Żeliwo stopowe: gatunki, właściwości i zastosowania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Żelazo stopowe jest materiałem wytwarzanym przez wytapianie w wielkich piecach. Może zawierać różne ilości węgla. W zależności od ilościowej zawartości tej substancji rozróżnia się dwa rodzaje żeliwa. Pierwsza nazywa się konwersją lub bielą, a druga jest szara lub odlewnia.

Opis typów żeliwa

Pierwszy typ to surówka. Jest to nazwa materiału, w którym węgiel występuje w postaci substancji takiej jak cementyt. W przerwie ma biały kolor, stąd jego nazwa. Takie żeliwo charakteryzuje się dużą twardością i kruchością. Jest bardzo trudny do obróbki. Jednocześnie około 80% całej wytopionej surówki jest białej. Głównym celem tego rodzaju materiału jest dalsze przetopienie na stal.

Żeliwo szare to metal, w którym występuje węgiel w postaci grafitu sferoidalnego. W przerwie jego kolor jest szary, co również zadecydowało o jego nazwie. Kruchość i twardość takiego żeliwa jest mniejsza niż w przypadku żeliwa białego, ale jest znacznie lepiej obrabiane.

Właściwości tego typu żeliwa stopowego są następujące:

• Przede wszystkim bardzo dobrze wytrzymuje obciążenia ściskające.
• Po drugie, ten metal jest niewrażliwy na wady powierzchniowe, a także ma dobrą odporność na uszkodzenia zmęczeniowe.

Jednak żeliwo stopowe odlewnicze ma raczej słabą udarność, a także niską ciągliwość. Ze względu na te dwie wady dość trudno jest wykorzystać taki materiał do celów konstrukcyjnych.

Ogólny opis gatunków żeliwa szarego

Dziś istnieją takie gatunki stopowego żeliwa szarego: SCH 10, SCH 15, SCH 18, SCH 20 i kilka innych. Litery SCh w oznaczeniu wskazują, że jest to żeliwo szare, a kolejne dwie cyfry wskazują maksymalne obciążenie, jakie metal może wytrzymać po rozciągnięciu. Wytrzymałość na rozciąganie w tym przypadku jest mierzona w MPa.

Odmiany żeliwa szarego

Odlewnicze żelazo stopowe ma kilka podtypów. Jednym z nich było żeliwo sferoidalne. Tę warunkową nazwę nadano materiałowi, który wyróżnia się tym, że jest bardziej miękki i bardziej lepki niż szary. Zdobądź to z białego żeliwa. Aby to zrobić, użyj procedury wyżarzania, która trwa długo. Oznaczenia tutaj są mniej więcej takie same, na przykład KCh 30-6, KCh 33-8, KCh 37-12. Litery wskazują, że to żeliwo jest ciągliwe, a kolejne dwie liczby określają wytrzymałość na rozciąganie. Ale jeśli chodzi o ostatnią jedną lub dwie cyfry, charakteryzują one maksymalne wydłużenie względne, któremierzone w procentach.

Zmodyfikowano inny podtyp odlewniczego żelaza stopowego. Aby to uzyskać, musisz dodać do szarości specjalne elementy. Takie modyfikatory dodaje się przed wylaniem substancji. Jako dodatki można stosować glin, krzem, wapń i inne. Dodatki te znacząco zwiększają liczbę centrów krystalizacji. Innymi słowy przyczyniają się do znacznej redukcji grafitu.

Dzięki tym dodatkom specjalne żeliwo stopowe charakteryzuje się wyższą wytrzymałością, mniejszą kruchością oraz zwiększoną odpornością na pękanie. Warto dodać, że z tak zmodyfikowanego materiału uzyskuje się wszystkie najlepsze gatunki tego stopu.

Rodzaje stopów stopowych

Co oznacza żeliwo stopowe? Stopowanie to operacja polegająca na wprowadzeniu różnych zanieczyszczeń do składu materiału, które mogą poprawić jego właściwości. W przypadku żeliwa takimi dodatkami stały się tytan, chrom, wanad i inne. Wprowadzenie pierwiastków stopowych do kompozycji może zwiększyć takie cechy jak wytrzymałość, twardość, odporność na zużycie, odporność na korozję i wiele innych.

Dzisiaj, w zależności od ilości pierwiastków stopowych w żeliwie, można wyróżnić trzy typy:

1. Jeżeli dodatki są zawarte w ilości do 2,5% masy całkowitej, to jest to żeliwo niskostopowe.
2. Materiały średniostopowe to materiały, których zawartość substancji mieści się w zakresie od2,5 do 10%.
3. Ostatni typ jest wysokostopowy, jeśli całkowita zawartość modyfikatorów przekracza 10%.

Substancje stopowe, znakowanie

Zgodnie z GOST żeliwo stopowe musi zawierać określoną ilość substancji do użytku w określonym obszarze. Ponadto etykietowanie jest również standardowe. Na przykład ChN15D7Kh jest stopem o wysokiej wytrzymałości zawierającym 15% niklu, 7% miedzi i około 1% chromu. Jak widać, w oznakowaniu pierwiastki stopowe są oznaczone jedną literą, po której następuje liczba wskazująca na zawartość ilościową dodatku. Może się jednak zdarzyć, że tej figury brakuje, jak po chromie. Oznacza to, że zawartość substancji w składzie wynosi około 1%.

Jeśli chodzi o produkcję takiego żeliwa, jest to dość niedrogie. Jednocześnie produkt końcowy ma wystarczająco wysokie właściwości użytkowe. Dzięki tym dwóm czynnikom zakres opisywanego materiału stale się powiększa.

Rodzaje stopów stopowych

To naturalne, że dodanie jakiejkolwiek substancji do kompozycji polepszy jakąkolwiek konkretną cechę. Dlatego rozróżnia się kilka klas materiałów stopowych.

Tak więc żeliwo może być odporne na zużycie. Materiał należący do tej grupy charakteryzuje się zwiększoną odpornością na ścieranie, które pojawia się podczas tarcia powierzchniowego. Ta kategoria obejmuje żeliwo przeciwcierne i cierne. Pierwszy z nich ma bardzo niskiwspółczynnik tarcia. Z tego powodu głównym zastosowaniem żeliwa stopowego wymienionego typu jest produkcja takich części jak łożyska ślizgowe, tuleje do nich oraz inne części o podobnych wymaganiach.

Materiał cierny, przeciwnie, charakteryzuje się dość wysokim współczynnikiem tarcia, dlatego jest najczęściej używany w produkcji urządzeń hamulcowych do różnych mechanizmów, osprzętu itp.

Żeliwo nierdzewne

Wiele osób wie, że istnieje metal zwany stalą nierdzewną. W rzeczywistości nie jest to bardzo dokładna definicja. Właśnie takie stopy różnią się tym, że ich odporność na korozję jest dość wysoka. To żeliwo było najszerzej stosowane w przemyśle stoczniowym. Jeżeli do składu żelaza jako pierwiastka stopowego doda się więcej niż 12% chromu, a zawartość węgla zostanie maksymalnie zmniejszona, to w efekcie otrzymamy taki stop.

ChNHT, ChN1KhMD, ChN15D7Kh2 stały się jej najczęstszymi markami. Wyróżniają się tym, że zachowują wysoką odporność na korozję nawet w agresywnych środowiskach, mają dobrą odporność na kawitację i zużycie w środowisku parowo-wodnym.

Niewielką, ale wciąż dość popularną grupą jest żeliwo żaroodporne. Główną zaletą materiału jest to, że dość trudno się utlenia, a także dobrze zachowuje swoje właściwości w podwyższonych temperaturach.

Wprowadzenie miedzi

Obecniez czasem coraz częściej zaczynają używać żeliwa z dodatkiem miedzi. Wprowadzenie tego dodatku do stopu znacząco poprawia jego właściwości odlewnicze. Co najlepsze, wpływa to na płynność materiału. Ponadto znacznie zmniejsza się tendencja do pękania i kurczenia się porowatości.

Włączenie 0,5% Cu (miedzi) sprawia, że żeliwo nadaje się do odlewania w części o grubości ścianki od 10 do 25 mm. Jeśli konieczne jest zwiększenie grubości ścianek przyszłych elementów, konieczne będzie zwiększenie ilościowej zawartości miedzi, a także jej kompleksów. Warto w tym miejscu zauważyć, że efekt dodania miedzi można wzmocnić, wprowadzając do stopu pierwiastki takie jak antymon czy bizmut.

Jeżeli równoważnik węgla wzrośnie, to wpływ miedzi na krystalizację grafitu zmniejszy się. Stopowanie żeliwa z miedzią może również zapobiegać bieleniu warstw powierzchniowych, a także znacznie zwiększać twardość w kierunku środka. Jest to dość zauważalne podczas wytapiania tulei cylindrowych, głowic bloków żeliwnych i innych przedmiotów.

Kompleksowe żeliwo stopowe

Aby z powodzeniem wytopić żeliwo, które można wykorzystać do odlewania tulei cylindrowych, konieczne jest stosowanie nie tylko różnych żelazostopów, ale także pieca indukcyjnego. Do odlewania takich części stosuje się marki IChKhN4, ChN1KhMD i ChNMSh oraz kilka innych typów. Ich charakterystyczną cechą jest to, że wszystkie części są przetapiane w cienkościenną lub masywną formę.

Igłastruktura i materiał o wysokiej wytrzymałości

Niewielka odmiana żeliwa szarego, należąca do grupy odpornej na zużycie, to materiał o igiełkowatej strukturze. Stopień domieszkowania w takim materiale jest dość niski. Niska jest w nim również zawartość krzemu i węgla. W takim przypadku ilość substancji takich jak miedź, molibden, nikiel i niektóre inne modyfikatory wzrasta w zależności od wymaganej grubości ścianki, a także od zastosowanej metody odlewania.

Inna odmiana to materiał o wysokiej wytrzymałości. Jest to niewielka odmiana żeliwa szarego, która wyróżnia się zawartością grafitu sferoidalnego. W celu uzyskania takiej struktury konieczne jest wprowadzenie do stopu magnezu, ceru i bizmutu. Dodatek tych trzech pierwiastków stopowych zamienia grafit sferoidalny materiału odlewniczego w grafit sferoidalny. Ten typ różni się tym, że jego właściwości mechaniczne są znacznie wyższe niż w przypadku innych rodzajów żeliwa. Do chwili obecnej produkowanych jest około 10 różnych gatunków stopów tej kategorii. Taki materiał może być doskonale wykorzystany w przemyśle stoczniowym zamiast typu plastycznego. A najczęstszym rodzajem żeliwa sferoidalnego jest magnez (z dużą ilością magnezu w składzie).