Vrste livenog gvožđa, klasifikacija, sastav, svojstva, obeležavanje i primena

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

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 velikog broja dijelova, sklopova i mehanizama, au nekim slučajevima čak i samodovoljan proizvod sposoban obavljati funkcije koje su mu dodijeljene. Stoga ćemo u ovom članku posvetiti veliku pažnju ovom spoju koji sadrži željezo. Takođe ćemo saznati koje su vrste livenog gvožđa, njihove fizičke i hemijske karakteristike.

Definicija

Liveno gvožđe je zaista jedinstvena legura gvožđa i ugljenika, u kojoj je Fe više od 90%, a C nije više od 6,67%, ali ne manje od 2,14%. Takođe, ugljenik se može naći u livenom gvožđu u obliku cementita ili grafita.

Ugljik daje leguri dovoljno visoku tvrdoću, međutim, u isto vrijeme, smanjuje savitljivost i duktilnost. Kao rezultat toga, liveno gvožđe je krhak materijal. Takođe, određenim vrstama livenog gvožđa se dodaju posebni aditivi, koji mogu da daju jedinjenju određena svojstva. Uloga legirajućih elemenata može biti: nikl, hrom, vanadijum, aluminijum. Indeks gustine livenog gvožđa je 7200 kilograma po kubnom metru. Iz čega se može zaključiti datežina livenog gvožđa je pokazatelj koji se ne može nazvati malim.

Historijska pozadina

Topljenje gvožđa je odavno poznato ljudima. Prvi pomen legure datira iz šestog veka pre nove ere.

U drevnim vremenima, Kina je proizvodila liveno gvožđe sa prilično niskom tačkom topljenja. Liveno gvožđe je počelo da se proizvodi u Evropi oko 14. veka, kada su prve korišćene visoke peći. U to vrijeme, takav odljevak je korišten za proizvodnju oružja, granata, građevinskih dijelova.

U Rusiji je proizvodnja livenog gvožđa aktivno počela u 16. veku, a zatim se brzo proširila. Za vrijeme Petra I, Rusko carstvo je moglo zaobići sve zemlje svijeta po proizvodnji gvožđa, ali je sto godina kasnije ponovo počelo da gubi tlo na tržištu crne metalurgije.

Liveno gvožđe se koristi za stvaranje raznih umetničkih dela još od srednjeg veka. 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 nakon toga iu drugim zemljama, livenje od livenog gvožđa postaje široko rasprostranjeno. Od njega su napravljene ograde, rešetke, parkovske skulpture, baštenski nameštaj, nadgrobni spomenici.

Poslednjih godina 18. veka livenje gvožđa bilo je najviše uključeno u arhitekturu Rusije. A 19. vek se generalno naziva "dobom livenog gvožđa", pošto se legura veoma aktivno koristila u arhitekturi.

Karakteristike

Postoje različite vrstelivenog gvožđa, međutim, prosečna tačka topljenja ovog metalnog jedinjenja je oko 1200 stepeni Celzijusa. Ova brojka je 250-300 stepeni manja od potrebne za proizvodnju čelika. Ova razlika je povezana s prilično visokim sadržajem ugljika, što dovodi do njegovih manje bliskih veza s atomima željeza na molekularnom nivou.

U vrijeme topljenja i naknadne kristalizacije, ugljik sadržan u livenom gvožđu nema vremena da u potpunosti prodre u molekularnu rešetku gvožđa, pa se stoga liveno gvožđe na kraju ispostavi da je prilično krhko. U tom smislu, ne koristi se tamo gdje postoje stalna dinamička opterećenja. Ali u isto vrijeme, odličan je za one dijelove koji imaju povećane zahtjeve za čvrstoćom.

Tehnologija proizvodnje

Apsolutno sve vrste livenog gvožđa se proizvode u visokoj peći. Zapravo, sam proces topljenja je prilično naporna aktivnost koja zahtijeva ozbiljna materijalna ulaganja. Za jednu tonu sirovog 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 u kojoj je željezo najmanje 70%. Niža koncentracija elementa je nepoželjna, jer bi bilo neekonomično koristiti.

Proizvodnja prve faze

Topljenje gvožđa je kako sledi. Prije svega, u peć se sipa ruda, kao i vrste koksnog uglja, koje služe za hlađenje i održavanje potrebne temperature unutar peći. Osim toga, ovi proizvodi tokom procesa sagorijevanja aktivno su uključeni u tekuće kemijske reakcije uuloga sredstava za redukciju gvožđa.

U isto vrijeme, fluks se ubacuje u peć, koji služi kao katalizator. Pomaže da se kamenje brže tope, što podstiče 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). Zatim se ispere kako bi se uklonile čestice bez metala. Nakon toga se sirovina peče, zbog čega se iz nje uklanja sumpor i drugi strani elementi.

Druga faza proizvodnje

Prirodni gas se dovodi u peć napunjenu i spremnu za rad preko posebnih gorionika. Koks zagrijava sirovinu. U tom slučaju se oslobađa ugljik koji se spaja s kisikom i stvara oksid. Ovaj oksid kasnije učestvuje u obnavljanju željeza iz rude. Imajte na umu da sa povećanjem količine gasa u peći, brzina hemijske reakcije se smanjuje, a kada se postigne određeni odnos, 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 otopili nalaze se na površini i na kraju se uklanjaju. Ovaj otpad se zove šljaka. Može se koristiti i za proizvodnju drugih materijala. Vrste livenog gvožđa dobijene na ovaj način nazivaju se livnički i sirovo gvožđe.

Diferencijacija

Savremena klasifikacija livenog gvožđa predviđa podelu ovih legura na sledeće tipove:

• Bijelo.
• Pola.
• Siva sa grafitom u listićima.
• Nodularni grafit visoke čvrstoće.
• Duktilna.

Pogledajmo svaki posebno.

Belo liveno gvožđe

Ovo liveno gvožđe je ono u kome je skoro sav ugljenik hemijski vezan. U mašinstvu se ova legura ne koristi često, jer je tvrda, ali vrlo krta. Takođe, ne može se obraditi raznim alatima za sečenje, pa se stoga koristi za livenje delova koji ne zahtevaju nikakvu obradu. Iako ova vrsta livenog gvožđa omogućava brušenje abrazivnim točkovima. Bijelo lijevano željezo može biti i obično i legirano. Istovremeno, zavarivanje izaziva poteškoće, jer je praćeno stvaranjem raznih pukotina tokom hlađenja ili zagrijavanja, a također i zbog heterogenosti strukture koja se formira na mjestu zavarivanja..

Beli liveni gvožđe otporni na habanje dobijaju se primarnom kristalizacijom tečne legure tokom brzog hlađenja. Najčešće se koriste za primjenu suhog trenja (npr. kočione pločice) ili za proizvodnju dijelova sa povećanom otpornošću na habanje i toplinu (valjaonice).

Inače, bijeli liveni gvožđe je dobio ime po tome što je izgled njegovog preloma svetlo-kristalna, blistava površina. Struktura ovog livenog gvožđa je kombinacija ledeburita, perlita i sekundarnog cementita. Ako je ovo liveno gvožđe legirano, tada se perlit pretvara utroostit, austenit ili martenzit.

Pola livenog gvožđa

Klasifikacija livenog gvožđa bila bi nepotpuna bez pominjanja ove vrste legure metala.

Ovo liveno gvožđe karakteriše kombinacija karbidne eutektike i grafita u svojoj strukturi. Općenito, punopravna struktura ima sljedeći oblik: grafit, perlit, ledeburit. Ako se liveno gvožđe podvrgne termičkoj obradi ili legiranju, to će dovesti do stvaranja austenita, martenzita ili iglastog troostita.

Ova vrsta livenog gvožđa je prilično krhka, pa je njegova upotreba veoma ograničena. Sama 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 takvom livenom gvožđu ima lamelarni oblik. Ne zahtijeva posebne modifikacije.

Grafitne ploče imaju snažan efekat slabljenja i stoga se sivi liveni gvožđe odlikuje veoma niskom udarnom čvrstoćom i skoro potpunim odsustvom istezanja (manje od 0,5%).

Sivo gvožđe je dobro obrađeno. Struktura legure može biti sljedeća:

• Ferit-grafit.
• Ferit-perlit-grafit.
• Perlit-grafit.

Sivi liv radi mnogo bolje na kompresiju nego na napetost. On takodjezavari prilično dobro, ali to zahtijeva predgrijavanje, a kao materijal za punjenje treba 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 zavarivanja.

Sivi liv se koristi za proizvodnju delova koji rade bez udarnog opterećenja (remenice, poklopci, kreveti).

Oznaka ovog livenog gvožđa se javlja prema sledećem principu: SCH 25-52. Dva slova označavaju da se radi o sivom livenom gvožđu, broj 25 je pokazatelj zatezne čvrstoće (u MPa ili kgf / mm 2), broj 52 je zatezna čvrstoća u ovom trenutku savijanja.

Duktilno željezo

Nodularno liveno gvožđe se fundamentalno razlikuje od svoje druge "braće" po tome što sadrži nodularni 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 takav oblik minimalno slabi metalnu bazu, koja pak može biti perlitna, feritna ili perlitno-feritna.

Zbog upotrebe termičke obrade ili legiranja, baza od livenog gvožđa može biti igličasto-troostitna, martenzitna, austenitna.

Ocjene nodularnog gvožđa su različite, ali općenito, njegova oznaka je sljedeća: VCh 40-5. Lako je pogoditi da je HF lijevano željezo visoke čvrstoće, broj 40 je indikatorzatezna čvrstoća (kgf/mm2), broj 5 je u odnosu na istezanje, izraženo u procentima.

Duktilno željezo

Struktura nodularnog gvožđa je prisustvo grafita u njemu u obliku ljuspica ili kugle. Istovremeno, ljuskavi grafit može imati različitu finoću i kompaktnost, što zauzvrat ima direktan uticaj na mehanička svojstva livenog gvožđa.

Industrijsko duktilno gvožđe se 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, lom će postati lakši.

Uopšteno, nodularno gvožđe se dobija od odlivaka od belog gvožđa zbog dugog ležanja u pećima zagrejanim na temperaturu od 800-950 stepeni Celzijusa.

Danas postoje dva načina da se napravi nodularno gvožđe: evropski i američki.

Američka metoda je da se legura taloži u pijesku na temperaturi od 800-850 stepeni. U ovom procesu, grafit se nalazi između zrna najčistijeg gvožđa. Kao rezultat, liveno gvožđe postaje viskozno.

U evropskoj metodi, odljevci vene u željeznoj rudi. Temperatura je u isto vrijeme oko 850-950 stepeni Celzijusa. Ugljik prelazi u željeznu rudu, zbog čega se površinski sloj odljevaka razugljiči i postaje mekan. Liveno gvožđe postaje savitljivo, dok jezgro ostaje krto.

Oznaka kovanog gvožđa: KCh 40-6, gde je KCh, naravno, kovno gvožđe; 40 - indeks zatezne čvrstoće;6 – izduženje, %.

Drugi pokazatelji

Što se tiče podjele lijevanog željeza prema čvrstoći, ovdje se primjenjuje sljedeća klasifikacija:

• Tipična snaga: σv do 20 kg/mm2.
• Povećana snaga: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Visoka čvrstoća: σv=40 kg/mm2 i više.

Prema duktilnosti liveno gvožđe se deli na:

• Nesavitljivo - manje od 1% elongacije.
• Niska plastika - od 1% do 5%.
• Plastika - od 5% do 10%.
• Povećana plastičnost - više od 10%.

U zaključku, takođe bih želeo da napomenem da na svojstva bilo kog livenog gvožđa dosta značajno utiču čak i oblik i priroda izlivanja.