Inhoud
Door ijzererts in een oven te smelten, wordt het sterker en beter smeedbaar. Metallurgen gieten het gesmolten metaal in mallen en laten het afkoelen en stollen, waardoor gietijzer ontstaat. De oventemperatuur en de materialen die aan het gesmolten ijzer worden toegevoegd, of "bindmiddelen", bepalen de exacte eigenschappen van het eindproduct. Nodulair en smeedbaar ijzer worden beide gevormd door erts te smelten, maar er zijn verschillende verschillen tussen deze twee soorten metaal.
Betekenis
Je kunt een kneedbaar materiaal in een andere vorm slaan zonder dat het barst of breekt. Een ductiel materiaal kan worden uitgerekt tot een lang, dun filament, zoals draad. Als het om ijzer gaat, zijn deze termen enigszins misleidend. Beide soorten ijzer reageren goed op hameren, bovendien kunnen ze worden uitgerekt tot filamenten; maar in het geval van nodulair gietijzer komt dit in grotere mate voor.
Ontwikkeling
De eerste vormen van gietijzer, bekend als "grijs" en "wit", bleken zeer bros te zijn en onder druk te barsten. Smeedbaar ijzer, een aanzienlijke verbetering, was gemakkelijker te vormen en minder broos. Tot 1943 bleef de dominante vorm van gietijzer bestaan, toen Keith Dwight Millis van het onderzoekslaboratorium van het Amerikaanse International Nickel Co. nodulair gietijzer ontwikkelde, een nog sterker en flexibeler metaal.
Productie
Om smeedbaar ijzer te produceren, smelten gieterijarbeiders ijzererts en koelen het snel af door het in vormen te gieten. Ze verwarmen ze tot ongeveer 100 uur tot ongeveer 926,5 graden Celsius, voordat ze langzaam afkoelen. Tijdens dit ontlaten of "gloeien" -proces voegen arbeiders hematiet erts toe. De vervaardiging van nodulair gietijzer is eenvoudiger. Terwijl gieterijarbeiders ijzererts smelten, voegen ze cerium, natrium of magnesium toe. De resulterende legering wordt in mallen gesmolten die vervolgens worden afgekoeld.
Samenstelling
Het ringproces van smeedbaar ijzer veroorzaakt de vorming van kleine onregelmatig gevormde koolstofdeeltjes. Ze geven het metaal meer sterkte en flexibiliteit dan gietijzer uit vroegere periodes. In nodulair gietijzer helpen materialen die tijdens het smelten worden toegevoegd, om meer regelmatige koolstofbollen te vormen. Deze sferoïde samenstelling geeft het metaal minder interne gebreken, waardoor het sterker is en het met meer succes kan worden gebogen, gedraaid en uitgerekt dan vervormbaar.
Gieten
Wanneer smeedbaar ijzer wordt gegoten en gevormd, trekt het aanzienlijk terug naarmate het afkoelt. Gieterijmetallurgen moeten de mal bedekken met het gesmolten erts, bekend als de "feeder", om de gewenste vorm te verkrijgen. Nodulair gietijzer trekt veel minder terug dan smeedbaar ijzer omdat het stolt in de mal. Deze afwezigheid van krimp zorgt ervoor dat nodulair gietijzer minder snel interne defecten en zwakke punten vormt die worden veroorzaakt door het gietproces dan smeedbaar ijzer.
eigendommen
Metallurgen kunnen een testmonster van 5 cm nodulair gietijzer extraheren, 18 tot 30% langer dan de oorspronkelijke lengte. Aan de andere kant is smeedbaar ijzer slechts 10% langer. Nodulair gietijzer heeft een hogere "elastische grens" dan smeedbaar ijzer, wat betekent dat het bestand is tegen hogere belastingen en hogere temperaturen. Volgens de Amerikaanse gieterij Kirkpatrick is smeedbaar ijzer echter de beste keuze als het gaat om het vormen van dunne onderdelen of platen.
Kosten
Nodulair gietijzer gebruikt minder metalen toevoer. Het vereist ook minder verwarming dan smeedbaar ijzer en verbruikt daarom minder energie. Deze overwegingen tonen aan dat het voor fabrikanten veel goedkoper is om nodulair gietijzer te produceren dan smeedbaar ijzer.
Toepassingen
Beide soorten ijzer zijn sterk, duurzaam en goed te bewerken tot nieuwe vormen. Nodulair gietijzer wordt gebruikt om buizen en auto-onderdelen te vervaardigen, zoals krukassen, vrachtwagenassen en wielnaven. Smeedbaar ijzer is heel geschikt voor situaties waarin het moet worden afgeplat en gehamerd. Metallurgen gebruiken het over het algemeen voor "smeedijzeren" voorwerpen, zoals steunen en poorten.