ओतीव लोखंड2% पेक्षा जास्त कार्बन सामग्रीसह लोह-कार्बन मिश्र धातुंचा समूह आहे.त्याची उपयुक्तता त्याच्या तुलनेने कमी वितळणाऱ्या तापमानामुळे प्राप्त होते.मिश्रधातूचे घटक फ्रॅक्चर झाल्यावर त्याच्या रंगावर परिणाम करतात: पांढऱ्या कास्ट आयर्नमध्ये कार्बाईड अशुद्धता असते ज्यामुळे क्रॅक सरळ जातात, राखाडी कास्ट आयर्नमध्ये ग्रेफाइट फ्लेक्स असतात जे उत्तीर्ण क्रॅक विचलित करतात आणि सामग्री तुटल्यावर असंख्य नवीन क्रॅक सुरू करतात, आणि डक्टाइल कास्ट लोह गोलाकार आहे. ग्रेफाइट "नोड्यूल्स" जे क्रॅकला पुढे जाण्यापासून थांबवतात.

कार्बन (C) 1.8 ते 4 wt%, आणि सिलिकॉन (Si) 1–3 wt%, हे कास्ट लोहाचे मुख्य मिश्रधातू घटक आहेत.कमी कार्बन सामग्रीसह लोह मिश्र धातुंना स्टील म्हणून ओळखले जाते.

निंदनीय कास्ट इस्त्री वगळता कास्ट आयर्न ठिसूळ असतो.त्याच्या तुलनेने कमी वितळण्याचा बिंदू, चांगली तरलता, castability, उत्कृष्ट यंत्रक्षमता, विकृतपणा आणि पोशाख प्रतिरोधकता, कास्ट इस्त्री ही एक अभियांत्रिकी सामग्री बनली आहे ज्यामध्ये मोठ्या प्रमाणात ऍप्लिकेशन्स आहेत आणि ते पाईप्स, मशीन्स आणि ऑटोमोटिव्ह उद्योगाच्या भागांमध्ये वापरले जातात, जसे की सिलेंडर. हेड्स, सिलेंडर ब्लॉक्स आणि गिअरबॉक्स केस.हे ऑक्सिडेशनद्वारे नुकसान होण्यास प्रतिरोधक आहे.

सर्वात जुने कास्ट-लोह कलाकृती इ.स.पू. 5 व्या शतकातील आहेत आणि पुरातत्वशास्त्रज्ञांनी चीनमधील आताच्या जिआंग्सूमध्ये शोधून काढल्या आहेत.कास्ट आयर्नचा वापर प्राचीन चीनमध्ये युद्ध, शेती आणि वास्तुकला यासाठी केला जात असे.15 व्या शतकात, कास्ट आयर्नचा उपयोग बरगंडी, फ्रान्स आणि इंग्लडमध्ये सुधारणांच्या काळात तोफेसाठी केला जाऊ लागला.तोफेसाठी वापरल्या जाणाऱ्या कास्ट आयर्नच्या प्रमाणात मोठ्या प्रमाणावर उत्पादन आवश्यक होते. पहिला कास्ट-लोह पूल 1770 च्या दशकात अब्राहम डार्बी III याने बांधला होता आणि तो श्रॉपशायर, इंग्लंडमध्ये द आयर्न ब्रिज म्हणून ओळखला जातो.इमारतींच्या बांधकामातही कास्ट आयर्नचा वापर केला जात असे.

मिश्रधातू घटक

विविध मिश्रधातू घटक किंवा मिश्रधातू जोडून कास्ट आयर्नचे गुणधर्म बदलले जातात.कार्बनच्या पुढे, सिलिकॉन हे सर्वात महत्वाचे मिश्रधातू आहे कारण ते कार्बनला द्रावणातून बाहेर काढण्यास भाग पाडते.सिलिकॉनची कमी टक्केवारी कार्बन सोल्युशनमध्ये राहू देते आणि लोह कार्बाइड बनवते आणि पांढरे कास्ट लोह तयार करते.सिलिकॉनची उच्च टक्केवारी ग्रेफाइट तयार करणाऱ्या द्रावणातून कार्बन काढून टाकते आणि राखाडी कास्ट आयर्न तयार करते.इतर मिश्रधातू घटक, मँगनीज, क्रोमियम, मोलिब्डेनम, टायटॅनियम आणि व्हॅनेडियम सिलिकॉनचा प्रतिकार करतात, कार्बन टिकवून ठेवण्यास आणि त्या कार्बाइड्सच्या निर्मितीस प्रोत्साहन देतात.निकेल आणि तांबे सामर्थ्य आणि यंत्रक्षमता वाढवतात, परंतु तयार झालेल्या ग्रेफाइटचे प्रमाण बदलत नाहीत.ग्रेफाइटच्या स्वरूपात असलेल्या कार्बनचा परिणाम मऊ लोह बनतो, संकोचन कमी होतो, ताकद कमी होते आणि घनता कमी होते.सल्फर, जेव्हा मोठ्या प्रमाणात दूषित असते तेव्हा ते लोह सल्फाइड बनवते, जे ग्रेफाइट तयार होण्यास प्रतिबंध करते आणि कडकपणा वाढवते.सल्फरची समस्या अशी आहे की ते वितळलेल्या कास्ट आयर्नला चिकट बनवते, ज्यामुळे दोष निर्माण होतात.सल्फरच्या प्रभावांना तोंड देण्यासाठी, मँगनीज जोडले जाते कारण दोन लोह सल्फाइडऐवजी मँगनीज सल्फाइड बनतात.मँगनीज सल्फाइड वितळण्यापेक्षा हलका आहे, म्हणून ते वितळण्यापासून बाहेर आणि स्लॅगमध्ये तरंगते.सल्फरला बेअसर करण्यासाठी आवश्यक मँगनीजचे प्रमाण 1.7 × सल्फर सामग्री + 0.3% आहे.यापेक्षा जास्त प्रमाणात मँगनीज जोडल्यास मँगनीज कार्बाइड तयार होते, ज्यामुळे कडकपणा आणि शीतकरण वाढते, राखाडी लोह वगळता, जेथे 1% मँगनीज शक्ती आणि घनता वाढवते.

निकेल हे सर्वात सामान्य मिश्रधातूंच्या घटकांपैकी एक आहे कारण ते परलाइट आणि ग्रेफाइटची रचना शुद्ध करते, कडकपणा सुधारते आणि विभागातील जाडीमधील कठोरता फरक समान करते.मुक्त ग्रेफाइट कमी करण्यासाठी, थंडी निर्माण करण्यासाठी आणि ते शक्तिशाली कार्बाइड स्टॅबिलायझर असल्यामुळे क्रोमियम कमी प्रमाणात जोडले जाते;निकेल अनेकदा संयोगाने जोडले जाते.0.5% क्रोमियमचा पर्याय म्हणून थोड्या प्रमाणात टिन जोडले जाऊ शकते.थंडी कमी करण्यासाठी, ग्रेफाइट शुद्ध करण्यासाठी आणि तरलता वाढवण्यासाठी ०.५-२.५% च्या क्रमाने तांबे लाडूमध्ये किंवा भट्टीत जोडले जातात.थंडी वाढवण्यासाठी आणि ग्रेफाइट आणि परलाइटची रचना सुधारण्यासाठी 0.3-1% च्या क्रमाने मोलिब्डेनम जोडले जाते;ते अनेकदा निकेल, तांबे आणि क्रोमियमच्या संयोगाने जोडले जाते ज्यामुळे उच्च शक्तीचे इस्त्री तयार होतात.टायटॅनियम डिगॅसर आणि डीऑक्सिडायझर म्हणून जोडले जाते, परंतु ते द्रवपणा देखील वाढवते.0.15-0.5% व्हॅनेडियम कास्ट आयर्नमध्ये सिमेंटाइट स्थिर करण्यासाठी, कडकपणा वाढवण्यासाठी आणि पोशाख आणि उष्णता वाढवण्यासाठी जोडले जाते.0.1-0.3% झिर्कोनियम ग्रेफाइट तयार करण्यास, डीऑक्सिडाइझ करण्यास आणि तरलता वाढविण्यात मदत करते.

निंदनीय लोह वितळताना, बिस्मथ 0.002-0.01% च्या प्रमाणात जोडले जाते, ज्यामुळे सिलिकॉन किती जोडले जाऊ शकते ते वाढवते.पांढऱ्या लोखंडात, निंदनीय लोहाच्या उत्पादनात मदत करण्यासाठी बोरॉन जोडले जाते;हे बिस्मथचा खडबडीत परिणाम देखील कमी करते.

राखाडी कास्ट लोह

राखाडी कास्ट लोह त्याच्या ग्राफिक मायक्रोस्ट्रक्चरद्वारे वैशिष्ट्यीकृत आहे, ज्यामुळे सामग्रीच्या फ्रॅक्चरला राखाडी रंगाचे स्वरूप येते.हे सर्वात सामान्यतः वापरले जाणारे कास्ट लोह आहे आणि वजनावर आधारित सर्वात जास्त वापरले जाणारे कास्ट मटेरियल आहे.बहुतेक कास्ट आयरन्समध्ये 2.5-4.0% कार्बन, 1-3% सिलिकॉन आणि उर्वरित लोहाची रासायनिक रचना असते.ग्रे कास्ट आयर्नमध्ये स्टीलपेक्षा कमी तन्य शक्ती आणि शॉक प्रतिरोधक क्षमता असते, परंतु त्याची संकुचित शक्ती कमी आणि मध्यम-कार्बन स्टीलशी तुलना करता येते.हे यांत्रिक गुणधर्म मायक्रोस्ट्रक्चरमध्ये उपस्थित असलेल्या ग्रेफाइट फ्लेक्सच्या आकार आणि आकाराद्वारे नियंत्रित केले जातात आणि ASTM ने दिलेल्या मार्गदर्शक तत्त्वांनुसार वैशिष्ट्यीकृत केले जाऊ शकतात.

पांढरा कास्ट लोह

व्हाईट कास्ट आयर्न सिमेंटाइट नावाच्या लोखंडी कार्बाइड अवक्षेपणामुळे पांढरे फ्रॅक्चर झालेले पृष्ठभाग दाखवते.कमी सिलिकॉन सामग्री (ग्रॅफिटायझिंग एजंट) आणि जलद कूलिंग रेटसह, पांढऱ्या कास्ट आयर्नमधील कार्बन मेटास्टेबल फेज सिमेंटाइट, Fe म्हणून वितळतो.₃ग्रेफाइट ऐवजी सी.वितळल्यामुळे अवक्षेपित होणारा सिमेंटाइट तुलनेने मोठ्या कणांच्या रूपात तयार होतो.जसजसे लोह कार्बाइड बाहेर पडतो, तसतसे ते मूळ वितळण्यापासून कार्बन काढून घेते, मिश्रण युटेक्टिकच्या जवळ हलवते आणि उर्वरित टप्पा लोअर आयर्न-कार्बन ऑस्टेनाइट आहे (जे थंड झाल्यावर मार्टेन्साइटमध्ये बदलू शकते).पर्सिपिटेशन हार्डनिंग (काही स्टील्स प्रमाणे, जेथे पुष्कळ लहान सिमेंटाईट प्रिसिपिटेटस शुद्ध लोह फेराइट मॅट्रिक्सद्वारे विघटन होण्याच्या हालचालींना अडथळा आणून [प्लास्टिक विकृती] प्रतिबंधित करू शकतात) याचा फायदा देण्यासाठी हे युटेक्टिक कार्बाइड्स खूप मोठे आहेत.त्याऐवजी, ते कास्ट आयर्नची मोठ्या प्रमाणात कडकपणा त्यांच्या स्वत: च्या खूप उच्च कडकपणामुळे आणि त्यांच्या घनफळाच्या अपूर्णांकामुळे वाढवतात, जसे की मोठ्या प्रमाणातील कडकपणा मिश्रणाच्या नियमाद्वारे अंदाजे केला जाऊ शकतो.कोणत्याही परिस्थितीत, ते कठोरपणाच्या खर्चावर कठोरता देतात.कार्बाइड सामग्रीचा एक मोठा अंश बनवते म्हणून, पांढऱ्या कास्ट आयर्नचे वाजवीपणे सरमेट म्हणून वर्गीकरण केले जाऊ शकते.पांढरे लोखंड अनेक संरचनात्मक घटकांमध्ये वापरण्यासाठी खूपच ठिसूळ आहे, परंतु चांगली कडकपणा आणि घर्षण प्रतिरोधकता आणि तुलनेने कमी किमतीसह, स्लरी पंप, शेल लाइनर आणि बॉलमधील लिफ्टर बार्सच्या वेअर पृष्ठभाग (इम्पेलर आणि व्हॉल्यूट) सारख्या अनुप्रयोगांमध्ये त्याचा वापर आढळतो. मिल्स आणि ऑटोजेनस ग्राइंडिंग मिल्स, कोळशाच्या पल्व्हरायझर्समधील बॉल आणि रिंग आणि बॅकहोच्या खोदणाऱ्या बादलीचे दात (जरी कास्ट मध्यम-कार्बन मार्टेन्सिटिक स्टील या ऍप्लिकेशनसाठी अधिक सामान्य आहे).

पांढऱ्या कास्ट लोहाप्रमाणे वितळणे घट्ट होण्यासाठी जाड कास्टिंग जलद थंड करणे कठीण आहे.तथापि, जलद कूलिंगचा वापर पांढऱ्या कास्ट आयर्नच्या कवचाला घट्ट करण्यासाठी केला जाऊ शकतो, ज्यानंतर उर्वरित भाग अधिक हळूहळू थंड होऊन राखाडी कास्ट आयर्नचा कोर बनतो.परिणामी कास्टिंग, म्हणतात aथंड कास्टिंग, काहीसे कठीण आतील भागासह कठोर पृष्ठभागाचे फायदे आहेत.

उच्च-क्रोमियम पांढरे लोह मिश्र धातु मोठ्या प्रमाणात कास्टिंग (उदाहरणार्थ, 10-टन इंपेलर) वाळू कास्ट करण्यास परवानगी देतात, कारण क्रोमियम सामग्रीच्या मोठ्या जाडीद्वारे कार्बाईड तयार करण्यासाठी आवश्यक शीतलक दर कमी करते.क्रोमियम प्रभावी घर्षण प्रतिरोधासह कार्बाइड देखील तयार करते.हे उच्च-क्रोमियम मिश्र धातु त्यांच्या उत्कृष्ट कडकपणाचे श्रेय क्रोमियम कार्बाइड्सच्या उपस्थितीला देतात.या कार्बाइड्सचे मुख्य रूप म्हणजे युटेक्टिक किंवा प्राथमिक एम₇C₃कार्बाइड्स, जेथे "M" लोह किंवा क्रोमियमचे प्रतिनिधित्व करते आणि मिश्रधातूच्या रचनेनुसार बदलू शकतात.युटेक्टिक कार्बाइड्स पोकळ हेक्सागोनल रॉड्सच्या बंडलच्या रूपात तयार होतात आणि षटकोनी बेसल प्लेनला लंब वाढतात.या कार्बाइड्सची कडकपणा 1500-1800HV च्या मर्यादेत आहे.

निंदनीय कास्ट लोह

निंदनीय लोखंड पांढऱ्या लोखंडाच्या कास्टिंगच्या रूपात सुरू होते जे नंतर सुमारे 950 °C (1,740 °F) तापमानावर एक किंवा दोन दिवस उष्णतेवर उपचार केले जाते आणि नंतर एक किंवा दोन दिवसांत थंड केले जाते.परिणामी, लोह कार्बाइडमधील कार्बनचे ग्रेफाइट आणि फेराइट प्लस कार्बन (ऑस्टेनाइट) मध्ये रूपांतर होते.संथ प्रक्रियेमुळे पृष्ठभागावरील ताण ग्रेफाइटला फ्लेक्स ऐवजी गोलाकार कणांमध्ये बनवते.त्यांच्या कमी गुणोत्तरामुळे, स्फेरॉइड्स तुलनेने लहान आणि एकमेकांपासून लांब असतात आणि त्यांचा प्रसार करणारा क्रॅक किंवा फोनॉनच्या तुलनेत कमी क्रॉस सेक्शन असतो.फ्लेक्सच्या विरूद्ध त्यांच्याकडेही बोथट सीमा आहेत, ज्यामुळे राखाडी कास्ट आयर्नमध्ये आढळणाऱ्या तणावाच्या एकाग्रतेच्या समस्या दूर होतात.सर्वसाधारणपणे, निंदनीय कास्ट लोहाचे गुणधर्म सौम्य स्टीलसारखे असतात.पांढऱ्या कास्ट आयर्नपासून बनवलेला असल्याने निंदनीय लोहामध्ये किती मोठा भाग टाकता येईल याला मर्यादा आहे.

डक्टाइल कास्ट लोह