Sigurno su se mnogi susreli s proizvodima od lijevanog željeza u svakodnevnom životu ili na poslu. Ovaj materijal ima dobru čvrstoću i izvrsna svojstva lijevanja.

Lijevano željezo je čelik, točnije, legura željeza i ugljika, koja se sastoji od željeza i ugljika, koja ima volumen od 2,14% do najviše 6,67% i može biti uključena u sastav kao cementit ili grafit. Lijevano željezo, po definiciji, je inženjerski materijal koji je jeftin i jednostavan za proizvodnju te služi kao osnova za taljenje čelika. Njegova proizvodnja odnosi se na složene kemijske procese koji se odvijaju u određenim fazama proizvodnje.

Glavne karakteristike i sastav

Osim željeza i ugljika, ova legura uključuje dodatne nečistoće koje utječu na njezina svojstva. Raznovrsni sastav lijevanog željeza daje mu visoku tvrdoću, fluidnost i povećava krhkost. Sadrži: sumpor, silicij, mangan, fosfor. Legura lijevanog željeza zbog ulaznog ugljika ima visoke performanse u tvrdoću, ali u isto vrijeme se smanjuje savitljivost i duktilnost tvari. Kako bi se metalu dala posebna svojstva, dodaju se određeni aditivi. Koriste se sljedeće legure: nikal, vanadij, kao i krom i aluminij. Formula od lijevanog željeza sastoji se od baze željeza i ugljika s dodatnim inkluzijama. Ima gustoću od oko 7,2 g/cm3, što je prilično visoka vrijednost za metalne spojeve.

Lijevano željezo sastoji se od nekoliko komponenti, zbog čega se svojstva njegovih varijacija mogu značajno razlikovati. Osim ugljika i željeza, sastav uključuje do 2% mangana, 1,2% fosfora, 4,3% silicija i do 0,07% sumpora. Silicij je odgovoran za stanje fluidnosti, značajno poboljšava kvalitetu lijevanja, a također ga čini mekšim. Mangan se koristi za povećanje snage. Dodatak sumpora smanjuje vatrostalnost i smanjuje njegovu fluidnost. Osim toga, ona pruža štetni učinci, očituje se u pojavi pukotina na vrućim odljevcima (crvena krhkost). Prisutnost fosfora smanjuje mehanička svojstva, ali omogućuje lijevanje predmeta složenih oblika.

Struktura lijevanog željeza izgleda kao metalna baza s uključcima grafita. Ovisno o vrsti, uključuje perlit, ljuskasti grafit i ledeburit. Ovi elementi određuju njegove karakteristike i prisutni su u različitim količinama ili su potpuno odsutni.

Talište se kreće od najmanje +1160 °C do najviše +1250 °C. Ima visoka antikorozivna svojstva i aktivno djeluje protiv suhe (kemijske) i mokre korozije. Zahvaljujući njemu rođen je nehrđajući čelik - legura čelika s visokim udjelom kroma.

Područje primjene

Lijevano željezo ima široku primjenu u strojogradnji za lijevanje raznih dijelova. Koristi se za proizvodnju radilica i blokova motora. Osim toga, proizvode se visokokvalitetni jastučići koji su vrlo otporni na trenje. Koriste se na niskim temperaturama, gdje se koristi isključivo lijevano željezo zbog svojih visokih performansi. Ove se kvalitete koriste u proizvodnji raznih elemenata strojeva koji koriste leguru lijevanog željeza za rad u oštrim klimatskim uvjetima. Ovaj materijal naširoko koriste metalurzi zbog izvrsnih karakteristika lijevanja i niske cijene. Lijevani proizvodi imaju visoku otpornost na habanje i povećanu čvrstoću.

Mnogi dijelovi vodovoda također su izrađeni od baze od lijevanog željeza. To su radijatori, radijatori za grijanje, cijevi, kade, razni umivaonici s umivaonicima. Mnogi proizvodi služe i danas, iako su ugrađeni prije nekoliko desetljeća. Ovi predmeti zadržavaju svoj izvorni izgled duge godine i ne zahtijevaju restauratorske radove. Osim toga, posuđe od lijevanog željeza smatra se jednim od najprikladnijih za pripremu mnogih jela.

Sorte

Prema svojim karakteristikama legure lijevanog željeza dijele se na pretvorbene i ljevaoničke. Prvi se koristi u topljenju čelika metodom pretvarača kisika. Ovaj tip karakterizira smanjena količina mangana i silicija. Materijal od lijevanog željeza koristi se za proizvodnju brojnih dijelova. Uzorci proizvoda izrađenih od ove baze mogu se vidjeti na pripadajućim fotografijama.

Posebnu sortu čine legure nikal-kroma (nihardi). To uključuje nisko i visoko ugljično lijevano željezo. Prvi karakterizira povećana čvrstoća, a drugi povećana otpornost na habanje. Glavne varijante su bijele i sive legure. Ovi se materijali razlikuju po sadržaju ugljika, kao i po svojstvima. Osim toga, aktivno se koriste kovne, legirane i visoke čvrstoće.

Sivo

Sivi lijevi imaju nisku duktilnost, viskoznost i lako se režu tijekom obrade. Koriste se u proizvodnji nekritičnih dijelova, kao i elemenata podložnih habanju. Sivi lijev sadrži ugljik u obliku grafita, perlita ili ferit-perlita. Njegova količina je oko 2,5%, što daje visoku čvrstoću proizvoda. Kućišta razne industrijske opreme, zupčanici, nosači i čahure izrađeni su od sive legure. Materijal koji sadrži veliku količinu fosfora (oko 0,3 - 1,2%) ima dobru fluidnost i koristi se u umjetničkom lijevanju.

Bijela

Sadrži veliku količinu ugljika (preko 3%), predstavljenog u obliku cementita ili karbida. Po bijeloj boji na mjestu prijeloma ovog materijala spoj je dobio ime. Legura ove vrste ima povećanu krhkost i lomljivost, što značajno sužava opseg uporabe. Na temelju njega proizvode se dijelovi jednostavnih oblika za obavljanje statičkih funkcija bez izlaganja značajnim opterećenjima. Tehnički podaci bijeli materijal može se poboljšati dodavanjem legirajućih komponenti. Za to se koriste nikal, krom, a mnogo rjeđe aluminij ili vanadij. Marka s takvim aditivima naziva se "sormite". Koristi se kao grijaći element u raznim uređajima. Sormite ima stabilne karakteristike na temperaturama koje ne prelaze +900 °C. Ovaj materijal služi kao osnova za proizvodnju običnih kućanskih kada.

Kovan

Ova vrsta se dobiva od bijelog lijevanjem uz daljnju toplinsku obradu. U ovom slučaju koristi se dugotrajno žarenje, tijekom kojeg se cementit raspada, stvarajući grafit. Taj se proces naziva grafitizacija uz stvaranje ugljičnih ljuskica u strukturi. Grafit dobiva ovaj oblik dugotrajnim žarenjem. To ima pozitivan učinak na metalnu bazu, koja postaje cjelovitija, duktilnija i viskoznija.

Tempirani lijev dobro radi na niskim temperaturama i nije jako osjetljiv na rezove. Koristi se u proizvodnji elemenata koji rade pod stalnim trenjem. Osim toga, kovna legura služi kao osnova za proizvode vrlo složenih konfiguracija: kutove, kočione pločice, T-kolice, automobilska kućišta za stražnje osovine i druge strukture. Poboljšana svojstva postižu se dodatkom bora, telura i magnezija.

Velika snaga

Ima povećanu čvrstoću i koristi se za proizvodnju kritičnih proizvoda, au nekim slučajevima čak zamjenjuje čelik. Ovaj lijevano željezo visoke čvrstoće dobiva se dodavanjem posebnih nečistoća (cerij, kalcij, itrij, magnezij) u sivi oblik. Od njega se izrađuju zupčanici, klipovi, radilice i drugi dijelovi. Visoka toplinska vodljivost omogućuje livenje elemenata za grijaće jedinice, kao i cjevovode.

Legura

Legirana legura lijevanog željeza sadrži dodatne nečistoće. Sastav uključuje visoke razine titana, nikla, kroma, kao i cirkonija, vanadija, molibdena, aluminija i drugih elemenata. Daju visoku čvrstoću, tvrdoću i otpornost na habanje. Legirani materijali koriste se u proizvodnji dijelova mehanizama koji su u interakciji s plinovitim i agresivnim okruženjima, kao i onih koji rade pod utjecajem vodenih otopina.

Prednosti metala

Ova legura je klasificirana kao materijal proizveden u crnoj metalurgiji. Često se uspoređuje s čelikom pri određivanju određenih karakteristika. Predmet izrađen od lijevanog željeza ima nisku cijenu u usporedbi s čeličnim kolegom. Osim toga, elementi od lijevanog željeza imaju manju težinu i snagu. Ova svojstva lijevanog željeza značajno su proširena upotrebom raznih dodataka legurama. Njegovi parametri imaju sljedeće pozitivne kvalitete:

• ekološki prihvatljiv materijal koji se koristi u proizvodnji kućanskih predmeta, uključujući posuđe;
• otporan na kiselo-bazno okruženje;
• higijenski;
• sposobnost održavanja temperature dugo vremena;
• neke vrste imaju snagu usporedivu s čelikom;
• trajanje rada, tijekom kojeg se njegovi pokazatelji kvalitete samo poboljšavaju;
• Potpuno bezopasan za organizam.

Proizvodnja

Proizvodnja legure lijevanog željeza materijalno je intenzivan i skup proces. Za taljenje jedne tone materijala potrebno je oko 900 litara obične vode i oko 550 kg koksa. Talište je oko +1200 °C, što zahtijeva specifičnu opremu za taljenje. Za dobivanje mase potrebna je ruda u kojoj je maseni udio željeza preko 70%. Osiromašene rudne stijene se ne koriste zbog ekonomske neučinkovitosti.

Materijal se tali u posebnim visokim pećima. Tamo željezna ruda prolazi kroz puni tehnološki ciklus, počevši od redukcije oksida rude i završavajući proizvodnjom legure lijevanog željeza. Lijevanje materijala zahtijeva gorivo: koks, termoantracit, kao i prirodni gas. Na kraju procesa redukcije, željezo u krutom stanju stavlja se u poseban dio peći kako bi se u njemu otopio ugljik. Nakon interakcije dobiva se masa od lijevanog željeza, koja pada u tekućem obliku. Neotopljene nečistoće se istiskuju na površinu i zatim uklanjaju. Ova troska se koristi za proizvodnju brojnih materijala. Nakon uklanjanja nepotrebnih čestica iz taline, dodaju se aditivi za dobivanje određenih razreda legura lijevanog željeza.

Lijevano željezo je legura željeza i ugljika (čija je količina veća od 2,14%), koju karakteriziraju eutektičke formacije. Ugljik u lijevanom željezu nalazi se u obliku grafita i cementita. Ovisno o oblicima grafita i količini cementita, lijev se dijeli na: bijeli i sivi, kovki i lijev visoke čvrstoće. Chem. Sastav lijevanog željeza sadrži trajne nečistoće (Si, Mn, PS, P), a u rijetkim slučajevima prisutni su i legirajući elementi kao (>Cr, Ni, V, Al itd.). Lijevano željezo je obično krto. Široko širenje lijevanog željeza u strojogradnji olakšano je prisustvom dobrih ljevaonica, kao i čvrstoćom i tvrdoćom. Svjetska proizvodnja sirovog željeza prije krize 2008. iznosila je više od 953 milijuna tona (konkretno, 477 milijuna tona taljeno je u Kini).

Kemijski sastav lijevanog željeza i njegove vrste

Bijeli i sivi tipovi lijeva razlikuju se po boji loma koja je određena strukturom ugljika u ljevu kao željezov karbid ili slobodni grafit; lijev visoke čvrstoće s nodularnim grafitom, lijev s vermikularnim grafitom nazivaju savitljivim. Ugljik je u bijelom ljevu u obliku cementita, a u sivom u obliku grafita.

Sastav bijelog lijevanog željeza

U bijelom lijevanom željezu sav prisutni ugljik dolazi u stanju cementita. Struktura bijelog lijeva uključuje perlit, ledeburit i cementit. Zbog svoje svijetle nijanse, lijevano željezo je dobilo naziv bijelo.

Sastav sivog lijeva i njegova struktura

Sivi lijev je vrsta lijeva koje ne sadrži ledeburit, ali sadrži sav ugljik (ili dio ugljika) u obliku grafita. Ime je dobio po sivoj boji površine prijeloma.

Uz bijeli lijev spada u glavne vrste lijevanog željeza. Sastav sivog lijeva, osim željeza i ugljika (2,5 ... 4,5%), uključuje silicij (0,8 ... 4,5%), kao i mangan (0,1 ... 1, 2%) i fosfor (0,02...0,3%) sa sumporom (0,02...0,15%). Vlačna čvrstoća sivog lijeva je 100 ... 350 MPa, tlačna čvrstoća je 450 ... 1400 MPa, Brinellova tvrdoća je 143 ... 289 HB.

Glavne karakteristike sivog lijeva su mala otpornost na trganje i prilično niska udarna čvrstoća. Stoga, što su grafitne ploče manje i što su ploče više izolirane jedna od druge, to su veća svojstva čvrstoće lijevanog željeza s istom metalnom bazom. Ova struktura se dobiva modifikacijom, postupkom unošenja malih količina tvari u tekuću metalnu slitinu, koje se nazivaju modifikatori (ferosilicij i silikokalcij).

Tempirani lijev, proizvodni proces

Tempirani lijev dobiva se dugotrajnim žarenjem bijelog lijeva, nakon čega nastaje grafit u obliku pahuljica. Metalna baza temperanog lijeva sadrži: ferit i rjeđe perlit.

Struktura nodularnog lijeva

Lijevano željezo visoke čvrstoće u svojoj strukturi ima sferoidni grafit koji se dobiva procesom kristalizacije materijala. Nodularni grafit uvelike slabi metalnu bazu isto koliko i tabularni grafit, a da pritom ne povećava naprezanje.

Strukturne karakteristike polulijevanog željeza

Dio ugljika u polulijevanom željezu (više od 0,8%) je u obliku cementita. Glavne strukturne komponente ovog lijevanog željeza su perlit, ledeburit i ravni grafit.

Klasifikacija lijevanog željeza

Od kemijskog sastava lijevanog željeza i sadržaja ugljika sivi lijev nazvan hipoeutektik ima (2,14-4,3% ugljika), a eutektik ima (4,3%) hipereutektik ima (4,3-6,67%). Sastav legure uvelike utječe na strukturu konačnog materijala.

U industriji različite vrste lijevanog željeza imaju sljedeće oznake:

• lijevano željezo-P1, P2;
• koristi se lijevano željezo za odljevke - PL1, PL2,
• obrada fosfornog tipa lijevanog željeza-PF1, PF2, PF3,
• obrada visokokvalitetnih vrsta lijevanog željeza - PVK1, PVK2, PVK3;
• lijevano željezo s lamelnim grafitom-SCh (brojevi nakon slova "> SCh" označavaju vrijednost vlačne čvrstoće (vkgf / mm);

Antifrikcijski tipovi lijevanog željeza:

• antifrikcijski sivi-PEPELJAS,
• antifrikcijski tip visoke čvrstoće-AChV,
• kovan tip protiv trenja-AChK;

Lijevano željezo sa sfernim grafitom za odljevke - HF (brojevi iza slova "HF" označavaju vlačnu čvrstoću vkgf / mm;

Početkom 16. stoljeća u Ruskom se Carstvu počelo taliti lijevano željezo. Taljenje sirovog željeza raslo je vrlo brzo i za vrijeme vladavine Petra 1. Rusija je bila vodeća u topljenju metala u Europi. S vremenom su se ljevaonice počele odvajati od visokih peći, što je dalo poticaj razvoju samostalnih ljevaonica željeza. Početkom 19. stoljeća tvornice su počele proizvoditi nodularni lijev, a krajem 20. stoljeća ovladale su proizvodnjom legiranog lijeva.

1. Značajke nelegiranog lijevanog željeza

Karakteristike sivog lijeva

Proizvodnja sivog lijeva odvija se u visokoj peći. Polazni materijal je. Formiranje strukture sive legure provodi se samo u uvjetima niskih brzina hlađenja. Po svom obliku, ugljik koji se nalazi u lijevanom željezu nalikuje lamelarnom grafitu. Zato je prijelom karakteriziran sivom bojom.

Značajke označavanja

Za označavanje sivog lijeva koriste se slova SCH i brojevi. Posljednji od njih označavaju vlačnu čvrstoću materijala tijekom razdoblja rastezanja. Ovaj materijal karakteriziraju univerzalna svojstva lijevanja - nisko skupljanje i visoka fluidnost.

Primjena

Materijal karakterizira visoka sposobnost raspršivanja vibracijskih vibracija pod promjenjivim uvjetima opterećenja. Metal karakterizira visoka ciklička viskoznost. Zato se od ovog materijala izrađuju strojevi za valjanje i strojevi. Od sive legure izrađuju se i zamašnjaci, remenice, kućišta, klipni prstenovi itd.

Karakteristike nodularnog lijeva

Lijevano željezo visoke čvrstoće karakterizira prisutnost kuglastih grafitnih inkluzija. Proizvodnja ovih uključaka osigurava se modificiranjem sivog lijeva. Zbog sferičnog oblika grafita ne dolazi do stvaranja oštre koncentracije naprezanja. Zbog toga se ovaj materijal odlikuje visokom razinom čvrstoće pri istezanju i savijanju.

Lijevano željezo visoke čvrstoće karakterizira prisutnost HF oznaka i brojeva koji označavaju snagu ovog materijala. Ovaj metal karakterizira visoka fluidnost i nisko skupljanje.

2. Značajke legiranih lijevanih željeza

Legirano lijevano željezo dobiva se uvođenjem legiranih komponenti, kao što su, i dr., u sastav običnog lijevanog željeza. Legiranje daje lijevanom željezu posebna svojstva. Legirano lijevano željezo prema svojim karakteristikama može biti:

Otporan na trošenje;
Otporan na toplinu;
Protiv trenja;
Otporan na toplinu.

Označavanje legiranog lijevanog željeza provodi se u skladu s vrstom čelika: Ch je lijevano željezo otporno na toplinu, ICh je lijevano željezo otporno na habanje, ACh je lijevano željezo protiv trenja, ZhCh je lijevano željezo otporno na toplinu. Nakon toga mogu postojati slova koja označavaju elemente legure. Nakon slova nalaze se brojevi koji govore o približnom sadržaju legirajućih elemenata u postotak. U nedostatku brojke, može se procijeniti prisutnost približno jednog posto legirajućeg elementa.

Karakteristike lijevanog željeza otpornog na habanje

Otpornost na habanje je svojstvo materijala koje mu omogućuje otpornost na habanje uslijed trenja. Kako bi lijevano željezo dobilo ovo svojstvo, bijelom lijevanom željezu dodaju se krom, volfram i molibden.

Za označavanje legure otporne na habanje koriste se slova ICH i brojevi koji označavaju postotak legirajućih elemenata u njima.

Lijevano željezo otporno na habanje odlikuje se visokom razinom otpornosti na abrazivno trošenje, što mu omogućuje da se koristi za proizvodnju diskova spojke, kočnica, dijelova za pumpe koje pumpaju abrazivne medije i dijelova za puhala pijeska.

Karakteristike lijevanog željeza otpornog na toplinu

Otpornost na toplinu je karakteristika u kojoj je materijal sposoban odoljeti oksidaciji u plinskom okruženju na visokim temperaturama.

Otpornost na toplinu osigurava se legiranjem sivog ili bijelog lijeva pomoću materijala kao što su silicij, krom i aluminij. Na površini materijala nalaze se gusti zaštitni oksidni filmovi, uz pomoć kojih je legura zaštićena od oksidacije na visokim temperaturama.

Označavanje lijevanog željeza otpornog na toplinu vrši se slovima ZhCH. Nakon toga slijede brojevi koji označavaju legirajuće elemente.

Uz pomoć tekućih kristala izrađuju se dijelovi koji rade u alkalnim, plinovitim i zračnim sredinama, a sposobni su izdržati temperature do 1100 stupnjeva Celzijusa. Koriste se u proizvodnji konstrukcija za peći kao što su toplinske, visoke peći i otvorene peći.

Karakteristike lijevanog željeza otpornog na toplinu

Otpornost na toplinu je sposobnost metala da zadrži svoja svojstva na visokim temperaturama.
Otpornost na toplinu postiže se ako se sivi ili bijeli lijev legira materijalima kao što su krom, nikal, molibden ili. Svi materijali otporni na toplinu također su otporni na toplinu, ali nisu svi materijali otporni na toplinu otporni na toplinu. Legura otporna na toplinu označena je slovom H.

Ovaj materijal se naširoko koristi za proizvodnju plinskih peći. Koristi se za izradu dijelova koji se ugrađuju u dizelske motore kompresorske opreme. Također, dijelovi izrađeni od ovog materijala ugrađuju se u saune i kupke. Lijevano željezo otporno na toplinu je materijal koji ima nodularni grafit.

Karakteristike antifrikcijskih lijevanih željeza

Antifrikcija je sposobnost materijala da djeluje u uvjetima trenja. Antifrikcijski lijev može biti sivi, nodularni ili nodularni ljev koji se odlikuje perlitnom ili perlitno-feritnom strukturom (perlit< 85 %). Для легирования антифрикционных чугунов в большинстве случаев используется хром, медь или титан.

To rezultira fino dispergiranom perlitno-feritnom strukturom. Lijevano željezo protiv trenja ima sljedeća svojstva: visoku razinu otpornosti na habanje i prilično nisku cijenu. Ako usporedimo ovaj materijal s, onda ima nižu razinu trenja.

Osnova za proizvodnju ovog materijala je sivo (ASH), kovno (AChK) i visokočvrsto (ASHV) lijevano željezo. Ovaj materijal se vrlo često koristi kao zamjena za legure obojenih metala. Kako bi materijal radio učinkovito i ispravno potrebno ga je redovito i kvalitetno podmazivati. Ako se primijeti veliko udarno opterećenje, to dovodi do smanjenja učinka antifrikcijskog lijevanog željeza.

Lijevano željezo je legura željeza s ugljikom, kao i drugim elementima.

Karakteristike lijevanog željeza

Važan čimbenik u proizvodnji lijevanog željeza je da minimalna količina ugljika u leguri iznosi 2,14% ili više. Ako je sadržaj ugljika u leguri ispod navedene količine, tada ta legura nije lijevano željezo, već se naziva čelik. Proces proizvodnje čelika i lijevanog željeza približno je isti. Glavna razlika između ove dvije legure je kvantitativni sadržaj ugljika u njihovom sastavu. Budući da lijevano željezo sadrži više ugljika od čelika, lijevano željezo je vrlo čvrst, ali krt materijal. Dok je čelik vrlo fleksibilan. Upravo visok sadržaj ugljika u lijevanom željezu daje ovom materijalu iznimnu tvrdoću koja iznosi čak 7,5 po Mohsovoj ljestvici. Ovaj je pokazatelj znatno veći od kvarca, ali manji od dijamanta, ali samo za 2,5 boda.

Ugljik u lijevanom željezu može biti cementit i grafit. Oblik grafita i kvantitativni sadržaj cementita u leguri određuju vrstu lijevanog željeza. Tako se lijevano željezo dijeli na bijelo, sivo, kovno i visokočvrsto. Kemijski sastav lijevanog željeza, koji sadrži nečistoće poput silicija, mangana, sumpora i fosfora, gotovo je uvijek konstantan. Međutim, u nekim slučajevima lijevano željezo može sadržavati i sljedeće legirajuće elemente: krom, nikal, aluminij, vanadij i druge. Ove komponente se uvode u leguru kako bi joj se dala veća čvrstoća, otpornost na trošenje, otpornost na toplinu, otpornost na koroziju i nemagnetičnost. Lijevano željezo koje sadrži ove nečistoće naziva se legirano lijevano željezo. Kvantitativni sadržaj ovih nečistoća u leguri određuje stupanj legiranja. Ovisno o tome postoje:

• niskolegirano lijevano željezo. Sadrži manje od 2,5% svih legiranih nečistoća;
• srednje legirano lijevano željezo. Ovdje su nečistoće oko 2,5 - 10%;
• visoko legirani, koji sadrže više od 10% legirajućih elemenata.

Kemijska svojstva legiranog lijevanog željeza glavni su faktor za njihovu klasifikaciju. Dakle, među legiranim lijevanim željezom postoje:

• aluminijsko lijevano željezo. Sadrži aluminij u količinama od 0,6 do 31%. Ovo lijevano željezo je jače, otpornije na toplinu, otporno na koroziju, a također ima visoku otpornost na habanje. Upotreba ove legure prikladna je tamo gdje se rad izvodi u agresivnom okruženju i na visokim temperaturama - toplinske peći, kemijska oprema, plinski motori.
• nikal lijevano željezo. Sadrži nikal u količinama od 0,3-0,7% do 19-21%. Sadržaj nikla izravno utječe na oblik taloga grafita u strukturi nikalnog lijevanog željeza. Ova legura ima takva svojstva kao što su visoka otpornost na koroziju, visoka otpornost na učinke visokih i prilično niskih temperatura na materijal (otpornost na toplinu i hladnoću), a također je u stanju izdržati izloženost takvim agresivnim okruženjima kao što su morska voda. Potonje svojstvo nikalnog lijevanog željeza određuje veliku potražnju za ovim materijalom u brodogradnji, jer se koristi za izradu dijelova koji rade u morskoj vodi.
• krom lijevano željezo. Ova legura sadrži oko 32% kroma. Ova vrsta legiranog lijevanog željeza ima sljedeća svojstva: otpornost na toplinu, otpornost na koroziju, otpornost na habanje.

Vrijedno je napomenuti da je općenito cijena legiranog lijevanog željeza znatno niža od cijene nehrđajućeg čelika. Osim toga, imaju dobra svojstva lijevanja. S tim u vezi, proizvodi izrađeni od ove legure su vrlo izdržljivi, kvalitetni, a ujedno i ekonomični.

Vađenje željeza odvija se procesom taljenja željezne rude u visokim pećima na temperaturama od 1150 - 1200 0 C.

Lijevano željezo poznato je čovječanstvu od davnina, koje sežu u doba pr. O tome svjedoče brojni arheološki nalazi, među kojima ima i predmeta od lijevanog željeza, ali i samih peći za sir, u kojima su ljudi zapravo dobivali ovaj materijal. Međutim, željezo je daleko od prvog povijesnog metala s kojim se čovječanstvo upoznalo. U početku su ljudi koristili samorodni bakar koji se vadio u plitkim rudnicima. Međutim, unatoč pojavi metala u životima ljudi, kamen je ostao vrlo popularan dosta dugo vremena. Kasnije su ljudi naučili izrađivati ​​broncu, a tek u VI-V. pr. Kr. željezo se pojavljuje u životu ljudi, a s njim čelik i lijevano željezo.

Rodno mjesto proizvoda od lijevanog željeza je Kina. Tamo je prvi put ovladana tehnologija lijevanog željeza i rođen je ovaj izraz, koji je kasnije došao u Rusiju tatarsko-mongolskim posredovanjem. Tako su se u Kini pojavili i prvi proizvodi od lijevanog željeza. Bio je to širok izbor svakodnevnih predmeta, kuhinjskog posuđa, kao i novčića. Tava za prženje u woku, danas vrlo popularna, jedna je od prvih napravljena u Kini od lijevanog željeza. U tim dalekim vremenima, to je bila posuda čiji je promjer dosegao jedan metar. Ova tava je također imala vrlo tanke stijenke. Njegov je trošak bio prilično visok, međutim, unatoč tome, ova kuhinjska oprema bila je izuzetno popularna i tražena u velikim kineskim obiteljima.

Osim toga, arheolozi pronalaze jedinstvene stvari izlivene od lijevanog željeza, među kojima treba istaknuti lava od lijevanog željeza, koji je visok 6 metara i dugačak 5 metara. Prema znanstvenicima, ovaj je kip izliven u jednom potezu. To ukazuje da su u tim dalekim pretpovijesnim vremenima, u nedostatku modernih visokokvalitetnih tehnologija, kineski metalurzi postigli golemu vještinu u radu s metalima, posebno s lijevanim željezom.

Prilično zanimljivo i donekle neobična činjenica je to što se vjeruje da se kovno lijevano željezo počelo proizvoditi tek u 19. stoljeću naše ere, unatoč činjenici da su arheolozi pronašli mačeve od lijevanog željeza izrađene u pretkršćansko doba.

Rusija i Europa upoznale su se s lijevanim željezom više od jednog stoljeća kasnije, naime tek u 14. - 16. stoljeću. U to je vrijeme lijevano željezo bilo glavni materijal za proizvodnju topničkih granata i oružja. I tek u 17. stoljeću upotreba lijevanog željeza značajno se proširila. Tome je pridonio razvoj metalurška industrija. Postupno je završila era topničke uporabe lijevanog željeza i započela era umjetničkog lijevanja - novi kapital rusko carstvo Posvuda su bile ukrašene lijevane ograde, klupe i drugi elementi od finog lijevanog željeza. Lijevano željezo izazvalo je i promjene u poslovanju štednjaka, jer su zamijenjeni ventili i vrata peći od lijevanog željeza, koji su imali značajnu prednost otpornosti na visoke temperature, kao i nepropusnosti, koja nije dopuštala da dim iz peći izlazi iz peći i puni prostor soba s dimom.

Ruski metalurgi smatrani su najboljima u to vrijeme. Ovladali su mnogim tehnologijama obrade lijevanog željeza, koje su stalno usvajali engleski, francuski i njemački obrtnici.

Danas, u eri nanotehnologije i tehnološkog napretka, kada se svake godine pojavljuju novi materijali, razvoj metalurgije ne staje i nastavlja ići naprijed. I nakon više od dvije tisuće godina čovječanstvo nije uspjelo pronaći materijal koji bi mogao zamijeniti lijevano željezo. I dalje se koristi za izradu raznih predmeta koji okružuju ljude.

Svojstva lijevanog željeza toliko su jedinstvena da do danas nije pronađen prikladniji materijal koji bi mogao zamijeniti ovu leguru. Osim toga, lijevano željezo je prilično jeftin materijal. U tom pogledu uporaba lijevanog željeza ostaje široka i raznolika. Upotreba lijevanog željeza posebno je prikladna tamo gdje se moraju proizvoditi dijelovi složenih oblika i visoke čvrstoće. S tim u vezi, lijevano željezo je pronašlo svoju široku primjenu u sljedećim područjima ljudske djelatnosti:

• Automobilska industrija. U ovom slučaju koristi se lijevano željezo s vermikularnim grafitom. To je glavni materijal za proizvodnju koljenastih vratila dizelskih motora, kao i blokova cilindara motora unutarnje izgaranje. Zbog sadržaja grafita, čvrstoća legure se značajno povećava, što je glavni razlog popularnosti lijevanog željeza u ovoj industriji.
• vodovodna oprema. Kao iu automobilskoj industriji, koristi se i grafitno lijevano željezo. Ovaj materijal je savršen za proizvodnju cijevi koje se koriste i za odvodnju i za vodoopskrbu. Također se aktivno koristi u proizvodnji kada, sudopera, umivaonika, okova i još mnogo toga. U ovom slučaju proizvodi su vrlo pouzdani, ne zahtijevaju posebnu njegu i dugo zadržavaju svoj izvorni izgled.
• Industrija nafte i plina. Od lijevanog željeza izrađuju se ne samo vodovodne cijevi, već i cijevi za transport, utiskivanje i ispumpavanje nafte i plina. Glavni razlog za korištenje lijevanog željeza u ovoj industriji je taj što proizvodi od lijevanog željeza imaju prilično visoke performanse.
• grijanje. Cijevi i radijatori za grijanje izrađeni su od lijevanog željeza. Upotreba materijala u ovom slučaju je zbog njegovog visokog prijenosa topline, kao i dobrih svojstava skladištenja topline, što je vrlo važno i korisno. Nakon isključivanja grijanja, nakon sat vremena, cijevi od lijevanog željeza mogu nastaviti zračiti toplinu s trećinom svoje izvorne snage. I ovdje lijevano željezo potpuno prevladava nad čelikom, koji se ne može pohvaliti takvim kvalitetama, jer se čelične cijevi hlade dvostruko brže.
• kuhinjski alati. Materijal ima velike pore, zbog čega ima sposobnost upijanja masnoće tijekom kuhanja. U tom smislu, lonci, kotlovi i tave izrađuju se od lijevanog željeza čija neprianjajuća svojstva s godinama postaju sve bolja i bolja. Osim toga, znanstvenici su dokazali da se kuhanjem u posuđu od lijevanog željeza hrana obogaćuje korisnim nutritivnim svojstvima. Osim toga, posuđe od lijevanog željeza može spriječiti kancerogene tvari tijekom daljnjeg skladištenja hrane.

Od lijevanog željeza izrađuju se ograde i rešetke, spiralna stubišta, balkoni, sjenice, kamini, svjetiljke, stupovi, lampioni, skulpture itd.

Kako prepoznati lijevano željezo

Poznavanje materijala od kojeg su određeni predmeti izrađeni vrlo je važno. Na primjer, potrebno je za proizvodnju radovi na obnovi neke automobilske komponente, pojedinačne dijelove ili druge predmete. To je, prije svega, zbog činjenice da različitog materijala podložan različiti tipovi i metode obrade (na primjer, zavarivanje, bušenje, itd.).

Dakle, lijevano željezo se u nekim slučajevima može odrediti vizualno. Međutim, ova je metoda prikladna ako postoje pukotine, strugotine ili poderotine na materijalu. Ako su takvi nedostaci prisutni, treba ga pažljivo pregledati. Dio od lijevanog željeza koji je slomljen ili napuknut obojan je u tamno sivu boju i ima mat površinu. Dok će čelik imati svijetlo sivu, bližu bijeloj, boju i sjajni sjaj. Ako pažljivo pogledate površinske nedostatke, lijevano željezo će imati karakteristična polukuglasta mala zrna. Nažalost, ova metoda nije točno određivanje materijala, jer je moguće "na oko" odrediti radi li se o lijevanom željezu ili nije samo ako je legura (u ovom slučaju lijevano željezo) ulivena u kalup na niskoj temperaturi , nije dalje obrađivan i nije premazan nikakvim bojama i lakovima. Upravo karakteristična mala poluloptasta zrnca ukazuju na izlijevanje legure pri visokim temperaturama.

Mehanička metoda može pružiti više informacija u određivanju lijevanog željeza. Da biste to učinili, potrebno je nabaviti strugotine od legure. To se može učiniti bušenjem do male dubine u nekom području neradnog dijela. Za lijevano željezo visoke čvrstoće, strugotine će biti karakteristične - raspadat će se, mljeti u prašinu u rukama i ostavljati trag na prstima, sličan olovci jednostavne olovke. Strugotine od lijevanog željeza ne mogu se omotati u upleteno uže. To je zbog jednog od svojstava lijevanog željeza - krhkosti.

Ako pokušate izrezati proizvod od lijevanog željeza brusilicom, tada će iz njega letjeti kratke iskre, koje će imati crvenkastu nijansu na zvijezdi na kraju staze.

Sve ove opcije vrijede za određivanje lijevanog željeza kod kuće. Međutim, oni ne mogu dati 100% određivanje. Za više precizna definicija legura pomoću spektralne analize, mikroskopske analize, kao i vaganja i određivanja volumena.

(poljski stal, od njemačkog Stahl) je deformabilna (kovka) legura željeza s ugljikom (i drugim elementima), karakterizirana eutektoidnom transformacijom. Sadržaj ugljika u čeliku nije veći od 2,14%, ali ne manji od 0,022%. Ugljik daje željeznim legurama čvrstoću i tvrdoću, smanjujući duktilnost i žilavost.

S obzirom da se čeliku mogu dodavati legirni elementi, čelik je legura željeza s ugljikom i legirnim elementima koja sadrži najmanje 45% željeza (legirani, visokolegirani čelik).

U drevnim ruskim pisanim izvorima čelik se nazivao posebnim izrazima: "Ocel", "Kharolug" i "Uklad". U nekim slavenskim jezicima čelik se danas naziva "Ocel", na primjer u češkom.

Čelik je najvažniji konstrukcijski materijal za strojarstvo, transport, graditeljstvo i druge industrije Nacionalna ekonomija.

Čelici s visokim elastičnim svojstvima imaju široku primjenu u strojarstvu i izradi instrumenata. U strojogradnji se koriste za izradu opruga, amortizera, pogonskih opruga za razne namjene, u instrumentarstvu za brojne elastične elemente: membrane, opruge, relejne ploče, mijehove, spone, ovjese.

Opruge, strojne opruge i elastični elementi uređaja odlikuju se raznolikošću oblika, veličina i različitim radnim uvjetima. Osobitost njihovog rada je da pod velikim statičkim, cikličkim ili udarnim opterećenjima u njima nije dopuštena zaostala deformacija. U tom smislu sve legure za opruge, osim mehaničkih svojstava karakterističnih za sve konstrukcijske materijale (čvrstoća, duktilnost, žilavost, izdržljivost), moraju imati visoku otpornost na male plastične deformacije. U uvjetima kratkotrajnog statičkog opterećenja, otpornost na male plastične deformacije karakterizira granica elastičnosti, a pod dugotrajnim statičkim ili cikličkim opterećenjem - otpornost na relaksaciju.

Klasifikacija

Čelici se dijele na konstrukcijske i instrumentalne. Vrsta alatnog čelika je brzorezni čelik.

Po kemijski sastavčelici se dijele na ugljične i legirane; uključujući sadržaj ugljika - u niske ugljika (do 0,25% C), srednje ugljika (0,3-0,55% C) i visokog ugljika (0,6-0,85% C); Prema sadržaju legirajućih elemenata, legirani čelici se dijele na niskolegirane, srednjelegirane i visokolegirane.

Čelici, ovisno o načinu proizvodnje, sadrže različite količine nemetalnih uključaka. Sadržaj nečistoća je osnova za razvrstavanje čelika po kvaliteti: obične kvalitete, kvalitetno, kvalitetno i posebno kvalitetno.

Struktura čelika je klasificirana kao austenitna, feritna, martenzitna, bainitna ili perlitna. Ako u strukturi prevladavaju dvije ili više faza, čelik se dijeli na dvofazni i višefazni.

Karakteristike čelika

Gustoća - 7700-7900 kg/m³.

Specifična gravitacija- 75537-77499 n/m³ (7700-7900 kgf/m³ u MKGSS sustavu).

Specifični toplinski kapacitet na 20 °C - 462 J/(kg °C) (110 cal/(kg °C)).

Talište - 1450-1520 °C.

Specifična toplina taljenja - 84 kJ/kg (20 kcal/kg).

Koeficijent toplinske vodljivosti - 39 kcal/(m·sat·°C) (45,5 W/(m·K)). [izvor nije naveden 136 dana]

Koeficijent linearnog toplinskog širenja na temperaturi od oko 20 °C:

čelik St3 (stupanj 20) - (1/deg);

nehrđajući čelik - (1/deg).

Vlačna čvrstoća čelika:

čelik za konstrukcije - 38-42 (kg/mm²);

čelik silicij-krom-mangan - 155 (kg/mm²);

čelik za izgradnju strojeva (ugljik) - 32-80 (kg/mm²);

čelik za tračnice - 70-80 (kg/mm²);

Legura željeza i ugljika (obično više od 2,14%) karakterizirana eutektičkom transformacijom. Ugljik u lijevanom željezu može biti sadržan u obliku cementita i grafita. Ovisno o obliku grafita i količini cementita razlikuju se: bijeli, sivi, kovki i visokočvrsti lijevi. Lijevano željezo sadrži trajne nečistoće (Si, Mn, S, P), a u nekim slučajevima i legirajuće elemente (Cr, Ni, V, Al i dr.). U pravilu, lijevano željezo je krhko. Svjetska proizvodnja sirovog željeza u 2007. godini iznosila je 953 milijuna tona (uključujući 477 milijuna tona u Kini).

Vrste lijevanog željeza

Bijelo lijevano željezo

U bijelom lijevanom željezu sav ugljik je u obliku cementita. Struktura takvog lijevanog željeza je perlit, ledeburit i cementit. Ovo lijevano željezo dobilo je ovo ime zbog svijetle boje loma.

Sivi lijev

Sivi lijev je legura željeza, silicija (od 1,2-3,5%) i ugljika, a sadrži i trajne primjese Mn, P, S. U strukturi takvog lijeva većina ili sav ugljik je u obliku ploča. -oblikovani grafit. Lom takvog lijevanog željeza je sive boje zbog prisutnosti grafita.

Kovan lijev

Tempirani lijev proizvodi se dugim žarenjem bijelog lijeva, što rezultira stvaranjem grafita u obliku pahuljica. Metalna baza takvog lijevanog željeza je ferit i, rjeđe, perlit.

Nodularni lijev

Lijevano željezo visoke čvrstoće u svojoj strukturi ima sferoidni grafit koji nastaje tijekom procesa kristalizacije. Nodularni grafit slabi metalnu bazu isto koliko i lamelarni grafit i nije koncentrator naprezanja.

Pola od lijevanog željeza

U polulijevanom željezu dio ugljika (više od 0,8%) sadržan je u obliku cementita. Strukturne komponente takvog lijevanog željeza su perlit, ledeburit i ljuspičasti grafit.

Klasifikacija

Ovisno o udjelu ugljika, sivi lijev se naziva hipoeutektik (2,14-4,3% ugljika), eutektik (4,3%) ili hipereutektik (4,3-6,67%). Sastav legure utječe na strukturu materijala.

Ovisno o stanju i sadržaju ugljika u lijevanom željezu razlikuju se: bijeli i sivi (prema boji loma, koja je određena strukturom ugljika u lijevanom željezu u obliku željeznog karbida ili slobodnog grafita), visoki - čvrstoća sa sfernim grafitom, kovan lijev, lijevano željezo s vermikularnim grafitom. Kod bijelog lijeva ugljik je prisutan u obliku cementita, a kod sivog lijeva uglavnom u obliku grafita.

U industriji se vrste lijevanog željeza označavaju na sljedeći način:

željezna svinja- P1, P2;

sirovo željezo za odljevke - PL1, PL2,

sirovo željezo - PF1, PF2, PF3,

pretvorba visokokvalitetnog lijevanog željeza - PVK1, PVK2, PVK3;

lijevano željezo s lamelarnim grafitom - SCh (brojevi nakon slova "SCh" označavaju vrijednost vlačne čvrstoće u kgf / mm);

antifrikcijski lijevano željezo

siva protiv trenja - AChS,

visoke čvrstoće protiv trenja - AChV,

kovan protiv trenja - ABC;

lijevano željezo s nodularnim grafitom za odljevke - HF (brojevi iza slova "HF" označavaju vlačnu čvrstoću u kgf/mm i relativno istezanje (%);

legirano lijevano željezo s posebnim svojstvima - Ch.

3. Visoka peć,

visoka peć - velika metalurška, okomito smještena peć tipa osovine za taljenje lijevanog željeza i ferolegura iz sirovina željezne rude. Prve visoke peći pojavile su se u Europi sredinom 14. stoljeća, u Rusiji - oko 1630. godine.

Opis

Visoka peć je građevina visoka do 35 m, a visina je ograničena čvrstoćom koksa na koji se oslanja cijeli stup šarže. Šarža se puni odozgo, kroz standardni uređaj za punjenje, koji je ujedno i plinska brtva visoke peći. Bogata željezna ruda dobiva se u visokoj peći (at moderna pozornica bogate rezerve željezne rude ostale su samo u Australiji i Brazilu), sinter ili peleti. Ponekad se kao rudna sirovina koriste briketi.

Visoka peć se sastoji od pet strukturnih elemenata: gornji cilindrični dio - vrh, potreban za punjenje i učinkovitu distribuciju punjenja u peći; najveći po visini širi stožasti dio - osovina, u kojoj se odvijaju procesi zagrijavanja materijala i redukcije željeza iz oksida; najširi cilindrični dio je raspar, u kojem se odvijaju procesi omekšavanja i taljenja reduciranog željeza; suženi stožasti dio - ramena, gdje se stvara redukcijski plin - ugljikov monoksid; cilindrični dio - peć, koji služi za nakupljanje tekućih produkata procesa visoke peći - lijevanog željeza i troske.

U gornjem dijelu ložišta nalaze se tujeri - otvori za dovod strujanja zagrijanog na visoku temperaturu - komprimirani zrak obogaćen kisikom i ugljikovodičnim gorivom.

Na razini tuyera razvija se temperatura od oko 2000 °C. Kako se krećete prema gore, temperatura se smanjuje, a na vrhovima doseže oko 270 °C. Tako se u ložištu na različitim visinama uspostavljaju različite temperature, zbog čega dolazi do različitih kemijskih procesa prijelaza rude u metal.

Procesi koji se odvijaju u peći

U gornjem dijelu ložišta, gdje je dotok kisika dovoljno velik, koks izgara stvarajući ugljični dioksid i oslobađajući velike količine toplina.

C + O 2 = CO 2 + Q

Ugljični dioksid, napuštajući zonu obogaćenu kisikom, reagira s koksom i tvori ugljični monoksid - glavni redukcijski agens procesa visoke peći.

Dižući se prema gore, ugljični monoksid stupa u interakciju sa željeznim oksidima, oduzimajući im kisik i reducirajući ih u metal:

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

Željezo dobiveno kao rezultat reakcije teče u kapljicama preko vrućeg koksa, postaje zasićeno ugljikom, što rezultira slitinom koja sadrži 2,14 - 6,67% ugljika. Ova legura se naziva lijevano željezo. Osim ugljika, sadrži mali udio silicija i mangana. U desetinkama postotka, lijevano željezo također sadrži štetne nečistoće - sumpor i fosfor. Osim lijevanog željeza, u peći se stvara i nakuplja troska u kojoj se skupljaju sve štetne nečistoće.

Prethodno se troska ispuštala kroz zasebnu slavinu za trosku. Trenutno se i lijevano željezo i troska istovremeno ispuštaju kroz otvor za slavinu od lijevanog željeza. Odvajanje lijevanog željeza i troske događa se izvan visoke peći - u žlijebu, pomoću ploče za odvajanje. Lijevano željezo odvojeno od troske prelijeva se u livačke lonce i transportuje u čeličanu.