Przeczytaj
Co to jest żeliwo?
Żeliwo jest to stop żelaza z węglem, zawierający od 2,11% do 6,67% masowych węgla, a także inne dodatki, takie jak: mangan, krzem, wapń czy fosfor. Temperatura topnienia czystego żelaza wynosi 1535°C. Zawartość węgla w żeliwie przekracza wartość 2% i obniża temperaturę topnienia o około 300°C. W zależności od procesu produkcji, węgiel występuje jako:
cementyt, czyli węglik żelaza o wzorze , występujący w żeliwie białym,
grafitgrafit, występujący w żeliwie szarym.
Stal również jest stopem żelaza z węglem, ale zawartość masowa węgla w stopie nie może przekroczyć 2,11%.
Produkcja żeliwa
Żeliwo otrzymuje się klasycznie podobnie jak stal w wielkich piecachwielkich piecach, w których rudy żelaza, składające się głównie z tlenków żelaza – magnetytu i hematytu , są prażone z koksem (węglem). Tlenki żelaza ulegają redukcji do czystego żelaza, a głównym czynnikiem redukującym jest tlenek węgla(II).
W pierwszym etapie węgiel jest spalany:
Wytworzony tlenek węgla(II) reaguje z tlenkami żelaza:
Ilość węgla wykorzystywana do produkcji żeliwa zależy od stopnia zanieczyszczenia rud żelaza, które mogą zawierać dodatkowe pierwiastki:
(Kliknij na poniższe zakładki, aby dowiedzieć się więcej.)
Finalna zawartość węgla w żeliwie uzależniona jest od żądanych właściwości mechanicznych końcowego stopu (zazwyczaj w granicy 2‑3%). Żeliwo możemy podzielić na dwa typy: szare i białe.
Żeliwo szare
Żeliwo szare zawdzięcza swoją nazwę szaremu kolorowi przełomuprzełomu stopu. Powolny proces chłodzenia sprawia, że krystalizuje się w nim grafit. W żeliwie szarym węgiel występuje w postaci grafitu, który jest odpowiedzialny za szare zabarwienie stopu. Zawiera duży procent krzemu oraz mały manganu. Wykorzystuje się go do wykonywania odlewów, ponieważ dobrze wypełnia formy, a przy krzepnięciu niewiele się kurczy (o około 1%) i jest łatwy w obróbce. Dzięki swoim właściwościom stosowany jest do wyrobu:
pomp;
sprężarek;
drzwiczek paleniskowych;
płyt kuchennych;
garnków;
piecyków;
grzejników.
W 1779 roku nad rzeką Severn (Wielka Brytania) wybudowano pierwszą w historii dużą konstrukcję żeliwną – Iron Bridge, o długości 30,6 m. Do produkcji wykorzystano ponad 386 ton żeliwa, a najcięższy z elementów miał masę ponad 5 ton. Wcześniej mosty wykonywane były z kamienia lub z drewna. Ten, wykonany w 1779 roku został oddany do użytku w 1781. Ze względu na przemieszczanie się zboczy mostu ruch drogowy został tam wstrzymany dopiero w 1934 roku. W 1986 roku budowlę wpisano na listę światowego dziedzictwa UNESCO.
Żeliwo białe
W wyniku szybkiego chłodzenia w surowym materiale krystalizuje się cementyt. Zawiera dużą ilość manganu oraz małą ilość krzemu. Charakteryzuje się dużą twardością, ale przy tym jest kruche. Odznacza się również gęstopłynnością i trudnością w obróbce, przez co ma gorsze właściwości odlewnicze. Żeliwo białe wykorzystuje się głównie do produkcji stali poprzez usunięcie nadmiaru węgla (do poziomu poniżej 1,7%) oraz innych pierwiastków, takich jak: fosfor, siarka i krzem. Ponadto, ze względu na odporność na ścieranie, produkuje się z niego materiały do mieszania substancji sypkich czy kul młynów do ucierania.
Podsumowanie
Żeliwo jest materiałem powszechnie stosowanym. Wynika to z łatwości jego produkcji oraz niskich kosztów wytwarzania. Należy do materiałów wytrzymałych oraz odpornych na ścieranie. Ze względu na dużą zawartość żelaza dobrze przewodzi ciepło.
Właściwość | Stal | Żeliwo |
---|---|---|
Zawartość węgla | do 2,11% | od 2,11% do 6,67% |
Wytrzymałość na ściskanie | mniejsze | większe |
Twardość | mniejsza | większa |
Kowalność | większa | mniejsza |
Spawalność | większa | mniejsza |
Odporność na korozję | mniejsza | większa |
Słownik
powierzchnia powstała w wyniku całkowitego rozdzielenia próbki obciążonej w dowolny sposób
odmiana alotropowa węgla
piec szybowy, wykorzystywany do produkcji stopów żelaza
Bibliografia
Kosińki T., Chemia. Podręcznik dla techników rolniczych, Warszawa 1964.
Penkala T., Podstawy chemii ogólnej, Warszawa 1982.
Siwicki J., Technologia chemiczna nieorganiczna. Cz. 1, Warszawa 1966.