ประเภทของการหล่อเหล็ก

ประเภทของการหล่อเหล็ก

บทนี้จะกล่าวถึงการหล่อเหล็กประเภทต่างๆ

การหล่อเหล็กสีเทา

ลักษณะของเหล็กหล่อสีเทาคือโครงสร้างจุลภาคกราฟิก ซึ่งสามารถทำให้เกิดการแตกหักของวัสดุและมีลักษณะเป็นสีเทาได้ เหล็กหล่อชนิดนี้เป็นเหล็กหล่อที่ใช้กันมากที่สุดและยังเป็นวัสดุเหล็กหล่อที่ใช้กันทั่วไปโดยพิจารณาจากน้ำหนัก เหล็กหล่อสีเทาส่วนใหญ่มีการสลายตัวทางเคมีอยู่ที่คาร์บอน 2.5 เปอร์เซ็นต์ถึง 4 เปอร์เซ็นต์ ซิลิโคน 1 เปอร์เซ็นต์ถึง 3 เปอร์เซ็นต์ และส่วนที่เหลือเป็นองค์ประกอบของเหล็ก

เหล็กหล่อประเภทนี้มีความต้านทานแรงดึงน้อยกว่าและทนต่อแรงกระแทกน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กกล้า กำลังรับแรงอัดเทียบได้กับเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำและปานกลาง

คุณสมบัติทางกลทั้งหมดนี้ถูกควบคุมโดยรูปร่างของเกล็ดกราไฟท์และขนาดของเกล็ดกราไฟท์ ซึ่งมีอยู่ในโครงสร้างจุลภาคของเหล็กหล่อสีเทา

การหล่อเหล็กสีขาว

เหล็กประเภทนี้มีพื้นผิวที่แตกร้าวซึ่งเป็นสีขาวเนื่องจากมีตะกอนเหล็กคาร์ไบด์ชื่อซีเมนไทต์ คาร์บอนที่มีอยู่ในเหล็กหล่อสีขาวจะตกตะกอนจากการหลอมเมื่อพบกับซีเมนไทต์ที่มีเฟสเสถียร แทนที่จะเป็นกราไฟท์ ซึ่งสามารถทำได้โดยมีปริมาณซิลิกอนต่ำกว่าในฐานะตัวแทนสร้างกราฟ และให้อัตราการทำความเย็นที่เร็วขึ้น หลังจากการตกตะกอนนี้ ซีเมนไทต์จะก่อตัวเป็นอนุภาคขนาดใหญ่

ในระหว่างการตกตะกอนของเหล็กคาร์ไบด์ ตะกอนจะดึงคาร์บอนจากการหลอมเหลวเริ่มแรก ดังนั้นส่วนผสมจึงเคลื่อนไปยังส่วนที่ใกล้กับยูเทคติกมากขึ้น ระยะที่เหลือคือการลดระดับเหล็กให้เป็นคาร์บอนออสเทนไนต์ ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นมาร์เทนไซต์เมื่อเย็นตัวลง

ยูเทคติกคาร์ไบด์ที่มีอยู่เหล่านี้มีขนาดใหญ่เกินกว่าจะให้ประโยชน์ในการทำให้แข็งตัวด้วยการตกตะกอน ในเหล็กบางชนิดอาจมีตะกอนซีเมนต์ไซต์ที่มีขนาดเล็กกว่ามากซึ่งอาจทำให้เกิดการเสียรูปของพลาสติกโดยการขัดขวางการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ผ่านเมทริกซ์เฟอร์ไรต์เหล็กบริสุทธิ์ พวกเขามีข้อได้เปรียบเนื่องจากเพิ่มความแข็งจำนวนมากของเหล็กหล่อเพียงเพราะความแข็งและปริมาตรของตัวเอง ซึ่งส่งผลให้ความแข็งรวมสามารถประมาณได้ตามกฎของส่วนผสม

ความแข็งนี้ถูกเสนอให้โดยแลกกับความเหนียวไม่ว่าในกรณีใด โดยทั่วไปเหล็กหล่อสีขาวสามารถจัดประเภทได้ว่าเป็นซีเมนต์ เนื่องจากคาร์ไบด์ประกอบขึ้นเป็นสัดส่วนของวัสดุที่ใหญ่กว่า เหล็กสีขาวเปราะเกินกว่าจะใช้ในส่วนประกอบโครงสร้าง แต่เนื่องจากมีความแข็งที่ดี ทนทานต่อการเสียดสี และต้นทุนต่ำ จึงสามารถใช้เป็นพื้นผิวการสึกหรอของปั๊มสารละลายได้

เป็นการยากที่จะหล่อเย็นเหล็กหล่อหนาให้เย็นลงด้วยอัตราที่เร็วกว่า ซึ่งเพียงพอที่จะทำให้โลหะหลอมแข็งตัวเหมือนเหล็กหล่อสีขาว อย่างไรก็ตาม การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วสามารถนำไปใช้เพื่อทำให้เหล็กหล่อสีขาวแข็งตัวได้ และหลังจากนี้ส่วนที่เหลือก็จะเป็น เย็นตัวลงด้วยความเร็วที่ช้าลง จึงกลายเป็นแกนเหล็กหล่อสีเทา การหล่อที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่าการหล่อแบบแช่เย็น และประกอบด้วยข้อดีของการมีพื้นผิวแข็งแต่มีการตกแต่งภายในที่แข็งแกร่งกว่า

โลหะผสมเหล็กโครเมียมสีขาวสูงมีความสามารถในการหล่อใบพัดขนาดใหญ่ประมาณ 10 ตันในการหล่อทราย นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าโครเมียมลดอัตราการระบายความร้อนที่จำเป็นในการผลิตคาร์ไบด์ผ่านความหนาของวัสดุที่มากขึ้น คาร์ไบด์ที่มีความทนทานต่อการเสียดสีดีเยี่ยมยังผลิตจากองค์ประกอบโครเมียมอีกด้วย

การหล่อเหล็กอ่อน

เหล็กหล่ออบเหนียวเริ่มต้นจากการหล่อเหล็กสีขาว จากนั้นให้ความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 950°C เป็นเวลาสองวันหรือหนึ่งวัน จากนั้นจึงทำให้เย็นลงในช่วงเวลาเดียวกัน

คาร์บอนในเหล็กคาร์ไบด์จะเปลี่ยนเป็นกราไฟต์และเฟอร์ไรต์บวกกับคาร์บอนเนื่องจากกระบวนการทำความร้อนและความเย็นนี้ นี่เป็นกระบวนการที่ต่ำ แต่ช่วยให้แรงตึงผิวเปลี่ยนกราไฟต์ให้เป็นอนุภาคทรงกลมแทนที่จะเป็นสะเก็ด

ทรงกลมค่อนข้างสั้นและอยู่ห่างจากกันเนื่องจากมีอัตราส่วนภาพที่ต่ำ นอกจากนี้ยังมีส่วนตัดขวางด้านล่างซึ่งเป็นรอยแตกที่แพร่กระจายและโฟตอน ในทางตรงกันข้ามกับสะเก็ด พวกมันมีขอบเขตทู่ซึ่งมีส่วนในการบรรเทาปัญหาความเข้มข้นของความเครียดซึ่งพบในเหล็กหล่อสีเทา โดยรวมแล้ว คุณสมบัติที่รวมอยู่ในเหล็กหล่ออบอ่อนนั้นเหมือนกับเหล็กที่มีลักษณะอ่อนโยนมากกว่า

การหล่อเหล็กดัด

บางครั้งเรียกว่าเหล็กหล่อกลม เหล็กหล่อชนิดนี้มีกราไฟต์อยู่ในรูปของก้อนเล็กๆ มาก โดยกราไฟท์จะมีรูปแบบของชั้นที่มีศูนย์กลางร่วมกันจึงก่อตัวเป็นก้อน ด้วยเหตุนี้คุณสมบัติของเหล็กหล่อเหนียวเป็นของเหล็กฟูซึ่งไม่มีผลกระทบจากความเข้มข้นของความเค้นที่เกิดจากสะเก็ดของกราไฟท์

ปริมาณความเข้มข้นของคาร์บอนมีอยู่ประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ถึง 4 เปอร์เซ็นต์ และปริมาณซิลิคอนอยู่ที่ประมาณ 1.8 เปอร์เซ็นต์ถึง 2.8 เปอร์เซ็นต์ ปริมาณแมกนีเซียมเล็กน้อย 0.02 เปอร์เซ็นต์ถึง 0.1 เปอร์เซ็นต์ และซีเรียมเพียง 0.02 เปอร์เซ็นต์ถึง 0.04 เปอร์เซ็นต์เมื่อเติมลงในโลหะผสมเหล่านี้ จะทำให้อัตราการตกตะกอนของกราไฟท์เพิ่มขึ้นช้าลงผ่านพันธะกับขอบเลนกราไฟท์

คาร์บอนมีโอกาสที่จะแยกตัวเป็นอนุภาคทรงกลมเมื่อวัสดุแข็งตัว เนื่องจากการควบคุมองค์ประกอบอื่นๆ อย่างระมัดระวังและจังหวะเวลาที่เหมาะสมในระหว่างกระบวนการ อนุภาคที่ได้จะคล้ายกับเหล็กหล่ออ่อน แต่ชิ้นส่วนสามารถหล่อด้วยส่วนที่ใหญ่กว่าได้

องค์ประกอบการผสม

คุณสมบัติของเหล็กหล่อมีการเปลี่ยนแปลงและเติมลงในธาตุผสมหรืออัลลอยด์ต่างๆ ในเหล็กหล่อ ธาตุซิลิกอนสอดคล้องกับคาร์บอนเนื่องจากมีความสามารถในการผลักคาร์บอนออกจากสารละลาย ซิลิกอนเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยไม่สามารถบรรลุผลนี้ได้เต็มที่ เนื่องจากปล่อยให้คาร์บอนยังคงอยู่ในสารละลาย จึงเกิดเป็นเหล็กคาร์ไบด์และยังผลิตเหล็กหล่อสีขาวอีกด้วย

เปอร์เซ็นต์หรือความเข้มข้นที่มากขึ้นของซิลิคอนสามารถบังคับคาร์บอนออกจากสารละลาย แล้วเกิดเป็นกราไฟท์ และยังผลิตเหล็กหล่อสีเทาอีกด้วย สารเจืออื่นๆ ที่ไม่ได้ระบุไว้ ได้แก่ แมงกานีส โครเมียม ไทเทเนียม และวานาเดียม สารต่อต้านซิลิกอนเหล่านี้ยังส่งเสริมการกักเก็บคาร์บอนและทำให้เกิดคาร์ไบด์อีกด้วย นิกเกิลและธาตุทองแดงมีข้อได้เปรียบเนื่องจากเพิ่มความแข็งแรงและความสามารถในการแปรรูป แต่จะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงปริมาณคาร์บอนที่เกิดขึ้นได้

คาร์บอนที่อยู่ในรูปของกราไฟท์ส่งผลให้เหล็กอ่อนตัวลง ซึ่งช่วยลดผลกระทบของการหดตัว ลดความแข็งแรง และลดความหนาแน่นที่มีอยู่ ซัลเฟอร์ส่วนใหญ่เป็นสารปนเปื้อนเมื่อกักเก็บ และจะเกิดเป็นเหล็กซัลไฟด์ซึ่งป้องกันการเกิดกราไฟท์และเพิ่มความแข็งด้วย

ข้อเสียที่เกิดจากกำมะถันคือทำให้เหล็กหล่อหลอมเหลวมีความหนืดซึ่งทำให้เกิดข้อบกพร่อง เพื่อรองรับและกำจัดผลกระทบของซัลเฟอร์ จึงมีการเติมแมงกานีสลงในสารละลาย สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะเมื่อทั้งสองรวมกันจะเกิดแมงกานีสซัลไฟด์แทนที่จะเป็นเหล็กซัลไฟด์ ส่งผลให้แมงกานีสซัลไฟด์มีน้ำหนักเบากว่าที่หลอมละลายและมีแนวโน้มที่จะลอยออกมาจากที่หลอมละลายและเข้าไปในตะกรัน

ปริมาณแมงกานีสโดยประมาณที่จำเป็นในการยกเลิกผลกระทบของกำมะถันคือปริมาณกำมะถัน 1.7 หน่วยและเพิ่มอีก 0.3 เปอร์เซ็นต์ที่ด้านบน การเติมแมงกานีสเกินกว่าจำนวนนี้ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของแมงกานีสคาร์ไบด์ และเพิ่มความแข็งและความหนาวเย็น ยกเว้นในเหล็กสีเทาซึ่งแมงกานีสมากถึง 1 เปอร์เซ็นต์สามารถเพิ่มความแข็งแรงและความหนาแน่นที่มีอยู่ได้ นิกเกิลเป็นหนึ่งในองค์ประกอบโลหะผสมทั่วไปมากที่สุด เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะทำให้ไข่มุกบริสุทธิ์และโครงสร้างของกราไฟท์ดีขึ้น จึงช่วยเพิ่มความเหนียว และทำให้ความแตกต่างของความแข็งระหว่างความหนาของส่วนต่างๆ ลดลง

โครเมียมจะถูกเติมในปริมาณเล็กน้อยเพื่อลดกราไฟท์อิสระและทำให้เกิดความเย็น เนื่องจากโครเมียมเป็นสารเพิ่มความเสถียรของคาร์ไบด์ที่ทรงพลัง และในบางกรณีก็สามารถทำงานร่วมกับนิกเกิลได้ สำหรับโครเมียมก็สามารถเพิ่มดีบุกทดแทนได้เล็กน้อย ทองแดงจะถูกเติมลงในทัพพีหรือเตาเผาในอัตราร้อยละ 0.5 ถึง 2.5 เปอร์เซ็นต์ เพื่อให้ได้ความเย็นที่ลดลง กราไฟท์ที่บริสุทธิ์ และเพิ่มความลื่นไหล สามารถเติมโมลิบดีนัมได้ตามลำดับร้อยละ 0.3 ถึง 1 เปอร์เซ็นต์ เพื่อเพิ่มความเย็น ปรับแต่งกราไฟต์ และปรับแต่งโครงสร้างมุกไลท์

โดยปกติจะมีการเติมนิกเกิล ทองแดง และโครเมียมเพื่อผลิตเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง ธาตุไทเทเนียมถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อทำหน้าที่เป็นตัวไล่ก๊าซและตัวกำจัดออกซิไดซ์ และเพิ่มความลื่นไหล สัดส่วนร้อยละ 0.15 ถึง 0.5 เปอร์เซ็นต์ของธาตุวานาเดียมจะถูกเติมลงในเหล็กหล่อ และช่วยในการรักษาเสถียรภาพของซีเมนต์ เพื่อเพิ่มความแข็ง และต้านทานการสึกหรอและผลกระทบจากความร้อน

เซอร์โคเนียมช่วยสร้างกราไฟท์และเติมในสัดส่วนประมาณ 0.1 เปอร์เซ็นต์ถึง 0.3 เปอร์เซ็นต์ องค์ประกอบนี้ยังช่วยในการกำจัดออกซิไดซ์และเพิ่มความลื่นไหล ในการหลอมเหล็กอ่อนได้ เพื่อเพิ่มปริมาณซิลิกอนที่สามารถเพิ่มได้ บิสมัทจะถูกเทในปริมาณ 0.002 เปอร์เซ็นต์ถึง 0.01 เปอร์เซ็นต์ ในเหล็กสีขาว ธาตุโบรอนจะถูกเติมเข้าไป ซึ่งช่วยในการผลิตเหล็กซึ่งสามารถอ่อนตัวได้ และช่วยลดผลกระทบจากการหยาบของธาตุบิสมัท