Cos'è la ghisa? Proprietà, composizione, preparazione e uso

Molti sono a conoscenza di materiali come la ghisa e le sue caratteristiche di resistenza. Oggi approfondiremo questa conoscenza e scopriremo cos'è la ghisa, in cosa consiste, di che tipo è e in che modo viene prodotta.

struttura

Cos'è la ghisa? È una lega di ferro, carbonio e varie impurità, grazie alle quali acquisisce le proprietà necessarie. Il materiale deve contenere almeno il 2,14% di carbonio. Altrimenti, sarà in acciaio, non in ghisa. È grazie al carbonio che la ghisa ha aumentato la durezza. Tuttavia, questo elemento riduce la duttilità e la duttilità del materiale, conferendogli fragilità.

Oltre al carbonio, la composizione della ghisa comprende necessariamente: manganese, silicio, fosforo e zolfo. Alcune marche aggiungono additivi aggiuntivi per conferire al materiale proprietà specifiche. Tra gli elementi di lega comunemente usati sono cromo, vanadio, nichel e alluminio.

Proprietà di ghisa

Il materiale ha una densità di 7,2 g / cm ³ . Per i metalli e le loro leghe, questa è una cifra abbastanza alta. La ghisa è adatta alla produzione di tutti i tipi di prodotti mediante fusione. A questo proposito, supera tutte le leghe di ferro ad eccezione di alcuni tipi di acciaio.

Il punto di fusione della ghisa è di 1200 gradi. In acciaio, questa cifra è più alta di 250-300 gradi. La ragione di ciò risiede nell'aumento del contenuto di carbonio nel ferro, che causa legami meno stretti tra gli atomi di ferro. Durante la fusione della ghisa e la sua successiva cristallizzazione, il carbonio non ha completamente il tempo di penetrare nella struttura del ferro. Pertanto, il materiale è fragile. La struttura della ghisa non consente di utilizzarla per la produzione di prodotti costantemente soggetti a carichi dinamici. Ma per cui la ghisa è l'ideale, così è per le parti che devono avere una maggiore resistenza.

reception

Ottenere la ghisa - un processo molto costoso e ad alta intensità di materiali. Per ottenere una tonnellata di lega, hai bisogno di 550 kg di coca e 900 litri di acqua. Per quanto riguarda il minerale, la sua quantità dipende dal suo contenuto di ferro. Di norma, il minerale viene utilizzato con una frazione di ferro di almeno il 70%. L'elaborazione di minerali meno ricchi è poco pratica da un punto di vista economico.

Prima di andare alla fonderia, il materiale è arricchito. Produzione di ferro nel 98% dei casi si verifica negli altiforni.

Il processo tecnologico comprende diverse fasi. Primo a altoforno Il minerale viene caricato, che contiene minerale di ferro magnetico (un composto di ossido di ferro a due e trivalente). Possono essere utilizzati anche minerali contenenti ossido di ferro o suoi sali. Oltre alle materie prime, i carboni da coke vengono immessi nel forno, necessari per creare e mantenere una temperatura elevata. Anche i prodotti di combustione del carbone come agenti riducenti del ferro sono coinvolti nelle reazioni chimiche.

Inoltre, il flusso viene alimentato al forno, che funge da catalizzatore. Accelera il processo di fusione delle rocce e il rilascio di ferro. È importante notare che prima di entrare nella fornace, il minerale deve subire un trattamento speciale. Poiché le parti più piccole si sciolgono meglio, vengono pre-schiacciate in un impianto di frantumazione. Quindi il minerale viene lavato per eliminare le impurità che non contengono metallo. Quindi la materia prima viene essiccata e infornata in forni. A causa della tostatura, lo zolfo e altri elementi estranei vengono rimossi da esso.

Dopo che il forno è completamente carico, inizia la seconda fase di produzione. Quando i bruciatori sono in funzione, la coca cola gradualmente le materie prime. Questo rilascia carbonio, che reagisce con l'ossigeno e forma un ossido. Quest'ultimo partecipa attivamente alla riduzione del ferro dai composti del minerale. Quanto più gas si accumula nella fornace, tanto più lenta è la reazione. Raggiunta la proporzione desiderata, la reazione si arresta del tutto. L'eccesso di gas in seguito serve da combustibile per mantenere la temperatura richiesta nel forno. Questo metodo ha diversi punti di forza. In primo luogo, consente di ridurre i costi del carburante, riducendo il costo del processo di produzione. E, in secondo luogo, i prodotti della combustione non entrano nell'atmosfera, inquinandolo, ma continuano a partecipare alla produzione.

Il carbonio in eccesso viene miscelato con il fuso e assorbito dal ferro. Quindi risulta in ghisa. Le impurità che non si sono sciolte galleggiano sulla superficie della miscela e vengono rimosse. Si chiamano scorie. Le scorie vengono utilizzate nella produzione di alcuni materiali. Quando tutte le particelle in eccesso vengono rimosse dal fuso, vengono aggiunti additivi speciali.

specie

Cos'è la ghisa e come ottenerla, abbiamo già capito, ora affrontiamo la classificazione di questo materiale. Il procedimento sopra descritto produce ghisa e ferro da fonderia.

La ghisa è usata in produzione di acciaio sul percorso del convertitore di ossigeno. Questa specie ha un basso contenuto di silicio e manganese nella lega. La ghisa per fonderia viene utilizzata nella produzione di tutti i tipi di prodotti. È diviso in cinque tipi, ognuno dei quali sarà considerato separatamente.

bianco

Questa lega è caratterizzata dal contenuto di carbonio in eccesso sotto forma di carburo o cementite. Il nome di questa specie è stato dato per il colore bianco al posto della spaccatura. Il contenuto di carbonio di questo ferro di solito supera il 3%. La ghisa bianca ha un'elevata fragilità e fragilità, quindi viene utilizzata in modo limitato. Questo tipo viene utilizzato per la produzione di parti di una semplice configurazione che eseguono funzioni statiche e non trasportano carichi pesanti.

Grazie all'aggiunta di additivi leganti alla composizione del ferro bianco, è possibile migliorare i parametri tecnici del materiale. A tale scopo, il cromo o il nichel sono usati più spesso, meno spesso il vanadio o l'alluminio. Marchio con questo tipo di additivi chiamato "sorma". È utilizzato in vari dispositivi come elemento riscaldante. Sormit ha un alto resistività e funziona bene a temperature non superiori a 900 gradi. L'uso più comune di ferro bianco - la produzione di bagni domestici.

grigio

Questo è il tipo più comune di ghisa. Ha trovato applicazione in varie aree dell'economia nazionale. Nel ferro grigio, il carbonio è rappresentato da perlite, grafite o ferrite-perlite. In questa lega, il contenuto di carbonio è di circa il 2,5%. Per quanto riguarda la ghisa, questo materiale ha un'elevata resistenza, quindi viene utilizzato nella produzione di parti che ricevono un carico ciclico. La ghisa grigia rende boccole, staffe, ingranaggi e alloggiamenti di attrezzature industriali.

Grazie alla grafite, la ghisa grigia riduce l'attrito e migliora la lubrificazione. Pertanto, le parti in ghisa grigia sono altamente resistenti a questo tipo di usura. Quando si opera in ambienti particolarmente aggressivi, nel materiale vengono introdotti additivi aggiuntivi per livellare l'impatto negativo. Questi includono: molibdeno, nichel, cromo, boro, rame e antimonio. Questi elementi proteggono la ghisa grigia dalla corrosione. Inoltre, alcuni di essi aumentano la grafitizzazione del carbonio libero nella lega. Questo crea una barriera protettiva che impedisce agli elementi distruttivi di raggiungere la superficie in ghisa.

screziato

Il materiale intermedio tra le prime due varietà è metà ghisa. Il carbonio contenuto in esso è rappresentato sotto forma di grafite e carburo in proporzioni approssimativamente uguali. Inoltre, in tale lega, la liteburite (non più del 3%) e la cementite (non più dell'1%) possono essere presenti in piccole quantità. Il contenuto di carbonio totale nel mezzo ferro varia dal 3,5 al 4,2%. Questo tipo viene utilizzato per la produzione di parti che funzionano in condizioni di attrito costante. Questi includono pastiglie dei freni per autoveicoli, così come rulli per rettificatrici. Per un ulteriore aumento della resistenza all'usura, alla lega vengono aggiunti tutti i tipi di additivi.

malleabile

Questa lega è un tipo di ferro bianco, che è sottoposto a tostatura speciale ai fini della grafitizzazione del carbonio libero. Rispetto all'acciaio, tale ghisa ha migliorato le proprietà smorzate. Inoltre, non è così sensibile ai tagli e funziona bene in condizioni di bassa temperatura. In una simile ghisa, la frazione di massa del carbonio non supera il 3,5%. Nella lega viene presentato sotto forma di ferrite, perlite granulare, contenente inclusioni di grafite o di ferrite-perlite. Il ferro duttile, così come la metà, è utilizzato principalmente nella produzione di componenti che operano in condizioni di attrito continuo. Per migliorare le caratteristiche prestazionali del materiale nella lega aggiungere magnesio, tellurio e boro.

Ad alta resistenza

Questo tipo di ghisa è ottenuto grazie alla formazione di inclusioni di grafite sferica nel reticolo metallico. Per questo motivo, la base in metallo reticolo cristallino si indebolisce e la lega acquisisce proprietà meccaniche migliorate. La formazione di grafite sferica si verifica a causa dell'introduzione di magnesio, ittrio, calcio e cerio nel materiale. La ghisa ad alta resistenza è vicina nei suoi parametri all'acciaio ad alto tenore di carbonio. Si presta bene alla fusione e può sostituire completamente le parti in acciaio dei meccanismi. A causa dell'elevata conduttività termica di questo materiale può essere utilizzato per la fabbricazione di condotte e dispositivi di riscaldamento.

Difficoltà del settore

Ad oggi, la ghisa ha prospettive dubbie. Il fatto è che a causa dell'alto livello dei costi e di una grande quantità di rifiuti, gli industriali sempre più spesso rifiutano la ghisa a favore di sostituti economici. Grazie al rapido sviluppo della scienza, è stato a lungo possibile ottenere materiali migliori a costi inferiori. Un ruolo serio in questa materia è giocato dalla protezione ambientale, che non accetta l'uso di altiforni. Ci vogliono anni, se non decenni, per convertire completamente la fusione del ferro in forni elettrici. Perché così tanto tempo? Perché è molto costoso, e non tutti gli stati possono permetterselo. Pertanto, rimane solo da attendere fino a quando la produzione di massa di nuove leghe è migliorata. Ovviamente, interrompere completamente l'uso industriale del ferro nel prossimo futuro non funzionerà. Ma è ovvio che la scala della sua produzione cadrà ogni anno. Questa tendenza è iniziata 5-7 anni fa.

conclusione

Avendo affrontato la domanda: "Cos'è la ghisa?", Si possono fare diverse conclusioni. Innanzitutto, la ghisa è una lega di ferro, carbonio e additivi. In secondo luogo, ha sei tipi. In terzo luogo, la ghisa è un materiale molto utile e versatile, quindi per lungo tempo la sua costosa produzione è stata opportuna. In quarto luogo, ad oggi, la ghisa è già considerata una reliquia del passato e sta sistematicamente perdendo la sua posizione verso materiali più affidabili e meno costosi.