Jenis-jenis Tuangan Besi

Jenis-jenis Tuangan Besi

Bab ini akan membincangkan pelbagai jenis tuangan besi.

Tuangan Besi Kelabu

Ciri besi tuang kelabu ialah mikrostruktur grafik, yang mampu menyebabkan keretakan pada bahan dan mempunyai rupa kelabu. Yang ini ialah jenis besi tuang yang paling biasa digunakan dan juga bahan tuang yang biasa digunakan berdasarkan berat. Sebilangan besar besi tuang kelabu mempunyai penguraian kimia sebanyak 2.5 peratus hingga 4 peratus karbon, 1 peratus hingga 3 peratus silikon dan selebihnya adalah komposisi besi.

Jenis besi tuang ini mempunyai kekuatan tegangan yang kurang dan kurang rintangan terhadap kejutan berbanding keluli. Kekuatan mampatannya adalah setanding dengan keluli karbon rendah dan sederhana.

Semua sifat mekanikal ini dikawal oleh bentuk kepingan grafit dan saiz kepingan grafit, yang terdapat dalam struktur mikro besi tuang kelabu.

Tuangan Besi Putih

Besi jenis ini mempunyai permukaan retak yang berwarna putih kerana adanya mendakan besi karbida yang dinamakan simentit. Karbon yang terkandung dalam besi tuang putih memendakan keluar daripada leburan sebagai simentit fasa stabil dan bukannya grafit. Ini dicapai dengan kandungan silikon yang lebih rendah sebagai agen grafit dan kadar penyejukan yang lebih cepat dibekalkan. Selepas pemendakan ini, simentit terbentuk sebagai zarah besar.

Semasa pemendakan karbida besi, mendakan menarik karbon daripada cair asal, dengan itu menggerakkan campuran ke arah yang lebih hampir kepada eutektik. Fasa selebihnya ialah menurunkan besi kepada karbon austenit, yang bertukar kepada martensit setelah disejukkan.

Karbida eutektik yang terkandung ini terlalu besar untuk memberikan manfaat pengerasan kerpasan. Dalam sesetengah keluli mungkin terdapat mendakan simentit yang jauh lebih kecil yang mungkin membawa ubah bentuk plastik dengan menghalang pergerakan kehelan melalui matriks ferit besi tulen. Mereka mempunyai kelebihan kerana mereka meningkatkan kekerasan pukal besi tuang hanya kerana kekerasan dan pecahan isipadu mereka sendiri. Ini menyebabkan kekerasan pukal dapat dianggarkan oleh peraturan campuran.

Kekerasan ini ditawarkan dengan mengorbankan keliatan dalam apa jua keadaan. Besi tuang putih secara amnya boleh dikelaskan sebagai simen, kerana karbida membentuk pecahan bahan yang lebih besar. Besi putih terlalu rapuh untuk digunakan dalam komponen struktur, tetapi kerana kekerasannya yang baik, ketahanan terhadap lelasan, dan kos rendah, ia boleh digunakan sebagai permukaan haus pam buburan.

Sukar untuk menyejukkan tuangan tebal pada kadar yang lebih cepat yang cukup untuk memejalkan cair sebagai besi tuang putih, namun penyejukan pantas boleh digunakan untuk memejalkan besi tuang putih dan selepas ini bakinya akan menjadi sejuk pada kadar yang lebih perlahan sehingga membentuk teras besi tuang kelabu. Tuangan yang terhasil ini dipanggil tuangan sejuk, dan ia mengandungi faedah mempunyai permukaan yang keras tetapi dengan bahagian dalam yang lebih keras.

Aloi besi putih kromium tinggi mempunyai keupayaan membenarkan tuangan besar-besaran kira-kira 10 tan pendesak menjadi tuangan pasir. Ini disebabkan oleh fakta bahawa kromium mengurangkan kadar penyejukan yang diperlukan untuk menghasilkan karbida melalui ketebalan bahan yang lebih besar. Karbida dengan rintangan lelasan yang sangat baik juga dihasilkan oleh unsur kromium.

Tuangan Besi Mudah Tempa

Besi tuang mudah dibentuk bermula sebagai tuangan besi putih, kemudian dirawat haba pada suhu kira-kira 950°C selama dua atau satu hari, dan kemudian ia disejukkan untuk tempoh masa yang sama.

Karbon dalam karbida besi kemudian berubah menjadi grafit dan ferit ditambah karbon disebabkan oleh proses pemanasan dan penyejukan ini. Ini adalah proses yang rendah, tetapi ia membolehkan tegangan permukaan mengubah grafit menjadi zarah sferoid dan bukannya serpihan.

Sfera adalah agak pendek dan lebih jauh antara satu sama lain kerana nisbah aspek yang rendah. Mereka juga mengandungi keratan rentas yang lebih rendah, merebak retak dan foton. Bertentangan dengan kepingan, ia mengandungi sempadan tumpul yang mengambil bahagian dalam mengurangkan masalah kepekatan tekanan yang terdapat dalam besi tuang kelabu. Secara keseluruhannya, sifat-sifat yang termasuk dalam besi tuang boleh ditempa adalah lebih seperti keluli yang bersifat lembut.

Tuangan Besi Mulur

Kadang-kadang disebut sebagai besi tuang nodular, besi tuang ini mempunyai grafitnya dalam bentuk nodul yang sangat kecil, dengan grafit mempunyai bentuk lapisan yang sepusat dan dengan itu membentuk nodul. Disebabkan ini, sifat-sifatbesi tuang muluradalah keluli span yang tidak mempunyai kesan kepekatan tegasan yang dihasilkan oleh kepingan grafit.

Jumlah kepekatan karbon yang terkandung adalah sekitar 3 peratus hingga 4 peratus, dan silikon adalah sekitar 1.8 peratus hingga 2.8 peratus. Sejumlah kecil 0.02 peratus hingga 0.1 peratus magnesium, dan hanya 0.02 peratus hingga 0.04 peratus serium apabila ditambah kepada aloi ini memperlahankan kadar pemendakan grafit tumbuh melalui ikatan pada tepi lorong grafit.

Karbon boleh mempunyai peluang untuk berpisah sebagai zarah sferoid apabila bahan itu menjadi pejal, disebabkan oleh kawalan yang teliti terhadap unsur-unsur lain dan pemasaan yang betul semasa proses. Zarah yang terhasil adalah serupa dengan besi tuang boleh ditempa, tetapi bahagian boleh dituang dengan bahagian yang lebih besar.

Unsur Aloi

Sifat-sifat besi tuang diubah dan ditambah dalam pelbagai unsur pengaloian atau aloi dalam besi tuang. Selaras dengan karbon adalah unsur silikon kerana ia mempunyai keupayaan untuk memaksa karbon keluar daripada larutan. Peratusan silikon yang lebih kecil tidak dapat mencapai ini sepenuhnya kerana ia membolehkan karbon kekal dalam larutan, seterusnya membentuk karbida besi dan juga menghasilkan besi tuang putih.

Peratusan atau kepekatan silikon yang lebih besar mampu memaksa karbon keluar daripada larutan dan kemudian membentuk grafit dan juga menghasilkan besi tuang kelabu. Ejen pengaloian lain yang tidak dinyatakan termasuk mangan, kromium, titanium dan kemudian vanadium. Silikon ini bertindak balas, mereka juga menggalakkan pengekalan karbon dan dengan itu juga pembentukan karbida. Nikel dan unsur kuprum mempunyai kelebihan kerana ia meningkatkan kekuatan dan kebolehmesinan, tetapi ia tidak dapat mengubah jumlah karbon yang terbentuk.

Karbon yang dalam bentuk grafit menghasilkan besi yang lebih lembut, sekali gus mengurangkan kesan pengecutan, menurunkan kekuatan dan mengurangkan ketumpatan yang terkandung. Sulfur kebanyakannya adalah bahan cemar apabila terkandung, dan ia membentuk sulfida besi yang menghalang pembentukan grafit dan juga yang meningkatkan kekerasan.

Kelemahan yang dikenakan oleh sulfur ialah ia menjadikan besi tuang cair likat, yang menyebabkan kecacatan. Untuk menampung dan menghapuskan kesan sulfur, mangan ditambah kepada larutan. Ini dilakukan kerana apabila kedua-duanya digabungkan mereka membentuk sulfida mangan dan bukannya sulfida besi. Mangan sulfida yang terhasil adalah lebih ringan daripada cair dan cenderung terapung keluar dari cair dan masuk ke dalam sanga.

Anggaran jumlah mangan yang diperlukan untuk membatalkan kesan sulfur ialah 1.7 unit kandungan sulfur dan tambahan 0.3 peratus tambahan di atas. Penambahan lebih daripada jumlah mangan ini mengakibatkan pembentukan mangan karbida dan ini meningkatkan kekerasan dan penyejukan kecuali dalam besi kelabu di mana sehingga 1 peratus mangan boleh meningkatkan kekuatan dan ketumpatan yang terkandung. Nikel adalah salah satu unsur pengaloian yang paling umum kerana ia mempunyai kecenderungan untuk menapis perlit dan struktur grafit, dengan itu meningkatkan keliatan, dan meratakan perbezaan kekerasan antara ketebalan bahagian.

Kromium ditambah dalam jumlah yang kecil untuk mengurangkan grafit bebas dan menghasilkan kesejukan. Ini kerana kromium ialah penstabil karbida yang berkuasa, dan dalam beberapa kes ia boleh berfungsi bersama-sama dengan nikel. Untuk kromium juga, sejumlah kecil timah pengganti boleh ditambah. Kuprum ditambah dalam senduk atau relau mengikut urutan 0.5 peratus hingga 2.5 peratus untuk mencapai kesejukan yang merendahkan, menapis grafit, dan peningkatan kecairan. Molibdenum juga boleh ditambah dalam urutan 0.3 peratus hingga 1 peratus supaya juga meningkatkan kesejukan, menghaluskan grafit, dan memperbaiki struktur perlit.

Ia biasanya ditambah bekerja selaras dengan nikel, tembaga, dan kromium untuk menghasilkan besi berkekuatan tinggi. Unsur titanium ditambah untuk berfungsi sebagai degasser dan deoxidizer, dan meningkatkan kecairan. Perkadaran 0.15 peratus hingga 0.5 peratus unsur vanadium ditambah kepada besi tuang dan membantu dalam menstabilkan simentit, untuk meningkatkan kekerasan dan menahan haus dan kesan haba.

Zirkonium membantu membentuk grafit dan ditambah dalam perkadaran kira-kira 0.1 peratus hingga 0.3 peratus. Unsur ini juga membantu dalam menyahoksida dan meningkatkan kecairan. Dalam leburan besi mudah tempa, untuk meningkatkan jumlah silikon yang boleh ditambah, bismut dituangkan dalam skala 0.002 peratus hingga 0.01 peratus. Dalam besi putih, unsur boron ditambah, yang membantu dalam penghasilan besi yang boleh ditempa, dan ia mengurangkan kesan kekasaran unsur bismut.