termen gjutjärn, som termen stål, identifierar en stor familj av järnlegeringar. Gjutjärn är flerkomponent järnlegeringar. De innehåller stora (järn, kol, kisel), mindre (0,01%) element.
gjutjärn har högre kol-och kiselinnehåll än stål. På grund av det högre kolinnehållet uppvisar strukturen av gjutjärn, i motsats till stål, en rik kolfas. Beroende främst på sammansättning, kylhastighet och smältbehandling kan gjutjärn stelna enligt det termodynamiskt metastabila Fe-Fe3C-systemet eller det stabila Fe-Gr-systemet.
när den metastabila vägen följs är den rika kolfasen i eutektiken järnkarbiden; när den stabila stelningsvägen följs är den rika kolfasen grafit. Med hänvisning endast till det binära Fe-Fe3C-eller Fe-Gr-systemet kan gjutjärn definieras som en järn-kollegering med mer än 2% C. Viktigt meddelande är att kisel och andra legeringselement kan avsevärt ändra den maximala lösligheten av kol i austenit (g). Därför kan legeringar med mindre än 2% C i undantagsfall stelna med en eutektisk struktur och tillhör därför fortfarande familjen gjutjärn.
bildandet av stabil eller metastabil eutektisk är en funktion av många faktorer inklusive vätskans kärnpotential, kemiska sammansättning och kylhastighet. De två första faktorerna bestämmer grafitiseringspotentialen hos järnet. En hög grafitiseringspotential kommer att resultera i strykjärn med grafit som den rika kolfasen, medan en låg grafitiseringspotential kommer att resultera i strykjärn med järnkarbid.
de två grundläggande typerna av eutektik-stabil austenit-grafit eller metastabil austenit-järnkarbid (Fe3C) – har stora skillnader i deras mekaniska egenskaper, såsom styrka, hårdhet, seghet och duktilitet. Därför är den grundläggande omfattningen av metallurgisk bearbetning av gjutjärn att manipulera eutektikens Typ, Mängd och morfologi för att uppnå de önskade mekaniska egenskaperna.
klassificering
historiskt var den första klassificeringen av gjutjärn baserad på dess fraktur. Två typer av järn erkändes ursprungligen:
- vitt järn: uppvisar en vit, kristallin sprickyta eftersom fraktur uppträder längs järnkarbidplattorna; det är resultatet av metastabil stelning (Fe3C eutektisk)
- gråjärn: uppvisar en grå sprickyta eftersom fraktur uppträder längs grafitplattorna (flingor); det är resultatet av stabil stelning (Gr eutektisk).
med tillkomsten av metallografi, och när kunskapskroppen som är relevant för gjutjärn ökade, blev andra klassificeringar baserade på mikrostrukturella egenskaper möjliga:
- Grafitform: lamellär (flake) grafit (FG), sfäroidal (nodulär) grafit (SG), komprimerad (vermikulär) grafit (CG) och temperera grafit (TG); temperera grafit resultat från ? solid state-reaktion (malleabilisering.)
- matris: ferritisk, pärlitisk, austenitisk, martensitisk, bainitisk (austempered).
denna klassificering används sällan av golvet foundryman. Den mest använda terminologin är den kommersiella. En första division kan göras i två kategorier:
- vanliga gjutjärn: för allmänna tillämpningar är de olegerade eller låglegerade
- speciella gjutjärn: för speciella applikationer, i allmänhet höglegerade.
korrespondensen mellan kommersiell och mikrostrukturell klassificering, liksom det slutliga bearbetningssteget för att erhålla vanliga gjutjärn, ges i Fig. 2.
speciella gjutjärn skiljer sig från de vanliga gjutjärnen huvudsakligen i det högre innehållet av legeringselement (>3%), vilket främjar mikrostrukturer med speciella egenskaper för applikationer med förhöjd temperatur, korrosionsbeständighet och slitstyrka. En klassificering av huvudtyperna av specialgjutjärn visas i Fig. 1.
Fig. 1. Klassificering av speciellt höglegerat gjutjärn
Fig.2. Grundläggande mikrostrukturer och bearbetning för att erhålla vanliga kommersiella gjutjärn