Hekur modelështë një grup lidhjesh hekur-karbon me përmbajtje karboni më të madhe se 2%.Dobia e tij rrjedh nga temperatura relativisht e ulët e shkrirjes.Përbërësit e aliazhit ndikojnë në ngjyrën e tij kur thyhet: giza e bardhë ka papastërti karbide që lejojnë çarjet të kalojnë drejt, giza gri ka thekon grafiti të cilat devijojnë një çarje kalimtare dhe inicojnë çarje të reja të panumërta ndërsa materiali thyhet, dhe giza duktile ka formë sferike. "nyje" grafiti të cilat ndalojnë plasaritjen nga përparimi i mëtejshëm.

Karboni (C) që varion nga 1.8 në 4 wt%, dhe silici (Si) 1-3 wt%, janë elementët kryesorë të lidhjes së gize.Lidhjet e hekurit me përmbajtje më të ulët të karbonit njihen si çelik.

Gize ka tendencë të jetë e brishtë, me përjashtim të gizës së lakueshme.Me pikën e tij relativisht të ulët të shkrirjes, rrjedhshmërinë e mirë, derdhjen, përpunimin e shkëlqyeshëm, rezistencën ndaj deformimit dhe rezistencës ndaj konsumit, giza janë bërë një material inxhinierik me një gamë të gjerë aplikimesh dhe përdoren në tuba, makina dhe pjesë të industrisë së automobilave, si cilindra. kokat, blloqet e cilindrave dhe kutitë e marsheve.Është rezistent ndaj dëmtimit nga oksidimi.

Artefaktet më të hershme prej gize datojnë në shekullin e 5-të para Krishtit dhe u zbuluan nga arkeologët në atë që tani është Jiangsu në Kinë.Gize u përdor në Kinën e lashtë për luftë, bujqësi dhe arkitekturë.Gjatë shekullit të 15-të, gize u përdor për topa në Burgundi, Francë dhe në Angli gjatë Reformimit.Sasitë e gize të përdorura për topa kërkonin prodhim në shkallë të gjerë. Ura e parë prej gize u ndërtua gjatë viteve 1770 nga Abraham Darby III dhe njihet si Ura e Hekurt në Shropshire, Angli.Gize u përdor gjithashtu në ndërtimin e ndërtesave.

Elementet aliazh

Vetitë e gize ndryshohen duke shtuar elemente të ndryshme aliazhi, ose lidhje.Pranë karbonit, silikoni është aliazhi më i rëndësishëm sepse e detyron karbonin të dalë nga tretësira.Një përqindje e ulët e silikonit lejon karbonin të mbetet në tretësirë ​​duke formuar karabit hekuri dhe prodhimin e gizës së bardhë.Një përqindje e lartë e silikonit e detyron karbonin jashtë tretësirës duke formuar grafit dhe prodhimin e gize gri.Agjentë të tjerë aliazh, mangani, kromi, molibdeni, titani dhe vanadiumi kundërvepron me silikonin, nxit mbajtjen e karbonit dhe formimin e këtyre karbiteve.Nikeli dhe bakri rrisin forcën dhe përpunueshmërinë, por nuk ndryshojnë sasinë e grafitit të formuar.Karboni në formën e grafitit rezulton në një hekur më të butë, redukton tkurrjen, ul forcën dhe zvogëlon densitetin.Squfuri, kryesisht një ndotës kur është i pranishëm, formon sulfid hekuri, i cili parandalon formimin e grafitit dhe rrit fortësinë.Problemi me squfurin është se ai e bën gizën e shkrirë viskoz, gjë që shkakton defekte.Për të kundërshtuar efektet e squfurit, mangani shtohet sepse të dy formohen në sulfur mangani në vend të sulfurit të hekurit.Sulfidi i manganit është më i lehtë se shkrirja, kështu që tenton të notojë nga shkrirja dhe në skorje.Sasia e manganit që kërkohet për të neutralizuar squfurin është 1.7 × përmbajtje squfuri + 0.3%.Nëse shtohet më shumë se kjo sasi mangani, atëherë formohet karabit i manganit, i cili rrit fortësinë dhe ftohjen, me përjashtim të hekurit gri, ku deri në 1% mangan rrit forcën dhe densitetin.

Nikeli është një nga elementët aliazh më të zakonshëm sepse rafinon strukturën e perlitit dhe grafitit, përmirëson qëndrueshmërinë dhe barazon dallimet e fortësisë midis trashësisë së seksioneve.Kromi shtohet në sasi të vogla për të reduktuar grafitin e lirë, për të prodhuar ftohje dhe për shkak se është një stabilizues i fuqishëm karabit;nikeli shpesh shtohet së bashku.Një sasi e vogël kallaji mund të shtohet si zëvendësim për 0,5% krom.Bakri shtohet në lugë ose në furrë, në masën 0,5-2,5%, për të ulur ftohjen, për të rafinuar grafitin dhe për të rritur rrjedhshmërinë.Molibden shtohet në masën 0,3-1% për të rritur ftohjen dhe për të rafinuar strukturën e grafitit dhe perlitit;shpesh shtohet së bashku me nikelin, bakrin dhe kromin për të formuar hekura me forcë të lartë.Titani shtohet si degazues dhe deoksidues, por gjithashtu rrit rrjedhshmërinë.0,15–0,5% vanadium i shtohet gizës për të stabilizuar çimentitin, për të rritur ngurtësinë dhe për të rritur rezistencën ndaj konsumimit dhe nxehtësisë.0,1-0,3% zirkonium ndihmon në formimin e grafitit, deoksidimin dhe rritjen e rrjedhshmërisë.

Në shkrirjet e hekurit të lakueshëm, shtohet bismut, në shkallën 0,002-0,01%, për të rritur sasinë e silikonit që mund të shtohet.Në hekurin e bardhë, bor shtohet për të ndihmuar në prodhimin e hekurit të lakueshëm;gjithashtu zvogëlon efektin e trashë të bismutit.

Gize gri

Gize gri karakterizohet nga mikrostruktura e tij grafike, e cila bën që thyerjet e materialit të kenë një pamje gri.Është giza më e përdorur dhe materiali i derdhur më i përdorur në bazë të peshës.Shumica e gizës kanë një përbërje kimike prej 2,5-4,0% karbon, 1-3% silic dhe pjesa tjetër e hekurit.Gize gri ka më pak rezistencë në tërheqje dhe rezistencë ndaj goditjes sesa çeliku, por forca e tij në shtypje është e krahasueshme me çelikun me karbon të ulët dhe mesatar.Këto veti mekanike kontrollohen nga madhësia dhe forma e thekoneve të grafitit të pranishme në mikrostrukturë dhe mund të karakterizohen sipas udhëzimeve të dhëna nga ASTM.

Gize e bardhë

Gize e bardhë shfaq sipërfaqe të bardha të thyera për shkak të pranisë së një precipitati të karbitit të hekurit të quajtur çimentit.Me një përmbajtje më të ulët të silikonit (agjent grafitizues) dhe shpejtësi më të shpejtë të ftohjes, karboni në gizën e bardhë precipiton nga shkrirja si çimentiti i fazës metastabile, Fe.₃C, në vend të grafitit.Çimentiti që precipiton nga shkrirja formohet si grimca relativisht të mëdha.Ndërsa karabidi i hekurit precipiton, ai tërheq karbonin nga shkrirja origjinale, duke e zhvendosur përzierjen drejt asaj që është më afër eutektikut, dhe faza e mbetur është austeniti më i ulët hekur-karbon (i cili me ftohje mund të shndërrohet në martensit).Këto karbide eutektike janë shumë të mëdha për të siguruar përfitimin e asaj që quhet forcim i reshjeve (si në disa çelik, ku precipitat shumë më të vegjël të çimentitit mund të pengojnë [deformimin plastik] duke penguar lëvizjen e dislokimeve përmes matricës së ferritit të pastër të hekurit).Përkundrazi, ato rrisin fortësinë e madhe të gizës thjesht për shkak të ngurtësisë së tyre shumë të lartë dhe fraksionit të tyre të konsiderueshëm të vëllimit, në mënyrë që fortësia e madhe të mund të përafrohet me një rregull përzierjesh.Në çdo rast, ato ofrojnë fortësi në kurriz të qëndrueshmërisë.Meqenëse karbidi përbën një pjesë të madhe të materialit, giza e bardhë mund të klasifikohet në mënyrë të arsyeshme si një qerm.Hekuri i bardhë është shumë i brishtë për t'u përdorur në shumë komponentë strukturorë, por me fortësi të mirë dhe rezistencë ndaj gërryerjes dhe kosto relativisht të ulët, ai gjen përdorim në aplikime të tilla si sipërfaqet e konsumimit (helikë dhe volut) të pompave të llumit, veshjeve të guaskës dhe shufrave ngritës në top. mullinj dhe mullinj autogjene bluarëse, topa dhe unaza në pluhurat e qymyrit dhe dhëmbët e kovës së gërmimit të një skafeje (edhe pse çeliku martensitik i derdhur me karbon mesatar është më i zakonshëm për këtë aplikim).

Është e vështirë të ftohen derdhjet e trasha aq shpejt sa të ngurtësohet shkrirja si gize e bardhë deri në fund.Megjithatë, ftohja e shpejtë mund të përdoret për të ngurtësuar një guaskë prej gize të bardhë, pas së cilës pjesa e mbetur ftohet më ngadalë për të formuar një bërthamë prej gize gri.Hedhja që rezulton, e quajtur aderdhje e ftohtë, ka përfitimet e një sipërfaqe të fortë me një brendshme disi më të fortë.

Lidhjet e hekurit të bardhë me përmbajtje të lartë kromi lejojnë derdhjet masive (për shembull, një shtytës 10 tonësh) të derdhen me rërë, pasi kromi redukton shkallën e ftohjes që kërkohet për të prodhuar karbide përmes trashësisë më të madhe të materialit.Kromi gjithashtu prodhon karbide me rezistencë mbresëlënëse ndaj gërryerjes.Këto lidhje me përmbajtje të lartë kromi ia atribuojnë fortësinë e tyre më të lartë pranisë së karbiteve të kromit.Forma kryesore e këtyre karbiteve janë M eutektike ose primare₇C₃karbidet, ku "M" përfaqëson hekurin ose kromin dhe mund të ndryshojë në varësi të përbërjes së aliazhit.Karbitet eutektike formohen si tufa shufrash gjashtëkëndore të zbrazëta dhe rriten pingul me rrafshin bazal gjashtëkëndor.Fortësia e këtyre karabiteve është në intervalin 1500-1800 HV.

Gize e lakueshme

Hekuri i lakueshëm fillon si një derdhje hekuri e bardhë që më pas trajtohet me nxehtësi për një ose dy ditë në rreth 950 °C (1740 °F) dhe më pas ftohet për një ose dy ditë.Si rezultat, karboni në karbitin e hekurit shndërrohet në grafit dhe ferrit plus karbon (austenit).Procesi i ngadaltë lejon që tensioni sipërfaqësor të formojë grafitin në grimca sferoide dhe jo në thekon.Për shkak të raportit të tyre më të ulët të pamjes, sferoidet janë relativisht të shkurtër dhe larg njëri-tjetrit dhe kanë një seksion kryq më të ulët kundrejt një çarje ose fononi përhapës.Ata gjithashtu kanë kufij të hapur, në krahasim me thekon, gjë që lehtëson problemet e përqendrimit të stresit që gjenden në gize gri.Në përgjithësi, vetitë e gizës së lakueshme janë më shumë si ato të çelikut të butë.Ekziston një kufi se sa e madhe mund të derdhet një pjesë në hekur të lakueshëm, pasi është bërë nga gize e bardhë.

Gize duktile