udtrykket støbejern, som udtrykket stål, identificerer en stor familie af jernholdige legeringer. Støbejern er multikomponent jernholdige legeringer. De indeholder store (jern, kulstof, silicium), mindre (0,01%) elementer.
støbejern har højere kulstof-og siliciumindhold end stål. På grund af det højere kulstofindhold udviser strukturen af støbejern i modsætning til stål en rig kulstoffase. Afhængigt primært af sammensætning, kølehastighed og smeltebehandling kan støbejern størkne i henhold til det termodynamisk metastabile Fe-Fe3C-system eller det stabile Fe-Gr-system.
når den metastabile vej følges, er den rige kulstoffase i eutektikken jerncarbid; når den stabile størkningsvej følges, er den rige kulstoffase grafit. Med henvisning til det binære Fe-Fe3C-eller Fe-Gr-system kan støbejern defineres som en jernkulstoflegering med mere end 2% C. Vigtig meddelelse er, at silicium og andre legeringselementer kan ændre den maksimale opløselighed af kulstof i austenit (g) betydeligt. Derfor kan legeringer med mindre end 2% C i undtagelsestilfælde størkne med en eutektisk struktur og tilhører derfor stadig familien af støbejern.
dannelsen af stabil eller metastabil eutektik er en funktion af mange faktorer, herunder kernepotentialet i væsken, den kemiske sammensætning og kølehastigheden. De to første faktorer bestemmer jernets grafitiseringspotentiale. Et højt grafitiseringspotentiale vil resultere i jern med grafit som den rige kulstoffase, mens et lavt grafitiseringspotentiale vil resultere i jern med jerncarbid.
de to grundlæggende typer eutektik – den stabile austenit-grafit eller den metastabile austenit-jerncarbid (Fe3C) – har store forskelle i deres mekaniske egenskaber, såsom styrke, hårdhed, sejhed og duktilitet. Derfor er det grundlæggende omfang af metallurgisk behandling af støbejern at manipulere eutektikens type, mængde og morfologi for at opnå de ønskede mekaniske egenskaber.
klassificering
historisk set var den første klassificering af støbejern baseret på dens brud. To typer jern blev oprindeligt anerkendt:
- hvidt jern: udviser en hvid, krystallinsk brudoverflade, fordi brud forekommer langs jerncarbidpladerne; det er resultatet af metastabil størkning (Fe3C eutektisk)
- gråt jern: udviser en grå brudoverflade, fordi brud forekommer langs grafitpladerne (flager); det er resultatet af stabil størkning (Gr eutektisk).
med fremkomsten af metallografi, og da den viden, der er relevant for støbejern, steg, blev andre klassifikationer baseret på mikrostrukturelle træk mulige:
- grafit form: lamellær (flake) grafit (FG), sfærisk (nodulær) grafit (SG), komprimeret (vermicular) grafit (CG), og temper grafit (TG); temper grafit resultater fra ? solid state-reaktion (formabilisering.)
- Matriks: ferritisk, pearlitisk, austenitisk, martensitisk, bainitisk (austempered).
denne klassifikation bruges sjældent af gulvstøberen. Den mest anvendte terminologi er den kommercielle. En første division kan laves i to kategorier:
- almindelige støbejern: til generelle formål er de ulegeret eller lavlegeret
- specielle støbejern: til specielle applikationer, generelt højt legeret.
korrespondancen mellem kommerciel og mikrostrukturel klassificering samt det endelige behandlingsstadium til opnåelse af fælles støbejern er angivet i Fig. 2.
specielle støbejern adskiller sig fra de almindelige støbejern hovedsageligt i det højere indhold af legeringselementer (>3%), som fremmer mikrostrukturer med særlige egenskaber til applikationer med forhøjet temperatur, korrosionsbestandighed og slidstyrke. En klassificering af hovedtyperne af specielle støbejern er vist i Fig. 1.
Fig. 1. Klassificering af specielt højlegeret støbejern
Fig.2. Grundlæggende mikrostrukturer og forarbejdning til fremstilling af fælles kommercielle støbejern