Tipus de ferro colat, classificació, composició, propietats, marcatge i aplicació

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

Avui gairebé no hi ha cap àrea de la vida humana on no s'utilitzi el ferro colat. Aquest material és conegut per la humanitat des de fa molt de temps i ha demostrat ser excel·lent des d'un punt de vista pràctic. El ferro colat és la base d'una gran varietat de peces, conjunts i mecanismes, i en alguns casos fins i tot un producte autosuficient capaç de realitzar les funcions que se li assignen. Per tant, en aquest article prestarem molta atenció a aquest compost que conté ferro. També descobrirem quins tipus de ferro colat són, les seves característiques físiques i químiques.

Definició

El ferro colat és un aliatge realment únic de ferro i carboni, en el qual Fe és més del 90% i C no és superior al 6,67%, però no menys del 2,14%. A més, el carboni es pot trobar a la fosa en forma de cementita o grafit.

El carboni confereix a l'aliatge una duresa prou alta, però, alhora, redueix la mal·leabilitat i la ductilitat. Com a resultat, el ferro colat és un material trencadís. A més, s'afegeixen additius especials a certs graus de ferro colat, que poden donar al compost certes propietats. El paper dels elements d'aliatge pot ser: níquel, crom, vanadi, alumini. L'índex de densitat del ferro colat és de 7200 quilograms per metre cúbic. D'on es pot concloure queel pes del ferro colat és un indicador que no es pot dir petit.

Antecedents històrics

La fosa de ferro és coneguda per l'home des de fa temps. La primera menció de l'aliatge es remunta al segle VI aC.

A l'antiguitat, la Xina produïa ferro colat amb un punt de fusió força baix. El ferro colat es va començar a produir a Europa al voltant del segle XIV, quan es van utilitzar per primera vegada els alts forns. En aquella època, aquesta fosa de ferro s'utilitzava per a la producció d'armes, petxines i peces de construcció.

A Rússia, la producció de ferro colat va començar activament al segle XVI i després es va expandir ràpidament. Durant l'època de Pere I, l'Imperi Rus va poder eludir tots els països del món pel que fa a la producció de ferro, però cent anys més tard va començar a perdre terreny de nou en el mercat de la metal·lúrgia ferrosa.

El ferro colat s'ha utilitzat per crear una varietat d'obres d'art des de l'edat mitjana. En particular, al segle X, els mestres xinesos van llançar una figura realment única d'un lleó, el pes del qual superava les 100 tones. A partir del segle XV a Alemanya, i després a altres països, es va generalitzar la fosa de ferro colat. Es van fer tanques, gelosies, escultures del parc, mobles de jardí i làpides.

En els darrers anys del segle XVIII, la fosa de ferro va estar més implicada en l'arquitectura de Rússia. I el segle XIX es va anomenar generalment "edat del ferro colat", ja que l'aliatge s'utilitzava molt activament en arquitectura.

Característiques

Hi ha diferents tipusferro colat, però, el punt de fusió mitjà d'aquest compost metàl·lic és d'uns 1200 graus centígrads. Aquesta xifra és 250-300 graus menys que la necessària per a la fabricació d'acer. Aquesta diferència està associada a un contingut de carboni força elevat, que fa que els seus enllaços menys estrets amb els àtoms de ferro a nivell molecular.

En el moment de la fosa i la posterior cristal·lització, el carboni contingut en el ferro colat no té temps de penetrar completament a la xarxa molecular del ferro i, per tant, el ferro colat acaba resultant bastant fràgil. En aquest sentit, no s'utilitza quan hi ha càrregues dinàmiques constants. Però, al mateix temps, és excel·lent per a aquelles peces que han augmentat els requisits de resistència.

Tecnologia de producció

Absolutament tots els tipus de ferro colat es produeixen en un alt forn. De fet, el procés de fosa en si és una activitat força laboriosa que requereix inversions materials serioses. Una tona de ferro brut requereix uns 550 quilos de coca-cola i gairebé una tona d'aigua. El volum de mineral carregat al forn dependrà del contingut de ferro. Molt sovint, s'utilitza mineral, en el qual el ferro és d'almenys el 70%. No és desitjable una concentració més baixa de l'element, ja que no seria econòmic utilitzar-lo.

Producció de la primera etapa

El ferro de fosa és el següent. En primer lloc, el mineral s'aboca al forn, així com els graus de carbó de coc, que serveixen per pressionar i mantenir la temperatura requerida dins de l'eix del forn. A més, aquests productes durant el procés de combustió participen activament en les reaccions químiques en curspaper dels agents reductors de ferro.

Al mateix temps, es carrega un flux al forn, que serveix de catalitzador. Ajuda a que les roques es fonguin més ràpidament, la qual cosa afavoreix l'alliberament de ferro.

És important tenir en compte que el mineral se sotmet a un pretractament especial abans de ser carregat al forn. Es tritura en una planta de trituració (les partícules petites es fonen més ràpidament). Després es renta per eliminar partícules lliures de metall. Després d'això, la matèria primera es treu, a causa d'això, s'eliminen sofre i altres elements estranys.

Segona etapa de producció

El gas natural es subministra al forn carregat i llest per funcionar mitjançant cremadors especials. El coc escalfa la matèria primera. En aquest cas, s'allibera carboni, que es combina amb l'oxigen i forma un òxid. Aquest òxid participa posteriorment en la recuperació del ferro del mineral. Tingueu en compte que amb un augment de la quantitat de gas al forn, la velocitat de la reacció química disminueix i, quan s'arriba a una determinada proporció, s'atura del tot.

L'excés de carboni penetra a la fosa i s'uneix amb el ferro, formant finalment ferro colat. Tots aquells elements que no s'han fos queden a la superfície i finalment s'eliminen. Aquests residus s'anomenen escòries. També es pot utilitzar per produir altres materials. Els tipus de ferro colat obtinguts d'aquesta manera s'anomenen fosa i ferro brut.

Diferenciació

La classificació moderna de les ferros colades preveu la divisió d'aquests aliatges en els tipus següents:

• Blanc.
• La meitat.
• Gris amb escates de grafit.
• Grafit nodular d' alta resistència.
• Dúctil.

Mirem-ne cadascun per separat.

Ferro colat blanc

Aquest ferro colat és aquell en el qual gairebé tot el carboni està unit químicament. En enginyeria mecànica, aquest aliatge no s'utilitza molt sovint, perquè és dur, però molt fràgil. A més, no es pot mecanitzar amb diverses eines de tall i, per tant, s'utilitza per a la fosa de peces que no requereixen cap processament. Tot i que aquest tipus de ferro colat permet la mòlta amb rodes abrasives. El ferro colat blanc pot ser tant ordinari com aliat. Al mateix temps, la soldadura provoca dificultats, ja que va acompanyada de la formació de diverses esquerdes durant el refredament o l'escalfament, i també per l'heterogeneïtat de l'estructura que es forma en el punt de soldadura.

Les ferros colades blanques resistents al desgast s'obtenen mitjançant la cristal·lització primària d'un aliatge líquid durant el refredament ràpid. S'utilitzen més habitualment per a aplicacions de fricció en sec (per exemple, pastilles de fre) o per a la producció de peces amb major resistència al desgast i a la calor (rotlles de laminació).

Per cert, la fosa blanca va rebre el seu nom pel fet que l'aspecte de la seva fractura és una superfície radiant i cristal·lina de llum. L'estructura d'aquest ferro colat és una combinació de ledeburita, perlita i cementita secundària. Si aquest ferro colat s'alia, llavors la perlita es transforma entroostita, austenita o martensita.

Meitat de ferro colat

La classificació de les ferros colades estaria incompleta sense esmentar aquesta varietat d'aliatge metàl·lic.

Aquest ferro colat es caracteritza per una combinació d'eutèctics de carbur i grafit en la seva estructura. En general, l'estructura completa té la forma següent: grafit, perlita, ledeburita. Si el ferro colat se sotmet a tractament tèrmic o aliatge, això provocarà la formació d'austenita, martensita o troostita acicular.

Aquest tipus de ferro colat és força trencadís, per la qual cosa el seu ús és molt limitat. El propi aliatge rep el seu nom perquè la seva fractura és una combinació de zones fosques i clares de l'estructura cristal·lina.

El material d'enginyeria més comú

La fosa grisa GOST 1412-85 conté aproximadament un 3,5% de carboni, de l'1,9 al 2,5% de silici, fins a un 0,8% de manganès, fins a un 0,3% de fòsfor i menys del 0,12% de sofre.

El grafit d'aquest ferro colat té una forma lamel·lar. No requereix modificacions especials.

Les plaques de grafit tenen un fort efecte de debilitament i, per tant, la fosa grisa es caracteritza per una resistència a l'impacte molt baixa i una absència gairebé total d'allargament (menys del 0,5%).

El ferro colat gris està ben mecanitzat. L'estructura de l'aliatge pot ser la següent:

• Ferrita-grafit.
• Ferrita-perlita-grafit.
• Perlita-grafit.

El ferro colat gris funciona molt millor en compressió que en tensió. Ell tambésolda força bé, però això requereix un preescalfament, i s'han d'utilitzar barres especials de ferro colat amb un alt contingut de silici i carboni com a material de farciment. Sense preescalfament, la soldadura serà difícil perquè el ferro colat es blanquejarà a la zona de soldadura.

El ferro colat gris s'utilitza per produir peces que funcionen sense càrrega de cops (politges, cobertes, llits).

La designació d'aquest ferro colat es produeix segons el principi següent: SCH 25-52. Dues lletres indiquen que es tracta de ferro colat gris, el número 25 és un indicador de la resistència a la tracció (en MPa o kgf / mm 2), el número 52 és la resistència a la tracció en aquest moment de flexió.

Flanxa dúctil

El ferro colat nodular és fonamentalment diferent dels seus altres "germans" perquè conté grafit nodular. S'obté introduint modificadors especials (Mg, Ce) a l'aliatge líquid. El nombre d'inclusions de grafit i les seves dimensions lineals poden ser diferents.

Què té de bo el grafit esferoidal? El fet que aquesta forma debiliti mínimament la base metàl·lica, que, al seu torn, pot ser perlítica, ferrítica o perlítica-ferrítica.

A causa de l'ús de tractament tèrmic o aliatge, la base de ferro colat pot ser acicular-troostita, martensítica, austenítica.

Els graus de ferro dúctil són diferents, però en termes generals, la seva designació és la següent: VCh 40-5. És fàcil endevinar que HF és ferro colat d' alta resistència, el número 40 és un indicadorresistència a la tracció (kgf/mm2), el nombre 5 és relatiu a l'allargament, expressat com a percentatge.

Flanxa dúctil

L'estructura del ferro dúctil és la presència de grafit en ell en forma escamosa o esfèrica. Al mateix temps, el grafit escamoss pot tenir diferents finesses i compacitat, la qual cosa, al seu torn, té un impacte directe en les propietats mecàniques de la fosa.

El ferro dúctil industrial sovint es produeix amb una base ferrítica, que proporciona una major ductilitat.

L'aspecte de fractura del ferro dúctil ferrític té un aspecte vellutat negre. Com més gran sigui la quantitat de perlita a l'estructura, més lleugera serà la fractura.

En general, el ferro dúctil s'obté a partir de peces de fosa de ferro blanc a causa del llarg llanguiment en forns escalfats a una temperatura de 800-950 graus centígrads.

Avui, hi ha dues maneres de fabricar ferro dúctil: europea i americana.

El mètode americà és languir l'aliatge a la sorra a una temperatura de 800-850 graus. En aquest procés, el grafit es localitza entre grans del ferro més pur. Com a resultat, el ferro colat es torna viscós.

En el mètode europeu, les peces de fosa llanguien en mineral de ferro. La temperatura al mateix temps és d'uns 850-950 graus centígrads. El carboni passa al mineral de ferro, de manera que la capa superficial de les peces es descarbura i es torna tova. El ferro colat es torna mal·leable, mentre que el nucli es manté fràgil.

Marcatge de ferro mal·leable: KCh 40-6, on KCh és, per descomptat, ferro mal·leable; 40 - índex de resistència a la tracció;6 – allargament, %.

Altres indicadors

Pel que fa a la divisió de les ferros colades per força, aquí s'aplica la classificació següent:

• Resistència típica: σv fins a 20 kg/mm2.
• Resistència augmentada: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Resistència alta: σv=40 kg/mm2 i més.

Segons la ductilitat, les ferros colades es divideixen en:

• Inflexible: menys de l'1% d'allargament.
• Plàstic baix: de l'1% al 5%.
• Plàstic: del 5% al 10%.
• Augment de la plasticitat: més del 10%.

En conclusió, també m'agradaria assenyalar que les propietats de qualsevol ferro colat es veuen afectades de manera bastant significativa fins i tot per la forma i la naturalesa de l'abocament.