Ketausyra geležies ir anglies lydinių, kuriuose anglies kiekis didesnis nei 2 %, grupė.Jo naudingumą lemia santykinai žema lydymosi temperatūra.Skilimo metu lydinio sudedamosios dalys turi įtakos jo spalvai: baltas ketus turi karbido priemaišų, kurios leidžia tiesiai prasiskverbti įtrūkimams, pilkasis ketus turi grafito dribsnius, kurie nukreipia praeinantį įtrūkimą ir sukelia daugybę naujų įtrūkimų, kai medžiaga lūžta, o kaliojo ketaus yra sferinis. grafito „mazgeliai“, kurie sustabdo plyšio tolesnį progresavimą.

Anglis (C), svyruojanti nuo 1,8 iki 4 masės%, ir silicis (Si) 1–3 masės%, yra pagrindiniai ketaus legiravimo elementai.Geležies lydiniai su mažesniu anglies kiekiu yra žinomi kaip plienas.

Ketus paprastai būna trapus, išskyrus kaliuosius ketus.Dėl santykinai žemos lydymosi temperatūros, gero sklandumo, liejimo, puikaus apdirbimo, atsparumo deformacijoms ir dilimui ketus tapo įvairiapusiška inžinerine medžiaga, naudojama vamzdžiuose, mašinose ir automobilių pramonės dalyse, pvz., cilindruose. galvutės, cilindrų blokai ir pavarų dėžės korpusai.Jis atsparus oksidacijos pažeidimams.

Ankstyviausi ketaus artefaktai datuojami V amžiuje prieš Kristų, o archeologai juos aptiko dabartinėje Jiangsu vietovėje Kinijoje.Senovės Kinijoje ketus buvo naudojamas karui, žemės ūkiui ir architektūrai.XV amžiuje ketus buvo pradėtas naudoti patrankoms Burgundijoje, Prancūzijoje ir Anglijoje reformacijos metu.Pabūklams sunaudoti ketaus kiekiai reikalavo didelio masto gamybos. Pirmąjį ketaus tiltą 1770 m. pastatė Abraomas Darby III, jis žinomas kaip Geležinis tiltas Šropšyre, Anglijoje.Ketus buvo naudojamas ir statant pastatus.

Legiravimo elementai

Ketaus savybės keičiamos pridedant įvairių legiruojančių elementų arba lydinių.Be anglies, silicis yra svarbiausias lydinys, nes jis išstumia anglį iš tirpalo.Mažas silicio procentas leidžia anglies likti tirpale, sudarydamas geležies karbidą ir baltojo ketaus gamybą.Didelis silicio procentas išstumia anglį iš tirpalo, sudarydamas grafitą ir pilkojo ketaus gamybą.Kitos legiravimo medžiagos manganas, chromas, molibdenas, titanas ir vanadis neutralizuoja silicį, skatina anglies sulaikymą ir tų karbidų susidarymą.Nikelis ir varis padidina stiprumą ir apdirbamumą, bet nekeičia susidariusio grafito kiekio.Grafito pavidalo anglis lemia minkštesnę geležį, mažina susitraukimą, stiprumą ir tankį.Sieros, daugiausia teršalų, kai yra, sudaro geležies sulfidą, kuris neleidžia susidaryti grafitui ir padidina kietumą.Sieros problema yra ta, kad dėl jos išlydytas ketus tampa klampus, todėl atsiranda defektų.Siekiant užkirsti kelią sieros poveikiui, pridedama mangano, nes jie du sudaro mangano sulfidą, o ne geležies sulfidą.Mangano sulfidas yra lengvesnis už lydalą, todėl jis linkęs plūduriuoti iš lydalo ir patekti į šlaką.Sierai neutralizuoti reikalingas mangano kiekis yra 1,7 × sieros kiekis + 0,3%.Jei dedama daugiau nei šis mangano kiekis, susidaro mangano karbidas, kuris padidina kietumą ir atšalimą, išskyrus pilkąją geležį, kurioje iki 1% mangano padidina stiprumą ir tankį.

Nikelis yra vienas iš labiausiai paplitusių legiravimo elementų, nes jis pagerina perlito ir grafito struktūrą, pagerina kietumą ir išlygina kietumo skirtumus tarp pjūvių storių.Chromo pridedama nedideliais kiekiais, siekiant sumažinti laisvojo grafito kiekį, atšalti ir dėl to, kad jis yra galingas karbido stabilizatorius;nikelis dažnai pridedamas kartu.Nedidelį kiekį alavo galima įdėti kaip 0,5% chromo pakaitalą.Vario į kaušą arba krosnį įpilama 0,5–2,5 %, kad sumažėtų atšalimas, rafinuotų grafitas ir padidėtų sklandumas.Molibdeno pridedama 0,3–1%, kad padidintų vėsumą ir patobulintų grafito ir perlito struktūrą;jis dažnai pridedamas kartu su nikeliu, variu ir chromu, kad susidarytų didelio stiprumo lygintuvai.Titanas pridedamas kaip degazatorius ir deoksidatorius, tačiau jis taip pat padidina sklandumą.Į ketų dedama 0,15–0,5 % vanadžio, siekiant stabilizuoti cementitą, padidinti kietumą, padidinti atsparumą dilimui ir karščiui.0,1–0,3 % cirkonis padeda formuotis grafitui, deoksiduoti, didina takumą.

Į kaliojo ketaus lydalą įpilama bismuto 0,002–0,01% skalėje, kad padidėtų silicio kiekis.Į baltąjį geležį boro pridedama siekiant padėti gaminti kaliąjį geležį;taip pat sumažina bismuto šiurkštumą.

Pilkasis ketus

Pilkasis ketus pasižymi grafine mikrostruktūra, dėl kurios medžiagos lūžiai įgauna pilką išvaizdą.Tai yra dažniausiai naudojamas ketus ir plačiausiai naudojama liejimo medžiaga pagal svorį.Daugumos ketaus cheminė sudėtis yra 2,5–4,0 % anglies, 1–3 % silicio, o likusi dalis – geležies.Pilkasis ketus turi mažesnį tempimo stiprumą ir atsparumą smūgiams nei plienas, tačiau jo stipris gniuždant yra panašus į mažai ir vidutiniškai anglies turintį plieną.Šios mechaninės savybės yra kontroliuojamos pagal mikrostruktūroje esančių grafito dribsnių dydį ir formą ir gali būti apibūdinamos pagal ASTM pateiktas gaires.

Baltas ketus

Baltojo ketaus paviršiai balti sutrūkę dėl geležies karbido nuosėdų, vadinamų cementitu.Mažesnis silicio kiekis (grafitizuojantis agentas) ir greitesnis aušinimo greitis baltajame ketuje esanti anglis nusėda iš lydalo kaip metastabilios fazės cementitas, Fe.₃C, o ne grafitas.Cementitas, kuris nusėda iš lydalo, susidaro santykinai didelių dalelių pavidalu.Kai geležies karbidas nusėda, jis atitraukia anglį iš pradinio lydalo, perkeldamas mišinį link to, kuris yra arčiau eutektikos, o likusi fazė yra apatinis geležies-anglies austenitas (kuris vėsdamas gali virsti martensitu).Šie eutektiniai karbidai yra per dideli, kad suteiktų vadinamojo grūdinimo kritulių naudą (kaip kai kuriuose plienuose, kur daug mažesnės cementito nuosėdos gali slopinti [plastinę deformaciją], trukdydami dislokacijų judėjimui per gryną geležies ferito matricą).Atvirkščiai, jie padidina ketaus tūrinį kietumą vien dėl savo labai didelio kietumo ir didelės tūrinės dalies, todėl tūrinis kietumas gali būti apytikslis pagal mišinių taisyklę.Bet kokiu atveju jie suteikia kietumo kietumo sąskaita.Kadangi karbidas sudaro didelę medžiagos dalį, baltasis ketus pagrįstai gali būti klasifikuojamas kaip kermetas.Baltoji geležis yra per trapi, kad ją būtų galima naudoti daugelyje konstrukcinių komponentų, tačiau dėl gero kietumo, atsparumo dilimui ir santykinai mažos kainos ji gali būti naudojama tokioms reikmėms kaip srutų siurblių dėvėjimosi paviršiai (sparnuotė ir spiralė), korpuso įdėklai ir rutulinio kėlimo strypai. malūnai ir autogeniniai šlifavimo malūnai, rutuliai ir žiedai anglies pulverizatoriuose ir ekskavatoriaus kasimo kaušo dantys (nors šiam pritaikymui dažniau naudojamas liejamas vidutinio anglies martensitinis plienas).

Sunku pakankamai greitai atvėsinti storus liejinius, kad lydalas iki galo sukietėtų kaip baltas ketus.Tačiau greitas aušinimas gali būti naudojamas baltojo ketaus apvalkalui sutvirtinti, o po to likusi dalis vėsta lėčiau, kad susidarytų pilkojo ketaus šerdis.Gautas liejinys, vadinamas aatšaldytas liejimas, turi kieto paviršiaus ir kiek kietesnio vidaus privalumus.

Didelio chromo baltojo geležies lydiniai leidžia smėliu lieti masyvius liejinius (pavyzdžiui, 10 tonų darbo ratą), nes chromas sumažina aušinimo greitį, reikalingą karbidams gaminti naudojant didesnio storio medžiagas.Chromas taip pat gamina karbidus, pasižyminčius įspūdingu atsparumu dilimui.Šie didelio chromo lydiniai savo puikų kietumą priskiria chromo karbidų buvimui.Pagrindinė šių karbidų forma yra eutektinis arba pirminis M₇C₃karbidai, kur "M" reiškia geležį arba chromą ir gali skirtis priklausomai nuo lydinio sudėties.Eutektiniai karbidai susidaro kaip tuščiavidurių šešiakampių strypų ryšuliai ir auga statmenai šešiakampei bazinei plokštumai.Šių karbidų kietumas yra 1500–1800 HV.

Kalusis ketus

Kalusis ketus prasideda kaip baltojo ketaus liejinys, kuris dieną ar dvi termiškai apdorojamas maždaug 950 °C (1740 °F) temperatūroje ir atšaldomas per dieną ar dvi.Dėl to geležies karbido anglis virsta grafitu ir feritu bei anglimi (austenitu).Lėtas procesas leidžia paviršiaus įtempimui suformuoti grafitą į sferoidines daleles, o ne į dribsnius.Dėl mažesnio kraštinių santykio sferoidai yra palyginti trumpi ir toli vienas nuo kito, o skerspjūvis yra mažesnis, palyginti su plintančiu plyšiu arba fononu.Jie taip pat turi bukas ribas, priešingai nei dribsniai, o tai palengvina pilkojo ketaus streso koncentracijos problemas.Apskritai kaliojo ketaus savybės labiau panašios į švelnų plieną.Iš kaliojo ketaus galima išlieti dalį ribos, nes ji pagaminta iš balto ketaus.

Kaliojo ketaus