Heb je je ooit afgevraagd wat de fascinerende wereld van gietijzer is? In deze blogpost duiken we in de verschillende soorten gietijzer en verkennen we hun unieke eigenschappen en toepassingen. Als ervaren werktuigbouwkundig ingenieur deel ik mijn inzichten en kennis om je te helpen de complexiteit van dit veelzijdige materiaal te begrijpen. Aan het einde van dit artikel zul je een beter inzicht hebben in de verschillende classificaties en benamingen van gietijzer en hoe ze in verschillende industrieën worden gebruikt.
Gietijzer is een ijzer-koolstoflegering met een koolstofgehalte variërend van 2,5% tot 4%, meestal meer dan 2,11%. Het is samengesteld uit verschillende componenten, waaronder ijzer, koolstof en silicium, en kan ook onzuiverheden bevatten zoals mangaan, zwavel en fosfor, die meer voorkomen dan in koolstofstaal.
De soorten gietijzer worden voornamelijk ingedeeld op basis van de vorm van de koolstof en de morfologie van het aanwezige grafiet. Hieronder volgen de belangrijkste soorten gietijzer:
Wit gietijzer: Koolstof bestaat in de vorm van cementiet (Fe3C) en het breukvlak is zilverwit. Het is bros en wordt zelden alleen gebruikt. Wit gietijzer is een tussenproduct voor de vervaardiging van smeedbaar gietijzer en koud gietijzer met een oppervlaktelaag van wit gietijzer wordt vaak gebruikt voor rollen.
Grijs gietijzer: Alle of de meeste koolstof bestaat in de vorm van grafiet, dat vlokkig is. Dit type ijzer heeft verschillende toepassingen afhankelijk van de vorm van het grafiet, zoals gewoon grijs gietijzer (vlokkig grafiet) en vermiculair gietijzer (wormvormig grafiet).
Smeedbaar gietijzer: Het grafiet bestaat in een vlokvorm, die wordt verkregen door wit gietijzer van een bepaalde samenstelling gedurende lange tijd bij hoge temperaturen te gloeien. De mechanische eigenschappen, vooral taaiheid en plasticiteit, zijn hoger dan die van grijs gietijzer.
Kneedbaar gietijzer: Het grafiet bestaat in een bolvorm, verkregen door het sferoïdiseren voor het gieten van het gesmolten ijzer. Dit type ijzer heeft niet alleen betere mechanische eigenschappen dan grijs gietijzer en smeedbaar gietijzer, maar het fabricageproces is ook eenvoudiger dan dat van smeedbaar gietijzer. Bovendien kunnen de mechanische eigenschappen nog worden verbeterd door een warmtebehandeling.
Vermiculair gietijzer: Het grafiet bestaat in een wormachtige vorm en heeft goede mechanische en verwerkingseigenschappen.
Gelegeerd gietijzer: Om de mechanische of fysische en chemische eigenschappen van gietijzer te verbeteren, kan een bepaalde hoeveelheid legeringselementen worden toegevoegd om gelegeerd gietijzer te verkrijgen. Dit type ijzer omvat een verscheidenheid aan corrosiebestendig, hittebestendig en slijtvast speciaal gelegeerd gietijzer.
Volgens de verschillende vormen van koolstof in gietijzer, kan gietijzer worden onderverdeeld in:
1. Wit gietijzer
In gietijzer bestaat koolstof voornamelijk als cementiet, met slechts een kleine hoeveelheid opgelost in ferriet.
Het breukvlak ziet er zilverwit uit, vandaar dat het bekend staat als wit gietijzer.
Tegenwoordig wordt wit gietijzer voornamelijk gebruikt als grondstof in de staalproductie en als basis voor de productie van smeedbaar gietijzer.
2. Grijs gietijzer
In gietijzer bestaat de meeste of alle koolstof als vlokvormig grafiet en de breuk vertoont een donkergrijze kleur. Daarom wordt het aangeduid als grijs gietijzer.
3. Mottled gietijzer
In gietijzer bestaat een deel van de koolstof als grafiet, net als grijs gietijzerterwijl het andere deel bestaat als vrij cementiet, vergelijkbaar met wit gietijzer.
Hierdoor vertoont het breukvlak zowel zwarte als witte vlekken, waardoor het de naam "gevlekt gietijzer" krijgt.
Helaas is dit type gietijzer ook hard en bros, waardoor het zelden wordt gebruikt in industriële toepassingen.
Volgens de verschillende vormen van grafiet in gietijzer, kan gietijzer worden onderverdeeld in:
In grijs gietijzer bestaat de koolstof als vlokvormig grafiet.
Kneedbaar gietijzer wordt verkregen door gloeien wit gietijzer van een specifieke samenstelling gedurende langere tijd bij hoge temperaturen. Als gevolg daarvan bestaat de koolstof in smeedbaar gietijzer in een vlokvorm.
Dit type gietijzer heeft betere mechanische eigenschappen, vooral op het gebied van taaiheid en plasticiteit, dan grijs gietijzer, vandaar de naam "smeedbaar gietijzer".
In gietijzer bestaat de koolstof in de vorm van bolvormig grafiet.
Dit wordt bereikt door een sferoïdiserende behandeling voorafgaand aan de gietproces.
Dit type gietijzer heeft superieure mechanische eigenschappen in vergelijking met grijs gietijzer en smeedbaar gietijzer. Bovendien is het productieproces eenvoudiger dan dat van smeedbaar gietijzer en kunnen de mechanische eigenschappen nog worden verbeterd door een warmtebehandeling. Daarom wordt het steeds vaker in de productie gebruikt.
Gietijzer is een ijzer-koolstoflegering die meer dan 2,1% koolstof bevat.
Het wordt geproduceerd door gietijzer (een component van ruwijzer voor de staalproductie) opnieuw te smelten in een oven en de samenstelling aan te passen door ferrolegeringen, schrootstaal en gerecycled ijzer toe te voegen.
Het belangrijkste verschil tussen gietijzer en ruwijzer is dat gietijzer een secundaire bewerkingsstap ondergaat, en het grootste deel wordt gegoten in ijzeren gietstukken.
Gietijzer hebben uitstekende gieteigenschappen en kunnen in complexe vormen worden gegoten. Ze zijn ook goed machinaal te bewerken en staan bekend om hun slijtvastheid, schokabsorptie en lage kosten.
Codes van gietijzer bestaan uit de eerste letter van het Chinese alfabet en geven de specifieke kenmerken aan.
Wanneer twee gietijzeren namen dezelfde codeletter hebben, kunnen ze van elkaar worden onderscheiden door kleine letters toe te voegen na de hoofdletter.
Voor gietijzer met dezelfde naam dat verder moet worden geclassificeerd, wordt de eerste letter van de Chinese Pinyin die de kenmerken van de subklasse weergeeft, aan het einde toegevoegd.
Beschrijving van naam, code en merk van het gietijzer:
| Gietijzeren naam | Code /Graad | Voorbeeld van representatiemethode |
| Grijs gietijzer | HT | HT100 |
| Vermiculair grafietgietijzer | RuT | RuT400 |
| Nodulair gietijzer | QT | QT400-17 |
| Gietijzer met zwart hart | KHT | KHT300-06 |
| Wit smeedbaar gietijzer | KBT | KBT350-04 |
| Parelitisch smeedbaar gietijzer | KZT | KZT450-06 |
| Slijtvast gietijzer | MT | MT Cu1PTi-150 |
| Slijtvast wit gietijzer | KmBT | KmBTMn5Mo2Cu |
| Slijtvast nodulair gietijzer | KmQT | KmQTMn6 |
| Gekoeld gietijzer | LT | LTCrMoR |
| Corrosiebestendig gietijzer | ST | STSi15R |
| Corrosiebestendig nodulair gietijzer | SQT | SQTAl15Si5 |
| Hittebestendig gietijzer | RT | RTCr2 |
| Hittebestendig nodulair gietijzer | RQT | RQTA16 |
| Austenitisch gietijzer | AT | —- |
Opmerking: Een reeks getallen volgend op de code in de kwaliteit geeft de treksterktewaarde aan.
Als er twee reeksen getallen zijn, staat de eerste reeks voor de treksterkte en de tweede reeks voor de rekwaarde.
Deze twee reeksen getallen worden gescheiden door een "één".
Gelegeerde elementen worden weergegeven met internationale elementensymbolen. Als de inhoud gelijk is aan of groter is dan 1%, wordt deze weergegeven als een geheel getal. Als de inhoud kleiner is dan 1%, wordt dit meestal niet aangegeven.
Gewone elementen zoals C, Si, Mn, S en P zijn meestal niet gemarkeerd. Hun elementsymbolen en inhoud worden alleen gemarkeerd als ze een specifiek doel dienen.
In wit gietijzer bestaat alle koolstof in de vorm van permeating carbon (Fe3C), wat resulteert in een helder wit breukvlak.
Daarom wordt het wit gietijzer genoemd.
Door de hoge concentratie van hard en bros Fe3C heeft wit gietijzer echter een hoge hardheid, maar is het ook zeer bros en moeilijk te bewerken.
Daarom wordt het niet vaak direct gebruikt in industriële toepassingen, met uitzondering van enkele toepassingen die slijtvastheid zonder impact vereisen, zoals draadtrekmatrijzen en ijzeren kogels voor kogelmolens.
In plaats daarvan wordt het voornamelijk gebruikt als grondstof voor de productie van staal en smeedbaar gietijzer.
In gietijzer bestaat de meeste of alle koolstof als velvormig grafiet in vrije toestand, wat resulteert in een grijs breukvlak.
Grijs gietijzer heeft goede castingeigenschappen, is gemakkelijk te bewerken, heeft een goede slijtvastheid, eenvoudige smelt- en batchingprocessen en lage kosten, waardoor het op grote schaal wordt gebruikt voor de productie van gietstukken met complexe structuren en slijtvaste onderdelen.
Grijs gietijzer kan op basis van de matrixstructuur worden onderverdeeld in grijs gietijzer op ferrietbasis, grijs gietijzer op perlietferrietbasis en grijs gietijzer op perlietbasis.
Door de aanwezigheid van grafietvlokken heeft grijs gietijzer een lage dichtheid, sterkte, hardheid en geen plasticiteit en taaiheid.
De aanwezigheid van dit grafiet is vergelijkbaar met de aanwezigheid van veel kleine inkepingen op het stalen substraat, waardoor het draagvlak kleiner wordt en het aantal scheuren toeneemt, wat resulteert in lage sterkte en slechte taaiheid in grijs gietijzer, waardoor het ongeschikt is voor drukverwerking.
Om de eigenschappen te verbeteren worden bepaalde inoculanten zoals ferrosilicium en calciumsilicaat toegevoegd aan het gesmolten ijzer voor het gieten om de parelietmatrix te verfijnen.
Smeedbaar gietijzer wordt gemaakt van een basis van wit gietijzer dat wordt gegoten van een ijzer-koolstoflegering met een laag koolstof- en siliciumgehalte. Na het ondergaan van langdurige hoge temperatuur gloeienvalt het cementiet uiteen in clusters vlokkig grafiet, wat resulteert in een soort gegrafitiseerd wit gietijzer.
Smeedbaar gietijzer kan op basis van de microstructuur na warmtebehandeling in twee soorten worden verdeeld: zwart smeedbaar gietijzer en parelmoer smeedbaar gietijzer. De structuur van smeedbaar gietijzer met zwarte kern is voornamelijk ferriet (F) met vlokkig grafiet, terwijl de structuur van smeedbaar gietijzer met parelmoer voornamelijk parelmoer (P) matrix is met vlokkig grafiet.
Het derde type is smeedbaar gietijzer met witte kern, waarvan de structuur afhangt van de doorsnede. Bij kleine doorsneden is de matrix ferriet, terwijl bij grotere doorsneden het oppervlak ferriet is met in het midden pareliet en uitgegloeide koolstof.
Inoculatiegietijzer wordt geproduceerd wanneer het grafiet fijn en gelijkmatig verdeeld wordt na een inoculatiebehandeling.
Voordat het gesmolten ijzer (nodulair ruwijzer) wordt gegoten, wordt een sferoïdiserend middel, meestal gemaakt van ferrosilicium of magnesium, toegevoegd om het grafiet in het gietijzer te sferoïderen. De toevoeging van het sferoïdiseringsmiddel verbetert de treksterkte aanzienlijk, treksterkteplasticiteit en slagvastheid van nodulair gietijzer. Dit komt doordat de koolstof (grafiet) in de gietijzermatrix bolvormig is, waardoor het splijtende effect op de matrix verbetert.
Nodulair gietijzer heeft verschillende voordelen, waaronder slijtvastheid, schokabsorptie, goede procesprestaties en lage kosten. Deze voordelen hebben geleid tot het wijdverspreide gebruik ter vervanging van smeedbaar gietijzer en sommige gietstalen en gesmede stalen onderdelen, zoals krukassen, drijfstangen, rollen en achterassen van auto's.
Veel voorkomende legeringselementen in gelegeerd gietijzer zijn silicium, mangaan, fosfor, nikkel, chroom, molybdeen, koper, aluminium, boor, vanadium, titanium, antimoon en tin. Deze elementen verbeteren de prestaties van gietijzer via verschillende mechanismen:
Bovendien kan de toevoeging van legeringselementen de interne structuur van gietijzer veranderen, wat tot nieuwe faseveranderingen leidt en zo de procesprestaties verbetert, zoals thermoplasticiteit, koude vervormbaarheid, bewerkbaarheid, hardbaarheid en lasbaarheid. Zo bevorderen silicium en koolstof samen de grafitisering, waardoor de compactheid en taaiheid van de gietstukken worden verbeterd, de neiging tot witte mond wordt verminderd, austeniet wordt gestabiliseerd en grafiet en pareliet worden verfijnd.
Door de mechanische eigenschappen, slijtvastheid, oxidatiebestendigheid en corrosiebestendigheid van gietijzer te verbeteren, verbeteren de legeringselementen de algemene prestaties van gelegeerd gietijzer.
Wit gietijzer, genoemd naar het zilverwitte breukvlak, is een type gietijzer waarbij tijdens het kristallisatieproces geen grafiet neerslaat. Dit type gietijzer heeft een grote hoeveelheid vrij cementiet in de structuur, wat resulteert in een hoge hardheid (meestal boven HB500), maar het is ook erg bros. Door de hoge hardheid en slijtvastheid, samen met de lage kosten, is wit gietijzer een goede keuze voor slijtvaste toepassingen, ondanks het feit dat het als te bros wordt beschouwd voor veel structurele componenten.
De belangrijkste toepassingsgebieden van wit gietijzer zijn slijtvaste onderdelen zoals landbouwgereedschap, maalkogels, onderdelen van kolenmolens, bladen van straalmachines, onderdelen van slurrypompen, gietzandbuizen en de buitenste laag van koude harde walsrollen. Daarnaast wordt het gebruikt als grondstof voor de productie van staal en als basis voor de productie van smeedbaar gietijzer. Specifiek wordt wit gietijzer van mangaan-wolfraam en wit gietijzer van wolfraam-chroom gebruikt voor onderdelen die mechanisch bewerkt moeten worden en voor omstandigheden met grote schokbelastingen, slijtage door schuren onder lage spanning en slijtage door slijpen onder hoge spanning.
Wat de prestatiekenmerken betreft, is wit gietijzer hard en bros, niet gemakkelijk te bewerken en wordt het zelden rechtstreeks gebruikt voor het gieten van onderdelen. De koolstof bestaat volledig in de vorm van cementiet (Fe3C), waardoor het betere mechanische eigenschappen heeft dan grijs gietijzer en smeedbaar gietijzer, en het productieproces is relatief eenvoudig. Door zijn brosheid is wit gietijzer echter niet bestand tegen koude of hete bewerking en kan het alleen direct worden gebruikt als gietijzer.
Wit gietijzer, met zijn hoge hardheid en slijtvastheid, speelt een belangrijke rol in specifieke toepassingsscenario's, hoewel zijn brosheid de toepassing in een breder bereik beperkt.
De specifieke verschillen in mechanische eigenschappen tussen grijs gietijzer en smeedbaar gietijzer komen voornamelijk tot uiting in de volgende aspecten:
Grafietmorfologie: Het grafiet in grijs ijzer is vlokvormig, terwijl het grafiet in smeedbaar ijzer wormvormig is. Dit verschil in grafietmorfologie leidt tot verschillen in hun mechanische eigenschappen. Vlokgrafiet geeft grijs ijzer een bepaalde mate van brosheid, terwijl wormachtig grafiet de taaiheid van het materiaal helpt verbeteren.
Mechanische eigenschappen: Door het verschil in grafietmorfologie zijn de mechanische eigenschappen van smeedbaar gietijzer meestal beter dan die van grijs gietijzer. De mechanische eigenschappen van smeedbaar gietijzer liggen tussen nodulair gietijzer en grijs gietijzer in, wat betekent dat het sterker is dan grijs gietijzer, maar niet zo sterk als nodulair gietijzer.
Gietprestaties: De gietprestaties van smeedbaar gietijzer liggen tussen die van grijs gietijzer en nodulair gietijzer in. Dit geeft aan dat smeedbaar gietijzer een goed aanpassingsvermogen en flexibiliteit in het gietproces heeft, zodat het aan de eisen van verschillende toepassingsscenario's kan voldoen.
Gevoeligheid voor chemische samenstelling: Vergeleken met grijs gietijzer heeft smeedbaar gietijzer een kleinere invloed op de mechanische eigenschappen wanneer het koolstof- en siliciumgehalte verandert van hypoeutectisch naar eutectisch. Dit betekent dat smeedbaar gietijzer flexibeler is in het aanpassen van de chemische samenstelling om de prestaties te optimaliseren.
Mogelijkheid tot warmtebehandeling: Smeedbaar gietijzer kan verschillende warmtebehandelingen ondergaan, waaronder isothermisch afschrikken, wat de mogelijkheid biedt om de mechanische eigenschappen verder te verbeteren door warmtebehandeling.
De invloed van het gloeiproces op de mechanische eigenschappen van smeedbaar gietijzer kan op de volgende manieren worden gekwantificeerd:
Verbetering in sterkte en plasticiteit: Door een grafitisatiegloeibehandeling kan smeedbaar gietijzer een hogere sterkte, plasticiteit en slagvastheid bereiken, waardoor het tot op zekere hoogte koolstofstaal kan vervangen. Vergeleken met grijs gietijzer heeft smeedbaar gietijzer een betere sterkte en plasticiteit, vooral de slagvastheid bij lage temperaturen.
Verbeterde slijtvastheid en trillingsdemping: De slijtvastheid en trillingsdemping van smeedbaar gietijzer overtreffen gewoon koolstofstaal, een gevolg van de specifieke microstructuur en chemische samenstelling. Optimalisatie tijdens het gloeiproces kan deze eigenschappen verder verbeteren.
Verkorting van productiecycli en vermindering van energieverbruik: Verbeteringen in het gloeiproces, zoals het aanpassen van het koolstof- en siliciumgehalte en het toevoegen van elementen zoals bismut, boor en aluminium voor modificatiebehandeling, kunnen niet alleen de gloeicyclus verkorten, maar ook de productkwalificatie verhogen zonder de mechanische prestaties op te offeren. Daarnaast heeft onderzoek naar snelle gloeiprocessen aangetoond dat het optimaliseren van de gloeicondities het energieverbruik en de milieuvervuiling effectief kan verminderen.
Toename van de grafitisatiegraad: Tijdens het gloeiproces ondergaat het eutectische cementiet in wit gietijzer grafitisering, een proces dat cruciaal is voor het verbeteren van de taaiheid en plasticiteit van smeedbaar gietijzer. Het optimaliseren van het grafitisatiegloeiproces helpt de mechanische eigenschappen van het gietstuk te verbeteren.
Verhoogde breuktaaiheid: Het voorverwarmingsproces en de microstructuur hebben een aanzienlijk effect op de breuktaaiheid van smeedbaar gietijzer. Door de gloeitijd en andere relevante procesparameters te optimaliseren, kan de breuktaaiheid van smeedbaar gietijzer effectief worden verbeterd, wat cruciaal is voor het verbeteren van de levensduur en betrouwbaarheid.
Het sferoïdiseringsproces van nodulair gietijzer bestaat voornamelijk uit sferoïdiseren en inoculeren, waardoor bolvormig grafiet wordt verkregen. Deze behandelingsmethode vermindert effectief het breukeffect van grafiet op de matrix, waardoor de mechanische eigenschappen van gietijzer aanzienlijk verbeteren, waaronder plasticiteit, taaiheid en sterkte. De sferoïdische behandeling zorgt ervoor dat het grafiet in het gietijzer een bolvorm krijgt. Deze structuur, vergeleken met traditioneel vlok- of vlokvormig grafiet, is bevorderlijker voor het verminderen van spanningsconcentratie in het materiaal, waardoor de algehele prestaties verbeteren.
De specifieke rol van het sferoïdiseren ligt in het verbeteren van de microstructuur van gietijzer, wat leidt tot een gelijkmatigere verdeling van grafiet en het risico op scheuren en breuken door spanningsconcentratie tijdens het gebruik vermindert. Bovendien verbetert de aanwezigheid van bolvormig grafiet de slijtvastheid en trillingsdemping van gietijzer, wat vooral belangrijk is voor toepassingen die bestand moeten zijn tegen hoge belastingen en complexe spanningsomstandigheden. In onderdelen zoals krukassen van krachtmachines wordt nodulair gietijzer bijvoorbeeld veel gebruikt vanwege de uitstekende uitgebreide eigenschappen.
Het sferoïdiseringsproces van nodulair gietijzer, waarbij de vorm van grafiet wordt veranderd, verbetert niet alleen de plasticiteit, taaiheid en sterkte van gietijzer, maar helpt ook de slijtvastheid en trillingsdemping te verbeteren, waardoor de mechanische prestaties tot op zekere hoogte verbeteren. Deze verbeteringen maken nodulair gietijzer tot een materiaal met hoge sterkte, goede taaiheid en plasticiteit. De uitgebreide prestaties liggen dicht bij die van staal, waardoor het geschikt is voor diverse technische toepassingen die complexe spanningen, hoge sterkte en goede taaiheid vereisen.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO