कच्चा लोहा2% से अधिक कार्बन सामग्री के साथ लौह-कार्बन मिश्र धातुओं का एक समूह है।इसकी उपयोगिता इसके अपेक्षाकृत कम पिघलने वाले तापमान से होती है।फ्रैक्चर होने पर मिश्र धातु के घटक इसके रंग को प्रभावित करते हैं: सफेद कच्चा लोहा में कार्बाइड की अशुद्धियाँ होती हैं जो दरारों को सीधे गुजरने देती हैं, ग्रे कच्चा लोहा में ग्रेफाइट के टुकड़े होते हैं जो गुजरने वाली दरार को विक्षेपित करते हैं और सामग्री के टूटने पर अनगिनत नई दरारें शुरू करते हैं, और नमनीय कच्चा लोहा गोलाकार होता है ग्रेफाइट "नोड्यूल्स" जो दरार को आगे बढ़ने से रोकते हैं।

1.8 से 4 wt% तक का कार्बन (C), और सिलिकॉन (Si) 1-3 wt%, कच्चा लोहा के मुख्य मिश्रधातु तत्व हैं।कम कार्बन सामग्री वाले लौह मिश्र धातुओं को स्टील के रूप में जाना जाता है।

लचीले कच्चा लोहा को छोड़कर, कच्चा लोहा भंगुर होता है।अपने अपेक्षाकृत कम गलनांक, अच्छी तरलता, कास्टेबिलिटी, उत्कृष्ट मशीनेबिलिटी, विरूपण के प्रतिरोध और पहनने के प्रतिरोध के साथ, कच्चा लोहा व्यापक अनुप्रयोगों के साथ एक इंजीनियरिंग सामग्री बन गया है और इसका उपयोग पाइप, मशीनों और ऑटोमोटिव उद्योग के हिस्सों जैसे सिलेंडर में किया जाता है। हेड, सिलेंडर ब्लॉक और गियरबॉक्स केस।यह ऑक्सीकरण द्वारा क्षति के प्रति प्रतिरोधी है।

सबसे पुरानी कच्चा लोहा कलाकृतियाँ 5वीं शताब्दी ईसा पूर्व की हैं, और पुरातत्वविदों द्वारा अब चीन में जियांग्सू में खोजी गई थीं।प्राचीन चीन में कच्चे लोहे का उपयोग युद्ध, कृषि और वास्तुकला के लिए किया जाता था।15वीं शताब्दी के दौरान, कच्चा लोहा बरगंडी, फ्रांस और सुधार के दौरान इंग्लैंड में तोप के लिए उपयोग किया जाने लगा।तोप के लिए उपयोग किए जाने वाले कच्चे लोहे की मात्रा के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन की आवश्यकता होती है। पहला कच्चा लोहा पुल 1770 के दशक में अब्राहम डार्बी III द्वारा बनाया गया था, और इसे इंग्लैंड के श्रॉपशायर में आयरन ब्रिज के रूप में जाना जाता है।इमारतों के निर्माण में भी कच्चे लोहे का उपयोग किया जाता था।

मिश्र धातु तत्व

विभिन्न मिश्रधातु तत्वों, या मिश्रधातुओं को जोड़कर कच्चा लोहा के गुणों को बदल दिया जाता है।कार्बन के बाद, सिलिकॉन सबसे महत्वपूर्ण मिश्रधातु है क्योंकि यह कार्बन को घोल से बाहर निकाल देता है।सिलिकॉन का कम प्रतिशत कार्बन को घोल में रहने देता है जिससे आयरन कार्बाइड बनता है और सफेद कच्चा लोहा बनता है।सिलिकॉन का एक उच्च प्रतिशत ग्रेफाइट बनाने वाले घोल से कार्बन को बाहर निकालता है और ग्रे कास्ट आयरन का उत्पादन करता है।अन्य मिश्र धातु एजेंट, मैंगनीज, क्रोमियम, मोलिब्डेनम, टाइटेनियम और वैनेडियम सिलिकॉन का प्रतिकार करते हैं, कार्बन के प्रतिधारण और उन कार्बाइड के निर्माण को बढ़ावा देते हैं।निकेल और तांबा ताकत और मशीनेबिलिटी बढ़ाते हैं, लेकिन बनने वाले ग्रेफाइट की मात्रा में बदलाव नहीं करते हैं।ग्रेफाइट के रूप में कार्बन के परिणामस्वरूप नरम लोहा बनता है, सिकुड़न कम होती है, ताकत कम होती है और घनत्व कम होता है।सल्फर, जो मुख्य रूप से एक संदूषक है, मौजूद होने पर आयरन सल्फाइड बनाता है, जो ग्रेफाइट के निर्माण को रोकता है और कठोरता को बढ़ाता है।सल्फर के साथ समस्या यह है कि यह पिघले हुए कच्चे लोहे को चिपचिपा बना देता है, जो दोष पैदा करता है।सल्फर के प्रभाव का मुकाबला करने के लिए, मैंगनीज मिलाया जाता है क्योंकि ये दोनों आयरन सल्फाइड के बजाय मैंगनीज सल्फाइड में बनते हैं।मैंगनीज सल्फाइड पिघले हुए पदार्थ की तुलना में हल्का होता है, इसलिए यह पिघले हुए पदार्थ से बाहर निकलकर स्लैग में तैरने लगता है।सल्फर को निष्क्रिय करने के लिए आवश्यक मैंगनीज की मात्रा 1.7 × सल्फर सामग्री + 0.3% है।यदि इससे अधिक मात्रा में मैंगनीज मिलाया जाता है, तो मैंगनीज कार्बाइड बनता है, जो कठोरता और ठंडक को बढ़ाता है, ग्रे आयरन को छोड़कर, जहां 1% तक मैंगनीज ताकत और घनत्व को बढ़ाता है।

निकेल सबसे आम मिश्रधातु तत्वों में से एक है क्योंकि यह पर्लाइट और ग्रेफाइट संरचना को परिष्कृत करता है, कठोरता में सुधार करता है, और अनुभाग की मोटाई के बीच कठोरता के अंतर को समान करता है।मुक्त ग्रेफाइट को कम करने, ठंड पैदा करने के लिए और क्योंकि यह एक शक्तिशाली कार्बाइड स्टेबलाइज़र है, क्रोमियम को थोड़ी मात्रा में जोड़ा जाता है;निकेल को अक्सर संयोजन में जोड़ा जाता है।0.5% क्रोमियम के विकल्प के रूप में थोड़ी मात्रा में टिन मिलाया जा सकता है।ठंड को कम करने, ग्रेफाइट को परिष्कृत करने और तरलता बढ़ाने के लिए 0.5-2.5% के क्रम पर करछुल या भट्टी में तांबा मिलाया जाता है।ठंडक बढ़ाने और ग्रेफाइट और पर्लाइट संरचना को परिष्कृत करने के लिए 0.3-1% के क्रम पर मोलिब्डेनम मिलाया जाता है;उच्च शक्ति वाला लोहा बनाने के लिए इसे अक्सर निकल, तांबा और क्रोमियम के साथ मिलाया जाता है।टाइटेनियम को डीगैसर और डीऑक्सीडाइज़र के रूप में जोड़ा जाता है, लेकिन यह तरलता भी बढ़ाता है।सीमेंटाइट को स्थिर करने, कठोरता बढ़ाने और पहनने और गर्मी के प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए कच्चे लोहे में 0.15-0.5% वैनेडियम मिलाया जाता है।0.1-0.3% ज़िरकोनियम ग्रेफाइट बनाने, डीऑक्सीडाइज़ करने और तरलता बढ़ाने में मदद करता है।

लचीले लोहे के पिघलने में, 0.002-0.01% के पैमाने पर बिस्मथ मिलाया जाता है, ताकि सिलिकॉन की मात्रा बढ़ाई जा सके।सफेद लोहे में, लचीले लोहे के उत्पादन में सहायता के लिए बोरॉन मिलाया जाता है;यह बिस्मथ के मोटेपन के प्रभाव को भी कम करता है।

ग्रे कच्चा लोहा

ग्रे कास्ट आयरन की विशेषता इसकी ग्रेफाइटिक माइक्रोस्ट्रक्चर है, जिसके कारण सामग्री के फ्रैक्चर का रंग ग्रे दिखाई देता है।यह सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला कच्चा लोहा है और वजन के आधार पर सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला कच्चा माल है।अधिकांश कच्चा लोहा में 2.5-4.0% कार्बन, 1-3% सिलिकॉन और शेष लोहा की रासायनिक संरचना होती है।ग्रे कास्ट आयरन में स्टील की तुलना में कम तन्य शक्ति और आघात प्रतिरोध होता है, लेकिन इसकी संपीड़न शक्ति निम्न और मध्यम-कार्बन स्टील के बराबर होती है।इन यांत्रिक गुणों को माइक्रोस्ट्रक्चर में मौजूद ग्रेफाइट के टुकड़ों के आकार और आकार द्वारा नियंत्रित किया जाता है और एएसटीएम द्वारा दिए गए दिशानिर्देशों के अनुसार चित्रित किया जा सकता है।

सफ़ेद कच्चा लोहा

सफेद कच्चा लोहा सीमेंटाइट नामक लौह कार्बाइड अवक्षेप की उपस्थिति के कारण सफेद खंडित सतहों को प्रदर्शित करता है।कम सिलिकॉन सामग्री (ग्रेफाइटाइजिंग एजेंट) और तेज शीतलन दर के साथ, सफेद कच्चे लोहे में कार्बन मेटास्टेबल चरण सीमेंटाइट, Fe के रूप में पिघल से बाहर निकल जाता है।₃सी, ग्रेफाइट के बजाय।पिघलने से अवक्षेपित होने वाला सीमेंटाइट अपेक्षाकृत बड़े कणों के रूप में बनता है।जैसे ही आयरन कार्बाइड अवक्षेपित होता है, यह मूल पिघल से कार्बन निकालता है, मिश्रण को उस ओर ले जाता है जो यूटेक्टिक के करीब होता है, और शेष चरण निचला लौह-कार्बन ऑस्टेनाइट होता है (जो ठंडा होने पर मार्टेंसाइट में बदल सकता है)।ये यूटेक्टिक कार्बाइड इतने बड़े होते हैं कि वे वर्षा सख्तीकरण का लाभ प्रदान नहीं कर पाते हैं (जैसे कि कुछ स्टील्स में, जहां बहुत छोटे सीमेंटाइट अवक्षेप शुद्ध लौह फेराइट मैट्रिक्स के माध्यम से अव्यवस्थाओं की गति को बाधित करके [प्लास्टिक विरूपण] को रोक सकते हैं)।बल्कि, वे कच्चे लोहे की थोक कठोरता को केवल अपनी स्वयं की उच्च कठोरता और उनके पर्याप्त मात्रा अंश के आधार पर बढ़ाते हैं, जैसे कि मिश्रण के नियम द्वारा थोक कठोरता का अनुमान लगाया जा सकता है।किसी भी मामले में, वे कठोरता की कीमत पर कठोरता प्रदान करते हैं।चूंकि कार्बाइड सामग्री का एक बड़ा हिस्सा बनाता है, इसलिए सफेद कच्चा लोहा उचित रूप से सेरमेट के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।सफेद लोहा कई संरचनात्मक घटकों में उपयोग के लिए बहुत भंगुर होता है, लेकिन अच्छी कठोरता और घर्षण प्रतिरोध और अपेक्षाकृत कम लागत के साथ, इसका उपयोग स्लरी पंप, शेल लाइनर और बॉल में लिफ्टर बार्स की पहनने वाली सतहों (इम्पेलर और वॉल्यूट) जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है। मिलें और ऑटोजेनस ग्राइंडिंग मिलें, कोयला पीसने वाले यंत्रों में गेंदें और अंगूठियां, और बैकहो की खुदाई करने वाली बाल्टी के दांत (हालांकि इस अनुप्रयोग के लिए कास्ट मीडियम-कार्बन मार्टेंसिटिक स्टील अधिक आम है)।

मोटी ढलाई को इतनी तेजी से ठंडा करना कठिन है कि पिघलकर पूरी तरह सफेद ढलवां लोहे की तरह जम जाए।हालाँकि, सफेद कच्चा लोहा के एक खोल को ठोस बनाने के लिए तेजी से ठंडा करने का उपयोग किया जा सकता है, जिसके बाद शेष भाग धीरे-धीरे ठंडा होकर ग्रे कच्चा लोहा का कोर बनाता है।परिणामी कास्टिंग को ए कहा जाता हैठंडी ढलाई, कुछ हद तक सख्त आंतरिक भाग के साथ कठोर सतह के लाभ हैं।

उच्च-क्रोमियम सफेद लौह मिश्र धातु बड़े पैमाने पर कास्टिंग (उदाहरण के लिए, 10-टन प्ररित करनेवाला) को रेत डालने की अनुमति देती है, क्योंकि क्रोमियम सामग्री की अधिक मोटाई के माध्यम से कार्बाइड का उत्पादन करने के लिए आवश्यक शीतलन दर को कम कर देता है।क्रोमियम प्रभावशाली घर्षण प्रतिरोध के साथ कार्बाइड भी पैदा करता है।ये उच्च-क्रोमियम मिश्रधातुएँ अपनी बेहतर कठोरता का श्रेय क्रोमियम कार्बाइड की उपस्थिति को देती हैं।इन कार्बाइडों का मुख्य रूप यूटेक्टिक या प्राथमिक एम है₇C₃कार्बाइड, जहां "एम" लोहे या क्रोमियम का प्रतिनिधित्व करता है और मिश्र धातु की संरचना के आधार पर भिन्न हो सकता है।यूटेक्टिक कार्बाइड खोखले हेक्सागोनल छड़ों के बंडल के रूप में बनते हैं और हेक्सागोनल बेसल विमान के लंबवत बढ़ते हैं।इन कार्बाइड की कठोरता 1500-1800HV की सीमा के भीतर है।

लचीला कच्चा लोहा

लचीला लोहा सफेद लोहे की ढलाई के रूप में शुरू होता है जिसे लगभग 950 डिग्री सेल्सियस (1,740 डिग्री फारेनहाइट) पर एक या दो दिन के लिए गर्म किया जाता है और फिर एक या दो दिन में ठंडा किया जाता है।परिणामस्वरूप, आयरन कार्बाइड में कार्बन ग्रेफाइट और फेराइट प्लस कार्बन (ऑस्टेनाइट) में बदल जाता है।धीमी प्रक्रिया सतह के तनाव को ग्रेफाइट को गुच्छों के बजाय गोलाकार कणों में बनाने की अनुमति देती है।उनके निचले पहलू अनुपात के कारण, गोलाकार अपेक्षाकृत छोटे और एक दूसरे से दूर होते हैं, और एक फैलने वाली दरार या फोनन की तुलना में उनका क्रॉस सेक्शन कम होता है।गुच्छों के विपरीत, उनमें कुंद सीमाएँ भी होती हैं, जो ग्रे कास्ट आयरन में पाई जाने वाली तनाव एकाग्रता की समस्याओं को कम करती हैं।सामान्य तौर पर, लचीले कच्चे लोहे के गुण हल्के स्टील के समान होते हैं।लचीले लोहे में कितना बड़ा हिस्सा डाला जा सकता है, इसकी एक सीमा होती है, क्योंकि यह सफेद कच्चे लोहे से बना होता है।

नमनीय कच्चा लोहा