Kompozisyon |
Karbon Demir (3.5) |
---|
Dökme olarak metal , bir bir alaşım arasında demir ve karbon , içeriği% 2'den daha büyüktür. Dökme demirlerde aşırı doymuş olan karbon, grafit veya sementit Fe 3 C şeklinde çökebilir. Mükemmel akışkanlıklarıyla diğer demir alaşımlarından farklıdırlar.
Dökme demir çeşitli sınıflandırmalar vardır, ancak yaygın göre, kullanılan en kırılma fasiesinde : tanık iki kategoriye tanımlar beyaz döküm demirleri demir ve sementit ve oluşan beyaz kırılma ile, dökme demirler , gri kırılma ile, demir ve grafitten oluşur.
Dökme demirlerin hepsi alaşımdır. Mükemmel akışkanlıkları ile diğer alaşımlardan ayırt edilirler (bu terim, erimiş alaşımın termal ataletini ve akışkanlığını birleştirir, üçgen kesitli bir spiral test tüpü ile standart bir şekilde ölçülür).
Dökme demir , esasen içerdiği karbon ve silikon yüzdesine bağlı olarak 1135 ila 1350 °C arasında değişen bir erime noktasına sahiptir . Eritildiğinde, maksimum karbon içeriği sıcaklığına bağlıdır. Katılaşma anında , metal matriste grafit şeklinde çöken karbon miktarı, mevcut diğer elementlere (esas olarak silikon) ve soğutma hızlarına bağlıdır.
Bu imalatında bir ön-madde olabilir çelik gelen demir cevheri . Yüksek fırından çıkan ve rafine edilerek çeliğe dönüştürülecek ( dekarburizasyon ile ) alaşımdır . Daha sonra , onu dökümhane demirinden ayırt etmek için pik demir olarak adlandırılır , genellikle bir kupol ergimesinden kaynaklanan , belirli bir bileşime sahip ve döküm üretimi için tasarlanmıştır.
Erime keşfedildi Çin sırasında Savaşan Devletler döneminde ( IV inci yüzyıl M.Ö.. ). Avrupa'da, ergitmenin ekonomide önemli bir yer edinmesi, “dolaylı proses”in (yüksek fırında demir üretimi ile dökme demir ara mamul üretimi) genelleştirilmesi XIX. yüzyıl boyunca olmuştur .
Dökme demir, kömür yüksek fırınlarında üretildi . İbrahim Darby aslında bir oldu, malt kavurma (için bira yapma ) kullanarak dökme demir üretme başarısını kola (daha sonra İngilizceden, "kola" yazılmıştır "coak" pişirmek için ). In 1709 , düşük kükürtlü kömür kullanarak, o onun fabrikasında ilk kok dökme demir yapımı Coalbrookdale . Ancak, odun yakan dökme demirden daha düşük kalitede olduğu söylenen ürünün, kendini kurması ve sanayileşmenin en önemli ürünlerinden biri haline gelmesi elli yıl aldı. 1777 ve 1779 yılları arasında Abraham Darby III, Coalbrookdale'de, tarihte tamamen dökme demirden yapılmış ilk büyük metal köprü olan Demir Köprü'yü inşa etti . Bununla birlikte, kısmen üretici ülkeler (Fransa, Almanya) tarafından uygulanan korumacılık, kısmen bu tip dökme demire atfedilen kalite ve bazı demircilerin isteksizliği nedeniyle, odun ateşinde dökme demir üretimi devam etti.
Kimyasal açıdan bakıldığında, dökme demirler, ledeburit adı verilen ötektik bir faz içeren demir-karbon alaşımlarıdır . Yarı kararlı demir-karbon faz diyagramında, bu nedenle, %2.11'den fazla karbona sahip demir-karbon alaşımları söz konusudur (ancak bu diyagram, alaşım elementlerinin varlığında artık geçerli değildir).
Farklı dökme demirler, karbon yüzdeleriyle ayırt edilir . Saf bir demir ve karbon alaşımı durumunda (dökme demir her zaman önemli miktarlarda silikon ve manganez içerdiğinden teorik durum), aşağıdaki eşikler not edilir:
Çelik yarı kararlı demir karbon fer- kristalize sementit diyagramıdır bu termodinamik olarak kararlı olan grafit olduğu halde, (gösterilmemiş olan) karşısında: sementit içine bozundurmalıdır
Fe 3 C → 3Fe α + C (grafit)ancak karbon atomlarının hareketliliği bunun gerçekleşmesi için yeterli değildir.
Fer-: durumda daha yüksek bir karbon içeriğine sahip ve bu nedenle kararlı demir karbon diyagramında kristalleşebilir dökme demirler için farklıdır grafit . Bu 2 diyagram arasındaki fark, ilk etapta soğuma hızında yatmaktadır: soğutma hızı hızlı olduğunda, γ demirinde çözünen karbonun büyük mesafeler boyunca göç etmek için zamanı yoktur ve Fe 3 C karbürleri oluşturur. , sementit, üzerinde site; soğutma hızı yeterince yavaşsa, karbon "toplanabilir" ve grafit oluşturabilir .
Sabit demir-karbon diyagramında ötektik %4,25 karbon içeriğindedir ve 1153 °C sıcaklıkta erir .
Bu nedenle iki tür yazı tipimiz var:
Beyaz ve dökme demir (veya siyah) arasındaki ayrım XVIII inci yüzyılın. Gri veya beyaz dökme demir elde etmek, hem bileşimlerine hem de soğutma hızına bağlıdır.
Alaşım elementlerinin eklenmesi, ya kararlı diyagrama (grafit) göre ya da yarı kararlı diyagrama (sementit) göre dökme demirin katılaşmasını destekleyebilir. Özellikle, perlit (ferrit ve sementit pulları) oluşumunu teşvik edecek olan, kararlı diyagrama göre dökme demirin veya manganezin katılaşmasını teşvik edecek alaşım elementleri olarak silikon buluyoruz. Bununla birlikte, manganez %0.5 ile %1.5 arasında, silikon %0.5 ile %3 arasında, fosfor %0.05 ile %2.5 arasında ise bir dökme demir alaşımlı olarak kabul edilmez.
Yukarıdaki elementlere ek olarak, yeterli miktarda nikel, bakır (%0,30'dan fazla) gibi en az bir ilave element içeriyorsa, bir dökme demirin alaşımlı olduğu söylenir. krom (%0,20'den fazla); titanyum, molibden, vanadyum, alüminyum (% 0.10'dan fazla). Benzer şekilde, %3'ten fazla silikon veya %1,5'ten fazla manganez içeren bir dökme demir özel kabul edilir (bu, özellikle güçlendirilmiş ferritik matrisli GS dökme demirler için geçerlidir).
Beyaz dökme demir a, çözelti bir perlit ve sementit (Fe 3 ° C). Bu sementitin varlığı, beyaz dökme demiri sert ve kırılgan alaşımlar yapar. Bu tip dökme demir, düşük döküm sıcaklığı, hızlı soğutma, yüksek boncuk içeriği (örn. manganez, bakır, vb.) veya düşük grafitleştirme öğesi içeriği (örn. silikon) ile elde edilir. Beyaz yazı tipleri perlit ve ledeburitten yapılmıştır.
İyi akışkanlığa ve parlak beyaz bir görünüme sahip olan beyaz dökme demir, esas olarak görünüm parçaları, aşınan parçalar (bıçak uçları gibi) ve sanat dökümhanesi için kullanılır. Karbürün varlığı, onu aşınmaya ve aşınmaya karşı çok dirençli kılar, ancak aynı zamanda işlenmesini de çok zorlaştırır. Erime fırını rafine için dönüştürücü (sonunda XX inci teknik olarak bir "beyaz demir" olarak adlandırılan asla rağmen, yüzyıl, hemen hemen tüm demir temsil üretilen). Bu erimiş " pik demir ", yalnızca kimyasal bileşimi ve sıcaklığı açısından değerlidir. Dökme demirin, soğutma ve olası muamelelerini içeren sınıflandırması, bu nedenle, genellikle çelik imalatıyla ilgili değildir .
Alaşım elementlerinin içeriğine bağlı olarak perlitik veya martensitik beyaz dökme demirler elde etmek mümkündür.
Beyaz yazı tiplerinin ana nitelikleri şunlardır:
Başlıca kusurları şunlardır:
Karbonun grafit formunda bulunduğu dökme demir ailesi . Karbonun grafit yapısı, dökme demirin çok yavaş soğutulması veya silikon gibi grafitleştirici bileşenlerin eklenmesiyle elde edilir . Gri dökme demir adı , kırılma rengi beyaz olan beyaz dökme demirin aksine gri olan kırılma görünümünden kaynaklanmaktadır . Görünümü gri ve beyaz olan fontlar da vardır, bunlar hak edilmiş fontlardır (deriyi andıran).
Soğutmanın başlangıcı kararlı diyagrama (demir-grafit) göre gerçekleşse de, sıcaklık düştüğünde grafitleşme faktörlerinin artık etkisi kalmaz, soğuma yarı kararlı diyagrama göre gerçekleşir. Sonuç olarak, mikro yapı, katmanlı veya küresel formda ferrit, perlit, sementit ve grafit içerebilir. Bu fazların her birinin oranı, alaşımın bileşimine ve soğuma hızına bağlıdır.
En yaygın gri yazı tipidir. Grafit, lamel şeklinde oradadır. GL dökme demirleri kırılgan yapan, grafitin bu katmanlı şeklidir (çentik etkisi). Öte yandan grafit, dökme demirin sürtünme özelliklerini iyileştirir ve bu nedenle işlemeyi destekler.
GL yazı tiplerinin ana nitelikleri şunlardır:
Ana kusurlar:
Ana kullanımlar:
GS dökme demirleri 1948'den beri geliştirilmiştir. Grafitin nodüller (küreler) şeklinde bulunduğu dökme demir. Bu özel mikro yapı, dökümden kısa bir süre önce dökme demire magnezyum eklenerek elde edilir (dökme demir erimiş halde tutulursa, yaklaşık on dakika sonra GS dökme demirlerin özelliklerini kaybeder): küreselleştirme işlemidir. Magnezyum buharlaşır ancak grafitin nodüller şeklinde hızlı kristalleşmesine neden olur. Bu mikro yapı ona çeliğe yakın mekanik özellikler kazandırır. Aslında, grafitin küresel şekli, dökme demire iyi süneklik verir.
GS yazı tipi edinmeKüresel bir grafitli dökme demirin katılaşması sırasında, sıvı içinde sferoidler belirir. Karbon nodülleri büyüyecek ve etraflarındaki karbondaki sıvıyı tüketecektir. Katılaşma ilerledikçe, bu sferoidler bir ostenit kılıfı ile çevrelenir. Karbon daha sonra bu ostenit kaplama içinde difüze olmak zorundadır ve daha sonra karbon sferoidleri üzerinde kristalleşmek zorundadır.Bu nedenle, nodüllerin büyümesini kontrol eden ana mekanizma haline gelen, karbonun ostenit içindeki difüzyonudur. Termal bir analiz yaparak (zamanın bir fonksiyonu olarak sıcaklık) bu fenomeni de gözlemleyebiliriz. Aslında, soğutma sırasında, sıvı ve katı faz arasındaki denge eksikliğinden dolayı (grafit ve sıvı arasındaki temas kaybı ile ifade edilir) hiçbir ötektik seviye gözlenmez. Katılaşma tamamlandığında, karbon ostenit içinde yayılmaya devam eder. Gerçekten de, östenit içindeki karbonun çözünürlüğü sıcaklıkla azalır. Ötektoid dönüşüm bir sıcaklık aralığında gerçekleşir. Bu anda, östenitin ferrite dönüştüğü, daha fazla karbon atomunun nodüllere doğru yayıldığını gözlemliyoruz. Bu, karbonun çözünürlüğünün ferrit içinde (kristalografik yapı: kübik merkezli) östenitten (yüz merkezli kübik yapı) daha düşük olması gerçeğiyle açıklanır. Bu katılaşma süreci, ardından soğutma, ferritik bir matriste yıkanmış karbon nodüllerinden oluşan bir denge mikro yapısı ile sonuçlanır. Tabii ki, bu sadece karbonun ostenit / ferrit içinde yayılma zamanı varsa gerçekleşir. Katılaşma ve soğuma, karbonun difüzyon hızından daha hızlıysa, grafit (kararlı diyagram) yerine sementit (metastabil diyagram) şeklinde karbon elde edilir ve ostenitin dönüşümü de gözlenir. ferrit.
Sferoidler, heterojen tohumlardan, grafitin kristalleşmesine izin veren yabancı parçacıklardan oluşur. Küresel formda grafit oluşumunu destekleyen farklı elementler vardır: seryum, lityum, baryum, stronsiyum ve diğer birçok element. Ancak endüstriyel olarak, bir ferroalyaj (FeSiMg) şeklinde eklenerek kullanılan magnezyumdur. Küreselleştirici ajanların tümü kükürt ve oksijen için açgözlüdür, eylemleri yalnızca oksijen ve kükürt ile reaksiyondan sonra fazla miktarda kalıntı ile mümkündür. Ek olarak, bu elementler sıvı banyosunun sıcaklığında uçucu ve uçucudur, bu nedenle etkileri yalnızca kısa bir süre (birkaç dakika) hissedilebilir. Yine de bu elementlerin erimiş banyoya çok fazla konulmaması tavsiye edilir, çünkü bunlardan bazıları (özellikle magnezyum) yarı kararlı diyagrama göre dökme demirin katılaşmasını destekler ve bu nedenle karbür oluşumuna ve çok yüksek bir kalıntı içeriği de dejenere grafit elde edilmesi gerçeğidir.
Ayrıca küresel formda grafit oluşumunu engelleyen elementler de vardır: bizmut (20 ppm'den büyük miktarlar için ), titanyum (400 ppm'den büyük miktarlar için ), kurşun (20 ppm'den büyük miktarlar için ).
Küreselleştirme işlemi için, magnezyum ferroalyajını yerleştirmek için birkaç olası endüstriyel yöntem vardır:
Dökme demirin yapısı, ilave elemanlara ve soğutma hızına bağlıdır, bu parametreler büyük ölçüde parçaların kalınlığına bağlıdır. Bu yapı, mekanik özellikleri güçlü bir şekilde etkiler.
Ayırt ediyoruz:
Bu farklı mikro yapılar, küresel grafitli dökme demirlerin bileşimini değiştirerek (aynı zamanda soğutmayı değiştirerek) elde edilebilir. Aşağıdaki alaşım elementleri özellikle bulunur:
Bir dökme demirin mikro yapısını karakterize etmek için ölçülebilen çeşitli özellikler, özellikle grafitin morfolojik özellikleri vardır. Aslında, grafit parçacıklarını sınıflandırabilmek ve bir grafit parçacığının nodüler olup olmadığına karar verebilmek için standart NF-EN-945'e (grafitin görsel olarak sınıflandırılmasını sağlar) veya bunu mümkün kılan standart NF A04-197'ye güveniyoruz. morfolojik özelliklerini hesaplayarak, görüntü analiz yazılımı kullanarak parçacıkların her birini sınıflandırmak. Bu iki standarda göre grafit parçacıkları 6 sınıfa ayrılabilir: Form I, Form II, Form III, Form IV, Form V, Form VI. Grafit parçacıkları, V veya VI biçimindeyse nodül olarak adlandırılır.
Parçacıklar sınıflandırıldıktan sonra, dökme demirimizin küreselliğini hesaplayabiliriz. EN-1563 standardına göre, bir GS dökme demirin mekanik özelliklerinin standartta belirtilenlere uyması için %80'den büyük bir nodülerliğe sahip olmamız gerekir. Nodülerlik, V ve VI formundaki grafit parçacıklarının yüzey yüzdesine eşittir.:
atama | R, m, ( MPa ) | R p0.2 (MPa) | % | matrisin yapısı | Sertlik ( HB ) |
---|---|---|---|---|---|
EN-GJS-700-2 (FGS 700-2) | 700 | 470 | 2 | perlit | 240-300 |
EN-GJS-600-2 (FGS 600-2) | 600 | 400 | 2 | perlit | 230-280 |
EN-GJS-500-7 (FGS 500-7) | 500 | 350 | 7 | Perlit-ferritik | 210-260 |
EN-GJS-400-15 (FGS 400-15) | 400 | 250 | 15 | ferrit | <220 |
EN-GJS-350-22 (FGS 350-22) | 350 | 220 | 22 | ferrit | <200 |
EN-GJS-450-18 (FGS 450-18) | 450 | 350 | 18 | güçlendirilmiş ferrit | 170-200 |
EN-GJS-500-14 (FGS 500-14) | 500 | 400 | 14 | güçlendirilmiş ferrit | 185-215 |
EN-GJS-600-10 (FGS 600-10) | 600 | 470 | 10 | güçlendirilmiş ferrit | 200-230 |
Küresel grafitli dökme demirin çeliğe kıyasla avantajları özellikle daha hafif parçalar üretmeyi mümkün kılan daha yüksek mekanik direnç / ağırlık oranı, daha iyi işlenebilirlik , neredeyse tamamen geri dönüşüm olasılığı (dökme demirde dökülen parçalar geri dönüştürülebilir ürünlerdir), eritmenin daha düşük enerji maliyeti ve dökme demirin toksik olmaması.
Ana kullanımlarGrafitin lameller ve küreler arasında formda olduğu dökme demir (grafitin çentik etkisi yoktur). Bu özel mikro yapı, çok düşük kükürt içeriğine sahip bir dökme demirde, küresel grafitli dökme demirlere göre daha düşük bir içeriğe sahip magnezyum ilave edilerek elde edilir (genellikle yaklaşık %0.020'ye karşı FGS için minimum %0.035). Bu tip dökme demiri, küresel bir grafitli dökme demirden başlayarak ve çok düşük dozlarda titanyum sağlayarak grafit tohumlarının dönüşümünü bloke ederek elde etmek de mümkündür, bu da döküm için daha geniş bir aralığın sağlanmasına izin verir. Bununla birlikte, titanyum ilavesi, işlemeyi büyük ölçüde cezalandıran çok yüksek sertlikte titanyum karbonitridlerin oluşumuna yol açtığından, bu yöntem günümüzde artık pek kullanılmamaktadır. Vermiküler dökme demirin mikro yapısı, dezavantajlar (kırılganlık) olmadan katmanlı dökme demirin avantajlarını (akışkanlık, titreşim emilimi) ve GS dökme demirin avantajlarını (mekanik direnç) birleştirir. En büyük dezavantajı, istenilen yapının elde edilmesinin ve bu yapının elde edilip edilmediğinin kontrol edilmesinin zorluğudur.
Mekanik özellikler şunlardır:atama | R, m, (MPa) | R p0.2 (MPa) | %AT | matrisin yapısı | Sertlik (HB) |
---|---|---|---|---|---|
EN-GJV-350-7 (FGV 350-7) | 350 | 220 | 7 | ferrit-perlit | <200 |
Avrupa standardı EN 1560 şunları belirtir:
Eski Fransız standardı NF A 02-001 şunları belirtti:
Örnekler:
Dökme demir her türlü mekanik parça için kullanılır. Parçaların çoğu, sıvı metalin silisli kum kalıplara dökülmesiyle elde edilir ( döküm bölümüne bakınız ).
Yazı tipleri şu şekilde uygulanabilir:
Sürekli döküm, ince yapılı bir dökme demir elde etmeyi mümkün kılar, uygulamalar hidrolik endüstrisi (hidrolik distribütör vb.), cam endüstrisi, basit mekanik parçalar vb.
Dökme demir ve çelik dökümhaneleri (2017, cilt 100F), akciğer kanseri için Düşük / Orta risk faktörü olarak kabul edilmiştir .
Dökme demir terimi bazen diğer alaşımları belirtmek için kullanılır, bu kullanımların tümü yanlıştır :