Ковкое железо
Ковкий чугун отливается в виде белого чугуна , структура которого представляет собой метастабильный карбид в перлитной матрице. Благодаря термообработке отжигом хрупкая структура первой отливки превращается в ковкую форму. Углерод агломерируется в небольшие примерно сферические агрегаты графита, оставляя матрицу из феррита или перлита в зависимости от используемой термической обработки. В литейной промышленности признаются три основных типа ковкого чугуна: ковкий чугун с черной сердцевиной, ковкий чугун с белой сердцевиной и ковкий чугун с перлитной структурой. [1]
Ковкое железо использовалось еще в 4 веке до нашей эры, а артефакты из ковкого железа были обнаружены археологами между 4 веком до нашей эры и 9 веком нашей эры в Китае. [2] При династии Тан использование ковкого железа в Китае уменьшилось, хотя существуют артефакты из ковкого железа, датируемые 9 веком. [2] Ковкое железо упоминается в английском патенте, датированном 1670-ми годами. [3] Реомюр провел обширные исследования ковкого железа в 1720 году. Он обнаружил, что чугунные отливки, которые были слишком тверды для обработки, можно размягчить, упаковав их в железную руду .или отбить шлак и подвергнуть его воздействию высокой температуры в течение нескольких дней. Создание ковкого чугуна началось в США в 1826 году, когда Сет Бойден запустил литейный цех по производству упряжной фурнитуры и других мелких отливок. [4]
Подобно аналогичным железам с углеродом, сформированным в сферическую или узловатую форму, ковкое железо обладает хорошей пластичностью . Ковкое железо, которое некоторые ошибочно считают «старым» или «мертвым» материалом, по-прежнему занимает законное место в наборе инструментов инженера-конструктора. Ковкий чугун — хороший выбор для небольших отливок или отливок с тонким поперечным сечением (менее 0,25 дюйма, 6,35 мм). Другие виды чугуна с шаровидным графитом, изготовленные из графита сферической формы, могут быть затруднены для этих применений из-за образования карбидов при быстром охлаждении.
Ковкий чугун также обладает лучшими свойствами вязкости разрушения при низких температурах, чем другие чугуны с шаровидным графитом, из-за более низкого содержания кремния. Температура перехода из вязкого состояния в хрупкое ниже, чем у многих других сплавов ковкого железа.
Чтобы правильно сформировать сферические конкреции графита (так называемые конкреции темперированного графита или конкреции темперированного углерода) в процессе отжига, необходимо позаботиться о том, чтобы отливка из чугуна затвердевала с полностью белым поперечным сечением чугуна. Более толстые участки отливки будут остывать медленно, позволяя образоваться первичному графиту. Этот графит образует случайные чешуйчатые структуры и не превращается в карбид при термообработке. Когда к такой отливке прикладывается нагрузка, предел прочности на излом будет ниже ожидаемого для белого чугуна. Говорят, что такое железо имеет «пятнистый» вид. Некоторые контрмеры могут быть применены для улучшения образования полностью белой структуры, но литейные заводы по производству ковкого чугуна часто избегают производства тяжелых профилей.
После процессов литья и термической обработки ковкий чугун может быть подвергнут холодной обработке, такой как штамповка для операций правки, гибки или чеканки . Это возможно из-за желательного свойства ковкого железа быть менее чувствительным к скорости деформации, чем другие материалы.
