Palveltava rauta: ominaisuudet, merkinnät ja laajuus

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-02 13:54

Valurauta on kova, korroosionkestävä, mutta hauras rauta-hiiliseos, jonka hiilipitoisuus on 2,14–6,67 %. Huolimatta tyypillisistä puutteista, sillä on erilaisia tyyppejä, ominaisuuksia ja sovelluksia. Pallorautaa käytetään laaj alti.

Historia

Tämä materiaali on ollut tunnettu 4. vuosisad alta eKr. e. Sen kiinalaiset juuret ovat VI vuosisadalla. eKr e. Euroopassa ensimmäinen maininta metalliseoksen teollisesta tuotannosta juontaa juurensa 1300-luvulle ja Venäjällä 1500-luvulle. Mutta pallografiittiraudan tuotantotekniikka patentoitiin Venäjällä 1800-luvulla. Myöhemmin kehittänyt A. D. Annosov.

Koska harmaan valuraudan käyttö on rajoitettua alhaisten mekaanisten ominaisuuksien vuoksi ja teräkset ovat kalliita ja niillä on alhainen kovuus ja kestävyys, heräsi kysymys luotettavan, kestävän, kovan metallin luomisesta, jolla on samalla lisääntynyt lujuus ja tietty plastisuus.

Valuraudan takominen ei ole mahdollista, mutta sitkeiden ominaisuuksiensa vuoksi se soveltuu tietyntyyppisiin painekäsittelyyn (esimerkiksi leimaamiseen).

Tuotanto

Päätapa -sulatus masuuneissa.

Raaka-aine masuunikäsittelyyn:

• Erä - rautamalmi, joka sisältää metallia ferumoksidien muodossa.
• Polttoaine - koksi ja maakaasu.
• Happi - ruiskutetaan erityisten lansien kautta.
• Fluxit ovat kemiallisia muodostumia, jotka perustuvat mangaaniin ja (tai) piihin.

Masuunin vaiheet:

1. Puhtaan raudan t alteenotto rautamalmin kemiallisilla reaktioilla lansien kautta syötetyn hapen kanssa.
2. Koksin poltto ja hiilioksidien muodostuminen.
3. Puhtaan raudan hiiletys reaktioissa CO:n ja CO:n kanssa_2.
4. Fe_{3C:n kyllästys mangaanilla ja piillä vaadituista lähtöominaisuuksista riippuen.}
5. Valmiin metallin tyhjennys muotteihin valurautareikien kautta; kuona poistuu kuonareikien kautta.

Työjakson lopussa masuunit vastaanottavat harkkorautaa, kuonaa ja masuunikaasuja.

Masuunimetallituotteet

Jäähdytysnopeudesta, mikrorakenteesta, kyllästymisestä hiilellä ja lisäaineilla riippuen on mahdollista saada useita valurautatyyppejä:

1. Ostettu (valkoinen): sidottu hiili, primäärinen sementiitti. Niitä käytetään raaka-aineena muiden rauta-hiilimetalliseosten sulatukseen, jalostukseen. Jopa 80 % kaikesta masuunivalmistetusta seoksesta.
2. Valimo (harmaa): hiili täysin tai osittain vapaan grafiitin muodossa, nimittäin sen levyt. Käytetään vähän vastuullisten ruumiinosien valmistukseen. Jopa 19 % valmistetuista masuunivaluista.
3. Erityinen: runsaasti rautaseoksia. 1-2 % kyseisestä tuotantotyypistä.

pallografiittirautaa saadaan raakaraudan lämpökäsittelyllä.

Rauta-hiilirakenteiden teoria

Ferumia sisältävä hiili voi muodostaa useita erilaisia seoksia kidehilan tyypin mukaan, joka näkyy mikrorakennevaihtoehdossa.

1. Kiinteän liuoksen tunkeutuminen α-rauta-ferriittiin.
2. Kiinteän liuoksen tunkeutuminen γ-rauta-austeniittiin.
3. Kemiallinen muodostuminen Fe_{3C (sidottu tila) – sementiitti. Primaarinen muodostuu nopealla jäähdytyksellä nestemäisestä sulasta. Toissijainen - hitaampi lämpötilan lasku austeniitista. Tertiäärinen - asteittainen jäähdytys, ferriitistä.}
4. Ferriitin ja sementiitin - perliitin rakeiden mekaaninen seos.
5. Perliitin tai austeniitin ja sementiitin rakeiden mekaaninen seos - ledeburiitti.

Valurautoilla on erityinen mikrorakenne. Grafiitti voi olla sidottussa muodossa ja muodostaa yllä olevia rakenteita tai se voi olla vapaassa tilassa erilaisten sulkeumien muodossa. Ominaisuuksiin vaikuttavat sekä pääjyvät että nämä muodostelmat. Grafiittifraktiot metallissa ovat levyjä, hiutaleita tai palloja.

Lamelaarinen muoto on tyypillistä harmaille rauta-hiili-seoksille. Se tekee niistä hauraita ja epäluotettavia.

Hiutalemaisissa inkluusioissa on tempervalurautaa, mikä vaikuttaa positiivisesti niiden mekaaniseen suorituskykyyn.

Grafiitin pallomainen rakenne on vieläkin enemmänparantaa metallin laatua, mikä vaikuttaa kovuuden kasvuun, luotettavuuteen, altistumiseen merkittäville kuormituksille. Erittäin lujalla valuraudalla on nämä ominaisuudet. Tempervalurauta määrittää sen ominaisuudet ferriittisten tai perliittisten emästen perusteella, joissa on hiutalegrafiittisulkeuksia.

Ferriittisen pallografiittiraudan tuotanto

Se valmistetaan valkoisesta sian hypoeutektoidista vähähiilisestä seoksesta hehkuttamalla harkot, joiden hiilipitoisuus on 2,4-2,8 % ja niitä vastaavien lisäaineiden (Mn, Si, S, P) läsnäolo. Hehkutettujen osien seinämien paksuus saa olla enintään 5 cm. Merkittävän paksuisissa valukappaleissa grafiitti on levymäistä, eikä haluttuja ominaisuuksia saavuteta.

Ferriittipohjaisen pallografiittiraudan saamiseksi metalli laitetaan erityisiin laatikoihin ja sirotellaan hiekkaa. Tiiviisti suljetut astiat asetetaan lämmitysuuneihin. Suorita seuraava toimintosarja hehkutuksen aikana:

1. Rakenteet kuumennetaan uuneissa 1000 ˚C:n lämpötilaan ja annetaan seistä tasaisessa lämmössä 10-24 tunnin ajan. Tämän seurauksena primäärinen sementiitti ja ledeburiitti hajoavat.
2. Metalli jäähdytetään 720 ˚С:een yhdessä uunin kanssa.
3. 720 ˚С lämpötilassa niitä säilytetään pitkään: 15 - 30 tuntia. Tämä lämpötila varmistaa sekundäärisen sementiitin hajoamisen.
4. Loppuvaiheessa ne jäähdytetään jälleen yhdessä toimivan uunin kanssa 500 ˚С:een ja poistetaan sitten ilmaan.

Tällaista teknologista hehkutusta kutsutaan grafitointiksi.

Työn jälkeen materiaalin mikrorakenne onferriittiä ja hiutaleisia grafiittirakeita. Tätä tyyppiä kutsutaan "mustasydäiseksi", koska tauko on musta.

Perliittisen pallografiittiraudan tuotanto

Tämä on eräänlainen rauta-hiiliseos, joka on myös peräisin hypoeutectoid whitesta, mutta sen hiilipitoisuus on kasvanut: 3-3,6%. Perliittipohjaisten valukappaleiden saamiseksi ne laitetaan laatikoihin ja ripottelevat murskattua jauhemaista rautamalmia tai suomusta. Itse hehkutusprosessi on yksinkertaistettu.

1. Metallin lämpötila nostetaan 1 000 ˚C:seen, pidetään 60-100 tuntia.
2. Uunin kanssa viileät mallit.

Lämmön vaikutuksen alaisena kuivumisen vuoksi metalliympäristössä tapahtuu diffuusiota: sementiitin hajoamisessa vapautuva grafiitti poistuu osittain hehkutettujen osien pintakerroksesta laskeutuen malmin tai hilseen pinnalle. Saadaan pehmeämpi, sitkeämpi ja sitkeämpi ylempi kerros "valkosydämistä" pallografiittivalurautaa, jolla on kova keskusta.

Tällaista hehkutusta kutsutaan epätäydelliseksi. Se varmistaa sementiitin ja ledeburiitin hajoamisen lamelliperliitiksi vastaavan grafiitin kanssa. Jos tarvitaan rakeista perliittistä pallografiittirautaa, jolla on suurempi iskulujuus ja sitkeys, käytetään materiaalin lisälämmitystä 720 ˚С asti. Tämä johtaa perliittirakeiden muodostumiseen, joissa on hiutaleisia grafiittisulkeuksia.

Ferriittisen pallografiittiraudan ominaisuudet, merkinnät ja sovellukset

Metallin pitkä "hajoaminen" uunissa johtaa sementiitin ja ledeburiitin täydelliseen hajoamiseen ferriitiksi. KiitoksetTeknisillä temppuilla saadaan korkeahiilipitoinen seos - vähähiiliselle teräkselle tyypillinen ferriittinen rakenne. Hiili itsessään ei kuitenkaan katoa mihinkään - se siirtyy rautaan sitoutuneesta tilasta vapaaseen tilaan. Lämpötilavaikutus muuttaa grafiittisulkeutumien muodon hiutaleiksi.

Ferriittinen rakenne aiheuttaa kovuuden laskun, lujuusarvojen nousun, sellaisten ominaisuuksien esiintymisen, kuten iskulujuus ja sitkeys.

Ferriittisen luokan pallografiittisten raudojen merkintä: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, jossa:

KCh – lajikenimi – muokattava;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 N/mm^{2 - enimmäiskuorma että se kestää romahtamatta;}

6, 8, 10, 12 – suhteellinen venymä, δ, % – sitkeysindeksi (mitä suurempi arvo, sitä enemmän metallia voidaan käsitellä paineella).

Kovuus - noin 100-160 HB.

Tämä materiaali on suorituskyvyltään keskimmäinen, kuten teräksen ja harmaan rauta-hiili-seoksen välillä. Ferriittipohjainen pallografiittivalurauta on kulumiskestävyyden, korroosion ja väsymislujuuden suhteen huonompi kuin perliitti, mutta korkeampi mekaanisen kestävyyden, sitkeyden ja valuominaisuuksien suhteen. Alhaisen hintansa vuoksi sitä käytetään laaj alti teollisuudessa pienten ja keskisuurten kuormitusten alaisen osien valmistukseen: vaihteet, kampikammiot, taka-akselit, putkisto.

Perliittisen pallografiittiraudan ominaisuudet, merkinnät ja sovellukset

Epätäydellisen hehkutuksen vuoksi primääri-, sekundaarisilla sementiiteillä ja ledeburiitilla on aikaa liueta kokonaan austeniittiin, joka muuttuu 720 ˚С lämpötilassa perliitiksi. Jälkimmäinen on mekaaninen seos ferriitin ja tertiäärisen sementiitin rakeista. Itse asiassa osa hiilestä jää sidottuun muotoon, määrittää rakenteen ja osa "vapautuu" hiutalegrafiitiksi. Tässä tapauksessa perliitti voi olla lamellimainen tai rakeinen. Siten muodostuu perliittistä pallografiittirautaa. Sen ominaisuudet johtuvat sen kylläisestä, kovemmasta ja vähemmän taipuisasta rakenteesta.

Näillä on ferriittisiin verrattuna paremmat korroosionesto- ja kulutuskestävyysominaisuudet, niiden lujuus on paljon korkeampi, mutta valuominaisuudet ja sitkeys ovat alhaisemmat. Mekaanisen rasituksen joustavuus kasvaa pinnallisesti säilyttäen samalla tuotteen ytimen kovuuden ja viskositeetin.

Tavattavan valuraudan perliittiluokan merkintä: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

Ensimmäinen numero on lujuuden merkintä: 450, 500, 560, 600, 650, 700 ja 800 N/mm2.

Toinen - plastisuuden merkintä: venymä δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 ja 1, 5.

Perliittistä tempervalurautaa on käytetty koneenrakennuksessa ja mittareissa rakenteissa, jotka toimivat raskailla - sekä staattisilla että dynaamisilla - kuormituksella: nokka-akselit, kampiakselit, kytkinosat, männät, kiertokanget.

Lämpökäsittely

Lämpökäsittelyn, nimittäin hehkutuksen, tuloksena saatu materiaali voidaan palauttaa altistua lämpötilan vaikutuksille. Niiden päätavoitteena on edelleen lisätä lujuutta, kulutuskestävyyttä, korroosionkestävyyttä ja ikääntymistä.

1. Kovetusta käytetään rakenteissa, jotka vaativat suurta kovuutta ja sitkeyttä; valmistettu kuumentamalla 900 ˚С:een, osia jäähdytetään keskimäärin noin 100 ˚С/s koneöljyllä. Sitä seuraa korkea karkaisu lämmityksellä jopa 650 ˚С ja ilmajäähdytyksellä.
2. Normaalointia käytetään keskikokoisille yksinkertaisille osille kuumentamalla uunissa 900 ˚С:een, pitämällä tässä lämpötilassa 1-1,5 tuntia ja jäähdyttämällä sitten ilmassa. Tarjoaa troostiittirakeista perliittiä, sen kovuutta ja luotettavuutta kitkan ja kulumisen suhteen. Sitä käytetään perliittisellä pohjalla varustettujen kitkaa vähentävien tempervalurautojen valmistukseen.
3. Hehkutus toistetaan kitkanestoaineen valmistuksessa: lämmitys - jopa 900 ˚С, pitkäkestoinen pito tässä lämmössä, jäähdytys yhdessä uunin kanssa. Käytetään kitkaa vähentävän pallografiittiraudan ferriittistä tai ferriittis-perliittistä rakennetta.

Valurautatuotteiden lämmitys voidaan suorittaa paikallisesti tai yhdistelmänä. Paikalliseen käyttöön, suurtaajuusvirrat tai asetyleeniliekki (kovettuva). Monimutkaisiin lämmitysuuneihin. Paikallisella lämmityksellä vain ylempi kerros kovettuu, sen kovuus ja lujuus kasvavat, mutta ytimen plastisuus ja viskositeetti säilyvät.

Tässä on tärkeää huomauttaa, että valuraudan taonta on mahdotonta paitsi riittämättömän mekaanisenominaisuudet, mutta myös sen korkea herkkyys jyrkälle lämpötilan laskulle, mikä on väistämätöntä vesijäähdytyksellä kovetettaessa.

kitkaa estävät pallografiittivaluraudat

Tämä lajike koskee sekä muokattavia että seostettuja, ne ovat harmaita (ASF), muokattavia (ASC) ja lujia (ACS). Pallorautaa käytetään ACHK:n valmistukseen, joka hehkutetaan tai normalisoidaan. Prosessit suoritetaan sen mekaanisten ominaisuuksien parantamiseksi ja uuden ominaisuuden muodostamiseksi - kulutuskestävyyden kitkan aikana muiden osien kanssa.

Merkitty: AChK-1, AChK-2. Sitä käytetään kampiakselien, hammaspyörien, laakerien valmistukseen.

Lisäaineiden vaikutus ominaisuuksiin

Rauta-hiilipohjan ja grafiitin lisäksi ne sisältävät myös muita komponentteja, jotka myös määräävät valuraudan ominaisuudet: mangaania, piitä, fosforia, rikkiä ja joitain seosaineita.

Mangan lisää nestemäisen metallin juoksevuutta, korroosionkestävyyttä ja kulutuskestävyyttä. Se auttaa lisäämään kovuutta ja lujuutta, sitomaan hiiltä raudan kanssa kemiallisen kaavan Fe_{3C, rakeisen perliitin muodostumista.}

Piillä on myös myönteinen vaikutus nestemäisen seoksen juoksevuuteen, se edistää sementiitin hajoamista ja grafiittisulkeutumien vapautumista.

Rikki on negatiivinen, mutta väistämätön komponentti. Se vähentää mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia, stimuloi halkeamien muodostumista. Kuitenkin sen sisällön järkevä suhde muihin alkuaineisiin (esimerkiksi mangaanin kanssa) salliioikeat mikrorakenneprosessit. Joten Mn-S-suhteella 0,8-1,2 perliitti säilyy milloin tahansa lämpötilan vaikutuksesta. Kun suhdetta nostetaan 3:een, on mahdollista saada mikä tahansa tarvittava rakenne määritetyistä parametreista riippuen.

Fosfori muuttaa juoksevuutta parempaan, vaikuttaa lujuuteen, vähentää iskulujuutta ja sitkeyttä, vaikuttaa grafitoitumisen kestoon.

Kromi ja molybdeeni estävät grafiittihiutaleiden muodostumista, joissakin sisällöissä ne edistävät rakeisen perliitin muodostumista.

Volframi parantaa kulutuskestävyyttä korkeissa lämpötiloissa.

Alumiini, nikkeli, kupari edistävät grafitoitumista.

Säätämällä rauta-hiili-seoksen muodostavien kemiallisten alkuaineiden määrää ja niiden suhdetta on mahdollista vaikuttaa valuraudan lopullisiin ominaisuuksiin.

Edut ja haitat

Palveltava rauta on materiaali, jota käytetään laajasti tekniikassa. Sen tärkeimmät edut:

• korkea kovuus, kulutuskestävyys, lujuus ja juoksevuus;
• normaalit sitkeys- ja sitkeysominaisuudet;
• valmistettavuus muovauksessa, toisin kuin harmaavaluraudat;
• eri vaihtoehtoja tietyn osan ominaisuuksien korjaamiseksi lämpö- ja kemiallis-termiskäsittelymenetelmillä;
• halvat kustannukset.

Haittoja ovat yksilölliset ominaisuudet:

• hauraus;
• grafiittisulkeumat;
• huono leikkausteho;
• valujen huomattava paino.

Nykyisistä puutteista huolimatta pallografiittiraudalla on vastuullinen paikka metallurgiassa ja tekniikassa. Siitä valmistetaan sellaisia tärkeitä osia kuin kampiakselit, jarrupalan osat, hammaspyörät, männät, kiertokanget. Koska pallografiittiraudalla on merkityksetön valikoima laatuja, se on teollisuudessa yksilöllinen markkinarako. Sen käyttö on tyypillistä sellaisille kuormille, joissa muiden materiaalien käyttö on epätodennäköistä.