
Inače, ime je dobio po tome što je izgled njegovog loma lagana kristalna, blistava površina. Struktura ovog livenog gvožđa je kombinacija ledeburita, perlita i sekundarnog cementita. Ako se ovo lijevano željezo podvrgne legiranju, tada se perlit pretvara u troostit, austenit ili martenzit.
Pola livenog gvožđa
Klasifikacija livenog gvožđa biće nepotpuna bez pominjanja ove vrste metalne legure.
Ovo liveno gvožđe karakteriše kombinacija karbidne eutektike i grafita u svojoj strukturi. Općenito, puna struktura ima sljedeći oblik: grafit, perlit, ledeburit. Ako se liveno gvožđe podvrgne termičkoj obradi ili legiranju, to će dovesti do stvaranja austenita, martenzita ili igličastog troostita.
Ova vrsta lijevanog željeza je prilično krhka, pa je njegova upotreba vrlo ograničena. Legura je dobila ime jer je njen lom kombinacija tamnih i svijetlih područja kristalne strukture.
Najčešći inženjerski materijal
Sivi liveni gvožđe GOST 1412-85 sadrži oko 3,5% ugljenika, od 1,9 do 2,5% silicijuma, do 0,8% mangana, do 0,3% fosfora i manje od 0,12% sumpora.
Grafit u ovom livenom gvožđu ima lamelarni oblik. Nisu potrebne posebne modifikacije.
Grafitne ploče imaju snažan efekat slabljenja i stoga se sivi ljevak karakterizira vrlo niskom udarnom čvrstoćom i gotovo potpunim odsustvom istezanja (cifra je manja od 0,5%).
Sivi liv se lako obrađuje. Struktura legure može biti sljedeća:
- Ferit-grafit.
- Ferit-perlit-grafit.
- Perlit-grafit.
Sivi liv radi mnogo bolje na kompresiju nego na napetost. Također dobro zavari, ali za to je potrebno predgrijavanje, a kao materijal za punjenje moraju se koristiti posebne šipke od lijevanog željeza s visokim sadržajem silicija i ugljika. Bez prethodnog zagrevanja, zavarivanje će biti teško jer će liveno gvožđe izbeliti u području zavara.
Sivi liv se koristi za proizvodnju delova koji rade bez udarnog opterećenja (remenice, poklopci, okviri).
Oznaka ovog livenog gvožđa zasniva se na sledećem principu: SCh 25-52. Dva slova označavaju da se radi o sivom lijevanom željezu, broj 25 je pokazatelj vlačne čvrstoće (u MPa ili kgf/mm 2), broj 52 je vlačna čvrstoća u trenutku savijanja.
Nodularno gvožđe
Nodularno lijevano željezo se fundamentalno razlikuje od svoje druge "braće" po tome što sadrži sferni grafit. Dobija se uvođenjem posebnih modifikatora (Mg, Ce) u tečnu leguru. Broj inkluzija grafita i njihove linearne dimenzije mogu biti različiti.
Šta je dobro kod sferoidnog grafita? Činjenica da ovaj oblik minimalno slabi metalnu bazu, koja zauzvrat može biti perlitna, feritna ili perlitno-feritna.
Zahvaljujući upotrebi termičke obrade ili legiranja, baza livenog gvožđa može biti igličasto-troostitna, martenzitna ili austenitna.
Postoje različite vrste lijevanog željeza visoke čvrstoće, ali općenito njegova oznaka je sljedeća: HF 40-5. Lako je pogoditi da je HF liveno gvožđe visoke čvrstoće, broj 40 je pokazatelj vlačne čvrstoće (kgf/mm 2), broj 5 je relativno izduženje, izraženo u procentima.
Kovno gvožđe
Struktura kovanog livenog gvožđa sastoji se od prisustva grafita u obliku pahuljica ili kugle. U ovom slučaju grafit nalik na pahuljice može imati različitu disperziju i kompaktnost, što zauzvrat ima direktan utjecaj na mehanička svojstva lijevanog željeza.
U industriji se kovno liveno gvožđe često proizvodi sa feritnom bazom, što obezbeđuje veću duktilnost.
Izgled loma feritnog nodularnog gvožđa ima crni baršunasti izgled. Što je veća količina perlita u strukturi, to će lom postati lakši.
Uglavnom se dobija od odlivaka od belog livenog gvožđa usled dugotrajnog dinstanja u pećima zagrijanim na temperaturu od 800-950 stepeni Celzijusa.
Danas postoje dva načina za izradu kovanog livenog gvožđa: evropski i američki.
Američka metoda uključuje krčkanje legure u pijesku na temperaturi od 800-850 stepeni. U ovom procesu, grafit se nalazi između zrna čistog željeza. Kao rezultat toga, liveno gvožđe dobija viskoznost.
U evropskoj metodi, odljevci se krčkaju u željeznoj rudi. Temperatura je oko 850-950 stepeni Celzijusa. Ugljik prelazi u željeznu rudu, zbog čega se površinski sloj odljevaka dekarbonizira i postaje mekan. Lijevano željezo postaje savitljivo, ali jezgro ostaje krhko.
Označavanje kovnog liva: KCH 40-6, gde je KCH, naravno, kovno gvožđe; 40 - indikator zatezne čvrstoće; 6 - relativno izduženje, %.
Ostali indikatori
Što se tiče podjele lijevanog željeza po čvrstoći, koristi se sljedeća klasifikacija:
- Normalna čvrstoća: σv do 20 kg/mm2.
- Povećana čvrstoća: σv = 20 - 38 kg/mm 2.
- Visoka čvrstoća: σv = 40 kg/mm 2 i više.
Na osnovu duktilnosti livena gvožđa se dele na:
- Neplastični - relativno izduženje manje od 1%.
- Niska plastičnost - od 1% do 5%.
- Plastika - od 5% do 10%.
- Povećana duktilnost - više od 10%.
U zaključku, također bih želio biti siguran da napomenem da čak i oblik i priroda izlivanja imaju prilično značajan utjecaj na svojstva bilo kojeg lijevanog željeza.
- U kontaktu sa 0
- Google+ 0
- uredu 0
- Facebook 0
