Chuma cha kutupwani kundi la aloi za chuma-kaboni na maudhui ya kaboni zaidi ya 2%.Umuhimu wake unatokana na halijoto yake ya chini ya kuyeyuka.Vijenzi vya aloi huathiri rangi yake inapovunjika: chuma cheupe kina uchafu wa CARBIDE ambao huruhusu nyufa kupita moja kwa moja, chuma cha rangi ya kijivu kina miale ya grafiti ambayo hugeuza ufa unaopita na kuanzisha nyufa nyingi mpya nyenzo zinapovunjika, na chuma chenye ductile kina duara. "vinundu" vya grafiti ambavyo huzuia ufa usiendelee zaidi.

Kaboni (C) kuanzia 1.8 hadi 4 wt%, na silikoni (Si) 1-3 wt%, ni vipengele vikuu vya alloying ya chuma cha kutupwa.Aloi za chuma zilizo na kiwango cha chini cha kaboni hujulikana kama chuma.

Chuma cha kutupwa huwa na brittle, isipokuwa chuma cha kutupwa kinachoweza kutengenezwa.Pamoja na kiwango chake cha chini cha kuyeyuka, unyevu mzuri, uwezo wa kutupwa, ufundi bora, upinzani wa deformation na upinzani wa kuvaa, chuma cha kutupwa kimekuwa nyenzo ya uhandisi na anuwai ya matumizi na hutumiwa katika bomba, mashine na sehemu za tasnia ya magari, kama vile silinda. vichwa, vitalu vya silinda na visanduku vya gia.Ni sugu kwa uharibifu na oxidation.

Vitu vya sanaa vya mapema zaidi vya chuma-chuma ni vya karne ya 5 KK, na viligunduliwa na wanaakiolojia katika eneo ambalo sasa linaitwa Jiangsu nchini Uchina.Chuma cha kutupwa kilitumika katika Uchina wa zamani kwa vita, kilimo, na usanifu.Wakati wa karne ya 15, chuma cha kutupwa kilitumika kwa mizinga huko Burgundy, Ufaransa, na Uingereza wakati wa Matengenezo.Kiasi cha chuma kilichotumiwa kwa mizinga kilihitaji uzalishaji mkubwa. Daraja la kwanza la chuma-chuma lilijengwa katika miaka ya 1770 na Abraham Darby III, na linajulikana kama Iron Bridge huko Shropshire, Uingereza.Chuma cha kutupwa pia kilitumika katika ujenzi wa majengo.

Vipengele vya alloying

Sifa za chuma cha kutupwa hubadilishwa kwa kuongeza vipengele mbalimbali vya aloi, au aloi.Karibu na kaboni, silicon ni aloyanti muhimu zaidi kwa sababu inalazimisha kaboni kutoka kwa myeyusho.Asilimia ndogo ya silicon inaruhusu kaboni kubaki katika suluhisho la kutengeneza carbudi ya chuma na utengenezaji wa chuma nyeupe.Asilimia kubwa ya silicon huondoa kaboni kutoka kwa myeyusho wa grafiti na utengenezaji wa chuma cha kijivu.Aloyi zingine, manganese, chromium, molybdenum, titanium na vanadium hukabiliana na silicon, huendeleza uhifadhi wa kaboni, na uundaji wa carbides hizo.Nickel na shaba huongeza nguvu, na machinability, lakini haibadilishi kiasi cha grafiti kilichoundwa.Kaboni katika mfumo wa grafiti husababisha chuma laini, hupunguza kupungua, hupunguza nguvu, na hupunguza wiani.Sulfuri, kwa kiasi kikubwa uchafuzi unapokuwepo, huunda sulfidi ya chuma, ambayo huzuia uundaji wa grafiti na huongeza ugumu.Tatizo la sulfuri ni kwamba hufanya chuma cha kutupwa kuwa na viscous, ambayo husababisha kasoro.Ili kukabiliana na athari za sulfuri, manganese huongezwa kwa sababu hizi mbili hutengeneza salfidi ya manganese badala ya sulfidi ya chuma.Sulfidi ya manganese ni nyepesi kuliko kuyeyuka, kwa hivyo huwa na kuelea nje ya kuyeyuka na kuingia kwenye slag.Kiasi cha manganese kinachohitajika kugeuza salfa ni 1.7 × maudhui ya sulfuri + 0.3%.Ikiwa zaidi ya kiasi hiki cha manganese huongezwa, basi fomu za carbudi ya manganese, ambayo huongeza ugumu na baridi, isipokuwa kwa chuma cha kijivu, ambapo hadi 1% ya manganese huongeza nguvu na wiani.

Nickel ni mojawapo ya vipengele vya aloyi vya kawaida kwa sababu husafisha muundo wa pearlite na grafiti, inaboresha ushupavu, na kusawazisha tofauti za ugumu kati ya unene wa sehemu.Chromium huongezwa kwa kiasi kidogo ili kupunguza grafiti ya bure, kuzalisha baridi, na kwa sababu ni kiimarishaji chenye nguvu cha carbudi;nikeli mara nyingi huongezwa kwa pamoja.Kiasi kidogo cha bati kinaweza kuongezwa kama mbadala wa chromium 0.5%.Shaba huongezwa kwenye ladle au kwenye tanuru, kwa utaratibu wa 0.5-2.5%, ili kupunguza baridi, kusafisha grafiti, na kuongeza maji.Molybdenum huongezwa kwa utaratibu wa 0.3-1% ili kuongeza baridi na kuboresha muundo wa grafiti na pearlite;mara nyingi huongezwa kwa kushirikiana na nikeli, shaba, na chromium ili kuunda chuma chenye nguvu nyingi.Titanium huongezwa kama degasser na deoxidizer, lakini pia huongeza maji.0.15-0.5% vanadium huongezwa kwa chuma cha kutupwa ili kuleta utulivu wa saruji, kuongeza ugumu, na kuongeza upinzani dhidi ya kuvaa na joto.0.1-0.3% zirconium husaidia kuunda grafiti, deoxidize, na kuongeza fluidity.

Katika kuyeyuka kwa chuma inayoweza kuyeyuka, bismuth huongezwa, kwa kiwango cha 0.002-0.01%, ili kuongeza ni kiasi gani cha silicon kinaweza kuongezwa.Katika chuma nyeupe, boroni huongezwa ili kusaidia katika utengenezaji wa chuma kinachoweza kutengenezwa;pia hupunguza athari mbaya ya bismuth.

Grey kutupwa chuma

Chuma cha kutupwa kijivu kina sifa ya muundo wake mdogo wa graphic, ambayo husababisha fractures ya nyenzo kuwa na kuonekana kwa kijivu.Ni chuma cha kutupwa kinachotumiwa zaidi na nyenzo za kutupwa zinazotumiwa sana kulingana na uzito.Vyuma vingi vya kutupwa vina muundo wa kemikali wa kaboni 2.5-4.0%, silicon 1-3%, na chuma kilichobaki.Chuma cha rangi ya kijivu kina nguvu kidogo ya kustahimili mshtuko na upinzani wa mshtuko kuliko chuma, lakini nguvu yake ya kubana inalinganishwa na chuma cha chini na cha kati cha kaboni.Tabia hizi za mitambo zinadhibitiwa na ukubwa na sura ya flakes ya grafiti iliyopo kwenye muundo mdogo na inaweza kuwa na sifa kulingana na miongozo iliyotolewa na ASTM.

Chuma cha kutupwa nyeupe

Chuma nyeupe huonyesha nyuso nyeupe zilizovunjika kutokana na kuwepo kwa mvua ya CARBIDE ya chuma inayoitwa cementite.Kwa kiwango cha chini cha silicon (kikali cha graphiting) na kasi ya kupoeza kwa kasi zaidi, kaboni iliyo katika chuma cheupe hutoka kwenye kuyeyuka kama simenti ya awamu inayoweza kubadilika, Fe.₃C, badala ya grafiti.Saruji ambayo hutoka kwenye kuyeyuka huunda kama chembe kubwa kiasi.Kabidi ya chuma inapotoka, hutoa kaboni kutoka kwenye kuyeyuka kwa asili, na kusonga mchanganyiko kuelekea moja iliyo karibu na eutectic, na awamu iliyobaki ni austenite ya chini ya chuma-kaboni (ambayo inapopozwa inaweza kubadilika kuwa martensite).Kabidi hizi za eutectic ni kubwa mno kutoa manufaa ya kile kinachoitwa ugumu wa mvua (kama katika baadhi ya vyuma, ambapo mvua ndogo zaidi ya saruji inaweza kuzuia [ugeuzi wa plastiki] kwa kuzuia uhamishaji wa mtengano kupitia tumbo la feri safi ya chuma).Badala yake, huongeza ugumu wa wingi wa chuma cha kutupwa kwa sababu ya ugumu wao wa juu sana na sehemu yao kubwa ya ujazo, kiasi kwamba ugumu wa wingi unaweza kukadiriwa na kanuni ya mchanganyiko.Kwa hali yoyote, hutoa ugumu kwa gharama ya ugumu.Kwa kuwa CARBIDE hufanya sehemu kubwa ya nyenzo, chuma nyeupe inaweza kuainishwa kama cermet.Iron nyeupe ni brittle sana kutumika katika vipengele vingi vya miundo, lakini kwa ugumu mzuri na upinzani wa abrasion na gharama ya chini, hupata matumizi katika matumizi kama vile nyuso za kuvaa (impeller na volute) za pampu za slurry, liner shells na baa za kuinua kwenye mpira. vinu na vinu vya kusaga, mipira na pete katika vipasua vya makaa ya mawe, na meno ya ndoo ya kuchimba ya shoka (ingawa chuma cha kutupwa cha kaboni ya kati ni cha kawaida zaidi kwa programu hii).

Ni vigumu kupoza uigizaji nene haraka vya kutosha ili kuyeyusha kuyeyuka kama chuma cha kutupwa cheupe kwa muda wote.Hata hivyo, baridi ya haraka inaweza kutumika kuimarisha shell ya chuma nyeupe kutupwa, baada ya ambayo salio hupoa polepole zaidi na kuunda msingi wa chuma kijivu kutupwa.Akitoa matokeo, inayoitwa aakitoa kilichopozwa, ina faida ya uso mgumu na mambo ya ndani kiasi fulani magumu.

Aloi za chuma nyeupe zenye kromiamu ya juu huruhusu utupaji mkubwa (kwa mfano, kisukuma cha tani 10) kuwa mchanga, kwani kromiamu hupunguza kiwango cha kupoeza kinachohitajika ili kutoa CARBIDI kupitia unene mkubwa wa nyenzo.Chromium pia hutoa carbides yenye upinzani wa kuvutia wa abrasion.Aloi hizi za chromium ya juu zinahusisha ugumu wao wa juu na uwepo wa carbides ya chromium.Aina kuu ya carbides hizi ni eutectic au msingi M₇C₃carbides, ambapo "M" inawakilisha chuma au chromium na inaweza kutofautiana kulingana na muundo wa aloi.Kabidi za eutectic huunda kama vifurushi vya vijiti vyenye mashimo ya hexagonal na hukua kwa upenyo wa ndege ya msingi ya hexagonal.Ugumu wa carbides hizi ni ndani ya aina mbalimbali za 1500-1800HV.

Iron inayoweza kutupwa

Aini inayoweza kuyeyuka huanza kama chuma cheupe ambacho hutibiwa joto kwa siku moja au mbili kwa takriban 950 °C (1,740 °F) na kisha kupozwa kwa siku moja au mbili.Matokeo yake, kaboni katika carbudi ya chuma hubadilika kuwa grafiti na ferrite pamoja na kaboni (austenite).Mchakato wa polepole huruhusu mvutano wa uso kuunda grafiti katika chembe za spheroidal badala ya flakes.Kutokana na uwiano wao wa chini wa kipengele, spheroids ni fupi kiasi na ni mbali na nyingine, na zina sehemu ya chini ya msalaba vis-a-vis ufa au phononi inayoeneza.Pia wana mipaka isiyo wazi, kinyume na flakes, ambayo hupunguza matatizo ya mkusanyiko wa mkazo unaopatikana katika chuma cha kijivu.Kwa ujumla, sifa za chuma cha kutupwa zinazoweza kutumika ni kama zile za chuma laini.Kuna kikomo cha jinsi sehemu kubwa inavyoweza kutupwa katika chuma inayoweza kutumika, kwani imetengenezwa kutoka kwa chuma cheupe.

Ductile kutupwa chuma