Haearn bwrwyn grŵp o aloion haearn-carbon sydd â chynnwys carbon sy'n fwy na 2%.Mae ei ddefnyddioldeb yn deillio o'i dymheredd toddi cymharol isel.Mae'r cyfansoddion aloi yn effeithio ar ei liw pan fydd wedi'i dorri: mae gan haearn bwrw gwyn amhureddau carbid sy'n caniatáu i graciau fynd yn syth drwodd, mae gan haearn bwrw llwyd naddion graffit sy'n gwyro crac pasio ac yn cychwyn craciau newydd di-rif wrth i'r deunydd dorri, ac mae gan haearn bwrw hydwyth sfferig. graffit "nodules" sy'n atal y crac rhag symud ymlaen ymhellach.

Carbon (C) yn amrywio o 1.8 i 4 wt%, a silicon (Si) 1-3 wt%, yw prif elfennau aloi haearn bwrw.Gelwir aloion haearn â chynnwys carbon is yn ddur.

Mae haearn bwrw yn dueddol o fod yn frau, ac eithrio haearn bwrw hydrin.Gyda'i bwynt toddi cymharol isel, hylifedd da, castability, machinability rhagorol, ymwrthedd i anffurfio a gwisgo ymwrthedd, haearn bwrw wedi dod yn ddeunydd peirianneg gydag ystod eang o gymwysiadau ac yn cael eu defnyddio mewn pibellau, peiriannau a rhannau diwydiant modurol, megis silindr pennau, blociau silindr a chasys blychau gêr.Mae'n gallu gwrthsefyll difrod gan ocsideiddio.

Mae'r arteffactau haearn bwrw cynharaf yn dyddio o'r 5ed ganrif CC, ac fe'u darganfuwyd gan archeolegwyr yn yr hyn sydd bellach yn Jiangsu yn Tsieina.Defnyddiwyd haearn bwrw yn Tsieina hynafol ar gyfer rhyfela, amaethyddiaeth a phensaernïaeth.Yn ystod y 15fed ganrif, defnyddiwyd haearn bwrw ar gyfer canonau ym Mwrgwyn, Ffrainc, ac yn Lloegr yn ystod y Diwygiad Protestannaidd.Roedd angen cynhyrchu ar raddfa fawr o faint o haearn bwrw a ddefnyddiwyd ar gyfer canonau. Adeiladwyd y bont haearn bwrw gyntaf yn ystod y 1770au gan Abraham Darby III, ac fe'i gelwir yn The Iron Bridge yn Swydd Amwythig, Lloegr.Defnyddiwyd haearn bwrw hefyd wrth godi adeiladau.

Elfennau aloi

Mae priodweddau haearn bwrw yn cael eu newid trwy ychwanegu gwahanol elfennau aloi, neu aloiyddion.Wrth ymyl carbon, silicon yw'r aloiydd pwysicaf oherwydd ei fod yn gorfodi carbon allan o hydoddiant.Mae canran isel o silicon yn caniatáu i garbon aros mewn hydoddiant gan ffurfio carbid haearn a chynhyrchu haearn bwrw gwyn.Mae canran uchel o silicon yn gorfodi carbon allan o doddiant gan ffurfio graffit a chynhyrchu haearn bwrw llwyd.Mae asiantau aloi eraill, manganîs, cromiwm, molybdenwm, titaniwm a vanadium yn gwrthweithio silicon, yn hyrwyddo cadw carbon, a ffurfio'r carbidau hynny.Nicel a chopr cynyddu cryfder, a machinability, ond nid ydynt yn newid faint o graffit ffurfio.Mae'r carbon ar ffurf graffit yn arwain at haearn meddalach, yn lleihau crebachu, yn lleihau cryfder, ac yn lleihau dwysedd.Mae sylffwr, sy'n halogiad i raddau helaeth pan fo'n bresennol, yn ffurfio sylffid haearn, sy'n atal ffurfio graffit ac yn cynyddu caledwch.Y broblem gyda sylffwr yw ei fod yn gwneud haearn bwrw tawdd yn gludiog, sy'n achosi diffygion.I wrthsefyll effeithiau sylffwr, ychwanegir manganîs oherwydd bod y ddau yn ffurfio sylffid manganîs yn lle sylffid haearn.Mae'r sylffid manganîs yn ysgafnach na'r tawdd, felly mae'n tueddu i arnofio allan o'r tawdd ac i mewn i'r slag.Swm y manganîs sydd ei angen i niwtraleiddio sylffwr yw 1.7 × cynnwys sylffwr + 0.3%.Os ychwanegir mwy na'r swm hwn o fanganîs, yna mae carbid manganîs yn ffurfio, sy'n cynyddu caledwch ac oeri, ac eithrio mewn haearn llwyd, lle mae hyd at 1% o fanganîs yn cynyddu cryfder a dwysedd.

Mae nicel yn un o'r elfennau aloi mwyaf cyffredin oherwydd ei fod yn mireinio'r strwythur pearlit a graffit, yn gwella caledwch, ac yn gwastadu gwahaniaethau caledwch rhwng trwch adrannau.Mae cromiwm yn cael ei ychwanegu mewn symiau bach i leihau graffit rhad ac am ddim, cynhyrchu oerfel, ac oherwydd ei fod yn sefydlogwr carbid pwerus;mae nicel yn aml yn cael ei ychwanegu ar y cyd.Gellir ychwanegu ychydig bach o dun yn lle 0.5% cromiwm.Ychwanegir copr yn y lletwad neu yn y ffwrnais, tua 0.5-2.5%, i leihau oerfel, mireinio graffit, a chynyddu hylifedd.Ychwanegir molybdenwm tua 0.3-1% i gynyddu oerfel a mireinio'r strwythur graffit a pherlit;fe'i ychwanegir yn aml ar y cyd â nicel, copr, a chromiwm i ffurfio haearnau cryfder uchel.Mae titaniwm yn cael ei ychwanegu fel degasser a deoxidizer, ond mae hefyd yn cynyddu hylifedd.Mae fanadiwm 0.15-0.5% yn cael ei ychwanegu at haearn bwrw i sefydlogi cementite, cynyddu caledwch, a chynyddu ymwrthedd i wisgo a gwres.Mae 0.1-0.3% zirconium yn helpu i ffurfio graffit, deoxidize, a chynyddu hylifedd.

Mewn toddi haearn hydrin, ychwanegir bismuth, ar y raddfa o 0.002-0.01%, i gynyddu faint o silicon y gellir ei ychwanegu.Mewn haearn gwyn, mae boron yn cael ei ychwanegu at gymorth wrth gynhyrchu haearn hydrin;mae hefyd yn lleihau effaith brasach bismwth.

Haearn bwrw llwyd

Nodweddir haearn bwrw llwyd gan ei ficrostrwythur graffitig, sy'n achosi i holltau'r deunydd edrych yn llwyd.Dyma'r haearn bwrw a ddefnyddir amlaf a'r deunydd cast a ddefnyddir fwyaf yn seiliedig ar bwysau.Mae gan y rhan fwyaf o haearn bwrw gyfansoddiad cemegol o 2.5-4.0% carbon, 1-3% silicon, a'r haearn gweddill.Mae gan haearn bwrw llwyd lai o gryfder tynnol a gwrthsefyll sioc na dur, ond mae ei gryfder cywasgol yn debyg i ddur carbon isel a chanolig.Mae'r priodweddau mecanyddol hyn yn cael eu rheoli gan faint a siâp y naddion graffit sy'n bresennol yn y microstrwythur a gellir eu nodweddu yn unol â'r canllawiau a roddir gan yr ASTM.

Haearn bwrw gwyn

Mae haearn bwrw gwyn yn arddangos arwynebau gwyn wedi'u torri oherwydd presenoldeb gwaddod carbid haearn o'r enw cementit.Gyda chynnwys silicon is (asiant graffiteiddio) a chyfradd oeri cyflymach, mae'r carbon mewn haearn bwrw gwyn yn gwaddodi allan o'r toddi fel cementit cyfnod metastable, Fe.₃C, yn hytrach na graffit.Mae'r cementit sy'n gwaddodi o'r toddi yn ffurfio gronynnau cymharol fawr.Wrth i'r carbid haearn waddodi, mae'n tynnu carbon yn ôl o'r toddi gwreiddiol, gan symud y cymysgedd tuag at un sy'n agosach at eutectig, a'r cam sy'n weddill yw'r austenit carbon haearn is (a allai drawsnewid i martensite wrth oeri).Mae'r carbidau ewtectig hyn yn llawer rhy fawr i ddarparu budd yr hyn a elwir yn galedu dyddodiad (fel mewn rhai duroedd, lle gallai gwaddod llawer llai o smentit atal [anffurfiad plastig] trwy rwystro symudiad dadleoliadau trwy'r matrics ferrite haearn pur).Yn hytrach, maent yn cynyddu caledwch swmp yr haearn bwrw yn syml oherwydd eu caledwch uchel iawn eu hunain a'u ffracsiwn cyfaint sylweddol, fel y gellir brasamcanu'r caledwch swmp trwy reol cymysgeddau.Mewn unrhyw achos, maent yn cynnig caledwch ar draul caledwch.Gan fod carbid yn gyfran fawr o'r deunydd, gellid yn rhesymol ddosbarthu haearn bwrw gwyn fel cermet.Mae haearn gwyn yn rhy frau i'w ddefnyddio mewn llawer o gydrannau strwythurol, ond gyda chaledwch da ac ymwrthedd crafiad a chost gymharol isel, mae'n cael ei ddefnyddio mewn cymwysiadau fel arwynebau gwisgo (impeller a volute) pympiau slyri, leinin cregyn a bariau codi mewn pêl melinau a melinau malu awtogenaidd, peli a modrwyau mewn malurwyr glo, a dannedd bwced cloddio backhoe (er bod dur martensitig carbon canolig cast yn fwy cyffredin ar gyfer y cais hwn).

Mae'n anodd oeri castiau trwchus yn ddigon cyflym i gadarnhau'r toddi fel haearn bwrw gwyn yr holl ffordd drwodd.Fodd bynnag, gellir defnyddio oeri cyflym i gadarnhau cragen o haearn bwrw gwyn, ac ar ôl hynny mae'r gweddill yn oeri'n arafach i ffurfio craidd o haearn bwrw llwyd.Mae'r castio canlyniadol, o'r enw acastio oer, mae ganddo fanteision arwyneb caled gyda thu mewn ychydig yn llymach.

Mae aloion haearn gwyn cromiwm uchel yn caniatáu castiau enfawr (er enghraifft, impeller 10 tunnell) i gael eu castio â thywod, gan fod y cromiwm yn lleihau'r gyfradd oeri sy'n ofynnol i gynhyrchu carbidau trwy'r trwch mwy o ddeunydd.Mae cromiwm hefyd yn cynhyrchu carbidau gydag ymwrthedd crafiad trawiadol.Mae'r aloion cromiwm uchel hyn yn priodoli eu caledwch uwch i bresenoldeb carbidau cromiwm.Prif ffurf y carbidau hyn yw'r M ewtectig neu gynradd₇C₃carbidau, lle mae "M" yn cynrychioli haearn neu gromiwm a gall amrywio yn dibynnu ar gyfansoddiad yr aloi.Mae'r carbidau ewtectig yn ffurfio fel bwndeli o wiail hecsagonol gwag ac yn tyfu'n berpendicwlar i'r plân gwaelodol hecsagonol.Mae caledwch y carbidau hyn o fewn yr ystod o 1500-1800HV.

Haearn bwrw hydrin

Mae haearn hydrin yn dechrau fel cast haearn gwyn sydd wedyn yn cael ei drin â gwres am ddiwrnod neu ddau ar tua 950 ° C (1,740 °F) ac yna'n cael ei oeri dros ddiwrnod neu ddau.O ganlyniad, mae'r carbon mewn carbid haearn yn trawsnewid yn graffit a ferrite ynghyd â charbon (austenit).Mae'r broses araf yn caniatáu i'r tensiwn arwyneb ffurfio'r graffit yn ronynnau spheroidal yn hytrach na fflochiau.Oherwydd eu cymhareb agwedd is, mae'r sfferoidau yn gymharol fyr ac ymhell oddi wrth ei gilydd, ac mae ganddynt groestoriad is o gymharu â chrac lluosogi neu ffonon.Mae ganddynt hefyd ffiniau di-fin, yn hytrach na naddion, sy'n lleddfu'r problemau canolbwyntio straen a geir mewn haearn bwrw llwyd.Yn gyffredinol, mae priodweddau haearn bwrw hydrin yn debycach i briodweddau dur ysgafn.Mae cyfyngiad ar ba mor fawr y gellir bwrw rhan mewn haearn hydrin, gan ei fod wedi'i wneud o haearn bwrw gwyn.

Haearn bwrw hydwyth