કાસ્ટ આયર્ન2% કરતા વધુ કાર્બન સામગ્રી સાથે આયર્ન-કાર્બન એલોયનું જૂથ છે.તેની ઉપયોગીતા તેના પ્રમાણમાં નીચા ગલન તાપમાનમાંથી પ્રાપ્ત થાય છે.જ્યારે ફ્રેક્ચર થાય છે ત્યારે એલોય ઘટકો તેના રંગને અસર કરે છે: સફેદ કાસ્ટ આયર્નમાં કાર્બાઇડ અશુદ્ધિઓ હોય છે જે તિરાડોને સીધી પસાર થવા દે છે, ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં ગ્રેફાઇટ ફ્લેક્સ હોય છે જે પસાર થતી તિરાડને વિક્ષેપિત કરે છે અને સામગ્રી તૂટતાંની સાથે અસંખ્ય નવી તિરાડો શરૂ કરે છે, અને નમ્ર કાસ્ટ આયર્ન ગોળાકાર હોય છે. ગ્રેફાઇટ "નોડ્યુલ્સ" જે ક્રેકને આગળ વધતા અટકાવે છે.

કાર્બન (C) 1.8 થી 4 wt%, અને સિલિકોન (Si) 1–3 wt%, કાસ્ટ આયર્નના મુખ્ય મિશ્રિત તત્વો છે.ઓછી કાર્બન સામગ્રી સાથે આયર્ન એલોય સ્ટીલ તરીકે ઓળખાય છે.

કાસ્ટ આયર્ન બરડ થવાનું વલણ ધરાવે છે, નમ્ર કાસ્ટ આયર્ન સિવાય.તેના પ્રમાણમાં નીચા ગલનબિંદુ, સારી પ્રવાહીતા, કાસ્ટિબિલિટી, ઉત્કૃષ્ટ યંત્રક્ષમતા, વિરૂપતા સામે પ્રતિકાર અને વસ્ત્રોના પ્રતિકાર સાથે, કાસ્ટ આયર્ન વિશાળ શ્રેણીના કાર્યક્રમો સાથે એન્જિનિયરિંગ સામગ્રી બની ગયા છે અને તેનો ઉપયોગ પાઇપ, મશીનો અને ઓટોમોટિવ ઉદ્યોગના ભાગોમાં થાય છે, જેમ કે સિલિન્ડર. હેડ, સિલિન્ડર બ્લોક્સ અને ગિયરબોક્સ કેસ.તે ઓક્સિડેશન દ્વારા નુકસાન માટે પ્રતિરોધક છે.

સૌથી પ્રાચીન કાસ્ટ-આયર્ન કલાકૃતિઓ પૂર્વે 5મી સદીની છે, અને પુરાતત્વવિદો દ્વારા હાલમાં ચીનમાં જિઆંગસુમાં શોધી કાઢવામાં આવી હતી.કાસ્ટ આયર્નનો ઉપયોગ પ્રાચીન ચીનમાં યુદ્ધ, કૃષિ અને સ્થાપત્ય માટે થતો હતો.15મી સદી દરમિયાન, કાસ્ટ આયર્નનો ઉપયોગ બર્ગન્ડી, ફ્રાંસ અને ઇંગ્લેન્ડમાં સુધારણા દરમિયાન તોપ માટે કરવામાં આવ્યો.તોપ માટે વપરાતા કાસ્ટ આયર્નના જથ્થાને મોટા પાયે ઉત્પાદનની જરૂર હતી. પ્રથમ કાસ્ટ-આયર્ન બ્રિજ 1770 દરમિયાન અબ્રાહમ ડાર્બી III દ્વારા બનાવવામાં આવ્યો હતો અને તે ઈંગ્લેન્ડના શ્રોપશાયરમાં આયર્ન બ્રિજ તરીકે ઓળખાય છે.ઇમારતોના નિર્માણમાં કાસ્ટ આયર્નનો પણ ઉપયોગ થતો હતો.

એલોયિંગ તત્વો

કાસ્ટ આયર્નના ગુણધર્મો વિવિધ એલોયિંગ તત્વો અથવા એલોયન્ટ્સ ઉમેરીને બદલાય છે.કાર્બનની બાજુમાં, સિલિકોન એ સૌથી મહત્વપૂર્ણ એલોયન્ટ છે કારણ કે તે કાર્બનને દ્રાવણમાંથી બહાર કાઢે છે.સિલિકોનની ઓછી ટકાવારી કાર્બનને આયર્ન કાર્બાઇડ અને સફેદ કાસ્ટ આયર્નના ઉત્પાદનને દ્રાવણમાં રહેવા દે છે.સિલિકોનની ઊંચી ટકાવારી કાર્બનને ગ્રેફાઇટ અને ગ્રે કાસ્ટ આયર્નના ઉત્પાદનમાંથી બહાર કાઢવા દબાણ કરે છે.અન્ય એલોયિંગ એજન્ટો, મેંગેનીઝ, ક્રોમિયમ, મોલિબ્ડેનમ, ટાઇટેનિયમ અને વેનેડિયમ સિલિકોનનો પ્રતિકાર કરે છે, કાર્બનની જાળવણીને પ્રોત્સાહન આપે છે અને તે કાર્બાઇડની રચનાને પ્રોત્સાહન આપે છે.નિકલ અને તાંબુ શક્તિ અને યંત્રશક્તિમાં વધારો કરે છે, પરંતુ રચાયેલી ગ્રેફાઇટની માત્રામાં ફેરફાર કરતા નથી.ગ્રેફાઇટના સ્વરૂપમાં કાર્બન નરમ આયર્નમાં પરિણમે છે, સંકોચન ઘટાડે છે, તાકાત ઘટાડે છે અને ઘનતા ઘટાડે છે.સલ્ફર, જ્યારે હાજર હોય ત્યારે મોટાભાગે દૂષિત હોય છે, તે આયર્ન સલ્ફાઇડ બનાવે છે, જે ગ્રેફાઇટનું નિર્માણ અટકાવે છે અને કઠિનતા વધારે છે.સલ્ફરની સમસ્યા એ છે કે તે પીગળેલા કાસ્ટ આયર્નને ચીકણું બનાવે છે, જે ખામીઓનું કારણ બને છે.સલ્ફરની અસરોનો સામનો કરવા માટે, મેંગેનીઝ ઉમેરવામાં આવે છે કારણ કે બે આયર્ન સલ્ફાઇડને બદલે મેંગેનીઝ સલ્ફાઇડમાં રૂપાંતરિત થાય છે.મેંગેનીઝ સલ્ફાઇડ ઓગળવા કરતાં હળવા હોય છે, તેથી તે ઓગળવાથી બહાર અને સ્લેગમાં તરતા રહે છે.સલ્ફરને બેઅસર કરવા માટે જરૂરી મેંગેનીઝની માત્રા 1.7 × સલ્ફર સામગ્રી + 0.3% છે.જો આટલા પ્રમાણમાં મેંગેનીઝ ઉમેરવામાં આવે છે, તો મેંગેનીઝ કાર્બાઈડ રચાય છે, જે ગ્રે આયર્ન સિવાય કઠિનતા અને ઠંડક વધારે છે, જ્યાં 1% સુધી મેંગેનીઝ શક્તિ અને ઘનતામાં વધારો કરે છે.

નિકલ એ સૌથી સામાન્ય એલોયિંગ તત્વોમાંનું એક છે કારણ કે તે પર્લાઇટ અને ગ્રેફાઇટ માળખું શુદ્ધ કરે છે, કઠિનતા સુધારે છે અને વિભાગની જાડાઈ વચ્ચેના કઠિનતાના તફાવતને સરખા કરે છે.ફ્રી ગ્રેફાઇટ ઘટાડવા, ઠંડી પેદા કરવા અને તે શક્તિશાળી કાર્બાઇડ સ્ટેબિલાઇઝર હોવાને કારણે ક્રોમિયમ ઓછી માત્રામાં ઉમેરવામાં આવે છે;નિકલ ઘણીવાર જોડાણમાં ઉમેરવામાં આવે છે.0.5% ક્રોમિયમના વિકલ્પ તરીકે ટીનની થોડી માત્રા ઉમેરી શકાય છે.ઠંડીમાં ઘટાડો કરવા, ગ્રેફાઇટને શુદ્ધ કરવા અને પ્રવાહીતા વધારવા માટે તાંબાને લાડુ અથવા ભઠ્ઠીમાં 0.5-2.5% ના ક્રમમાં ઉમેરવામાં આવે છે.ગ્રેફાઇટ અને પર્લાઇટ સ્ટ્રક્ચરને ઠંડક વધારવા અને રિફાઇન કરવા માટે 0.3-1% ના ક્રમમાં મોલિબડેનમ ઉમેરવામાં આવે છે;તે ઘણી વખત નિકલ, તાંબુ અને ક્રોમિયમ સાથે ઉચ્ચ શક્તિવાળા આયર્ન બનાવવા માટે ઉમેરવામાં આવે છે.ટાઇટેનિયમને ડીગાસર અને ડીઓક્સિડાઇઝર તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે, પરંતુ તે પ્રવાહીતામાં પણ વધારો કરે છે.0.15-0.5% વેનેડિયમ કાસ્ટ આયર્નમાં ઉમેરવામાં આવે છે જેથી સિમેન્ટાઇટ સ્થિર થાય, કઠિનતા વધે અને વસ્ત્રો અને ગરમી સામે પ્રતિકાર વધે.0.1-0.3% ઝિર્કોનિયમ ગ્રેફાઇટ બનાવવા, ડિઓક્સિડાઇઝ કરવામાં અને પ્રવાહીતા વધારવામાં મદદ કરે છે.

નબળા આયર્ન પીગળવામાં, બિસ્મથ ઉમેરવામાં આવે છે, 0.002-0.01% ના સ્કેલ પર, સિલિકોન કેટલું ઉમેરી શકાય તે વધારવા માટે.સફેદ આયર્નમાં બોરોન ઉમેરવામાં આવે છે જેથી તે નજીવા આયર્નના ઉત્પાદનમાં મદદ કરે;તે બિસ્મથની બરછટ અસરને પણ ઘટાડે છે.

ગ્રે કાસ્ટ આયર્ન

ગ્રે કાસ્ટ આયર્ન તેના ગ્રાફિક માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે, જે સામગ્રીના ફ્રેક્ચરને ગ્રે દેખાવનું કારણ બને છે.તે વજનના આધારે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતું કાસ્ટ આયર્ન અને સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી કાસ્ટ સામગ્રી છે.મોટાભાગના કાસ્ટ આયર્નમાં 2.5-4.0% કાર્બન, 1-3% સિલિકોન અને બાકીના આયર્નની રાસાયણિક રચના હોય છે.ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં સ્ટીલ કરતાં ઓછી તાણ શક્તિ અને આઘાત પ્રતિકાર હોય છે, પરંતુ તેની સંકુચિત શક્તિ ઓછી અને મધ્યમ-કાર્બન સ્ટીલ સાથે તુલનાત્મક છે.આ યાંત્રિક ગુણધર્મો માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરમાં હાજર ગ્રેફાઇટ ફ્લેક્સના કદ અને આકાર દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે અને ASTM દ્વારા આપવામાં આવેલી માર્ગદર્શિકા અનુસાર લાક્ષણિકતા કરી શકાય છે.

સફેદ કાસ્ટ આયર્ન

સફેદ કાસ્ટ આયર્ન સિમેન્ટાઇટ નામના આયર્ન કાર્બાઇડ અવક્ષેપની હાજરીને કારણે સફેદ ખંડિત સપાટી દર્શાવે છે.ઓછી સિલિકોન સામગ્રી (ગ્રાફિટાઇઝિંગ એજન્ટ) અને ઝડપી ઠંડક દર સાથે, સફેદ કાસ્ટ આયર્નમાંનો કાર્બન મેટાસ્ટેબલ ફેઝ સિમેન્ટાઇટ તરીકે ઓગળે છે.₃સી, ગ્રેફાઇટને બદલે.સિમેન્ટાઈટ જે ઓગળવાથી અવક્ષેપિત થાય છે તે પ્રમાણમાં મોટા કણો તરીકે રચાય છે.જેમ જેમ આયર્ન કાર્બાઇડ બહાર નીકળે છે, તેમ તેમ તે મૂળ ઓગળવામાંથી કાર્બનને પાછો ખેંચી લે છે, મિશ્રણને યુટેક્ટિકની નજીકની તરફ લઈ જાય છે, અને બાકીનો તબક્કો નીચલો આયર્ન-કાર્બન ઓસ્ટેનાઈટ છે (જે ઠંડક પર માર્ટેન્સાઈટમાં પરિવર્તિત થઈ શકે છે).આ યુટેક્ટિક કાર્બાઇડ્સ ખૂબ મોટી હોય છે જેને વરસાદ સખ્તાઇ કહેવાય છે (જેમ કે કેટલાક સ્ટીલ્સમાં, જ્યાં ઘણા નાના સિમેન્ટાઇટ અવક્ષેપ શુદ્ધ આયર્ન ફેરાઇટ મેટ્રિક્સ દ્વારા અવ્યવસ્થાની હિલચાલને અવરોધિત કરીને [પ્લાસ્ટિકના વિરૂપતાને] અટકાવી શકે છે).તેના બદલે, તેઓ કાસ્ટ આયર્નની જથ્થાબંધ કઠિનતાને તેમની પોતાની ખૂબ જ ઊંચી કઠિનતા અને તેમના નોંધપાત્ર વોલ્યુમ અપૂર્ણાંકને કારણે વધારો કરે છે, જેમ કે મિશ્રણના નિયમ દ્વારા બલ્ક કઠિનતા અંદાજિત કરી શકાય છે.કોઈ પણ સંજોગોમાં, તેઓ કઠિનતાના ખર્ચે કઠિનતા પ્રદાન કરે છે.કારણ કે કાર્બાઇડ સામગ્રીનો મોટો ભાગ બનાવે છે, સફેદ કાસ્ટ આયર્નને વ્યાજબી રીતે સરમેટ તરીકે વર્ગીકૃત કરી શકાય છે.સફેદ આયર્ન ઘણા માળખાકીય ઘટકોમાં ઉપયોગ માટે ખૂબ જ બરડ છે, પરંતુ સારી કઠિનતા અને ઘર્ષણ પ્રતિકાર અને પ્રમાણમાં ઓછી કિંમત સાથે, તે સ્લરી પંપ, શેલ લાઇનર્સ અને બોલમાં લિફ્ટર બાર્સની વસ્ત્રોની સપાટી (ઇમ્પેલર અને વોલ્યુટ) જેવી એપ્લિકેશનમાં ઉપયોગ કરે છે. મિલો અને ઓટોજેનસ ગ્રાઇન્ડીંગ મિલ્સ, કોલસાના પલ્વરાઇઝરમાં બોલ અને રિંગ્સ અને બેકહોની ખોદતી ડોલના દાંત (જોકે આ એપ્લિકેશન માટે કાસ્ટ મીડિયમ-કાર્બન માર્ટેન્સિટીક સ્ટીલ વધુ સામાન્ય છે).

જાડા કાસ્ટિંગ્સને સફેદ કાસ્ટ આયર્ન તરીકે પીગળવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં ઝડપથી ઠંડુ કરવું મુશ્કેલ છે.જો કે, ઝડપી ઠંડકનો ઉપયોગ સફેદ કાસ્ટ આયર્નના શેલને મજબૂત કરવા માટે થઈ શકે છે, જે પછી બાકીનું વધુ ધીમે ધીમે ઠંડું કરીને ગ્રે કાસ્ટ આયર્નનો કોર બનાવે છે.પરિણામી કાસ્ટિંગ, જેને aઠંડુ કાસ્ટિંગ, અંશે સખત આંતરિક સાથે સખત સપાટીના ફાયદા છે.

ઉચ્ચ-ક્રોમિયમ સફેદ આયર્ન એલોય મોટા પ્રમાણમાં કાસ્ટિંગ (ઉદાહરણ તરીકે, 10-ટનનું ઇમ્પેલર) રેતી કાસ્ટ કરવાની મંજૂરી આપે છે, કારણ કે ક્રોમિયમ સામગ્રીની વધુ જાડાઈ દ્વારા કાર્બાઇડ ઉત્પન્ન કરવા માટે જરૂરી ઠંડક દર ઘટાડે છે.ક્રોમિયમ પ્રભાવશાળી ઘર્ષણ પ્રતિકાર સાથે કાર્બાઇડ પણ ઉત્પન્ન કરે છે.આ ઉચ્ચ-ક્રોમિયમ એલોય ક્રોમિયમ કાર્બાઇડની હાજરીને તેમની શ્રેષ્ઠ કઠિનતાને આભારી છે.આ કાર્બાઇડનું મુખ્ય સ્વરૂપ યુટેક્ટિક અથવા પ્રાથમિક એમ છે₇C₃કાર્બાઈડ્સ, જ્યાં "M" લોખંડ અથવા ક્રોમિયમનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે અને એલોયની રચનાના આધારે બદલાઈ શકે છે.યુટેક્ટિક કાર્બાઇડ હોલો હેક્સાગોનલ સળિયાના બંડલ તરીકે રચાય છે અને હેક્સાગોનલ બેઝલ પ્લેન પર લંબરૂપ વધે છે.આ કાર્બાઈડ્સની કઠિનતા 1500-1800HV ની રેન્જમાં છે.

નમ્ર કાસ્ટ આયર્ન

નિષ્ક્રિય આયર્ન સફેદ આયર્ન કાસ્ટિંગ તરીકે શરૂ થાય છે જે પછી લગભગ 950 °C (1,740 °F) પર એક કે બે દિવસ માટે ગરમીની સારવાર કરવામાં આવે છે અને પછી એક કે બે દિવસમાં ઠંડુ કરવામાં આવે છે.પરિણામે, આયર્ન કાર્બાઈડમાં રહેલ કાર્બન ગ્રેફાઈટ અને ફેરાઈટ વત્તા કાર્બન (ઓસ્ટેનાઈટ)માં પરિવર્તિત થાય છે.ધીમી પ્રક્રિયા સપાટીના તાણને ગ્રેફાઇટને ગોળાકાર કણોમાં બનાવવા માટે પરવાનગી આપે છે.તેમના નીચા પાસા રેશિયોને લીધે, ગોળાકાર પ્રમાણમાં ટૂંકા અને એક બીજાથી દૂર હોય છે, અને પ્રચાર કરતી તિરાડ અથવા ફોનોનની સામે નીચા ક્રોસ સેક્શન ધરાવે છે.તેઓ ફ્લેક્સની વિરુદ્ધમાં મંદ સીમાઓ પણ ધરાવે છે, જે ગ્રે કાસ્ટ આયર્નમાં જોવા મળતા તણાવ એકાગ્રતાની સમસ્યાઓને દૂર કરે છે.સામાન્ય રીતે, નમ્ર કાસ્ટ આયર્નના ગુણધર્મો હળવા સ્ટીલ જેવા હોય છે.સફેદ કાસ્ટ આયર્નમાંથી બનેલો હોવાથી મલલેબલ આયર્નમાં કેટલો મોટો ભાગ નાંખી શકાય તેની મર્યાદા છે.

નમ્ર કાસ્ટ આયર્ન