Các loại đúc sắt

Các loại đúc sắt

Chương này sẽ thảo luận về các loại vật đúc bằng sắt khác nhau.

Đúc sắt xám

Đặc điểm của gang xám là cấu trúc vi mô đồ họa, có thể gây ra vết nứt cho vật liệu và có bề ngoài màu xám. Đây là loại gang được sử dụng phổ biến nhất và cũng là loại vật liệu đúc được sử dụng phổ biến dựa trên trọng lượng. Phần lớn gang xám có khả năng phân hủy hóa học từ 2,5% đến 4% cacbon, 1% đến 3% silicone và phần còn lại là thành phần của sắt.

Loại gang này có độ bền kéo kém hơn và khả năng chống sốc kém hơn so với thép. Cường độ nén của nó tương đương với thép cacbon thấp và trung bình.

Tất cả các tính chất cơ học này được điều khiển bởi hình dạng và kích thước của vảy than chì, hiện diện trong cấu trúc vi mô của gang xám.

Đúc sắt trắng

Loại sắt này có bề mặt bị nứt có màu trắng do có kết tủa cacbua sắt có tên là xi măng. Cacbon chứa trong gang trắng kết tủa khi tan chảy dưới dạng xi măng ở pha ổn định chứ không phải ở dạng than chì. Điều này đạt được nhờ hàm lượng silic thấp hơn làm tác nhân tạo than chì và tốc độ làm nguội được cung cấp nhanh hơn. Sau lượng mưa này, xi măng tạo thành các hạt lớn.

Trong quá trình kết tủa cacbua sắt, kết tủa sẽ hút cacbon từ sự nóng chảy ban đầu, do đó di chuyển hỗn hợp về phía một chất gần với eutectic hơn. Giai đoạn còn lại là khử sắt thành carbon austenite, chất này sẽ chuyển thành martensite sau khi nguội.

Các cacbit eutectic chứa trong này quá lớn để có thể mang lại lợi ích cho việc làm cứng kết tủa. Trong một số loại thép có thể có các kết tủa xi măng nhỏ hơn nhiều có thể gây biến dạng nhựa bằng cách cản trở sự chuyển động của các sai lệch thông qua ma trận ferit sắt nguyên chất. Chúng có một lợi thế là chúng làm tăng độ cứng khối của gang chỉ vì độ cứng và phần thể tích của chúng. Điều này dẫn đến độ cứng khối có thể được tính gần đúng theo quy tắc hỗn hợp.

Độ cứng này được cung cấp với cái giá phải trả là độ dẻo dai trong mọi trường hợp. Gang trắng thường có thể được phân loại là xi măng, vì cacbua chiếm phần lớn hơn trong vật liệu. Sắt trắng quá giòn nên không thể sử dụng trong các bộ phận kết cấu, nhưng do có độ cứng tốt, khả năng chống mài mòn và giá thành thấp nên có thể dùng làm bề mặt mài mòn của máy bơm bùn.

Thật khó để làm nguội các vật đúc dày với tốc độ nhanh hơn, đủ để đông cứng nóng chảy như gang trắng, tuy nhiên, việc làm mát nhanh có thể được sử dụng để đông đặc một đống gang trắng và sau đó phần còn lại sẽ là nguội với tốc độ chậm hơn do đó tạo thành lõi bằng gang xám. Quá trình đúc kết quả này được gọi là đúc nguội và nó có những lợi ích là có bề mặt cứng nhưng bên trong cứng hơn.

Hợp kim sắt trắng có hàm lượng crom cao có khả năng cho phép đúc khối lượng lớn bánh công tác nặng khoảng 10 tấn bằng cát. Điều này là do crom làm giảm tốc độ làm mát cần thiết để sản xuất cacbua khi vật liệu có độ dày lớn hơn. Các cacbua có khả năng chống mài mòn tuyệt vời cũng được tạo ra bởi các nguyên tố crom.

Đúc sắt dễ uốn

Gang dẻo bắt đầu như một vật đúc bằng sắt trắng, sau đó được xử lý nhiệt ở nhiệt độ khoảng 950°C trong hai hoặc một ngày, sau đó được làm nguội trong cùng một khoảng thời gian.

Carbon trong cacbua sắt sau đó biến đổi thành than chì và ferit cộng với carbon do quá trình gia nhiệt và làm mát này. Đây là một quá trình thấp, nhưng nó cho phép sức căng bề mặt biến đổi than chì thành các hạt hình cầu chứ không phải dạng mảnh.

Các nhân vật chính tương đối ngắn và cách xa nhau hơn do tỷ lệ khung hình thấp. Chúng cũng chứa một mặt cắt ngang thấp hơn, vết nứt lan truyền và một photon. Ngược lại với vảy, chúng chứa các ranh giới cùn góp phần làm giảm các vấn đề về tập trung ứng suất thường gặp ở gang xám. Nhìn chung, các đặc tính của gang dẻo giống với đặc tính của thép hơn, có tính chất nhẹ.

Đúc sắt dẻo

Đôi khi được gọi là gang dạng nốt, loại gang này có than chì ở dạng các nốt rất nhỏ, than chì có dạng các lớp đồng tâm và do đó tạo thành các nốt sần. Nhờ đó, các thuộc tính củagang dẻolà loại thép xốp không có tác dụng tập trung ứng suất do các mảnh than chì tạo ra.

Lượng nồng độ carbon chứa trong đó là khoảng 3% đến 4% và của silicon là khoảng 1,8% đến 2,8%. Một lượng nhỏ từ 0,02% đến 0,1% magie và chỉ 0,02% đến 0,04% xeri khi được thêm vào các hợp kim này sẽ làm chậm tốc độ tăng kết tủa than chì thông qua liên kết với các cạnh của làn than chì.

Carbon có thể có cơ hội tách ra thành các hạt hình cầu khi vật liệu đông đặc lại, do sự kiểm soát cẩn thận của các nguyên tố khác và thời gian thích hợp trong quá trình này. Các hạt thu được tương tự như gang dẻo, nhưng các bộ phận có thể được đúc với tiết diện lớn hơn.

Các yếu tố hợp kim

Các tính chất của gang được thay đổi và bổ sung trong các nguyên tố hợp kim hoặc hợp kim khác nhau trong gang. Cùng hàng với carbon là nguyên tố silicon vì nó có khả năng đẩy carbon ra khỏi dung dịch. Một tỷ lệ silicon nhỏ hơn không thể đạt được điều này một cách đầy đủ vì nó cho phép carbon tồn tại trong dung dịch, do đó tạo thành cacbua sắt và cũng tạo ra gang trắng.

Tỷ lệ phần trăm hoặc nồng độ silicon lớn hơn có thể đẩy cacbon ra khỏi dung dịch và sau đó tạo thành than chì và cũng tạo ra gang xám. Các chất tạo hợp kim khác không được ghi chú bao gồm mangan, crom, titan và sau đó là vanadi. Những chất này chống lại silicon, chúng cũng thúc đẩy việc giữ lại carbon và do đó cũng thúc đẩy sự hình thành cacbua. Niken và nguyên tố đồng có ưu điểm là chúng làm tăng độ bền và khả năng gia công, nhưng khi đó chúng không thể thay đổi lượng cacbon được tạo thành.

Cacbon ở dạng than chì làm cho sắt mềm hơn, do đó làm giảm tác động co ngót, giảm độ bền và giảm mật độ bên trong. Lưu huỳnh chủ yếu là chất gây ô nhiễm khi chứa trong đó và nó tạo thành sắt sunfua ngăn cản sự hình thành than chì và cũng làm tăng độ cứng.

Nhược điểm của lưu huỳnh là nó làm cho gang nóng chảy bị nhớt, gây ra khuyết tật. Để phục vụ và loại bỏ ảnh hưởng của lưu huỳnh, mangan được thêm vào dung dịch. Điều này được thực hiện bởi vì khi cả hai kết hợp với nhau, chúng tạo thành mangan sunfua thay vì sắt sunfua. Kết quả là mangan sunfua nhẹ hơn tan chảy và có xu hướng nổi ra khỏi tan chảy và đi vào xỉ.

Lượng mangan gần đúng cần thiết để loại bỏ tác động của lưu huỳnh là 1,7 đơn vị hàm lượng lưu huỳnh và thêm 0,3% vào bên trên. Việc bổ sung nhiều hơn lượng mangan này sẽ dẫn đến sự hình thành cacbua mangan và điều này làm tăng độ cứng và độ lạnh, ngoại trừ sắt xám nơi có tới 1% mangan có thể tăng cường độ và mật độ chứa trong đó. Niken là một trong những nguyên tố hợp kim phổ biến nhất vì nó có xu hướng tinh chế ngọc trai và cấu trúc của than chì, do đó cải thiện độ dẻo dai và làm giảm sự khác biệt về độ cứng giữa các độ dày của mặt cắt.

Crom được thêm vào một lượng nhỏ để khử than chì tự do và tạo ra cảm giác lạnh. Điều này là do crom là chất ổn định cacbua mạnh và trong một số trường hợp, nó có thể hoạt động cùng với niken. Đối với crom cũng vậy, có thể thêm một lượng nhỏ thiếc thay thế. Đồng được thêm vào trong nồi hoặc lò nung với tỷ lệ từ 0,5% đến 2,5% để đạt được độ lạnh thấp hơn, tinh chế than chì và tăng tính lưu động. Molypden cũng có thể được thêm vào theo thứ tự từ 0,3% đến 1% để tăng độ lạnh, tinh chế than chì và tinh chỉnh cấu trúc ngọc trai.

Nó thường được thêm vào cùng với niken, đồng và crom để tạo ra bàn là có độ bền cao. Nguyên tố titan được thêm vào để hoạt động như một chất khử khí và khử oxy, đồng thời tăng tính lưu động. Tỷ lệ từ 0,15% đến 0,5% nguyên tố vanadi được thêm vào gang và giúp ổn định xi măng, tăng độ cứng và chống mài mòn và tác động nhiệt.

Zirconium giúp tạo thành than chì và được thêm vào với tỷ lệ khoảng 0,1% đến 0,3%. Yếu tố này cũng giúp khử oxy và tăng tính lưu động. Trong quá trình nấu chảy sắt dẻo, để tăng lượng silicon có thể thêm vào, bismuth được đổ theo tỷ lệ từ 0,002% đến 0,01%. Trong sắt trắng, nguyên tố boron được thêm vào, giúp tạo ra sắt dễ uốn và làm giảm tác dụng làm thô của nguyên tố bismuth.