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Hierro fundido
| Hierro aleación fases |
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Austenite (γ-hierro; difícilmente) |
| Tipos de acero |
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Acero de carbón (carbón del ≤2.1%; poco aleado) |
| Otro hierro-basó los materiales |
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Hierro fundido (>carbón 2.1%) |
Hierro fundido se refiere generalmente hierro fundido gris, pero identifica a grupo grande de ferroso aleaciones, que solidifican con a eutéctico. El color de una superficie fracturada se puede utilizar para identificar una aleación. Hierro fundido blanco se nombra después de su superficie blanca cuando fracturada debido a sus impurezas del carburo que permitan que las grietas pasen derecho a través. Hierro fundido gris se nombra después de su superficie fracturada gris, que ocurre porque las escamas grafíticas desvían una grieta que pasa e inician las grietas nuevas incontables mientras que el material se rompe.
Hierro (FE) explica más de 95 %wt del material de la aleación, mientras que son los elementos de aleación principales carbón (c) y silicio (Silicio). La cantidad de carbón en arrabios es 2.1-4 %wt. Los arrabios contienen cantidades apreciables del silicio, normalmente 1-3 %wt, y por lo tanto estas aleaciones se deben considerar las aleaciones ternarias FE-C-Silicio. A pesar de esto, los principios de la solidificación del hierro fundido se entienden de binario diagrama de fase del hierro-carbón, donde punto eutéctico mentiras en el °C 1154 y 4.3 % peso de carbón. Puesto que el hierro fundido tiene casi esta composición, su temperatura que derrite del °C 1150 a 1200 es el °C cerca de 300 más bajo que el punto de fusión del hierro puro.
El hierro fundido tiende para ser frágil, a excepción de arrabios maleables. Con su punto de fusión bajo, buena fluidez, castability, manufacturabilidad excelente y resistencia de desgaste, los arrabios se han convertido en un material de la ingeniería con una amplia gama de usos, incluyendo piezas de las pipas, de la máquina y del coche.
Contenido |
Producción
El hierro fundido es hecho refundiendo hierro de cerdo, a menudo junto con cantidades substanciales de hierro de desecho y de acero del desecho, y de tomar varias medidas para quitar los contaminantes indeseables por ejemplo fósforo y sulfuro. Dependiendo del uso, el contenido del carbón y del silicio se reduce a los niveles deseados, que pueden estar dondequiera a partir la 2% a 3.5% y el 1% a el 3% respectivamente. Otros elementos entonces se agregan al derretimiento antes de que la forma final se produzca cerca bastidor.
El hierro se derrite lo más comúnmente posible en un pequeño alto horno alto conocido como cúpula (véase alto horno alto para más detalles). Después de derretir es completo, se quita el hierro fundido o ladled del forehearth del alto horno alto. Este proceso fue ideado por Chino, del que ideas innovadoras revolucionaron el campo metalurgia. Previamente, el hierro fue derretido en un horno del aire, de el cual es un tipo horno reverberatorio.
Variedades de hierro fundido
Hierro fundido gris
El silicio es esencial para la fabricación hierro fundido gris en comparación con el hierro fundido blanco. Cuando el silicio se alea con ferrita y carbón en cantidades de cerca de 2 por ciento, el carburo del hierro llega a ser inestable. El silicio hace el carbón salir rápidamente de la solución como grafito, dejando una matriz del hierro relativamente puro, suave. La vinculación débil entre los planos del grafito conduce a un colmo energía de activación para el crecimiento en esa dirección, dando por resultado escamas finas, redondas. Esta estructura tiene varias características útiles.
El metal se amplía levemente en la solidificación como los precipitados del grafito, dando por resultado bastidores agudos. El contenido del grafito también ofrece bueno corrosión resistencia.
El grafito actúa como lubricante, mejorando resistencia de desgaste. El excepcionalmente alto velocidad del sonido en grafito da a hierro fundido un mucho más alto conductividad termal. Puesto que la ferrita es tan diferente a este respecto (teniendo átomos más pesados, enlazados mucho menos firmemente) phonons tienda para dispersar en el interfaz entre los dos materiales. En términos prácticos, esto significa que el hierro fundido tiende “para humedecer” las vibraciones mecánicas (que incluyen sonido), que puede ayudar a la maquinaria para funcionar más suavemente.
Todas las características enumeraron en el párrafo sobre la facilidad el trabajar a máquina del hierro fundido gris. Los bordes agudos de las escamas del grafito también tienden a tensión del concentrado, el permitir se agrieta para formar mucho más fácilmente, para poder quitar el material mucho más eficientemente.
Una iniciación más fácil de grietas puede ser una desventaja una vez que se acabe un artículo, al menos: el hierro fundido gris tiene menos fuerza extensible y resistencia del choque que el acero. Es también difícil soldar con autógena.
Conductividad termal gris del hierro fundido alta y capacidad de calor específica se explotan a menudo para hacer cookware del hierro fundido y freno de disco rotores.
Otras aleaciones del hierro fundido
Con un contenido más bajo del silicio y más rápidamente refrescarse, el carbón adentro hierro fundido blanco precipitados fuera del derretimiento como metastable fase cementite, FE3C, más bien que grafito. El cementite que se precipita del derretimiento forma como partículas relativamente grandes, generalmente en una mezcla eutéctica donde está el austenite la otra fase (que en refrescarse pudo transformar al martensite). Estos carburos eutécticos son mucho demasiado grandes proporcionar endurecer de la precipitación (como en algunos aceros, donde los precipitados del cementite pudieron inhibir deformación plástica impidiendo el movimiento de dislocaciones a través de la matriz de la ferrita). Algo, aumentan la dureza a granel del hierro fundido simplemente en virtud sus la propia dureza muy alta y su fracción substancial del volumen, tal que la dureza a granel se puede aproximar por una regla de mezclas. En todo caso, ofrecen dureza a expensas de dureza. Puesto que el carburo compone una fracción grande del material, el hierro fundido blanco se podría razonablemente clasificar como a cermet. El hierro blanco es demasiado frágil para el uso en muchos componentes estructurales, pero con buena resistencia de la dureza y de la abrasión y costo relativamente bajo, encuentra uso en los usos tales como emerge el desgaste (impeledor y volute) de las bombas de la mezcla, trazadores de líneas de la cáscara y barras del levantador en molinos de la bola y molinos que muelen autógenos, bolas y anillos en pulverisers del carbón y (concebible?) bolas para cojinetes del balanceo-elemento y los dientes de a backhoe'cubo que cava de s (aunque los últimos dos usos utilizarían los aceros martensitic high-carbon labrados de la alta calidad y echarían normalmente los aceros martensitic del medio-carbón respectivamente).
Es difícil refrescar los bastidores gruesos bastante rápidos para solidificar el derretimiento como hierro fundido blanco completamente. Sin embargo, el refrescarse rápido se puede utilizar para solidificar una cáscara del hierro fundido blanco, después de lo cual el resto se refresca más lentamente para formar una base del hierro fundido gris. El bastidor que resulta, llamado “bastidor enfriado”, tiene las ventajas de una superficie dura y de un interior algo más resistente.
El hierro fundido blanco puede también ser hecho usando un alto porcentaje de cromo en el hierro; El Cr es un elemento de carburo-formación fuerte, así que en arriba bastantes porcentajes del cromo, la precipitación del grafito fuera del hierro se suprime. las aleaciones blancas del hierro del Alto-cromo permiten que los bastidores masivos (por ejemplo, un impeledor de 10 toneladas) sean molde de la arena, es decir, una alta tarifa que se refresca no se requiere, así como el abastecimiento de resistencia impresionante de la abrasión.
Hierro maleable comienza como bastidor blanco del hierro, de que entonces está sometido a un tratamiento térmico aproximadamente 900 °C. El grafito se separa hacia fuera mucho más lentamente en este caso, de modo que tensión de superficie tiene tiempo para formarlo en partículas esferoidales más bien que escamas. Debido a su más bajo cociente de aspecto, los esferoides son relativamente cortos y lejos de uno otro, y tienen un más bajo seccionado transversalmente en relación a una grieta o a un phonon el propagar. También tienen límites embotados, en comparación con escamas, que alivia los problemas de la concentración de la tensión hechos frente por el hierro fundido gris. Las características del hierro fundido maleable están generalmente más bién el acero suave. Hay un límite a cómo es grande una pieza se puede echar en hierro maleable, puesto que se hace del hierro fundido blanco.
Un desarrollo más reciente es nodular o hierro fundido dúctil. Cantidades minúsculas de magnesio o cerio agregado a estas aleaciones retrasaron el crecimiento de los precipitados del grafito enlazando a los bordes de los planos del grafito. Junto con el control cuidadoso de otros elementos y de la sincronización, esto permite que el carbón se separe mientras que solidifican las partículas esferoidales como el material. Las características son similares al hierro maleable pero las piezas se pueden echar con secciones más grandes.
| Nombre | Composición nominal [% por peso] | Forma y condición | Fuerza de la producción [ksi (0.2% compensaciones)] | Fuerza extensible [ksi] | Alargamiento [% (en 2 pulgadas)] | Dureza [Escala Brinell] | Aplicaciones |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hierro gris del molde (ASTM A48) | C 3.4, silicio 1.8, manganeso 0.5 | Molde | — | 25 | 0.5 | 180 | Bloques de motor, ruedas volantes, engranajes, bases de la máquina de herramientas |
| Blanco | C 3.4, silicio 0.7, manganeso 0.6 | Molde (según lo echado) | — | 25 | 0 | 450 | Superficies sustentadoras |
| Hierro maleable (ASTM A47) | C 2.5, silicio 1.0, manganeso 0.55 | Molde (recocido) | 33 | 52 | 12 | 130 | Cojinetes del árbol, ruedas de pista, cigüeñales automotores |
| Hierro dúctil o nodular | C 3.4, P 0.1, manganeso 0.4, Ni 1.0, magnesio 0.06 | Molde | 53 | 70 | 18 | 170 | Engranajes, levas, cigüeñales |
| Hierro dúctil o nodular (ASTM A339) | — | Molde (apague templado) | 108 | 135 | 5 | 310 | — |
| tipo Ni-duro 2 | C 2.7, silicio 0.6, manganeso 0.5, Ni 4.5, Cr 2.0 | Sand-cast | — | 55 | – | 550 | Fuerza |
| Ni-resista el tipo 2 | C 3.0, silicio 2.0, manganeso 1.0, Ni 20.0, Cr 2.5 | Molde | — | 27 | 2 | 140 | Resistencia al calor y a la corrosión |
Aplicaciones históricas
Porque el hierro fundido es comparativamente frágil, no es conveniente para los propósitos donde se requiere un borde o una flexibilidad agudo. Es fuerte bajo compresión, pero no bajo tensión. El hierro fundido primero fue inventado adentro China (véase también: Du Shi), y vertido en moldes para hacer las armas y los figurines. Históricamente, su cañón y tiro incluidos las aplicaciones más tempranas. En Inglaterra, ironmasters de Weald continuado produciendo éstos hasta 1760s, y ésta era la función principal del hierro industria allí después de Restauración, aunque probablemente solamente una parte de menor importancia de la industria allí anterior.
Los potes del hierro fundido fueron hechos en muchos Inglés altos hornos altos en ese período. En 1707, Abraham Darby patentó un método de deluente de los potes de la fabricación (y las calderas) y por lo tanto más baratos que podrían sus rivales. Esto significó que el suyo Coalbrookdale Los hornos llegaron a ser dominantes como surtidores de potes, una actividad en la cual fueron ensamblados en 1720s y 1730s por una pequeña cantidad de otro coque- altos hornos altos encendidos.
El desarrollo del motor de vapor por Thomas Newcomen con tal que otro mercado para el hierro fundido, puesto que esto era considerablemente más barato que latón de cuál fueron hechos los cilindros del motor originalmente. Un gran exponente del hierro fundido era Juan Wilkinson, de que entre otras cosas eche los cilindros para muchos Vatio de James's mejoró motores de vapor hasta el establecimiento del Fundición de Soho en 1795.
Puentes del hierro fundido
El uso principal del hierro fundido para los propósitos estructurales comenzó en el atrasado 1770s cuando Abraham Darby III construyó Puente del hierro, aunque las vigas cortas habían sido utilizadas antes del puente, por ejemplo en los altos hornos altos en Coalbrookdale. Esto fue seguida por otros, incluyendo Thomas Paine, que patentó uno; los puentes del hierro fundido llegaron a ser comunes como Revolución industrial paso recolectado. Thomas Telford adoptó el material para su puente contra la corriente en Buildwas, y entonces para un acueducto del canal del canal en Longdon-en-Tern en Canal de Shrewsbury. Fue seguido por el espectacular Acueducto de Chirk y el impresionante Acueducto de Pontcysyllte, que sigue siendo restauraciones recientes de siguiente funcionando. Los puentes de la viga del hierro fundido fueron utilizados extensamente por los ferrocarriles tempranos, tales como el puente de la calle del agua en el término de Manchester del Ferrocarril de Liverpool y de Manchester. Sin embargo, los problemas se presentaron cuando tal puente se derrumbó poco después abrirse en 1846. Desastre del puente de Dee fue causado por el cargamento excesivo en el centro de la viga por un tren que pasaba, y muchos puentes similares tuvieron que ser demolidos y ser reconstruidos, a menudo adentro hierro labrado. El puente había sido firmado, siendo atado con las correas del hierro labrado, que fueron pensadas incorrecto para reforzar la estructura. Sin embargo, el hierro fundido continuó siendo utilizado para la ayuda estructural, hasta Puente del carril de Tay el desastre de 1879 creó una crisis de la confianza en el material. Derrumbamientos más futuros del puente ocurrieron, sin embargo, culminando en Accidente del carril de la ensambladura de Norwood de 1891. Los millares de debajo-puentes del carril del hierro fundido fueron substituidos eventual por los equivalentes de acero.
Molinos del textil
Otro uso importante estaba adentro molinos del textil. El aire en éstos contuvo fibras inflamables del algodón, cáñamo, o lanas siendo hecho girar. Consecuentemente, molinos del textil tenía una propensión alarmante de quemarse abajo. La solución era construirlos totalmente de materiales incombustibles, y fue encontrado conveniente proveer del edificio un marco del hierro, en gran parte del hierro fundido. Esta madera inflamable substituida. El primer tal edificio estaba en Ditherington en Shrewsbury, Shropshire. Muchos otros almacenes fueron construidos usando columnas y vigas del hierro fundido, aunque había muchos derrumbamientos debido a diseños culpables, a vigas dañadas o a sobrecargar.
Durante Revolución industrial, el hierro fundido era también ampliamente utilizado para el marco y otras piezas fijas de maquinaria, incluyendo hacer girar y una maquinaria que tejía más última en los molinos del textil. El hierro fundido se convirtió en un material extenso, y muchas ciudades tenían fundiciones produciendo la maquinaria, no sólo para la industria pero también agricultura.
Vea también
Referencias
- Juan Gloag y Derek Bridgwater, Una historia del hierro fundido en arquitectura, Allen y Unwin, Londres (1948)
- Peter R Lewis, Puente ferroviario hermoso del Tay plateado: Reinvestigación del desastre del puente de Tay de 1879, Tempus (2004) ISBN 07524 3160 9
- Peter R Lewis, Desastre en el Dee: Némesis de Roberto Stephenson de 1847, Tempus (2007) ISBN 0 7524 4266 2
- George Laird, Richard Gundlach y Klaus Röhrig, Manual Abrasión-Resistente del hierro fundido, ASM internacional (2000) ISBN 0-87433-224-9
- ^ Lyon, Guillermo C. y Plisga, Gary J. (eds.) Manual estándar de la ingeniería del petróleo y del gas natural, Elsevier, 2006
Acoplamientos externos
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