Steypujárner hópur járn-kolefnisblöndur með meira kolefnisinnihald en 2%.Gagnsemi þess stafar af tiltölulega lágu bræðsluhitastigi.Blönduefnin hafa áhrif á lit þess þegar hún er brotin: hvítt steypujárn hefur karbíð óhreinindi sem leyfa sprungum að fara beint í gegnum, grátt steypujárn hefur grafítflögur sem sveigja frá sér sprungu og koma af stað ótal nýjum sprungum þegar efnið brotnar, og sveigjanlegt steypujárn er kúlulaga. grafít "hnúðar" sem stöðva sprunguna í að þróast frekar.

Kolefni (C) á bilinu 1,8 til 4 þyngd%, og kísill (Si) 1-3 þyngd%, eru helstu málmblöndur steypujárns.Járnblöndur með lægra kolefnisinnihald eru þekkt sem stál.

Steypujárn hefur tilhneigingu til að vera brothætt, nema sveigjanleg steypujárn.Með tiltölulega lágu bræðslumarki, góðri vökva, steypu, framúrskarandi vinnsluhæfni, mótstöðu gegn aflögun og slitþol, hafa steypujárn orðið verkfræðilegt efni með margs konar notkun og eru notuð í pípur, vélar og bílaiðnaðahluta, svo sem strokka. hausar, strokkablokkir og gírkassahylki.Það er ónæmt fyrir skemmdum af völdum oxunar.

Elstu minjar úr steypujárni eru frá 5. öld f.Kr., og fundust af fornleifafræðingum þar sem nú er Jiangsu í Kína.Steypujárn var notað í Kína til forna til hernaðar, landbúnaðar og byggingarlistar.Á 15. öld varð steypujárn notað fyrir fallbyssur í Búrgund í Frakklandi og á Englandi á siðbótinni.Magnið af steypujárni sem notað var til fallbyssu krafðist stórfelldra framleiðslu. Fyrsta steypujárnsbrúin var byggð á áttunda áratugnum af Abraham Darby III og er þekkt sem Járnbrúin í Shropshire á Englandi.Steypujárn var einnig notað við byggingu bygginga.

Málblöndur þættir

Eiginleikum steypujárns er breytt með því að bæta við ýmsum málmblöndurþáttum, eða málmblöndur.Við hliðina á kolefni er kísill mikilvægasta blöndunarefnið vegna þess að það þvingar kolefni út úr lausninni.Lágt hlutfall kísils gerir kolefni kleift að vera áfram í lausn sem myndar járnkarbíð og framleiðslu á hvítu steypujárni.Hátt hlutfall af kísil þvingar kolefni út úr lausn sem myndar grafít og framleiðslu á gráu steypujárni.Önnur málmblöndur, mangan, króm, mólýbden, títan og vanadín vinna gegn sílikoni, stuðla að varðveislu kolefnis og myndun þessara karbíða.Nikkel og kopar auka styrk og vélhæfni, en breyta ekki magni grafíts sem myndast.Kolefnið í formi grafíts leiðir til mýkra járns, dregur úr rýrnun, dregur úr styrkleika og minnkar þéttleika.Brennisteinn, sem er að miklu leyti mengunarefni þegar það er til staðar, myndar járnsúlfíð, sem kemur í veg fyrir myndun grafíts og eykur hörku.Vandamálið með brennisteini er að það gerir bráðið steypujárn seigfljótt, sem veldur göllum.Til að vinna gegn áhrifum brennisteins er mangani bætt við vegna þess að þetta tvennt myndast í mangansúlfíð í stað járnsúlfíðs.Mangansúlfíðið er léttara en bræðslan, þannig að það hefur tilhneigingu til að fljóta út úr bræðslunni og inn í gjallið.Magn mangans sem þarf til að hlutleysa brennisteinn er 1,7 × brennisteinsinnihald + 0,3%.Ef meira en þetta magn af mangani er bætt við myndast mangankarbíð sem eykur hörku og kælingu, nema í gráu járni þar sem allt að 1% af mangani eykur styrk og þéttleika.

Nikkel er einn af algengustu málmblöndurþáttunum vegna þess að það betrumbætir perlít- og grafítbygginguna, bætir seigleika og jafnar út hörkumun milli þykktar hluta.Króm er bætt við í litlu magni til að draga úr fríu grafíti, framleiða kælingu og vegna þess að það er öflugur karbíðstöðugleiki;nikkel er oft bætt við samhliða.Hægt er að bæta við litlu magni af tini í staðinn fyrir 0,5% króm.Kopar er bætt í sleifina eða í ofninn, í stærðargráðunni 0,5–2,5%, til að minnka kælingu, betrumbæta grafít og auka vökva.Mólýbdeni er bætt við í stærðargráðunni 0,3–1% til að auka kælingu og fínpússa grafít- og perlítbygginguna;það er oft bætt við í sambandi við nikkel, kopar og króm til að mynda hástyrk járn.Títan er bætt við sem gashreinsiefni og afoxunarefni, en það eykur einnig vökva.0,15–0,5% vanadíum er bætt í steypujárn til að koma á stöðugleika í sementít, auka hörku og auka viðnám gegn sliti og hita.0,1–0,3% sirkon hjálpar til við að mynda grafít, afoxa og auka vökva.

Í sveigjanlegri járnbræðslu er bismút bætt við, á kvarðanum 0,002–0,01%, til að auka hversu mikið af sílikoni má bæta við.Í hvítu járni er bór bætt við til að aðstoða við framleiðslu á sveigjanlegu járni;það dregur einnig úr grófandi áhrifum bismúts.

Grátt steypujárn

Grátt steypujárn einkennist af grafítískri örbyggingu sem veldur því að brot á efninu hafa grátt yfirbragð.Það er algengasta steypujárnið og mest notaða steypuefnið miðað við þyngd.Flest steypujárn eru með efnasamsetningu 2,5–4,0% kolefnis, 1–3% kísils og afgangurinn járn.Grátt steypujárn hefur minni togstyrk og höggþol en stál, en þrýstistyrkur þess er sambærilegur við lág- og meðalkolefnisstál.Þessum vélrænni eiginleikum er stjórnað af stærð og lögun grafítflaga sem eru til staðar í örbyggingunni og er hægt að einkenna þær samkvæmt leiðbeiningum ASTM.

Hvítt steypujárn

Hvítt steypujárn sýnir hvítt brotið yfirborð vegna nærveru járnkarbíðbotnfalls sem kallast sementít.Með lægra kísilinnihaldi (grafíterandi efni) og hraðari kælihraða fellur kolefnið í hvítu steypujárni út úr bræðslunni sem metstöðugt fasasementít, Fe₃C, frekar en grafít.Sementítið sem fellur út úr bræðslunni myndast sem tiltölulega stórar agnir.Þegar járnkarbíðið fellur út, dregur það kolefni úr upprunalegu bræðslunni, færir blönduna í átt að blöndunni sem er nær eutectic, og afgangurinn er lægra járn-kolefni austenítið (sem við kælingu gæti umbreytt í martensít).Þessi eutectic karbíð eru allt of stór til að veita ávinningi af því sem kallast útfellingarherðing (eins og í sumum stáli, þar sem mun minni sementítútfellingar gætu hindrað [plasta aflögun] með því að hindra hreyfingu tilfærslna í gegnum hreina járnferrít fylkið).Frekar auka þeir magn hörku steypujárnsins einfaldlega vegna þeirrar eigin mjög háru hörku og verulegs rúmmálshlutfalls, þannig að hægt er að nálgast hörku magnsins með reglu um blöndur.Í öllum tilvikum bjóða þeir upp á hörku á kostnað hörku.Þar sem karbíð er stór hluti af efninu gæti hvítt steypujárn með sanni verið flokkað sem cermet.Hvítt járn er of brothætt til að nota í marga burðarhluta, en með góða hörku og slitþol og tiltölulega litlum tilkostnaði, nýtist það í slíkum notkunum eins og slitflötum (hjólum og spólu) á slurry dælum, skelfóðrum og lyftistöngum í kúlu. myllur og sjálfsmölunarmyllur, kúlur og hringa í kolumsmölunarvélum, og tennur á gröfugröfu (þó steypt miðlungs kolefnis martensitic stál sé algengara fyrir þessa notkun).

Erfitt er að kæla þykkar steypur nógu hratt til að storkna bræðsluna sem hvítt steypujárn alla leið í gegn.Hins vegar er hægt að nota hraðkælingu til að storkna skel úr hvítu steypujárni, eftir það kólnar afgangurinn hægar til að mynda kjarna úr gráu steypujárni.Afsteypa sem varð til, kölluð akæld steypa, hefur ávinninginn af hörðu yfirborði með nokkuð harðari innréttingu.

Hákrómhvít járnblendi gerir kleift að sandsteypa stórfelldar steypur (til dæmis 10 tonna hjól) þar sem krómið dregur úr kælihraða sem þarf til að framleiða karbíð í gegnum meiri þykkt efnisins.Króm framleiðir einnig karbíð með glæsilega slitþol.Þessar hákrómblöndur rekja yfirburða hörku sína til nærveru krómkarbíða.Aðalform þessara karbíða eru eutectic eða aðal M₇C₃karbíð, þar sem "M" táknar járn eða króm og getur verið mismunandi eftir samsetningu málmblöndunnar.Fræhúðuð karbíð myndast sem búnt af holum sexhyrndum stöfum og vaxa hornrétt á sexhyrnt grunnplan.Hörku þessara karbíða er á bilinu 1500-1800HV.

Sveigjanlegt steypujárn

Sveigjanlegt járn byrjar sem hvítt járnsteypa sem er síðan hitameðhöndlað í einn eða tvo daga við um 950 °C (1.740 °F) og síðan kælt yfir einn dag eða tvo.Fyrir vikið umbreytist kolefnið í járnkarbíði í grafít og ferrít auk kolefnis (austenít).Hæga ferlið gerir yfirborðsspennunni kleift að mynda grafítið í kúlulaga agnir frekar en flögur.Vegna lægra stærðarhlutfalls eru kúlur tiltölulega stuttar og langt frá hvor annarri og hafa lægri þversnið miðað við sprungu eða fonon sem fjölgar.Þeir hafa einnig þrönga mörk, öfugt við flögur, sem dregur úr streituþéttnivandamálum sem finnast í gráu steypujárni.Almennt séð eru eiginleikar sveigjanlegs steypujárns meira eins og mildu stáli.Það eru takmörk fyrir því hversu stóran hluta má steypa í sveigjanlegu járni þar sem hann er gerður úr hvítu steypujárni.

Sveigjanlegt steypujárn