Seguramente muchos se han topado con productos de hierro fundido en la vida cotidiana o en el trabajo. Este material tiene buena resistencia y excelentes propiedades de fundición.

El hierro fundido es un acero, o más correctamente una aleación hierro-carbono, compuesta de hierro y carbono, que tiene un volumen desde el 2,14% hasta un máximo del 6,67% y puede incluirse en la composición como cementita o grafito. El hierro fundido, por definición, es un material de ingeniería económico y fácil de fabricar y que sirve como base para la fundición del acero. Su producción se refiere a procesos químicos complejos que ocurren en determinadas etapas de producción.

Principales características y composición.

Además de hierro y carbono, esta aleación incluye impurezas adicionales que afectan sus propiedades. La diversa composición del hierro fundido le confiere alta dureza, fluidez y aumenta la fragilidad. Incluye: azufre, silicio, manganeso, fósforo. La aleación de hierro fundido debido al carbono entrante tiene alto rendimiento en dureza, pero al mismo tiempo se reduce la maleabilidad y ductilidad de la sustancia. Para darle al metal características especiales, se añaden ciertos aditivos. Se utilizan los siguientes componentes de aleación: níquel, vanadio, así como cromo y aluminio. La fórmula de hierro fundido consta de una base de hierro y carbono con inclusiones adicionales. Tiene una densidad de aproximadamente 7,2 g/cm3, que es un valor bastante alto para compuestos metálicos.

El hierro fundido consta de varios componentes, por lo que las propiedades de sus variaciones pueden diferir significativamente. Además de carbono y hierro, la composición incluye hasta un 2% de manganeso, un 1,2% de fósforo, un 4,3% de silicio y hasta un 0,07% de azufre. El silicio es responsable del estado de fluidez, mejora significativamente las cualidades de la fundición y también la suaviza. El manganeso se utiliza para mejorar la fuerza. La adición de azufre reduce la refractariedad y reduce su fluidez. Además, ella proporciona efectos dañinos, que se manifiesta en la aparición de grietas en las piezas fundidas en caliente (fragilidad roja). La presencia de fósforo reduce las propiedades mecánicas, pero permite la fundición de objetos de formas complejas.

La estructura de hierro fundido parece una base de metal con inclusiones de grafito. Dependiendo del tipo, incluye perlita, grafito en escamas y ledeburita. Estos elementos determinan sus características y están presentes en cantidades variables o completamente ausentes.

El punto de fusión oscila entre un mínimo de +1160 °C y un máximo de +1250 °C. Tiene altas propiedades anticorrosivas y contrarresta activamente la corrosión tanto seca (química) como húmeda. Gracias a él nació el acero inoxidable, una aleación de acero con un alto contenido de cromo.

Área de aplicación

El hierro fundido se utiliza ampliamente en la ingeniería mecánica para fundir diversas piezas. Utilizado para la fabricación de cigüeñales y bloques de motor. Además, se producen pastillas de alta calidad y muy resistentes a la fricción. Se utilizan a bajas temperaturas, donde se utiliza exclusivamente hierro fundido por sus propiedades de alto rendimiento. Estas cualidades se utilizan en la producción de diversos elementos de máquinas que utilizan una aleación de hierro fundido para funcionar en climas hostiles. Este material es muy utilizado por los metalúrgicos debido a sus excelentes características de fundición y su bajo precio. Los productos fundidos tienen una alta resistencia al desgaste y una mayor resistencia.

Muchas piezas de plomería también están hechas de una base de hierro fundido. Se trata de radiadores, radiadores de calefacción, tuberías, bañeras, varios lavabos con lavabos. Muchos productos todavía funcionan hoy en día, aunque se instalaron hace varias décadas. Estos artículos conservan su aspecto original. largos años y no requieren trabajos de restauración. Además, los utensilios de cocina de hierro fundido se consideran uno de los más convenientes a la hora de preparar muchos platos.

Variedades

Según sus características, la aleación de hierro fundido se divide en conversión y fundición. El primero se utiliza en la fundición de acero mediante el método del convertidor de oxígeno. Este tipo caracterizado por una cantidad reducida de manganeso y silicio. El material de fundición de hierro fundido se utiliza para producir numerosas piezas. Muestras de productos elaborados a partir de esta base se pueden ver en las fotografías correspondientes.

Una variedad especial incluye aleaciones de níquel-cromo (nihards). Estos incluyen hierro fundido con bajo y alto contenido de carbono. El primero se caracteriza por una mayor resistencia y el segundo por una mayor resistencia al desgaste. Las principales variedades son las aleaciones blancas y grises. Estos materiales difieren tanto en el contenido de carbono como en las propiedades. Además, se utilizan activamente tipos maleables, aleados y de alta resistencia.

Gris

Las fundiciones grises tienen baja ductilidad y viscosidad y son fáciles de cortar durante el procesamiento. Se utilizan en la fabricación de piezas no críticas, así como de elementos sujetos a desgaste. La fundición gris contiene carbono en forma de grafito, perlita o ferrita-perlita. Su cantidad es aproximadamente del 2,5%, lo que proporciona alta resistencia a los productos. De la aleación gris se fabrican cajas de diversos equipos industriales, engranajes, soportes y casquillos. Un material que contiene una gran cantidad de fósforo (aproximadamente entre 0,3 y 1,2%) tiene buena fluidez y se utiliza en fundición artística.

Blanco

Contiene una gran cantidad de carbono (más del 3%), presentado en forma de cementita o carburo. El color blanco en el lugar de la fractura de este material dio su nombre a la conexión. Una aleación de este tipo tiene una mayor fragilidad y fragilidad, lo que reduce significativamente el ámbito de uso. A partir de él, se producen piezas de formas simples para realizar funciones estáticas sin exposición a cargas importantes. Especificaciones El material blanco se puede mejorar añadiendo componentes de aleación. Para ello se utilizan níquel, cromo y, mucho menos, aluminio o vanadio. La marca con tales aditivos se llama "sorbita". Se utiliza como elemento calefactor en una variedad de dispositivos. La sormita tiene características estables a temperaturas que no superan los +900 °C. Este material sirve como base para la fabricación de bañeras domésticas comunes.

Maleable

Este tipo se obtiene del blanco mediante fundición con tratamiento térmico adicional. En este caso, se utiliza un recocido a largo plazo, durante el cual la cementita se desintegra y forma grafito. Este proceso se llama grafitización y se forman escamas de carbono en la estructura. El grafito adquiere esta forma mediante un recocido prolongado. Esto tiene un efecto positivo sobre la base metálica, que se vuelve más integral, dúctil y viscosa.

El hierro fundido maleable funciona bien a bajas temperaturas y no es muy sensible a los cortes. Utilizado en la fabricación de elementos que operan bajo fricción continua. Además, la aleación maleable sirve como base para productos de configuraciones muy complejas: esquinas, pastillas de freno, tes, carcasas de ejes traseros de automóviles y otras estructuras. Se logran propiedades mejoradas agregando boro, telurio y magnesio.

Alta resistencia

Tiene mayor resistencia y se utiliza para producir productos críticos y, en algunos casos, incluso reemplaza al acero. Este hierro fundido de alta resistencia se obtiene añadiendo impurezas especiales (cerio, calcio, itrio, magnesio) a su forma gris. A partir de él se fabrican engranajes, pistones, cigüeñales y otras piezas. La alta conductividad térmica permite fundir elementos para unidades de calefacción, así como tuberías.

Aleación

La aleación de hierro fundido aleado contiene impurezas adicionales. La composición incluye altos niveles de titanio, níquel, cromo, así como circonio, vanadio, molibdeno, aluminio y otros elementos. Imparten alta resistencia, dureza y resistencia al desgaste. Los materiales aleados se utilizan en la producción de piezas de mecanismos que interactúan con ambientes gaseosos y agresivos, así como aquellos que operan bajo la influencia de soluciones acuosas.

Ventajas del metal

Esta aleación está clasificada como un material producido por metalurgia ferrosa. A menudo se lo compara con el acero a la hora de determinar determinadas características. Un artículo fabricado en hierro fundido tiene un coste reducido en comparación con su homólogo de acero. Además, los elementos de hierro fundido tienen menos peso y resistencia. Estas propiedades del hierro fundido se amplían significativamente mediante el uso de diversos aditivos en las aleaciones. Sus parámetros tienen las siguientes cualidades positivas:

• material ecológico que se utiliza en la producción de artículos para el hogar, incluidos los platos;
• resistente al ambiente ácido-base;
• higiénico;
• capacidad de mantener la temperatura durante mucho tiempo;
• algunos tipos tienen una resistencia comparable a la del acero;
• duración de la operación, durante la cual sus indicadores de calidad solo mejoran;
• Completamente inofensivo para el cuerpo.

Producción

La producción de aleaciones de hierro fundido es un proceso costoso y que requiere mucho material. Para fundir una tonelada de material se necesitarán unos 900 litros de agua corriente y unos 550 kg de coque. El punto de fusión es de aproximadamente +1200 °C, lo que requiere equipos de fusión específicos. Para obtener masa, se requiere mineral, donde la fracción masiva de hierro contenida es superior al 70%. Las rocas minerales agotadas no se utilizan debido a la ineficiencia económica.

El material se funde en altos hornos especiales. Allí, el mineral de hierro pasa por un ciclo tecnológico completo, que comienza con la reducción de los óxidos del mineral y finaliza con la producción de una aleación de hierro fundido. Para fundir el material se necesita combustible: coque, termoantracita y también gas natural. Al final del proceso de reducción, el hierro en forma sólida se coloca en una parte especial del horno para disolver el carbono que contiene. Después de la interacción se obtiene una masa de hierro fundido que cae en forma líquida. Las impurezas no fundidas se empujan hacia la superficie y posteriormente se eliminan. Esta escoria se utiliza para producir numerosos materiales. Después de eliminar las partículas innecesarias de la masa fundida, se añaden aditivos para obtener ciertos grados de aleaciones de hierro fundido.

El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono (cuya cantidad es superior al 2,14%), caracterizada por formaciones eutécticas. El carbono del hierro fundido se encuentra en forma de grafito y cementita. Dependiendo de las formas del grafito y la cantidad de cementita, el hierro fundido se divide en: hierro fundido blanco y gris, maleable y de alta resistencia. Química. La composición del hierro fundido contiene impurezas permanentes (Si, Mn, PS, P) y, en casos raros, también están presentes elementos de aleación como (> Cr, Ni, V, Al, etc.). El hierro fundido suele ser quebradizo. La amplia difusión del hierro fundido en la ingeniería mecánica se vio facilitada por la presencia de buenas fundiciones, así como por su resistencia y dureza. La producción mundial de arrabio antes de la crisis de 2008 ascendía a más de 953 millones de toneladas (en particular, 477 millones de toneladas se fundieron en China).

Composición química del hierro fundido y sus tipos.

Los tipos de fundición blanca y gris se distinguen por el color de la fractura, que está determinado por la estructura del carbono en la fundición como carburo de hierro o grafito libre; se distinguen la fundición de alta resistencia con grafito nodular y la fundición con grafito vermicular. llamado maleable. El carbono en la fundición blanca se encuentra en forma de cementita y en la fundición gris, en forma de grafito.

Composición del hierro fundido blanco.

En la fundición blanca, todo el carbono presente se presenta en estado de cementita. La estructura del hierro fundido blanco incluye perlita, ledeburita y cementita. Debido a su tono claro, el hierro fundido recibió el nombre de blanco.

Composición de la fundición gris y su estructura.

La fundición gris es un tipo de fundición que no contiene ledeburita, pero contiene todo el carbono (o parte del carbono) en forma de grafito. Debe su nombre al color gris de la superficie de la fractura.

Junto con la fundición blanca, pertenece a los principales tipos de fundición. La composición de la fundición gris, además de hierro y carbono (2,5 ... 4,5%), incluye silicio (0,8 ... 4,5%), manganeso (0,1 ... 1,2%) y fósforo. (0,02...0,3%) con azufre (0,02...0,15%). La resistencia a la tracción de la fundición gris es de 100 ... 350 MPa, la resistencia a la compresión es de 450 ... 1400 MPa y la dureza Brinell es de 143 ... 289 HB.

Las principales características de la fundición gris son una baja resistencia al desgarro y una resistencia al impacto bastante baja. Por lo tanto, cuanto más pequeñas sean las placas de grafito y más aisladas estén entre sí, mayores serán las propiedades de resistencia del hierro fundido con la misma base metálica. Esta estructura se obtiene por modificación, el proceso de introducir pequeñas cantidades de sustancias en una aleación de metal líquido, que se denominan modificadores (ferrosilicio y silicocalcio).

Hierro fundido maleable, proceso de producción.

El hierro fundido maleable se obtiene mediante un recocido prolongado de hierro fundido blanco; después de este proceso se forma un grafito en forma de escamas. La base metálica del hierro fundido maleable contiene: ferrita y, con menos frecuencia, perlita.

Estructura de hierro dúctil

En su estructura, el hierro fundido de alta resistencia tiene grafito esferoidal, se obtiene mediante el proceso de cristalización del material. El grafito nodular debilita mucho la base metálica tanto como el grafito tabular, sin aumentar la tensión.

Características estructurales de la media fundición.

Parte del carbono de la mitad del hierro fundido (más del 0,8%) se encuentra en forma de cementita. Los principales componentes estructurales de esta fundición son la perlita, la ledeburita y el grafito plano.

Clasificación de fundiciones.

De la composición química del hierro fundido y del contenido de carbono. hierro fundido gris denominadas hipoeutécticas (2,14-4,3% de carbono) y eutécticas (4,3%), hipereutécticas (4,3-6,67%). La composición de la aleación influye mucho en la estructura del material final.

En la industria, los diferentes tipos de hierro fundido tienen las siguientes marcas:

• hierro fundido-P1, P2;
• Se utiliza hierro fundido para piezas fundidas: PL1, PL2,
• procesamiento de fósforo tipo de hierro fundido-PF1, PF2, PF3,
• procesamiento de tipos de hierro fundido de alta calidad: PVK1, PVK2, PVK3;
• hierro fundido con grafito laminar-SCh (los números que siguen a las letras “> SCh” indican el valor de la resistencia a la tracción (vkgf / mm);

Tipos de fundición antifricción:

• gris antifricción-ASH,
• antifricción de alta resistencia tipo AChV,
• tipo maleable antifricción-AChK;

Hierro fundido con grafito esférico para piezas fundidas - HF (los números que siguen a las letras "HF" significan la resistencia a la tracción vkgf / mm;

A principios del siglo XVI se empezó a fundir hierro fundido en el Imperio Ruso. La fundición de arrabio creció a un ritmo muy rápido y durante el reinado de Pedro 1, Rusia era líder en fundición de metales en Europa. Con el tiempo, las fundiciones comenzaron a separarse de los altos hornos, lo que impulsó el desarrollo de fundiciones de hierro independientes. A principios del siglo XIX, las fábricas comenzaron a producir hierro fundido dúctil y, a finales del siglo XX, dominaron la producción de hierro fundido aleado.

1. Características de las fundiciones sin alear

Características de la fundición gris

La producción de fundición gris se realiza en un alto horno. El material de partida es. La formación de la estructura de aleación gris se lleva a cabo sólo en condiciones de bajas velocidades de enfriamiento. En su forma, el carbono contenido en el hierro fundido se parece al grafito laminar. Por eso la fractura se caracteriza por un color gris.

Características de marcado

Para marcar la fundición gris se utilizan las letras SCH y números. El último de ellos indica qué resistencia a la tracción tiene el material durante el período de estiramiento. Este material se caracteriza por propiedades de fundición universales: baja contracción y alta fluidez.

Solicitud

El material se caracteriza por una alta capacidad para disipar vibraciones en condiciones de carga variables. El metal se caracteriza por una alta viscosidad cíclica. Por este motivo, las máquinas laminadoras y las bancadas de las máquinas se fabrican con este material. Los volantes, poleas, carcasas, aros de pistón, etc. también se fabrican con aleación gris.

Características del hierro dúctil

El hierro fundido de alta resistencia se caracteriza por la presencia de inclusiones esféricas de grafito. La producción de estas inclusiones se garantiza modificando la fundición gris. Debido a la forma esférica del grafito, no se produce una fuerte concentración de tensiones. Es por eso que este material se caracteriza por un alto nivel de resistencia al estiramiento y la flexión.

El hierro fundido de alta resistencia se caracteriza por la presencia de marcas y números HF que indican la resistencia de este material. Este metal se caracteriza por una alta fluidez y una baja contracción.

2. Características de las fundiciones de aleación.

El hierro fundido aleado se obtiene introduciendo componentes aleados, como y otros, en la composición del hierro fundido ordinario. La aleación confiere al hierro fundido propiedades especiales. Las fundiciones aleados, según sus características, pueden ser:

Resistente al desgaste;
Resistente al calor;
Anti fricción;
Resistente al calor.

El marcado de las aleaciones de hierro fundido se realiza de acuerdo con el tipo de acero: Ch es hierro fundido resistente al calor, ICh es hierro fundido resistente al desgaste, ACh es hierro fundido antifricción, ZhCh es hierro fundido resistente al calor. Después de esto puede haber letras que indican elementos de aleación. Después de las letras hay números que indican el contenido aproximado de elementos de aleación en porcentaje. En ausencia de una cifra, se puede juzgar la presencia de aproximadamente el uno por ciento del elemento de aleación.

Características del hierro fundido resistente al desgaste.

La resistencia al desgaste es una propiedad de un material que le permite resistir el desgaste debido a la fricción. Para dotar al hierro fundido de esta propiedad, se añaden cromo, tungsteno y molibdeno al hierro fundido blanco.

Para marcar una aleación resistente al desgaste se utilizan las letras ICH y números que indican el porcentaje de elementos de aleación que contienen.

El hierro fundido resistente al desgaste se caracteriza por un alto nivel de resistencia al desgaste abrasivo, lo que permite su uso para la producción de discos de embrague, frenos, piezas para bombas que bombean medios abrasivos y piezas para sopladores de arena.

Características de las fundiciones resistentes al calor.

La resistencia al calor es una característica en la que un material es capaz de resistir la oxidación en un ambiente gaseoso a altas temperaturas.

La resistencia al calor se garantiza mediante la aleación de hierro fundido gris o blanco con materiales como silicio, cromo y aluminio. En la superficie del material hay densas películas protectoras de óxido, con la ayuda de las cuales la aleación se protege de la oxidación a altas temperaturas.

El marcado del hierro fundido resistente al calor se realiza mediante las letras ZhCH. Después de esto hay números que designan elementos de aleación.

Con la ayuda de cristales líquidos, se fabrican piezas que funcionan en ambientes alcalinos, gaseosos y aéreos y son capaces de soportar temperaturas de hasta 1100 grados centígrados. Se utilizan en la producción de estructuras para hornos como los térmicos, los altos hornos y los hornos de hogar abierto.

Características del hierro fundido resistente al calor.

La resistencia al calor es la capacidad de un metal para conservar sus propiedades a altas temperaturas.
La resistencia al calor se logra si se alea hierro fundido gris o blanco con materiales como cromo, níquel, molibdeno o. Todos los materiales resistentes al calor también lo son, pero no todos los materiales resistentes al calor lo son. La aleación resistente al calor está marcada con la letra H.

Este material se utiliza mucho para la producción de hornos de gas. Se utiliza para fabricar piezas que se instalan en motores diésel de equipos compresores. Además, las piezas fabricadas con este material se instalan en saunas y baños. El hierro fundido resistente al calor es un material que tiene grafito nodular.

Características de las fundiciones antifricción

La antifricción es la capacidad de un material para trabajar en condiciones de fricción. La fundición antifricción puede ser gris, dúctil o dúctil, que se caracteriza por tener una estructura perlítica o perlítico-ferrítica (perlita< 85 %). Для легирования антифрикционных чугунов в большинстве случаев используется хром, медь или титан.

Esto da como resultado una estructura de perlita-ferrita finamente dispersa. El hierro fundido antifricción tiene las siguientes propiedades: un alto nivel de resistencia al desgaste y un coste bastante bajo. Si comparamos este material con, entonces tiene un nivel de fricción menor.

La base para la producción de este material son las fundiciones grises (ASH), maleables (AChK) y de alta resistencia (ASHV). Este material se utiliza muy a menudo como sustituto de las aleaciones no ferrosas. Para que el material funcione de manera eficiente y correcta, es necesario lubricarlo periódicamente y de alta calidad. Si se observa una carga de choque elevada, esto conduce a una disminución en el rendimiento del hierro fundido antifricción.

El hierro fundido es una aleación de hierro con carbono, así como con otros elementos.

Características del hierro fundido

Un factor importante en la producción de hierro fundido es que la cantidad mínima de carbono en la aleación es del 2,14% o más. Si el contenido de carbono en la aleación es inferior a la cantidad especificada, entonces esta aleación no es hierro fundido, sino que se llama acero. El proceso de producción del acero y del hierro fundido es aproximadamente el mismo. La principal diferencia entre estas dos aleaciones es el contenido cuantitativo de carbono en su composición. Dado que el hierro fundido contiene más carbono que el acero, el hierro fundido es un material muy fuerte pero quebradizo. Mientras que el acero es muy flexible. Es el alto contenido de carbono del hierro fundido lo que confiere a este material su excepcional dureza, que llega a 7,5 en la escala de Mohs. Este indicador es significativamente más alto que el del cuarzo, pero menor que el del diamante, pero solo 2,5 puntos.

El carbono del hierro fundido puede ser cementita y grafito. Es la forma del grafito y el contenido cuantitativo de cementita en la aleación lo que determina el tipo de hierro fundido. Así, el hierro fundido se divide en blanco, gris, maleable y de alta resistencia. La composición química del hierro fundido, que contiene impurezas como silicio, manganeso, azufre y fósforo, es casi siempre constante. Sin embargo, en algunos casos, el hierro fundido también puede contener los siguientes elementos de aleación: cromo, níquel, aluminio, vanadio y otros. Estos componentes se introducen en la aleación para darle mayor resistencia, resistencia al desgaste, resistencia al calor, resistencia a la corrosión y falta de magnetismo. El hierro fundido que contiene estas impurezas se llama hierro fundido aleado. El contenido cuantitativo de estas impurezas en la aleación determina el grado de aleación. Dependiendo de esto, existen:

• hierro fundido de baja aleación. Contiene menos del 2,5% de todas las impurezas de aleación;
• Hierro fundido de aleación media. Aquí las impurezas son aproximadamente del 2,5 al 10%;
• altamente aleado, que contiene más del 10% de elementos de aleación.

Las características químicas de las fundiciones aleados son el factor principal para su clasificación. Así, entre las fundiciones aleadas se encuentran:

• hierro fundido de aluminio. Contiene aluminio en cantidades del 0,6 al 31%. Este hierro fundido es más fuerte, más resistente al calor, a la corrosión y también tiene una alta resistencia al desgaste. El uso de esta aleación es apropiado cuando se trabaja en un ambiente agresivo y a altas temperaturas: hornos térmicos, equipos químicos, motores de gas.
• hierro fundido de níquel. Contiene níquel en cantidades que oscilan entre el 0,3 y el 0,7% y el 19-21%. El contenido de níquel afecta directamente la forma de los precipitados de grafito en la estructura del hierro fundido con níquel. Esta aleación tiene propiedades tales como alta resistencia a la corrosión, alta resistencia a los efectos de temperaturas altas y bastante bajas en el material (resistencia al calor y resistencia al frío) y también es capaz de resistir la exposición a ambientes tan agresivos como agua de mar. Esta última propiedad de la fundición de níquel determina la gran demanda de este material en la construcción naval, ya que se utiliza para la fabricación de piezas que funcionan en agua de mar.
• hierro fundido al cromo. Esta aleación contiene aproximadamente un 32% de cromo. Este tipo de aleación de hierro fundido tiene las siguientes propiedades: resistencia al calor, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste.

Vale la pena señalar que, en general, el costo de la aleación de hierro fundido es significativamente menor que el costo del acero inoxidable. Además, tienen buenas propiedades de fundición. En este sentido, los productos fabricados con esta aleación son muy duraderos, de alta calidad y al mismo tiempo económicos.

La extracción de hierro se lleva a cabo mediante el proceso de fundición del mineral de hierro en altos hornos a temperaturas que oscilan entre 1150 y 1200 0 C.

El hierro fundido es conocido por la humanidad desde la antigüedad, que se remonta a la época antes de Cristo. Así lo demuestran numerosos hallazgos arqueológicos, entre los que se encuentran tanto objetos de hierro fundido como los propios hornos de queso, en los que, de hecho, la gente recibió este material. Sin embargo, el hierro está lejos de ser el primer metal histórico que conoció la humanidad. Inicialmente, la gente utilizaba cobre nativo, que se extraía en minas poco profundas. Sin embargo, a pesar de la aparición del metal en la vida de las personas, la piedra siguió siendo muy popular durante bastante tiempo. Más tarde, la gente aprendió a fabricar bronce, y sólo en los siglos VI-V aC apareció el hierro en la vida de las personas, y con él el acero y el hierro fundido.

La patria de los productos de hierro fundido es China. Fue allí donde se dominó por primera vez la tecnología del hierro fundido y nació este término, que luego llegó a Rusia a través de la mediación tártaro-mongol. Así, los primeros productos de hierro fundido aparecieron también en China. Se trataba de una amplia variedad de artículos cotidianos, utensilios de cocina y monedas. La sartén wok, muy popular hoy en día, fue una de las primeras en fabricarse en China con hierro fundido. En aquellos tiempos lejanos, era una vasija cuyo diámetro alcanzaba el metro. Esta sartén también tenía paredes muy finas. Su costo era bastante alto, sin embargo, a pesar de esto, este equipo de cocina era extremadamente popular y tenía gran demanda entre las familias numerosas chinas.

Además, los arqueólogos han encontrado piezas únicas fundidas en hierro fundido, entre las que cabe destacar un león de hierro fundido de 6 metros de alto y 5 metros de largo. Según los científicos, esta estatua fue fundida de una sola vez. Esto indica que en aquellos lejanos tiempos prehistóricos, en ausencia de tecnologías modernas de alta calidad, los metalúrgicos chinos lograron una enorme habilidad para trabajar con metales, en particular con hierro fundido.

Bastante interesante y hasta cierto punto hecho inusual Es que se cree que el hierro fundido maleable comenzó a producirse recién en el siglo XIX d.C., a pesar de que los arqueólogos han encontrado espadas de hierro fundido fabricadas en la época precristiana.

Rusia y Europa conocieron el hierro fundido más de un siglo después, concretamente entre los siglos XIV y XVI. En ese momento, el hierro fundido era el material principal para la producción de proyectiles de artillería y armas. Y sólo en el siglo XVII el uso del hierro fundido se expandió significativamente. Esto fue facilitado por el desarrollo industria metalúrgica. La era del uso de hierro fundido en artillería terminó gradualmente y comenzó la era de la fundición artística: una nueva capital. Imperio ruso Por todas partes estaban adornados vallas fundidas, bancos y otros elementos de fino hierro fundido. El hierro fundido también provocó cambios en el negocio de las estufas, ya que se reemplazaron las válvulas y puertas de las estufas de hierro fundido, que tenían la importante ventaja de ser resistentes a las altas temperaturas, así como de estanqueidad, lo que no permitía que el humo de la estufa escapara de la estufa y llenara el habitación con humo.

Los metalúrgicos rusos eran considerados los mejores en aquellos tiempos. Dominaron muchas tecnologías de procesamiento de hierro fundido, que fueron adoptadas constantemente por los artesanos ingleses, franceses y alemanes.

Hoy, en la era de la nanotecnología y el progreso tecnológico, cuando cada año aparecen nuevos materiales, el desarrollo de la metalurgia no se detiene y sigue avanzando. Y después de más de dos mil años, la humanidad no ha podido encontrar un material que pueda sustituir al hierro fundido. Se sigue utilizando para fabricar diversos objetos que rodean a las personas.

Las propiedades del hierro fundido son tan singulares que hasta la fecha no se ha encontrado ningún material más adecuado que pueda sustituir a esta aleación. Además, el hierro fundido es un material bastante económico. En este sentido, el uso del hierro fundido sigue siendo amplio y variado. El uso de hierro fundido es especialmente apropiado cuando se deben fabricar piezas con formas complejas y alta resistencia. En este sentido, el hierro fundido ha encontrado su amplia aplicación en las siguientes áreas de la actividad humana:

• Industria automotriz. En este caso se utiliza hierro fundido con grafito vermicular. Es el material principal para la fabricación de cigüeñales de motores diésel, así como bloques de cilindros de motores. Combustión interna. Debido al contenido de grafito, la resistencia de la aleación aumenta significativamente, lo que es la principal razón de la popularidad del hierro fundido en esta industria.
• equipo de plomería. Al igual que en la industria del automóvil, también se utiliza fundición de grafito. Este material es perfecto para la producción de tuberías utilizadas tanto para drenaje como para suministro de agua. También se utiliza activamente en la producción de bañeras, lavabos, lavabos, grifería y mucho más. En este caso, los productos son muy fiables, no requieren ningún cuidado específico y conservan su aspecto original durante un largo período.
• Industria de petróleo y gas. De hierro fundido se fabrican no sólo tuberías de agua, sino también tuberías para transportar, inyectar y bombear petróleo y gas. La razón principal para utilizar hierro fundido en esta industria es que los productos de hierro fundido tienen cualidades de rendimiento bastante altas.
• calefacción. Las tuberías y los radiadores de calefacción están fabricados de hierro fundido. El uso del material en este caso se debe a su alta transferencia de calor, así como a sus buenas propiedades de almacenamiento de calor, lo cual es muy importante y beneficioso. Después de apagar la calefacción, después de una hora, las tuberías de hierro fundido pueden seguir irradiando calor a un tercio de su potencia original. Y aquí el hierro fundido prevalece por completo sobre el acero, que no puede presumir de tales cualidades, porque los tubos de acero se enfrían dos veces más rápido.
• herramientas de cocina. El material tiene poros dilatados, por lo que tiene la capacidad de absorber grasa durante la cocción. En este sentido, las ollas, calderos y sartenes están fabricados en hierro fundido, cuyas propiedades antiadherentes son cada vez mejores con el paso de los años. Además, los científicos han demostrado que cuando se cocina en utensilios de cocina de hierro fundido, los alimentos se enriquecen con propiedades nutricionales beneficiosas. Además, los utensilios de cocina de hierro fundido pueden prevenir la formación de carcinógenos durante el almacenamiento posterior de los alimentos.

De hierro fundido se fabrican vallas y rejas, escaleras de caracol, balcones, miradores, chimeneas, lámparas, pilares, faroles, esculturas, etc.

Cómo identificar el hierro fundido

Conocer el material del que están hechos determinados objetos es muy importante. Por ejemplo, es necesario para producir trabajo de renovación algunos componentes de automóviles, piezas individuales u otros artículos. Esto se debe, en primer lugar, al hecho de que material diferente dócil diferentes tipos y métodos de procesamiento (por ejemplo, soldadura, perforación, etc.).

Así, en algunos casos, el hierro fundido se puede determinar visualmente. Sin embargo, este método es adecuado si hay grietas, astillas o desgarros en el material. Si alguno de estos defectos está presente, se debe inspeccionar cuidadosamente. Una pieza de hierro fundido que esté rota o agrietada se pintará de gris oscuro y tendrá una superficie mate. Mientras que el acero tendrá un color gris claro, más cercano al blanco, y un brillo brillante. Si observa de cerca los defectos de la superficie, el hierro fundido tendrá pequeños granos hemisféricos característicos. Desafortunadamente, este método no permite determinar con precisión el material, ya que es posible determinar "a simple vista" si se trata de hierro fundido o no, sólo si la aleación (en este caso, hierro fundido) se vertió en el molde a baja temperatura. , no fue procesado ni recubierto con pinturas ni barnices. Son los característicos pequeños granos semiesféricos los que indican el vertido de la aleación a altas temperaturas.

El método mecánico puede proporcionar más información para determinar el hierro fundido. Para ello, es necesario obtener virutas de aleación. Esto se puede hacer perforando a poca profundidad en algún área de la parte que no funciona. Para el hierro fundido de alta resistencia, las virutas serán características: se desmoronarán, se convertirán en polvo en las manos y dejarán una marca en los dedos, similar a la mina de un simple lápiz. Las virutas de hierro fundido no pueden enrollarse en una cuerda retorcida. Esto se debe a una de las propiedades del hierro fundido: la fragilidad.

Si intenta cortar un producto de hierro fundido con una amoladora, saldrán chispas cortas que tendrán un tinte rojizo en la estrella al final de la pista.

Todas estas opciones son válidas para determinar el hierro fundido en casa. Sin embargo, no pueden dar una determinación del 100%. Para más definición precisa aleación mediante análisis espectral, análisis microscópico, así como pesaje y determinación de volumen.

(Stal polaco, del alemán Stahl) es una aleación deformable (maleable) de hierro con carbono (y otros elementos), caracterizada por una transformación eutectoide. El contenido de carbono en el acero no supera el 2,14%, pero no menos del 0,022%. El carbono confiere resistencia y dureza a las aleaciones de hierro, reduciendo la ductilidad y la tenacidad.

Teniendo en cuenta que se pueden añadir elementos de aleación al acero, el acero es una aleación de hierro con carbono y elementos de aleación que contienen al menos un 45% de hierro (acero aleado de alta aleación).

En las fuentes escritas rusas antiguas, el acero se llamaba con términos especiales: "Ocel", "Kharolug" y "Uklad". En algunas lenguas eslavas hoy el acero se llama "Ocel", por ejemplo en checo.

El acero es el material estructural más importante para la ingeniería mecánica, el transporte, la construcción y otras industrias. economía nacional.

Los aceros con altas propiedades elásticas se utilizan ampliamente en la fabricación de instrumentos y mecánica. En la ingeniería mecánica se utilizan para la fabricación de resortes, amortiguadores, resortes de potencia para diversos fines, en la fabricación de instrumentos, para numerosos elementos elásticos: membranas, resortes, placas de relé, fuelles, tirantes, suspensiones.

Los resortes, resortes de máquinas y elementos elásticos de dispositivos se caracterizan por una variedad de formas, tamaños y diferentes condiciones de funcionamiento. La peculiaridad de su trabajo es que bajo grandes cargas estáticas, cíclicas o de choque, no se permiten deformaciones residuales en ellos. En este sentido, todas las aleaciones para resortes, además de las propiedades mecánicas características de todos los materiales estructurales (resistencia, ductilidad, tenacidad, resistencia), deben tener una alta resistencia a pequeñas deformaciones plásticas. En condiciones de carga estática a corto plazo, la resistencia a pequeñas deformaciones plásticas se caracteriza por el límite elástico, y bajo carga estática o cíclica a largo plazo, por la resistencia a la relajación.

Clasificación

Los aceros se dividen en estructurales e instrumentales. Un tipo de acero para herramientas es el acero rápido.

Por composición química los aceros se dividen en carbono y aleados; incluso por contenido de carbono: bajo en carbono (hasta 0,25% C), medio en carbono (0,3-0,55% C) y alto en carbono (0,6-0,85% C); Según el contenido de elementos de aleación, los aceros aleados se dividen en de baja aleación, de aleación media y de alta aleación.

Los aceros, según el método de producción, contienen diferentes cantidades de inclusiones no metálicas. El contenido de impurezas es la base para la clasificación de los aceros por calidad: calidad ordinaria, alta calidad, alta calidad y especialmente alta calidad.

La estructura del acero se clasifica en austenítica, ferrítica, martensítica, bainita o perlítica. Si en la estructura predominan dos o más fases, entonces el acero se divide en bifásico y multifásico.

Características del acero

Densidad - 7700-7900 kg/m³.

Gravedad específica- 75537-77499 n/m³ (7700-7900 kgf/m³ en el sistema MKGSS).

Capacidad calorífica específica a 20 °C - 462 J/(kg °C) (110 cal/(kg °C)).

Punto de fusión - 1450-1520 °C.

Calor específico de fusión: 84 kJ/kg (20 kcal/kg).

Coeficiente de conductividad térmica - 39 kcal/(m·hora·°C) (45,5 W/(m·K)) [fuente no especificada 136 días]

Coeficiente de expansión térmica lineal a una temperatura de aproximadamente 20 °C:

acero St3 (grado 20) - (1/grado);

acero inoxidable - (1/grado).

Resistencia a la tracción del acero:

acero para estructuras - 38-42 (kg/mm²);

acero al silicio-cromo-manganeso - 155 (kg/mm²);

acero de construcción de maquinaria (carbono) - 32-80 (kg/mm²);

acero para rieles - 70-80 (kg/mm²);

Aleación de hierro y carbono (normalmente más del 2,14%) caracterizada por una transformación eutéctica. El carbono del hierro fundido puede estar contenido en forma de cementita y grafito. Dependiendo de la forma del grafito y la cantidad de cementita, existen: fundiciones blancas, grises, maleables y de alta resistencia. Las fundiciones contienen impurezas permanentes (Si, Mn, S, P) y, en algunos casos, también elementos de aleación (Cr, Ni, V, Al, etc.). Por regla general, el hierro fundido es quebradizo. La producción mundial de arrabio en 2007 ascendió a 953 millones de toneladas (incluidos 477 millones de toneladas en China).

Tipos de hierro fundido

Hierro fundido blanco

En la fundición blanca, todo el carbono se encuentra en forma de cementita. La estructura de dicho hierro fundido es perlita, ledeburita y cementita. Este hierro fundido recibió este nombre por el color claro de la fractura.

Hierro fundido gris

La fundición gris es una aleación de hierro, silicio (entre 1,2 y 3,5%) y carbono, que también contiene impurezas permanentes Mn, P, S. En la estructura de dicha fundición, la mayor parte o la totalidad del carbono se encuentra en forma de placa. -Grafito en forma. La fractura de dicho hierro fundido es de color gris debido a la presencia de grafito.

Hierro maleable

El hierro fundido maleable se produce mediante un recocido prolongado de hierro fundido blanco, lo que da como resultado la formación de grafito en forma de escamas. La base metálica de dicho hierro fundido es ferrita y, con menos frecuencia, perlita.

Hierro dúctil

El hierro fundido de alta resistencia tiene en su estructura grafito esferoidal, que se forma durante el proceso de cristalización. El grafito nodular debilita la base metálica tanto como el grafito laminar y no concentra tensiones.

Medio hierro fundido

En la mitad del hierro fundido, parte del carbono (más del 0,8%) está contenido en forma de cementita. Los componentes estructurales de dicho hierro fundido son perlita, ledeburita y grafito en escamas.

Clasificación

Dependiendo del contenido de carbono, la fundición gris se denomina hipoeutéctica (2,14-4,3% de carbono), eutéctica (4,3%) o hipereutéctica (4,3-6,67%). La composición de la aleación afecta la estructura del material.

Dependiendo del estado y contenido de carbono en el hierro fundido, se distinguen: blanco y gris (según el color de la fractura, que está determinado por la estructura del carbono en el hierro fundido en forma de carburo de hierro o grafito libre), alto -resistencia con grafito esférico, hierros fundidos maleables, fundiciones con grafito vermicular. En la fundición blanca, el carbono está presente en forma de cementita, en la fundición gris, principalmente en forma de grafito.

En la industria, los tipos de hierro fundido se etiquetan de la siguiente manera:

arrabio- P1, P2;

arrabio para piezas fundidas - PL1, PL2,

arrabio - PF1, PF2, PF3,

conversión de hierro fundido de alta calidad: PVK1, PVK2, PVK3;

hierro fundido con grafito laminar - SCh (los números después de las letras "SCh" indican el valor de la resistencia a la tracción en kgf/mm);

hierro fundido antifricción

gris antifricción - AChS,

antifricción de alta resistencia - AChV,

maleable antifricción - ABC;

hierro fundido con grafito nodular para piezas fundidas - HF (los números después de las letras "HF" significan resistencia a la tracción en kgf/mm y alargamiento relativo (%);

Hierro fundido aleado con propiedades especiales - Cap.

3.Alto horno,

alto horno: un gran horno metalúrgico de tipo eje ubicado verticalmente para fundir hierro fundido y ferroaleaciones a partir de materias primas de mineral de hierro. Los primeros altos hornos aparecieron en Europa a mediados del siglo XIV, en Rusia, alrededor de 1630.

Descripción

Un alto horno es una estructura de hasta 35 m de altura; la altura está limitada por la resistencia del coque sobre el que se apoya toda la columna de materiales de carga. La carga se carga desde arriba, a través de un dispositivo de carga estándar, que también es el sello de gas del alto horno. El rico mineral de hierro se recupera en el alto horno (a escenario moderno Sólo quedan ricas reservas de mineral de hierro en Australia y Brasil), sinterizado o pellets. A veces, las briquetas se utilizan como materia prima mineral.

El alto horno consta de cinco elementos estructurales: la parte cilíndrica superior, la parte superior, necesaria para la carga y distribución eficiente de la carga en el horno; la parte cónica que se expande más grande en altura: el eje, en el que tienen lugar los procesos de calentamiento de materiales y reducción del hierro de los óxidos; la parte cilíndrica más ancha es el raspador, en el que ocurren los procesos de ablandamiento y fusión del hierro reducido; la parte cónica que se estrecha, los hombros, donde se forma un gas reductor, el monóxido de carbono; la parte cilíndrica, el horno, que sirve para acumular los productos líquidos del proceso del alto horno, hierro fundido y escoria.

En la parte superior del hogar hay toberas, aberturas para el suministro de aire comprimido calentado a alta temperatura, enriquecido con oxígeno y combustible de hidrocarburos.

A nivel de la tobera se desarrolla una temperatura de unos 2000 °C. A medida que se asciende, la temperatura disminuye y en las cimas alcanza unos 270 °C. Por lo tanto, se establecen diferentes temperaturas en el horno a diferentes alturas, por lo que ocurren diferentes procesos químicos de transición del mineral al metal.

Procesos que ocurren en el horno.

En la parte superior del hogar, donde la entrada de oxígeno es bastante grande, el coque se quema, forma dióxido de carbono y libera grandes cantidades calor.

C + O 2 = CO 2 + Q

El dióxido de carbono, al salir de la zona enriquecida con oxígeno, reacciona con el coque y forma monóxido de carbono, el principal agente reductor del proceso de alto horno.

Al ascender, el monóxido de carbono interactúa con los óxidos de hierro, privándolos de oxígeno y reduciéndolos a metal:

Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2

El hierro obtenido como resultado de la reacción fluye gota a gota sobre el coque caliente, saturándose de carbono, dando como resultado una aleación que contiene entre 2,14 y 6,67% de carbono. Esta aleación se llama hierro fundido. Además de carbono, contiene una pequeña proporción de silicio y manganeso. En décimas de porcentaje, el hierro fundido también contiene impurezas nocivas: azufre y fósforo. Además del hierro fundido, en el horno se forma y acumula escoria, en la que se recogen todas las impurezas nocivas.

Anteriormente, la escoria se descargaba a través de un grifo de escoria separado. Actualmente, tanto el hierro fundido como la escoria se descargan a través del grifo de hierro fundido al mismo tiempo. La separación del hierro fundido y la escoria se produce fuera del alto horno, en una rampa, mediante una placa separadora. El hierro fundido separado de la escoria se vierte en cucharas de hierro fundido y se transporta al taller de fabricación de acero.