Valurautatyypit, luokitus, koostumus, ominaisuudet, merkintä ja käyttö

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Nykyään ihmiselämässä ei ole juuri yhtään aluetta, jolla ei käytetä valurautaa. Tämä materiaali on ollut ihmiskunnan tuntema melko pitkään ja se on osoittautunut erinomaisesti käytännön kann alta. Valurauta on perusta suurelle valikoimalle osia, kokoonpanoja ja mekanismeja, ja joissain tapauksissa jopa omavarainen tuote, joka pystyy suorittamaan sille määrätyt toiminnot. Siksi tässä artikkelissa kiinnitämme erityistä huomiota tähän rautaa sisältävään yhdisteeseen. Selvitämme myös, mitä valurautatyyppejä ovat, niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.

Määritelmä

Valurauta on todella ainutlaatuinen raudan ja hiilen seos, jossa Fe on yli 90 % ja C on enintään 6,67 %, mutta vähintään 2,14 %. Hiiltä löytyy myös valuraudasta sementiitin tai grafiitin muodossa.

Hiili antaa seokselle riittävän korkean kovuuden, mutta samalla se vähentää muokattavuutta ja taipuisuutta. Tämän seurauksena valurauta on hauras materiaali. Tiettyihin valurautalaatuihin lisätään myös erityisiä lisäaineita, jotka voivat antaa yhdisteelle tiettyjä ominaisuuksia. Seoselementtien rooli voi olla: nikkeli, kromi, vanadiini, alumiini. Valuraudan tiheysindeksi on 7200 kiloa kuutiometrissä. Mistä sen voi päätellävaluraudan paino on indikaattori, jota ei voida kutsua pieneksi.

Historiallista taustaa

Raudan sulatus on ollut ihmisten tiedossa pitkään. Ensimmäinen maininta lejeeringistä juontaa juurensa kuudennella vuosisadalla eKr.

Muinaisina aikoina Kiina tuotti valurautaa, jonka sulamispiste oli melko alhainen. Valurautaa alettiin valmistaa Euroopassa noin 1300-luvulla, kun masuuneja käytettiin ensimmäisen kerran. Tuolloin tällaista rautavalua käytettiin aseiden, kuorien ja rakennusosien valmistukseen.

Venäjällä valuraudan tuotanto alkoi aktiivisesti 1500-luvulla ja laajeni sitten nopeasti. Pietari I:n aikana Venäjän v altakunta kykeni ohittamaan kaikki maailman maat raudan tuotannossa, mutta sata vuotta myöhemmin se alkoi jälleen menettää asemiaan rautametallurgian markkinoilla.

Valurautaa on käytetty useiden taideteosten luomiseen keskiaj alta lähtien. Erityisesti 10-luvulla kiinalaiset mestarit heittivät todella ainutlaatuisen leijonahahmon, jonka paino ylitti 100 tonnia. 1400-luvulta lähtien Saksassa ja sen jälkeen muissa maissa valuraudan valu yleistyi. Siitä tehtiin aidat, ristikot, puistoveistokset, puutarhakalusteet, hautakivet.

1700-luvun viimeisinä vuosina rautavalu oli eniten mukana Venäjän arkkitehtuurissa. Ja 1800-lukua kutsuttiin yleisesti "valurautakaudeksi", koska seosta käytettiin erittäin aktiivisesti arkkitehtuurissa.

Ominaisuudet

On olemassa erilaisia tyyppejävalurautaa, mutta tämän metalliyhdisteen keskimääräinen sulamispiste on noin 1200 celsiusastetta. Tämä luku on 250-300 astetta pienempi kuin teräksen valmistukseen vaaditaan. Tämä ero liittyy melko korkeaan hiilipitoisuuteen, mikä johtaa sen vähemmän läheisiin sidoksiin rautaatomien kanssa molekyylitasolla.

Sulatuksen ja myöhemmän kiteytymisen aikana valuraudan sisältämä hiili ei ehdi tunkeutua kokonaan raudan molekyylihilaan, ja siksi valurauta osoittautuu lopulta melko hauraaksi. Tässä suhteessa sitä ei käytetä siellä, missä on jatkuvia dynaamisia kuormia. Mutta samalla se sopii erinomaisesti osiin, joilla on lisääntyneet lujuusvaatimukset.

Tuotantotekniikka

Ehdottomasti kaikki valurautatyypit valmistetaan masuunissa. Itse asiassa itse sulatusprosessi on melko työlästä toimintaa, joka vaatii vakavia materiaaliinvestointeja. Yksi tonni harkkorautaa vaatii noin 550 kiloa koksia ja lähes tonnin vettä. Uuniin ladatun malmin tilavuus riippuu rautapitoisuudesta. Useimmiten käytetään malmia, jossa rautaa on vähintään 70%. Alkuaineen pienempi pitoisuus ei ole toivottavaa, koska sen käyttö olisi epätaloudellista.

Ensimmäisen vaiheen tuotanto

Raudan sulatus tapahtuu seuraavasti. Ensinnäkin uuniin kaadetaan malmia, samoin kuin koksihiililaatuja, jotka paineistavat ja ylläpitävät vaadittua lämpötilaa uunin kuilun sisällä. Lisäksi nämä tuotteet ovat palamisprosessin aikana aktiivisesti mukana käynnissä olevissa kemiallisissa reaktioissarautaa vähentävien aineiden rooli.

Samaan aikaan uuniin ladataan sulatetta, joka toimii katalysaattorina. Se auttaa kiviä sulamaan nopeammin, mikä edistää raudan vapautumista.

On tärkeää huomata, että malmi käy läpi erityisen esikäsittelyn ennen kuin se ladataan uuniin. Se murskataan murskauslaitoksessa (pienet hiukkaset sulavat nopeammin). Sitten se pestään metallittomien hiukkasten poistamiseksi. Sen jälkeen raaka-aine poltetaan, jolloin siitä poistuu rikki ja muut vieraat alkuaineet.

Toinen tuotantovaihe

Maakaasu syötetään uuniin lastattuna ja käyttövalmiina erikoispolttimien kautta. Koksi lämmittää raaka-aineen. Tällöin vapautuu hiiltä, joka yhdistyy hapen kanssa ja muodostaa oksidin. Tämä oksidi osallistuu myöhemmin raudan t alteenottoon malmista. Huomaa, että kaasun määrän kasvaessa uunissa kemiallisen reaktion nopeus laskee, ja kun tietty suhde saavutetaan, se pysähtyy kokonaan.

Ylimääräinen hiili tunkeutuu sulatteeseen ja yhdistyy raudan kanssa muodostaen lopulta valurautaa. Kaikki elementit, jotka eivät ole sulaneet, ovat pinnalla ja poistetaan lopulta. Tätä jätettä kutsutaan kuonaksi. Sitä voidaan käyttää myös muiden materiaalien valmistukseen. Tällä tavalla saatuja valurautatyyppejä kutsutaan valimoksi ja harkkoraudaksi.

Erotuminen

Nykyaikainen valuraudan luokitus mahdollistaa näiden metalliseosten jakamisen seuraaviin tyyppeihin:

• Valkoinen.
• Puolet.
• Harmaa hiutalegrafiitilla.
• Erittäin luja nodulaarinen grafiitti.
• muovaava.

Katsotaan jokaista erikseen.

Valkoinen valurauta

Tämä valurauta on se, jossa lähes kaikki hiili on kemiallisesti sitoutunut. Koneteollisuudessa tätä metalliseosta ei käytetä kovin usein, koska se on kovaa, mutta erittäin hauras. Sitä ei myöskään voida työstää erilaisilla leikkaustyökaluilla, ja siksi sitä käytetään osien valumiseen, jotka eivät vaadi käsittelyä. Vaikka tämäntyyppinen valurauta mahdollistaa hionnan hiomalaikoilla. Valkoinen valurauta voi olla sekä tavallista että seostettua. Samalla sen hitsaaminen aiheuttaa vaikeuksia, koska siihen liittyy erilaisia halkeamia jäähtymisen tai lämmityksen aikana sekä myös hitsauskohtaan muodostuvan rakenteen heterogeenisyyden vuoksi.

Valkoiset kulutusta kestävät valuraudat saadaan primäärikiteytyksellä nestemäisestä metalliseoksesta nopean jäähdytyksen aikana. Niitä käytetään yleisimmin kuivakitkasovelluksiin (esim. jarrupalat) tai osien valmistukseen, joilla on lisääntynyt kulumis- ja lämmönkestävyys (valssaamorullat).

Muuten, valkoinen valurauta on saanut nimensä siitä, että sen murtuman ulkonäkö on kevytkiteinen, säteilevä pinta. Tämän valuraudan rakenne on yhdistelmä ledeburiittia, perliittiä ja sekundääristä sementiittiä. Jos tämä valurauta seostetaan, perliitti muuttuutroostiitti, austeniitti tai martensiitti.

Puolivalurauta

Valurautojen luokitus olisi epätäydellinen mainitsematta tätä eri metalliseosta.

Tälle valuraudalle on ominaista sen rakenteessa yhdistelmä kovametallieutektiikkaa ja grafiittia. Yleensä täysimittaisella rakenteella on seuraava muoto: grafiitti, perliitti, ledeburiitti. Jos valurautaa lämpökäsitellään tai seostetaan, se johtaa austeniitin, martensiitin tai neulamaisen troostiitin muodostumiseen.

Tämäntyyppinen valurauta on melko hauras, joten sen käyttö on hyvin rajallista. Seos itse sai nimensä, koska sen murtuma on kiderakenteen tummien ja vaaleiden alueiden yhdistelmä.

Yleisin suunnittelumateriaali

Harmaa valurauta GOST 1412-85 sisältää noin 3,5 % hiiltä, 1,9-2,5 % piitä, enintään 0,8 % mangaania, enintään 0,3 % fosforia ja alle 0,12 % rikkiä.

Tällaisessa valuraudassa oleva grafiitti on lamellimainen. Se ei vaadi erityisiä muutoksia.

Grafiittilevyillä on voimakas heikennysvaikutus, ja siksi harmaalle valuraudalle on ominaista erittäin alhainen iskulujuus ja lähes täydellinen venymättömyys (alle 0,5 %).

Harmaa valurauta on hyvin koneistettu. Seoksen rakenne voi olla seuraava:

• Ferriittigrafiitti.
• Ferriitti-perliitti-grafiitti.
• Perliitti-grafiitti.

Harmaa valurauta toimii paljon paremmin puristuksessa kuin jännityksessä. Hän myöshitsaa melko hyvin, mutta tämä vaatii esilämmityksen, ja täyteaineena tulee käyttää erityisiä valurautatankoja, joissa on korkea pii- ja hiilipitoisuus. Ilman esilämmitystä hitsaus on vaikeaa, koska valurauta valkaisee hitsauskohdassa.

Harmaa valurautaa käytetään ilman iskukuormitusta toimivien osien valmistukseen (hihnapyörät, peitteet, sängyt).

Tämän valuraudan nimitys tapahtuu seuraavan periaatteen mukaisesti: SCH 25-52. Kaksi kirjainta osoittavat, että kyseessä on harmaa valurauta, numero 25 on vetolujuuden ilmaisin (MPa tai kgf / mm 2), numero 52 on vetolujuus tällä hetkellä taivutuksesta.

pallografiittirauta

Nodulaarinen valurauta eroaa pohjimmiltaan muista "veljistään" siinä, että se sisältää nodulaarista grafiittia. Se saadaan lisäämällä nestemäiseen seokseen erityisiä modifiointiaineita (Mg, Ce). Grafiittisulkeutumien määrä ja niiden lineaariset mitat voivat olla erilaisia.

Mitä hyvää pallografiitissa on? Se, että tällainen muoto heikentää minimaalisesti metallipohjaa, joka puolestaan voi olla perliittistä, ferriittistä tai perliitti-ferriittistä.

Lämpökäsittelyn tai seostuksen käytön vuoksi valurautapohja voi olla neula-troostiittia, martensiittista, austeniittista.

Palloraudat ovat erilaisia, mutta yleisesti ottaen sen nimitys on seuraava: VCh 40-5. On helppo arvata, että HF on erittäin lujaa valurautaa, numero 40 on indikaattorivetolujuus (kgf/mm2), luku 5 on suhteessa venymään, ilmaistuna prosentteina.

pallografiittirauta

Palvelun raudan rakenne on grafiitin läsnäolo siinä hiutalemaisessa tai pallomaisessa muodossa. Samaan aikaan hiutalegrafiitilla voi olla erilainen hienous ja tiiviys, millä puolestaan on suora vaikutus valuraudan mekaanisiin ominaisuuksiin.

Teollinen pallografiittirauta valmistetaan usein ferriittisellä pohjalla, mikä lisää sitkeyttä.

Ferriittisen pallografiittiraudan murtuman ulkonäkö on musta samettinen. Mitä suurempi perliitin määrä rakenteessa on, sitä kevyempi murtuma tulee.

Yleensä pallografiittivalurautaa saadaan valkorautavaluista, koska se on pitkään viipynyt uuneissa, jotka on lämmitetty 800-950 celsiusasteen lämpötilaan.

Nykyään on kaksi tapaa valmistaa pallografiittivalurautaa: eurooppalainen ja amerikkalainen.

Amerikkalainen menetelmä on liuottaa seos hiekkaan 800-850 asteen lämpötilassa. Tässä prosessissa grafiitti sijaitsee puhtaimman raudan rakeiden välissä. Tämän seurauksena valuraudasta tulee viskoosi.

Eurooppalaisessa menetelmässä valukappaleet kuivuvat rautamalmissa. Samaan aikaan lämpötila on noin 850-950 celsiusastetta. Hiili siirtyy rautamalmiin, minkä seurauksena valujen pintakerros hiiltyy ja muuttuu pehmeäksi. Valurauta muuttuu muokattavaksi, mutta ydin pysyy hauras.

Takaraudan merkintä: KCh 40-6, jossa KCh on tietysti takorauta; 40 - vetolujuusindeksi;6 – venymä, %.

Muut indikaattorit

Valurautien lujuuden jaottelussa sovelletaan seuraavaa luokitusta:

• Tyypillinen lujuus: σv jopa 20 kg/mm2.
• Lisätty lujuus: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Suuri lujuus: σv=40 kg/mm2 ja enemmän.

Mustavuuden mukaan valuraudat jaetaan:

• Joustamaton – alle 1 % venymä.
• Matala muovi - 1 %:sta 5 %:iin %.
• Muovi - 5 % - 10 %.
• Parempi plastisuus – yli 10 %.

Lopuksi haluan myös huomauttaa, että minkä tahansa valuraudan ominaisuuksiin vaikuttavat melko merkittävästi jopa valun muoto ja luonne.