Vrste litega železa, klasifikacija, sestava, lastnosti, označevanje in uporaba

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Danes skoraj ni področja človeškega življenja, kjer ne bi uporabljali litega železa. Ta material je človeštvu poznan že dolgo časa in se je s praktičnega vidika odlično izkazal. Lito železo je osnova za veliko različnih delov, sklopov in mehanizmov, v nekaterih primerih pa celo samozadosten izdelek, ki lahko opravlja funkcije, ki so mu dodeljene. Zato bomo v tem članku veliko pozornost namenili tej spojini, ki vsebuje železo. Izvedeli bomo tudi, katere vrste litega železa so, njihove fizikalne in kemijske lastnosti.

Definicija

Lito železo je resnično edinstvena zlitina železa in ogljika, v kateri je Fe več kot 90 %, C pa ne več kot 6,67 %, vendar ne manj kot 2,14 %. Ogljik lahko najdemo tudi v litem železu v obliki cementita ali grafita.

Ogljik daje zlitini dovolj visoko trdoto, hkrati pa zmanjšuje kovnost in duktilnost. Posledično je lito železo krhek material. Nekaterim vrstam litega železa se dodajo tudi posebni dodatki, ki lahko spojini dajo določene lastnosti. Vloga legirnih elementov je lahko: nikelj, krom, vanadij, aluminij. Indeks gostote litega železa je 7200 kilogramov na kubični meter. Iz česar je mogoče sklepati, dateža litega železa je kazalnik, ki ga ne moremo imenovati majhen.

Zgodovinsko ozadje

Taljenje železa je človeku že dolgo znano. Prva omemba zlitine sega v šesto stoletje pred našim štetjem.

V starih časih je Kitajska proizvajala lito železo s precej nizkim tališčem. Lito železo so v Evropi začeli proizvajati okoli 14. stoletja, ko so prvič začeli uporabljati plavže. Takrat so takšno litje železa uporabljali za proizvodnjo orožja, školjk, konstrukcijskih delov.

V Rusiji se je proizvodnja litega železa aktivno začela v 16. stoletju, nato pa se je hitro razširila. V času Petra I. je Rusko cesarstvo po proizvodnji železa lahko zaobšlo vse države sveta, a je sto let pozneje spet začelo izgubljati tla na trgu črne metalurgije.

Lito železo se že od srednjega veka uporablja za ustvarjanje različnih umetniških del. Zlasti v 10. stoletju so kitajski mojstri ulili resnično edinstveno figuro leva, katere teža je presegla 100 ton. Od 15. stoletja v Nemčiji, nato pa v drugih državah, se je ulivanje litega železa razširilo. Iz njega so izdelali ograje, rešetke, parkovne skulpture, vrtno pohištvo, nagrobnike.

V zadnjih letih 18. stoletja je bilo litje železa najbolj vključeno v arhitekturo Rusije. In 19. stoletje so na splošno imenovali "doba litega železa", saj se je zlitina zelo aktivno uporabljala v arhitekturi.

Funkcije

Obstajajo različne vrstelitega železa pa je povprečno tališče te kovinske spojine približno 1200 stopinj Celzija. Ta številka je 250-300 stopinj manj, kot je potrebno za jeklo. Ta razlika je povezana s precej visoko vsebnostjo ogljika, kar vodi do manj tesnih vezi z atomi železa na molekularni ravni.

V času taljenja in naknadne kristalizacije ogljik, ki ga vsebuje lito železo, nima časa, da bi popolnoma prodrl v molekularno mrežo železa, zato se lito železo sčasoma izkaže za precej krhko. V zvezi s tem se ne uporablja tam, kjer so stalne dinamične obremenitve. Toda hkrati je odličen za tiste dele, ki imajo povečane zahteve po trdnosti.

Proizvodna tehnologija

Povsem vse vrste litega železa se proizvajajo v plavžu. Pravzaprav je sam postopek taljenja precej naporna dejavnost, ki zahteva resne materialne naložbe. Ena tona surovega železa zahteva približno 550 kilogramov koksa in skoraj tono vode. Količina naložene rude v peč bo odvisna od vsebnosti železa. Najpogosteje se uporablja ruda, v kateri je najmanj 70% železa. Nižja koncentracija elementa je nezaželena, saj bi bilo neekonomično uporabljati.

Produkcija prve stopnje

Taljenje železa je naslednje. Najprej se v peč vlije ruda, pa tudi razredi koksnega premoga, ki služijo za tlačenje in vzdrževanje zahtevane temperature v jašku peči. Poleg tega so ti produkti med procesom zgorevanja aktivno vključeni v tekoče kemične reakcije vvloga sredstev za redukcijo železa.

Hkrati se v peč naloži fluks, ki služi kot katalizator. Pomaga, da se kamni hitreje stopijo, kar spodbuja sproščanje železa.

Pomembno je omeniti, da je ruda pred nalaganjem v peč podvržena posebni predobdelavi. Zdrobljen je v drobilnici (drobni delci se hitreje topijo). Nato ga speremo, da odstranimo delce brez kovin. Po tem se surovina žganja, zaradi tega se iz nje odstrani žveplo in drugi tuji elementi.

Druga faza proizvodnje

Zemeljski plin se dovaja v peč napolnjeno in pripravljeno za delovanje preko posebnih gorilnikov. Koks segreje surovino. V tem primeru se sprosti ogljik, ki se združi s kisikom in tvori oksid. Ta oksid nato sodeluje pri pridobivanju železa iz rude. Upoštevajte, da se s povečanjem količine plina v peči hitrost kemične reakcije zmanjša, in ko je doseženo določeno razmerje, se popolnoma ustavi.

Presežek ogljika prodre v talino in se združi z železom ter na koncu tvori lito železo. Vsi tisti elementi, ki se niso stopili, so na površini in se sčasoma odstranijo. Temu odpadku pravimo žlindra. Lahko se uporablja tudi za izdelavo drugih materialov. Vrste litega železa, pridobljene na ta način, se imenujejo livarska in surova železa.

Diferenciacija

Sodobna klasifikacija litega železa predvideva razdelitev teh zlitin na naslednje vrste:

• Belo.
• pol.
• Siva z luskastim grafitom.
• Nodularni grafit visoke trdnosti.
• Duktilna.

Oglejmo si vsakega posebej.

Belo lito železo

Ta lita železa je tista, v kateri je skoraj ves ogljik kemično vezan. V strojništvu se ta zlitina ne uporablja zelo pogosto, ker je trda, a zelo krhka. Prav tako ga ni mogoče obdelati z različnimi rezalnimi orodji, zato se uporablja za vlivanje delov, ki ne zahtevajo nobene obdelave. Čeprav ta vrsta litega železa omogoča brušenje z abrazivnimi kolesi. Bela litina je lahko tako navadna kot legirana. Hkrati varjenje povzroča težave, saj ga spremlja nastanek različnih razpok med hlajenjem ali segrevanjem, pa tudi zaradi heterogenosti strukture, ki nastane na mestu varjenja..

Bele litine, odporne proti obrabi, dobimo s primarno kristalizacijo tekoče zlitine med hitrim hlajenjem. Najpogosteje se uporabljajo za aplikacije s suhim trenjem (npr. zavorne ploščice) ali za proizvodnjo delov s povečano odpornostjo proti obrabi in toploti (valjni valjarji).

Mimogrede, bela litina je dobila ime zaradi dejstva, da je videz njenega preloma svetlo-kristalna, sijoča površina. Struktura te litega železa je kombinacija ledeburita, perlita in sekundarnega cementita. Če je to lito železo legirano, se perlit spremeni vtroostit, avstenit ali martenzit.

Na pol litega železa

Razvrstitev litega železa ne bi bila popolna brez omembe te vrste kovinskih zlitin.

Za to lito železo je značilna kombinacija karbidne evtektike in grafita v svoji strukturi. Na splošno ima popolna struktura naslednjo obliko: grafit, perlit, ledeburit. Če je lito železo toplotno obdelano ali legirano, bo to povzročilo nastanek avstenita, martenzita ali iglastega troostita.

Ta vrsta litega železa je precej krhka, zato je njegova uporaba zelo omejena. Sama zlitina je dobila ime, ker je njen zlom kombinacija temnih in svetlih predelov kristalne strukture.

Najpogostejši inženirski material

Siva litina GOST 1412-85 vsebuje približno 3,5% ogljika, od 1,9 do 2,5% silicija, do 0,8% mangana, do 0,3% fosforja in manj kot 0,12% žvepla.

Grafit v takem litem železu ima lamelno obliko. Ne zahteva posebnih sprememb.

Grafitne plošče imajo močan učinek slabljenja, zato je za sivo lito železo značilna zelo nizka udarna trdnost in skoraj popolna odsotnost raztezka (manj kot 0,5%).

Siva litina je dobro obdelana. Struktura zlitine je lahko naslednja:

• Ferit-grafit.
• ferit-perlit-grafit.
• perlit-grafit.

Siva litina deluje veliko bolje pri stiskanju kot pri napetosti. Tudi onvari precej dobro, vendar je za to potrebno predgretje, kot polnilni material pa je treba uporabiti posebne litoželezne palice z visoko vsebnostjo silicija in ogljika. Brez predgretja bo varjenje oteženo, ker bo lito železo belilo na območju zvara.

Siva litina se uporablja za izdelavo delov, ki delujejo brez udarne obremenitve (škripci, pokrovi, ležišča).

Oznaka te litega železa poteka po naslednjem načelu: SCH 25-52. Dve črki označujeta, da gre za sivo lito železo, številka 25 je indikator natezne trdnosti (v MPa ali kgf / mm 2), številka 52 je natezna trdnost v tem trenutku upogibanja.

Nodularno železo

Nodularna litina se bistveno razlikuje od svojih drugih "bratov" po tem, da vsebuje nodularni grafit. Dobimo ga z vnosom posebnih modifikatorjev (Mg, Ce) v tekočo zlitino. Število grafitnih vključkov in njihove linearne dimenzije so lahko različni.

Kaj je dobrega pri sferoidnem grafitu? Dejstvo, da takšna oblika minimalno oslabi kovinsko osnovo, ki je lahko perlitna, feritna ali perlitno-feritna.

Zaradi uporabe toplotne obdelave ali legiranja je litoželezna podlaga lahko iglo-troostitna, martenzitna, avstenitna.

Vrste nodularnega železa so različne, vendar je na splošno njegova oznaka naslednja: VCh 40-5. Preprosto je uganiti, da je HF lito železo visoke trdnosti, številka 40 je indikatornatezna trdnost (kgf/mm2), število 5 je glede na raztezek, izraženo v odstotkih.

Nodularno železo

Struktura nodularnega železa je prisotnost grafita v njem v luskasti ali sferični obliki. Hkrati ima lahko luskasti grafit različno finost in kompaktnost, kar pa neposredno vpliva na mehanske lastnosti litega železa.

Industrijsko nodularno železo se pogosto proizvaja s feritno osnovo, ki zagotavlja večjo duktilnost.

Zlom feritnega nodularnega železa ima črn žameten videz. Večja kot je količina perlita v strukturi, lažji bo zlom.

Na splošno se nodularno železo pridobivajo iz ulitkov iz belega železa zaradi dolgotrajnega ležanja v pečeh, segretih na temperaturo 800-950 stopinj Celzija.

Danes obstajata dva načina izdelave nodularnega železa: evropski in ameriški.

Ameriška metoda je, da se zlitina posuši v pesku pri temperaturi 800-850 stopinj. Pri tem procesu se grafit nahaja med zrni najčistejšega železa. Zaradi tega lito železo postane viskozno.

Po evropski metodi ulitki kopnijo v železovi rudi. Temperatura je hkrati približno 850-950 stopinj Celzija. Ogljik prehaja v železovo rudo, zaradi česar se površinska plast ulitkov razogljiči in postane mehka. Lito železo postane kovno, medtem ko jedro ostane krhko.

Oznaka tempranega železa: KCh 40-6, kjer je KCh seveda temprano železo; 40 - indeks natezne trdnosti;6 – raztezek, %.

Drugi kazalniki

Za delitev litega železa po trdnosti se tukaj uporablja naslednja klasifikacija:

• Tipična trdnost: σv do 20 kg/mm2.
• Povečana trdnost: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Visoka trdnost: σv=40 kg/mm2 in več.

Glede na duktilnost delimo lito železo na:

• Nefleksibilen - manj kot 1% raztezek.
• Nizka plastika - od 1% do 5%.
• Plastika - od 5% do 10%.
• Povečana plastičnost - več kot 10%.

Na koncu bi rad poudaril, da na lastnosti katere koli litega železa precej močno vplivata tudi oblika in narava polivanja.