Gusseisen ist Eisen oder eine Eisenlegierung, die bis dazu liquifies geheizt worden ist, und dann in eine Form gegossen wird, um fest zu werden. Es wird gewöhnlich von Roheisen gemacht. Die Legierungsbestandteile betreffen seine Farbe, wenn zerbrochen: Weißes Gusseisen hat Karbid-Unreinheiten, die Spalten erlauben, gerade durch zu gehen. Graues Gusseisen oder graues Eisen, hat graphitic Flocken, die eine vorübergehende Spalte ablenken und unzählige neue Spalten beginnen, weil das Material bricht.

Kohlenstoff (C) und Silikon (Si) ist die Hauptlegierungselemente, mit dem Betrag im Intervall von 2.1 zu 4 wt % und 1 bis 3 wt % beziehungsweise. Die Eisenlegierung mit weniger Kohlenstoff-Inhalt ist als Stahl bekannt. Während das technisch diese macht, beeinträchtigt Basis dreifältige Fe-C-Si-Legierung, der Grundsatz des Gusseisen-Festwerdens wird aus dem binären Eisenkohlenstoff-Phase-Diagramm verstanden. Da die Zusammensetzungen von am meisten Wurf-Eisen um den eutektischen Punkt des Eisenkohlenstoff-Systems sind, entsprechen die schmelzenden Temperaturen nah, gewöhnlich im Intervall davon, der über tiefer ist als der Schmelzpunkt von reinem Eisen.

Gusseisen neigt dazu, abgesehen von verformbaren Wurf-Eisen spröde zu sein. Mit seinem relativ niedrigen Schmelzpunkt, guter Flüssigkeit, castability, werfen sich ausgezeichnete machinability, Widerstand gegen die Deformierung und Verschleißfestigkeit, Eisen sind ein Technikmaterial mit einer breiten Reihe von Anwendungen geworden und werden in Pfeifen, Maschinen und Automobilindustrieteilen, wie Zylinderköpfe verwendet (Gebrauch neigend), Zylinderblöcke und Getriebe-Fälle (Gebrauch neigend). Es ist gegen die Zerstörung und Schwächung durch die Oxydation (Rost) widerstandsfähig.

Produktion

Gusseisen wird durch das Wiederschmelzen von Roheisen, häufig zusammen mit wesentlichen Mengen von Stück-Eisen, Stück-Stahl, Limone-Stein, Kohlenstoff (Cola) und das Machen verschiedener Schritte gemacht, um unerwünschte Verseuchungsstoffe zu entfernen. Phosphor und Schwefel können aus dem geschmolzenen Eisen verbrannt werden, aber das brennt auch den Kohlenstoff aus, der ersetzt werden muss. Abhängig von der Anwendung werden Kohlenstoff und Silikoninhalt den gewünschten Niveaus angepasst, die überall von 2 zu 3.5 % und 1 bis 3 % beziehungsweise sein können. Andere Elemente werden dann zum Schmelzen hinzugefügt, bevor die Endform durch das Gussteil erzeugt wird.

Eisen wird manchmal in einem speziellen Typ des Hochofens geschmolzen, der als eine Kuppel bekannt ist, aber ist öfter in elektrischen Induktionsbrennöfen oder elektrischen Kreisbogen-Brennöfen geschmolzen. Nachdem das Schmelzen abgeschlossen ist, wird das geschmolzene Eisen in einen haltenden Brennofen oder Schöpflöffel gegossen.

Produktion in der Welt

Weltgusseisen-Produktion 2009 war 898,261 mln Tonne (dass um 3,2 % tiefer als 2008 - 927,123 mln Tonne).

10 erste Gusseisen-Erzeuger in der Welt (in der mln Tonne) sind:

Typen

Legierung von Elementen

Die Eigenschaften von Gusseisen werden durch das Hinzufügen verschiedener Legierungselemente oder alloyants geändert. Folgend zu Kohlenstoff ist Silikon der wichtigste alloyant, weil es Kohlenstoff aus der Lösung zwingt. Stattdessen bildet der Kohlenstoff Grafit, der auf ein weicheres Eisen hinausläuft, Zusammenschrumpfen reduziert, Kraft senkt, und Dichte vermindert. Schwefel, wenn hinzugefügt, bildet Eisensulfid, das die Bildung des Grafits verhindert und Härte vergrößert. Das Problem mit dem Schwefel besteht darin, dass er geschmolzenes Gusseisen träge macht, der kurze Lauf-Defekte verursacht. Um die Effekten des Schwefels zu entgegnen, wird Mangan hinzugefügt, weil sich die zwei ins Mangan-Sulfid statt des Eisensulfids formen. Das Mangan-Sulfid ist leichter als das Schmelzen, so neigt es dazu, aus dem Schmelzen und in die Schlacke zu schwimmen. Der Betrag von Mangan, das erforderlich ist, Schwefel für neutral zu erklären, ist 1.7×sulfur content+0.3 %. Wenn mehr als dieser Betrag von Mangan hinzugefügt wird, dann formt sich Mangan-Karbid, der Härte und das Abkühlen vergrößert, außer in grauem Eisen, wo der bis zu 1 % Mangan Kraft und Dichte vergrößert.

Nickel ist einer der allgemeinsten alloyants, weil es den pearlite und die Grafit-Struktur raffiniert, Schwierigkeit verbessert, und Härte-Unterschiede zwischen der Abteilungsdicke ausgleicht. Chrom wird in kleinen Beträgen zum Schöpflöffel hinzugefügt, um freien Grafit zu reduzieren, Kälte zu erzeugen, und weil es ein starker Karbid-Ausgleicher ist; Nickel wird häufig in der Verbindung hinzugefügt. Ein kleiner Betrag der Blechdose, als ein Ersatz für 0.5-%-Chrom hinzugefügt werden. Kupfer wird im Schöpflöffel oder im Brennofen, auf der Ordnung 0.5 zu 2.5 % hinzugefügt, um Kälte zu vermindern, Grafit und Zunahme-Flüssigkeit zu raffinieren. Molybdän wird auf der Ordnung 0.3 zu 1 % hinzugefügt, um Kälte zu vergrößern und den Grafit und die pearlite Struktur zu raffinieren; es wird häufig in Verbindung mit Nickel, Kupfer und Chrom hinzugefügt, um hohe Kraft-Eisen zu bilden. Titan wird als ein Entgaser und deoxidizer hinzugefügt, aber es vergrößert auch Flüssigkeit. 0.15 zu 0.5-%-Vanadium werden zu Gusseisen hinzugefügt, um cementite, Zunahme-Härte und Zunahme-Widerstand gegen das Tragen und die Hitze zu stabilisieren. 0.1 zu 0.3-%-Zirkonium hilft, Grafit zu bilden, zu desoxidieren, und Flüssigkeit zu vergrößern.

In verformbarem Eisen schmilzt, Wismut, wird auf der Skala 0.002 zu 0.01 % hinzugefügt, um zuzunehmen, wie viel Silikon hinzugefügt werden kann. In weißem Eisen wird Bor hinzugefügt, um in der Produktion von verformbarem Eisen zu helfen; es reduziert auch die grob werdende Wirkung des Wismuts.

Graues Gusseisen

Graues Gusseisen wird durch seine graphitic Mikrostruktur charakterisiert, die Brüche des Materials veranlasst, ein graues Äußeres zu haben. Es ist das meistens verwendete Gusseisen und das am weitesten verwendete auf dem Gewicht gestützte Wurf-Material. Die meisten Wurf-Eisen haben eine chemische Zusammensetzung 2.5 zu 4.0-%-Kohlenstoff, Silikon von 1 bis 3 %, und der Rest ist Eisen. Graues Gusseisen hat statischere Belastbarkeit und Stoßfestigkeit als Stahl, aber seine Druckkraft ist mit niedrigem und mittlerem Flussstahl vergleichbar.

Es ist das Eisen, das weiße zerbrochene Oberfläche wegen der Anwesenheit von cementite zeigt. Mit einem niedrigeren Silikoninhalt und dem schnelleren Abkühlen schlägt sich der Kohlenstoff in weißem Gusseisen aus dem Schmelzen als die metastable Phase cementite, FeC, aber nicht der Grafit nieder. Der cementite, der sich von den schmelzen Formen als relativ große Partikeln gewöhnlich in einer eutektischen Mischung niederschlägt, wo die andere Phase austenite ist (der sich auf dem Abkühlen zu martensite verwandeln könnte). Diese eutektischen Karbide sind viel zu groß, um das Niederschlag-Härten zur Verfügung zu stellen (als in einigen Stahlen, wo sich cementite niederschlägt, könnte Plastikdeformierung durch das Behindern der Bewegung von Verlagerungen durch die ferrite Matrix hemmen). Eher vergrößern sie die Hauptteil-Härte des Gusseisens einfach auf Grund von ihrer eigenen sehr hohen Härte und ihrem wesentlichen Volumen-Bruchteil, solch, dass der Hauptteil-Härte durch eine Regel von Mischungen näher gekommen werden kann. Jedenfalls bieten sie Härte auf Kosten der Schwierigkeit an. Da sich Karbid zurechtmacht, konnte ein großer Bruchteil des materiellen, weißen Gusseisens als ein cermet vernünftig klassifiziert werden. Weißes Eisen ist für den Gebrauch in vielen Strukturbestandteilen zu spröde, aber mit der guten Härte und dem Abreiben-Widerstand und den relativ niedrigen Kosten findet es Gebrauch in solchen Anwendungen wie die Tragen-Oberflächen (Flügelrad und Spirale) nuscheliger Pumpen, Schale-Überseedampfer und Heber-Bars in Kugelmühlen und autogenen reibenden Mühlen, Bällen und Ringen in Kohle pulverisers und den Zähnen eines grabenden Eimers eines Tieflöffelbaggers (obwohl geworfener mittlerer Kohlenstoff martensitic Stahl für diese Anwendung üblicher ist).

Es ist schwierig, dicken castings schnell genug abzukühlen, um das Schmelzen als weißes Gusseisen den ganzen Weg durch zu konsolidieren. Jedoch kann das schnelle Abkühlen verwendet werden, um eine Schale von weißem Gusseisen zu konsolidieren, nach dem der Rest langsamer kühl wird, um einen Kern von grauem Gusseisen zu bilden. Das resultierende Gussteil, genannt ein abgekühltes Gussteil, hat die Vorteile einer harten Oberfläche und eines etwas zäheren Interieurs.

Hohes Chrom weiße Eisenlegierung erlaubt massivem castings (zum Beispiel, ein 10-Tonne-Flügelrad), Sand-Wurf, d. h., eine hohe kühl werdende Rate zu sein, ist sowie Versorgung eindrucksvollen Abreiben-Widerstands nicht erforderlich.

Temperguss

Verformbares Eisen fängt als ein weißes Eisen an werfend, der dann Hitze ist, die an ungefähr behandelt ist. Grafit trennt sich viel langsamer in diesem Fall, so dass Oberflächenspannung Zeit hat, um ihn in sphäroidische Partikeln aber nicht Flocken zu bilden. Wegen ihres niedrigeren Aspekt-Verhältnisses sind Sphäroide relativ kurz und von einander weit, und haben eine niedrigere böse Abteilung gegenüber einer sich fortpflanzenden Spalte oder phonon. Sie haben auch stumpfe Grenzen im Vergleich mit Flocken, der die durch graues Gusseisen gesehenen Betonungskonzentrationsprobleme erleichtert. Im Allgemeinen sind die Eigenschaften von Temperguss mehr Flussstahl ähnlich. Es gibt eine Grenze dazu, wie groß ein Teil in verformbarem Eisen geworfen werden kann, da es von weißem Gusseisen gemacht wird.

Hämmerbares Gusseisen

Eine neuere Entwicklung ist knötchenartiges oder hämmerbares Gusseisen. Winzige Beträge von Magnesium oder zu dieser Legierung hinzugefügtem Cerium verlangsamen sich das Wachstum des Grafits schlägt sich durch das Abbinden zu den Rändern der Grafit-Flugzeuge nieder. Zusammen mit der sorgfältigen Kontrolle anderer Elemente und Timings erlaubt das dem Kohlenstoff, sich als sphäroidische Partikeln zu trennen, weil das Material fest wird. Die Eigenschaften sind verformbarem Eisen ähnlich, aber Teile können mit größeren Abteilungen geworfen werden.

Tisch von vergleichenden Qualitäten von Wurf-Eisen

Historischer Gebrauch

Weil Gusseisen verhältnismäßig spröde ist, ist es zu Zwecken nicht passend, wo ein scharfer Rand oder Flexibilität erforderlich sind. Es ist unter der Kompression, aber nicht unter der Spannung stark. Gusseisen wurde zuerst in China im 4. Jahrhundert v. Chr. erfunden (sieh auch: Du Shi), und ist in Formen geströmt, um ploughshares und Töpfe sowie Waffen und Pagoden zu machen. Im Westen, wo es verfügbar bis zum Ende des 14. Jahrhunderts nicht geworden ist, hat sein frühster Gebrauch Kanone eingeschlossen und hat geschossen. Henry VIII hat das Gussteil der Kanone in England begonnen. Bald haben englische Eisenarbeiter, die Hochöfen verwenden, die Technik entwickelt, Gusseisen-Kanonen zu erzeugen, die, während schwerer, als die vorherrschenden Bronzekanonen, das viel preiswertere und ermöglichte England waren, um ihre Marine besser zu bewaffnen. Der ironmasters von Weald hat fortgesetzt, Wurf-Eisen bis zu den 1760er Jahren zu erzeugen, und Bewaffnung war einer des Hauptgebrauches von Eisen nach der Wiederherstellung.

Gusseisen-Töpfe wurden an vielen englischen Hochöfen zurzeit gemacht. 1707 hat Abraham Darby eine Methode patentiert, Töpfe (und Kessel) dünner und folglich preiswerter zu machen, als seine Rivalen gekonnt haben. Das hat bedeutet, dass seine Brennöfen von Coalbrookdale dominierend als Lieferanten von Töpfen, einer Tätigkeit geworden sind, bei der ihnen in den 1720er Jahren und 1730er Jahren durch eine kleine Zahl von anderen Cola-angezündeten Hochöfen angeschlossen wurde.

Die Entwicklung der Dampfmaschine durch Thomas Newcomen hat weiteren Markt für Gusseisen zur Verfügung gestellt, seitdem Gusseisen beträchtlich preiswerter war als das Messing, aus dem die Motorzylinder ursprünglich gemacht wurden. John Wilkinson war eine große Hochzahl von Gusseisen, wer, unter anderen Dingen, die Zylinder für viele verbesserte Dampfmaschinen von James Watt bis zur Errichtung der Soho Gießerei 1795 geworfen hat.

Gusseisen-Brücken

Der Gebrauch von Gusseisen zu Strukturzwecken hat gegen Ende der 1770er Jahre begonnen, als Abraham Darby III die Iron Bridge gebaut hat, obwohl kurze Balken bereits, solcher als in den Hochöfen an Coalbrookdale verwendet worden waren. Andere Erfindungen sind einschließlich eines patentierten durch Thomas Paine gefolgt. Gusseisen-Brücken sind gewöhnlich geworden, weil die Industrielle Revolution Schritt gesammelt hat. Thomas Telford hat das Material für seine Brücke stromaufwärts an Buildwas, und dann für einen Kanal-Trog-Aquädukt an Longdon auf Seeschwalbe auf dem Shrewsbury Kanal angenommen.

Ihm wurde vom Chirk Aquädukt und dem Pontcysyllte Aquädukt gefolgt, von denen beide im Gebrauch im Anschluss an die neuen Wiederherstellungen bleiben. Gusseisen-Balken-Brücken wurden weit durch die frühen Eisenbahnen wie die Water Street Bridge an der Endstation von Manchester der Eisenbahn von Liverpool und Manchester verwendet. Probleme sind entstanden, als eine neue Brücke, die Chester und Holyhead Eisenbahn über den Fluss Dee in Chester trägt, im Mai 1847 weniger als ein Jahr zusammengebrochen ist, nachdem es geöffnet wurde. Die Katastrophe der Dee Bridge wurde durch das übermäßige Laden am Zentrum des Balkens mit einem vorübergehenden Zug verursacht, und viele ähnliche Brücken mussten abgerissen und häufig in Schmiedeeisen wieder aufgebaut werden. Die Brücke war falsch entworfen worden, mit Schmiedeeisen-Riemen gebündelt, die, wie man falsch dachte, die Struktur verstärkt haben. Die Zentren der Balken wurden ins Verbiegen mit dem niedrigeren Rand in der Spannung gebracht, wo Gusseisen, wie Mauerwerk, sehr schwach ist.

Die beste Weise, Gusseisen für den Brücke-Aufbau zu verwenden, war durch das Verwenden von Bögen, so dass das ganze Material in der Kompression ist. Gusseisen, wieder wie Mauerwerk, ist in der Kompression sehr stark. Schmiedeeisen, wie die meisten anderen Arten von Eisen und tatsächlich wie die meisten Metalle im Allgemeinen, ist in der Spannung stark, und auch - widerstandsfähig gegen das Zerbrechen zäh. Von der Beziehung zwischen Schmiedeeisen und Gusseisen, zu Strukturzwecken, kann als analog der Beziehung zwischen Holz und Stein gedacht werden.

Dennoch hat Gusseisen fortgesetzt, auf unpassende Strukturweisen verwendet zu werden, bis die Katastrophe der Tay Rail Bridge von 1879 ernste Zweifel auf dem Gebrauch des Materials geworfen hat. Entscheidende Schlaufen, um Anker und Spreizen in der Tay Bridge zu halten, waren integriert mit den Säulen geworfen worden, und sie haben in den frühen Stufen des Unfalls gescheitert. Außerdem wurden die Bolzen-Löcher auch geworfen und nicht gebohrt, so dass die ganze Spannung von den Ankern auf einer Ecke gelegt wurde, anstatt über die Länge des Loches ausgebreitet zu werden. Die Ersatzbrücke wurde in Schmiedeeisen und Stahl gebaut.

Zusammenbrüche der Further Bridge sind jedoch vorgekommen, im Verbindungspunkt-Schiene-Unfall von Norwood von 1891 kulminierend. Tausende von der Gusseisen-Schiene underbridges wurden schließlich durch Stahlentsprechungen ersetzt.

Die Image:Image-Taybridge01.jpg|Original Tay Bridge aus dem Norden

Die Brücke Image:Tay unten. Die Brücke JPG|Fallen Tay aus dem Norden

Image:Ironbridge 6.jpg|The Eisen überbrücken den Fluss Severn an Coalbrookdale, England

Das Schloss Image:Eglinton & die Tournament Bridge 1884.jpg|The die Eglinton Tournament Bridge, Nördlicher Ayrshire, Schottland, das von Gusseisen gebaut ist

Gebäude

Gusseisen-Säulen haben Architekten ermöglicht, hohe Gebäude ohne die enorm dicken Wände zu bauen, die erforderlich sind, Mauerwerk-Gebäude jeder Höhe zu bauen. Solche Flexibilität hat hohen Gebäuden erlaubt, große Fenster zu haben. In städtischen Zentren wie SoHo-Gusseisen wurden Historischer Bezirk in New York City, Produktionsgebäude und frühe Warenhäuser mit Gusseisen-Säulen gebaut, um Tageslicht zu erlauben, hereinzugehen. Schlanke Gusseisen-Säulen konnten auch das Gewicht unterstützen, das dicke Mauerwerk-Säulen oder Anlegestege sonst verlangen würde, Bodenflächen in Fabriken und Anblick-Linien in Kirchen und Auditorien öffnend. Das historische Eisengebäude in Watervliet, New York, ist ein Gusseisen-Gebäude.

Textilmühlen

Ein anderer wichtiger Gebrauch war in Textilmühlen. Die Luft in den Mühlen hat feuergefährliche Fasern von der Baumwolle, dem Hanf oder der Wolle enthalten, die wird spinnt. Infolgedessen hatten Textilmühlen eine beunruhigende Neigung niederzubrennen. Die Lösung war, sie völlig Nichtzündstoffe zu bauen, und es wurde günstig gefunden, das Gebäude mit einem Eisenrahmen größtenteils Gusseisens zu versorgen, feuergefährliches Holz ersetzend. Das erste derartige Gebäude war an Ditherington in Shrewsbury, Shropshire. Viele andere Lager wurden mit Gusseisen-Säulen und Balken gebaut, obwohl fehlerhafte Designs, fehlerhafte Balken oder manchmal verursachtes Gebäude überladend, zusammenbrechen und Strukturmisserfolge.

Während der Industriellen Revolution wurde Gusseisen auch für den Rahmen und die anderen festen Teile der Maschinerie, einschließlich des Drehens und der späteren Webmaschinen in Textilmühlen weit verwendet. Gusseisen ist weit verwendet geworden, und viele Städte hatten Gießereien, die industrielle und landwirtschaftliche Maschinerie erzeugen.

Siehe auch

• Gusseisenarchitektur
• Gusseisenkochgeschirr
• Meehanite
• Sandformguss

Weiterführende Literatur

• John Gloag und Derek Bridgwater, eine Geschichte von Gusseisen in Architektur, Allen und Ungewinn, London (1948)
• Peter R Lewis, die Beautiful Railway Bridge des Silberfarbenen Tay: Die Katastrophe der Tay Bridge von 1879, Tempus (2004) internationale Standardbuchnummer 0-7524-3160-9 wiederuntersuchend
• Peter R Lewis, Katastrophe auf der Dee: Die Nemesis von Robert Stephenson von 1847, Tempus (2007) internationale Standardbuchnummer 0-7524-4266-2
• George Laird, Richard Gundlach und Klaus Röhrig, gegen das Abreiben widerstandsfähiges Gusseisen-Handbuch, ASM International (2000) internationale Standardbuchnummer 0-87433-224-9

Links

• Metallurgie von Wurf-Eisen, Universität von Cambridge
• Papier auf der Katastrophe der Tay Bridge
• Gusseisen in China und Europa