Malmon rühm raud-süsinik sulameid süsinikusisaldusega üle 2%.Selle kasulikkus tuleneb suhteliselt madalast sulamistemperatuurist.Sulami koostisained mõjutavad purunemisel selle värvust: valge malm sisaldab karbiidist lisandeid, mis lasevad praod otse läbi, hallmalmal on grafiidihelbed, mis suunavad läbi mööduva prao kõrvale ja tekitavad materjali purunemisel lugematul hulgal uusi pragusid ning kõrgtugevas malmis on kerakujulised. grafiidist "sõlmekesed", mis peatavad prao edasise edenemise.

Süsinik (C) vahemikus 1,8–4 massiprotsenti ja räni (Si) 1–3 massiprotsenti on malmi peamised legeerivad elemendid.Väiksema süsinikusisaldusega rauasulamid on tuntud terasena.

Malm kipub olema rabe, välja arvatud tempermalmid.Suhteliselt madala sulamistemperatuuri, hea voolavuse, valutavuse, suurepärase töödeldavuse, deformatsiooni- ja kulumiskindlusega on malmist saanud laia kasutusalaga insener-materjal ning seda kasutatakse torudes, masinates ja autotööstuse osades, näiteks silindrites. pead, silindriplokid ja käigukasti korpused.See on vastupidav oksüdatsioonikahjustustele.

Varaseimad malmist esemed pärinevad 5. sajandist eKr ja arheoloogid avastasid need praeguse Jiangsu piirkonnas Hiinas.Vana-Hiinas kasutati malmi sõjapidamises, põllumajanduses ja arhitektuuris.15. sajandil hakati malmi kahuritööstuses kasutama Prantsusmaal Burgundias ja reformatsiooni ajal Inglismaal.Suurtükkide valmistamiseks kasutatud malmikogused nõudsid suuremahulist tootmist. Esimese malmist silla ehitas 1770. aastatel Abraham Darby III ja seda tuntakse Inglismaal Shropshire'is Raudsillana.Malmi kasutati ka hoonete ehitamisel.

Legeerivad elemendid

Malmi omadusi muudetakse erinevate legeerivate elementide ehk sulamite lisamisega.Süsiniku kõrval on räni kõige olulisem sulam, kuna see sunnib süsiniku lahusest välja.Räni väike protsent võimaldab süsinikul jääda lahusesse, moodustades raudkarbiidi ja tootma valget malmi.Räni suur osakaal sunnib süsiniku lahusest välja, moodustades grafiidi ja hallmalmi.Teised legeerivad ained, mangaan, kroom, molübdeen, titaan ja vanaadium, toimivad räni vastu, soodustavad süsiniku säilimist ja nende karbiidide moodustumist.Nikkel ja vask suurendavad tugevust ja töödeldavust, kuid ei muuda moodustunud grafiidi kogust.Grafiidi kujul olev süsinik annab pehmema raua, vähendab kokkutõmbumist, vähendab tugevust ja vähendab tihedust.Väävel, mis on suures osas saasteaine, moodustab raudsulfiidi, mis takistab grafiidi teket ja suurendab kõvadust.Väävli probleem on selles, et see muudab sulamalmi viskoosseks, mis põhjustab defekte.Väävli mõju vähendamiseks lisatakse mangaani, kuna need kaks moodustavad raudsulfiidi asemel mangaansulfiidi.Mangaansulfiid on sulast kergem, mistõttu kipub see sulatisest välja hõljuma ja räbu sisse.Väävli neutraliseerimiseks vajalik mangaani kogus on 1,7 × väävlisisaldus + 0,3%.Kui mangaani lisada rohkem, siis tekib mangaankarbiid, mis suurendab kõvadust ja jahutust, välja arvatud hallmalm, kus kuni 1% mangaani suurendab tugevust ja tihedust.

Nikkel on üks levinumaid legeerivaid elemente, kuna see täpsustab perliidi ja grafiidi struktuuri, parandab sitkust ja ühtlustab kõvaduse erinevusi sektsioonide paksuste vahel.Kroomi lisatakse väikestes kogustes vaba grafiidi vähendamiseks, jaheduse tekitamiseks ja kuna see on võimas karbiidist stabilisaator;niklit lisatakse sageli koos.0,5% kroomi asendamiseks võib lisada väikese koguse tina.Jahutuse vähendamiseks, grafiidi rafineerimiseks ja voolavuse suurendamiseks lisatakse kulbisse või ahju vaske suurusjärgus 0,5–2,5%.Molübdeeni lisatakse suurusjärgus 0,3–1%, et suurendada jahedust ning täpsustada grafiidi ja perliidi struktuuri;seda lisatakse sageli koos nikli, vase ja kroomiga, et moodustada ülitugevaid raudu.Titaani lisatakse degaseerijana ja desoksüdeerijana, kuid see suurendab ka voolavust.Malmile lisatakse 0,15–0,5% vanaadiumi, et stabiliseerida tsementiiti, suurendada kõvadust ning suurendada kulumis- ja kuumuskindlust.0,1–0,3% tsirkoonium aitab moodustada grafiiti, deoksüdeerida ja suurendada voolavust.

Tempermalmi sulatistesse lisatakse vismutit skaalal 0,002–0,01%, et suurendada räni lisamise hulka.Valges rauas lisatakse boori, et aidata kaasa tempermalmi tootmisele;see vähendab ka vismuti karedust tekitavat toimet.

Hall malm

Hallmalmi iseloomustab selle grafiitne mikrostruktuur, mille tõttu muutuvad materjali murdumised halliks.See on kõige sagedamini kasutatav malm ja kaalu alusel enim kasutatav valumaterjal.Enamikus malmides on keemiline koostis 2,5–4,0% süsinikku, 1–3% räni ja ülejäänud osa rauda.Hallmalmil on väiksem tõmbetugevus ja löögikindlus kui terasel, kuid selle survetugevus on võrreldav madala ja keskmise süsinikusisaldusega terasega.Neid mehaanilisi omadusi kontrollivad mikrostruktuuris olevate grafiidihelveste suurus ja kuju ning neid saab iseloomustada vastavalt ASTM-i juhistele.

Valge malm

Valgel malmil on tsementiidiks nimetatava raudkarbiidi sademe tõttu valged purunenud pinnad.Väiksema ränisisaldusega (grafitiseeriv aine) ja kiirema jahutuskiirusega sadestub valgemalmi süsinik sulamist metastabiilse faasi tsementiidina Fe₃C, mitte grafiit.Sulatusest sadestuv tsementiit moodustub suhteliselt suurte osakestena.Kui raudkarbiid sadestub välja, eemaldab see süsiniku algsest sulamist, nihutades segu eutektilisele lähedasema faasi poole, ja ülejäänud faas on madalam raud-süsinik austeniit (mis võib jahutamisel muutuda martensiidiks).Need eutektilised karbiidid on liiga suured, et pakkuda kasu nn sademekarbistamisest (nagu mõne terase puhul, kus palju väiksemad tsemendisademed võivad pärssida [plastilist deformatsiooni], takistades dislokatsioonide liikumist läbi puhta raudferriitmaatriksi).Pigem suurendavad nad malmi puistekõvadust lihtsalt tänu oma väga suurele kõvadusele ja olulisele mahuosale, nii et puistekaredus on ligikaudne segude reegliga.Igal juhul pakuvad need kõvadust sitkuse arvelt.Kuna karbiid moodustab suure osa materjalist, võib valget malmi mõistlikult liigitada metallkeraamikaks.Valge raud on paljudes konstruktsioonikomponentides kasutamiseks liiga habras, kuid hea kõvaduse ja kulumiskindlusega ning suhteliselt madalate kuludega leiab seda kasutust sellistes rakendustes nagu lägapumpade kulumispinnad (tiivik ja spiraal), kesta vooderdised ja kuuli tõstevardad. veskid ja autogeensed jahvatusveskid, söepulberite kuulid ja rõngad ning ekskavaatori kaevekopa hambad (kuigi selle rakenduse jaoks on tavalisem valatud keskmise süsinikusisaldusega martensiitteras).

Paksu valandit on raske piisavalt kiiresti jahutada, et sulatis täielikult valgemalmina tahkuks.Kiire jahutamise abil saab aga tahkestada valge malmi kesta, misjärel ülejäänud osa jahtub aeglasemalt, moodustades hallmalmist südamiku.Saadud valu, mida nimetatakse ajahutatud valamine, mille eelised on kõva pinna ja mõnevõrra karmima sisemuse eelised.

Kõrge kroomisisaldusega valge rauasulamid võimaldavad massiivseid valandeid (näiteks 10-tonnine tiivik) liiva valada, kuna kroom vähendab jahutuskiirust, mis on vajalik karbiidide tootmiseks suurema paksuse materjali kaudu.Kroom toodab ka muljetavaldava kulumiskindlusega karbiide.Need kõrge kroomisisaldusega sulamid omistavad oma suurepärase kõvaduse kroomkarbiidide olemasolule.Nende karbiidide peamine vorm on eutektiline või primaarne M₇C₃karbiidid, kus "M" tähistab rauda või kroomi ja võib varieeruda sõltuvalt sulami koostisest.Eutektilised karbiidid moodustuvad õõnsate kuusnurksete varraste kimpudena ja kasvavad kuusnurkse basaaltasandiga risti.Nende karbiidide kõvadus on vahemikus 1500–1800 HV.

Tempermalm

Tempermalm saab alguse valgest rauast, mida seejärel kuumtöödeldakse päev või kaks temperatuuril umbes 950 °C (1740 °F) ja seejärel jahutatakse päeva või kahe jooksul.Selle tulemusena muutub raudkarbiidis sisalduv süsinik grafiidiks ja ferriidiks pluss süsinikuks (austeniit).Aeglane protsess võimaldab pindpinevusel moodustada grafiidi sfäärilisteks osakesteks, mitte helvesteks.Väiksema kuvasuhte tõttu on sferoidid suhteliselt lühikesed ja üksteisest kaugel ning nende ristlõige on leviva prao või fononi suhtes väiksem.Neil on erinevalt helvestest ka nürid piirid, mis leevendab hallmalmi puhul esinevaid pingekontsentratsiooni probleeme.Üldiselt sarnanevad tempermalmi omadused pigem pehme terase omadele.Tempermalmi valamisel on piirang, kuna see on valmistatud valgest malmist.

Kõrgtugev malm