Cast ironay isang pangkat ng mga iron-carbon alloy na may carbon content na higit sa 2%.Ang pagiging kapaki-pakinabang nito ay nagmumula sa medyo mababang temperatura ng pagkatunaw nito.Ang mga sangkap ng haluang metal ay nakakaapekto sa kulay nito kapag nabasag: ang puting cast iron ay may mga carbide impurities na nagpapahintulot sa mga bitak na dumaan nang diretso, ang gray na cast iron ay may mga graphite flakes na nagpapalihis ng dumadaang bitak at nagpapasimula ng hindi mabilang na mga bagong bitak habang ang materyal ay nabasag, at ang ductile cast iron ay may spherical graphite "nodules" na pumipigil sa crack mula sa karagdagang pag-unlad.

Carbon (C) mula 1.8 hanggang 4 wt%, at silicon (Si) 1–3 wt%, ang mga pangunahing elemento ng alloying ng cast iron.Ang mga bakal na haluang metal na may mas mababang nilalaman ng carbon ay kilala bilang bakal.

Ang cast iron ay kadalasang malutong, maliban sa mga malleable na cast iron.Dahil sa medyo mababang punto ng pagkatunaw nito, mahusay na pagkalikido, castability, mahusay na machinability, paglaban sa pagpapapangit at wear resistance, ang mga cast iron ay naging isang materyal na pang-inhinyero na may malawak na hanay ng mga aplikasyon at ginagamit sa mga tubo, makina at mga bahagi ng industriya ng automotive, tulad ng silindro mga ulo, mga bloke ng silindro at mga kahon ng gearbox.Ito ay lumalaban sa pinsala sa pamamagitan ng oksihenasyon.

Ang pinakamaagang cast-iron artefact ay nagmula noong ika-5 siglo BC, at natuklasan ng mga arkeologo sa ngayon ay Jiangsu sa China.Ginamit ang cast iron sa sinaunang Tsina para sa digmaan, agrikultura, at arkitektura.Noong ika-15 siglo, ginamit ang cast iron para sa kanyon sa Burgundy, France, at sa Inglatera noong panahon ng Repormasyon.Ang dami ng cast-iron na ginamit para sa kanyon ay nangangailangan ng malakihang produksyon. Ang unang cast-iron bridge ay itinayo noong 1770s ni Abraham Darby III, at kilala bilang The Iron Bridge sa Shropshire, England.Ginamit din ang cast iron sa pagtatayo ng mga gusali.

Mga elemento ng alloying

Ang mga katangian ng cast iron ay binago sa pamamagitan ng pagdaragdag ng iba't ibang elemento ng alloying, o mga alloyant.Sa tabi ng carbon, ang silicon ay ang pinakamahalagang alloyant dahil pinipilit nito ang carbon mula sa solusyon.Ang mababang porsyento ng silicon ay nagpapahintulot sa carbon na manatili sa solusyon na bumubuo ng iron carbide at ang produksyon ng white cast iron.Ang isang mataas na porsyento ng silicon ay pinipilit ang carbon mula sa solusyon na bumubuo ng graphite at ang paggawa ng gray na cast iron.Ang iba pang mga ahente ng alloying, mangganeso, kromo, molibdenum, titanium at vanadium ay tumututol sa silikon, nagtataguyod ng pagpapanatili ng carbon, at ang pagbuo ng mga karbida na iyon.Ang nikel at tanso ay nagdaragdag ng lakas, at kakayahang magamit, ngunit hindi binabago ang dami ng nabuong grapayt.Ang carbon sa anyo ng graphite ay nagreresulta sa isang mas malambot na bakal, binabawasan ang pag-urong, pinapababa ang lakas, at binabawasan ang density.Ang sulfur, higit sa lahat ay isang contaminant kapag naroroon, ay bumubuo ng iron sulfide, na pumipigil sa pagbuo ng graphite at nagpapataas ng katigasan.Ang problema sa sulfur ay ginagawa nitong malapot ang tinunaw na cast iron, na nagiging sanhi ng mga depekto.Upang kontrahin ang mga epekto ng asupre, ang manganese ay idinagdag dahil ang dalawa ay nagiging manganese sulfide sa halip na iron sulfide.Ang manganese sulfide ay mas magaan kaysa sa natutunaw, kaya ito ay may posibilidad na lumutang palabas sa natunaw at papunta sa slag.Ang halaga ng manganese na kinakailangan upang neutralisahin ang sulfur ay 1.7 × sulfur content + 0.3%.Kung higit pa sa halagang ito ng mangganeso ang idinagdag, pagkatapos ay bubuo ang manganese carbide, na nagpapataas ng katigasan at paglamig, maliban sa kulay abong bakal, kung saan hanggang sa 1% ng mangganeso ay nagdaragdag ng lakas at densidad.

Ang nikel ay isa sa mga pinakakaraniwang elemento ng haluang metal dahil pinipino nito ang istraktura ng perlite at grapayt, pinapabuti ang katigasan, at pinapantayan ang mga pagkakaiba ng tigas sa pagitan ng mga kapal ng seksyon.Ang Chromium ay idinagdag sa maliliit na halaga upang mabawasan ang libreng grapayt, gumawa ng ginaw, at dahil ito ay isang malakas na carbide stabilizer;nikel ay madalas na idinagdag kasabay.Ang isang maliit na halaga ng lata ay maaaring idagdag bilang isang kapalit para sa 0.5% chromium.Ang tanso ay idinagdag sa sandok o sa hurno, sa pagkakasunud-sunod na 0.5–2.5%, upang bawasan ang ginaw, pinuhin ang grapayt, at pataasin ang pagkalikido.Ang molibdenum ay idinagdag sa pagkakasunud-sunod ng 0.3–1% upang mapataas ang ginaw at pinuhin ang istraktura ng grapayt at pearlite;madalas itong idinaragdag kasabay ng nickel, copper, at chromium upang bumuo ng mga bakal na may mataas na lakas.Ang titanium ay idinagdag bilang isang degasser at deoxidizer, ngunit pinapataas din nito ang pagkalikido.Ang 0.15–0.5% na vanadium ay idinagdag sa cast iron upang patatagin ang cementite, pataasin ang katigasan, at pataasin ang resistensya sa pagsusuot at init.Nakakatulong ang 0.1–0.3% zirconium na bumuo ng graphite, mag-deoxidize, at magpataas ng pagkalikido.

Sa malleable iron melts, ang bismuth ay idinaragdag, sa sukat na 0.002–0.01%, upang madagdagan kung gaano karaming silikon ang maaaring idagdag.Sa puting bakal, idinagdag ang boron upang tumulong sa paggawa ng malleable na bakal;binabawasan din nito ang coarsening effect ng bismuth.

Gray na cast iron

Ang gray na cast iron ay nailalarawan sa pamamagitan ng graphitic microstructure nito, na nagiging sanhi ng mga bali ng materyal upang magkaroon ng kulay abong hitsura.Ito ang pinakakaraniwang ginagamit na cast iron at ang pinakamalawak na ginagamit na cast material batay sa timbang.Karamihan sa mga cast iron ay may kemikal na komposisyon na 2.5–4.0% carbon, 1–3% silicon, at ang natitirang bakal.Ang gray na cast iron ay may mas kaunting tensile strength at shock resistance kaysa sa bakal, ngunit ang compressive strength nito ay maihahambing sa low- at medium-carbon steel.Ang mga mekanikal na katangian na ito ay kinokontrol ng laki at hugis ng mga graphite flakes na nasa microstructure at maaaring mailalarawan ayon sa mga patnubay na ibinigay ng ASTM.

Puting cast iron

Ang puting cast iron ay nagpapakita ng mga puting bali na ibabaw dahil sa pagkakaroon ng iron carbide precipitate na tinatawag na cementite.Sa pamamagitan ng mas mababang nilalaman ng silicon (graphitizing agent) at mas mabilis na rate ng paglamig, ang carbon sa puting cast iron ay namuo mula sa pagkatunaw bilang metastable phase cementite, Fe₃C, sa halip na grapayt.Ang cementite na namuo mula sa natunaw ay bumubuo bilang medyo malalaking particle.Habang ang iron carbide ay namuo, inaalis nito ang carbon mula sa orihinal na natunaw, na inililipat ang timpla patungo sa isa na mas malapit sa eutectic, at ang natitirang bahagi ay ang mas mababang iron-carbon austenite (na sa paglamig ay maaaring mag-transform sa martensite).Ang mga eutectic carbide na ito ay masyadong malaki upang magbigay ng benepisyo ng tinatawag na precipitation hardening (tulad ng sa ilang mga bakal, kung saan ang mas maliliit na cementite precipitates ay maaaring humadlang sa [plastic deformation] sa pamamagitan ng pagpigil sa paggalaw ng mga dislokasyon sa pamamagitan ng purong iron ferrite matrix).Sa halip, pinapataas nila ang bultuhang tigas ng cast iron dahil lamang sa kanilang sariling napakataas na tigas at ang kanilang malaking bahagi ng volume, upang ang bultuhang tigas ay maaaring matantya ng isang tuntunin ng mga pinaghalong.Sa anumang kaso, nag-aalok sila ng katigasan sa gastos ng katigasan.Dahil ang carbide ay bumubuo ng isang malaking bahagi ng materyal, ang puting cast iron ay makatuwirang maiuri bilang isang cermet.Ang puting bakal ay masyadong malutong para gamitin sa maraming bahagi ng istruktura, ngunit may magandang katigasan at paglaban sa abrasion at medyo mababa ang gastos, magagamit ito sa mga application tulad ng mga ibabaw ng pagsusuot (impeller at volute) ng mga slurry pump, shell liners at lifter bars sa bola. mill at autogenous grinding mill, bola at singsing sa coal pulverisers, at ang mga ngipin ng backhoe's digging bucket (bagaman mas karaniwan ang cast medium-carbon martensitic steel para sa application na ito).

Mahirap palamigin ang mga makapal na casting nang sapat na mabilis upang patigasin ang natunaw bilang puting cast iron sa lahat ng paraan.Gayunpaman, ang mabilis na paglamig ay maaaring gamitin upang patigasin ang isang shell ng puting cast iron, pagkatapos nito ang natitira ay lumalamig nang mas mabagal upang bumuo ng isang core ng gray na cast iron.Ang nagresultang paghahagis, na tinatawag na apinalamig na paghahagis, ay may mga benepisyo ng matigas na ibabaw na may medyo mas matigas na loob.

Ang mga high-chromium white iron alloy ay nagbibigay-daan sa malalaking castings (halimbawa, isang 10-tonne na impeller) na maging sand cast, dahil binabawasan ng chromium ang bilis ng paglamig na kinakailangan upang makagawa ng mga karbida sa pamamagitan ng mas malalaking kapal ng materyal.Gumagawa din ang Chromium ng mga carbide na may kahanga-hangang paglaban sa abrasion.Ang mga high-chromium alloy na ito ay nag-uugnay sa kanilang superior hardness sa pagkakaroon ng chromium carbide.Ang pangunahing anyo ng mga carbides na ito ay ang eutectic o pangunahing M₇C₃carbides, kung saan ang "M" ay kumakatawan sa bakal o chromium at maaaring mag-iba depende sa komposisyon ng haluang metal.Ang mga eutectic carbides ay bumubuo bilang mga bundle ng hollow hexagonal rods at lumalaki patayo sa hexagonal basal plane.Ang tigas ng mga carbide na ito ay nasa hanay na 1500-1800HV.

Maluwag na cast iron

Ang malambot na bakal ay nagsisimula bilang isang puting iron casting na pagkatapos ay pinainit sa loob ng isa o dalawang araw sa humigit-kumulang 950 °C (1,740 °F) at pagkatapos ay pinalamig sa loob ng isa o dalawa.Bilang resulta, ang carbon sa iron carbide ay nagiging graphite at ferrite plus carbon (austenite).Ang mabagal na proseso ay nagbibigay-daan sa pag-igting sa ibabaw upang mabuo ang grapayt sa mga spheroidal particle sa halip na mga natuklap.Dahil sa kanilang mas mababang aspect ratio, ang mga spheroid ay medyo maikli at malayo sa isa't isa, at may mas mababang cross section vis-a-vis sa isang propagating crack o phonon.Mayroon din silang mapurol na mga hangganan, kumpara sa mga natuklap, na nagpapagaan sa mga problema sa konsentrasyon ng stress na matatagpuan sa gray cast iron.Sa pangkalahatan, ang mga katangian ng malleable na cast iron ay mas katulad ng mga katangian ng mild steel.May limitasyon kung gaano kalaki ang isang bahagi na maaaring i-cast sa malleable na bakal, dahil ito ay gawa sa puting cast iron.

ductile cast iron