Леано железое група на железо-јаглеродни легури со содржина на јаглерод поголема од 2%.Неговата корисност произлегува од релативно ниската температура на топење.Составот на легурата влијае на нејзината боја кога ќе се скрши: белото леано железо има нечистотии од карбид кои овозможуваат пукнатините да минуваат директно, сивото леано железо има графитни снегулки кои отклонуваат минлива пукнатина и иницираат безброј нови пукнатини додека материјалот се распаѓа, а еластичното леано железо има сферично графитни „јазли“ кои го спречуваат понатамошниот напредок на пукнатината.

Јаглеродот (C) кој се движи од 1,8 до 4 wt%, и силициумот (Si) 1-3 wt%, се главните елементи за легирање на леано железо.Легурите на железо со помала содржина на јаглерод се познати како челик.

Леано железо има тенденција да биде кршливо, освен за податливи леано железо.Со својата релативно ниска точка на топење, добра флуидност, леење, одлична обработливост, отпорност на деформација и отпорност на абење, леаните желези станаа инженерски материјал со широк опсег на апликации и се користат во цевки, машини и делови од автомобилската индустрија, како што се цилиндрите глави, блокови на цилиндри и куќишта на менувачот.Отпорен е на оштетување со оксидација.

Најраните артефакти од леано железо датираат од 5 век п.н.е., а биле откриени од археолозите во денешното Џиангсу во Кина.Леано железо се користело во античка Кина за војување, земјоделство и архитектура.Во текот на 15 век, леано железо станало користено за топови во Бургундија, Франција и во Англија за време на реформацијата.Количините на леано железо што се користат за топови бараа големо производство. Првиот мост од леано железо бил изграден во текот на 1770-тите од Абрахам Дарби III, и е познат како Железниот мост во Шропшир, Англија.Леано железо се користело и при изградба на згради.

Легури елементи

Својствата на леано железо се менуваат со додавање на различни легирани елементи или легури.Покрај јаглеродот, силиконот е најважната легура бидејќи го принудува јаглеродот да излезе од растворот.Нискиот процент на силициум му овозможува на јаглеродот да остане во раствор формирајќи железен карбид и производство на бело леано железо.Висок процент на силициум го принудува јаглеродот од растворот, формирајќи графит и производство на сиво леано железо.Други легирачки агенси, манган, хром, молибден, титаниум и ванадиум се спротивставуваат на силициумот, го промовираат задржувањето на јаглеродот и формирањето на тие карбиди.Никелот и бакарот ја зголемуваат јачината и обработливоста, но не ја менуваат количината на формираниот графит.Јаглеродот во форма на графит резултира со помеко железо, го намалува собирањето, ја намалува јачината и ја намалува густината.Сулфурот, во голема мера загадувач кога е присутен, формира железен сулфид, кој го спречува формирањето на графит и ја зголемува тврдоста.Проблемот со сулфурот е што го прави растопениот леано железо вискозен, што предизвикува дефекти.За да се спротивстави на ефектите на сулфурот, се додава манган бидејќи двата се формираат во манган сулфид наместо железен сулфид.Сулфидот на манган е полесен од топењето, така што има тенденција да исплива од топењето и во згура.Количината на манган потребна за неутрализирање на сулфурот е 1,7 × содржина на сулфур + 0,3%.Ако се додаде повеќе од оваа количина манган, тогаш се формира манган карбид, што ја зголемува тврдоста и ладењето, освен во сивото железо, каде што до 1% манган ја зголемува јачината и густината.

Никелот е еден од најчестите елементи за легирање бидејќи ја рафинира структурата на перлитот и графитот, ја подобрува цврстината и ги изедначува разликите во цврстината помеѓу дебелини на делови.Хромот се додава во мали количини за да се намали слободниот графит, да се разлади и затоа што е моќен стабилизатор на карбид;никел често се додава заедно.Мала количина калај може да се додаде како замена за 0,5% хром.Бакарот се додава во кантата или во печката, од редот на 0,5-2,5%, за да се намали студот, да се рафинира графитот и да се зголеми флуидноста.Молибден се додава од редот од 0,3-1% за да се зголеми студот и да се усоврши структурата на графитот и перлитот;често се додава во комбинација со никел, бакар и хром за да се формираат железа со висока јачина.Титаниумот се додава како дегазира и деоксидира, но исто така ја зголемува флуидноста.0,15-0,5% ванадиум се додава во леано железо за да се стабилизира цементитот, да се зголеми тврдоста и да се зголеми отпорноста на абење и топлина.0,1-0,3% циркониум помага да се формира графит, да се деоксидира и да се зголеми флуидноста.

Во топењето на податливо железо, се додава бизмут, на скала од 0,002-0,01%, за да се зголеми колку силициум може да се додаде.Во белото железо, борот се додава за да помогне во производството на податливо железо;исто така го намалува ефектот на грубост на бизмутот.

Сиво леано железо

Сивото леано железо се карактеризира со својата графичка микроструктура, што предизвикува фрактури на материјалот да имаат сив изглед.Тоа е најчесто употребуваното леано железо и најкористениот лиен материјал врз основа на тежината.Повеќето леано железо имаат хемиски состав од 2,5-4,0% јаглерод, 1-3% силициум и остатокот од железо.Сивото леано железо има помала цврстина на истегнување и отпорност на удар од челикот, но неговата цврстина на притисок е споредлива со челик со низок и среден јаглерод.Овие механички својства се контролирани од големината и обликот на графитните снегулки присутни во микроструктурата и може да се карактеризираат според упатствата дадени од ASTM.

Бело леано железо

Белото леано железо прикажува бели скршени површини поради присуството на талог од железен карбид наречен цементит.Со помала содржина на силициум (агенс за графитирање) и побрза стапка на ладење, јаглеродот во бело леано железо се таложи од топењето како метастабилна фаза цементит, Fe₃C, наместо графит.Цементитот кој се таложи од топењето се формира како релативно големи честички.Како што се таложи железниот карбид, тој го повлекува јаглеродот од првобитното топење, придвижувајќи ја смесата кон онаа што е поблиску до еутектичката, а преостанатата фаза е долниот железо-јаглероден аустенит (кој при ладењето може да се трансформира во мартензит).Овие еутектички карбиди се премногу големи за да обезбедат придобивки од она што се нарекува стврднување со таложење (како кај некои челици, каде што многу помали талоги од цементит може да ја инхибираат [пластичната деформација] со попречување на движењето на дислокациите низ матрицата на чисто железо феритни).Наместо тоа, тие ја зголемуваат масовната цврстина на леано железо едноставно поради нивната сопствена многу висока цврстина и нивната значителна волуменска фракција, така што масовната цврстина може да се приближи со правило на мешавини.Во секој случај, тие нудат цврстина за сметка на цврстината.Бидејќи карбидот сочинува голем дел од материјалот, белото леано железо може разумно да се класифицира како кермет.Белото железо е премногу кршливо за употреба во многу структурни компоненти, но со добра цврстина и отпорност на абење и релативно ниска цена, се користи во такви апликации како што се површините за абење (коло и волут) на пумпи за кашеста маса, облоги од обвивки и шипки за подигање во топка. мелници и автогени мелници за мелење, топчиња и прстени во мелници за јаглен, и заби од кофата за копање на ровокопач (иако лиениот среднојаглероден мартензитски челик е почест за оваа апликација).

Тешко е да се изладат густите одлеаноци доволно брзо за да се зацврсти топењето како бело леано железо до крај.Сепак, брзото ладење може да се користи за зацврстување на обвивката од бело леано железо, по што остатокот се лади побавно за да формира јадро од сиво леано железо.Како резултат на кастинг, нареченаразладено кастинг, ги има придобивките од тврда површина со нешто поцврста внатрешност.

Легурите од бело железо со висока содржина на хром овозможуваат масивни одлеаноци (на пример, работно коло од 10 тони) да се излеат со песок, бидејќи хромот ја намалува стапката на ладење потребна за производство на карбиди преку поголеми дебелини на материјалот.Хромот, исто така, произведува карбиди со импресивна отпорност на триење.Овие легури со висока содржина на хром ја припишуваат нивната супериорна цврстина на присуството на хром карбиди.Главната форма на овие карбиди се еутектичкиот или примарен М₇C₃карбиди, каде што „М“ претставува железо или хром и може да варира во зависност од составот на легурата.Еутектичките карбиди се формираат како снопови од шупливи шестоаголни прачки и растат нормално на шестоаголната базална рамнина.Цврстината на овие карбиди е во опсег од 1500-1800 HV.

Податливо леано железо

Податливото железо започнува како бело железо кое потоа се обработува термички ден или два на околу 950 °C (1.740 °F) и потоа се лади еден или два дена.Како резултат на тоа, јаглеродот во железо карбид се трансформира во графит и ферит плус јаглерод (устенит).Бавниот процес овозможува површинскиот напон да го формира графитот во сфероидни честички наместо снегулки.Поради нивниот понизок сооднос, сфероидите се релативно кратки и далеку еден од друг и имаат помал пресек во однос на пропагирачката пукнатина или фонон.Тие, исто така, имаат тапи граници, за разлика од снегулките, што ги ублажува проблемите со концентрацијата на стрес што се наоѓаат во сивото леано железо.Општо земено, својствата на податливото леано железо се повеќе како оние на мекиот челик.Постои ограничување на тоа колку голем дел може да се излее во податливо железо, бидејќи е направен од бело леано железо.

Нодуално леано железо