Støbejern: Typer, sammensætning og egenskaber (gråt og hvidt)

Støbejern: Få klar forklaring på gråt vs. hvidt støbejern, sammensætning, egenskaber og anvendelser — varmeledning, styrke og behandling.

Støbejern er en legering af jern. Udtrykket bruges ofte om den traditionelle type, gråt støbejern, men der findes flere varianter med forskellige mikrostrukturer og egenskaber. De to klassiske hovedtyper er gråt støbejern og hvidt støbejern, og forskellene mellem dem skyldes især, hvordan kulstoffet optræder i legeringen — hvilket i høj grad påvirkes af mængden af silicium, afkølingshastighed og øvrige legeringselementer.

Sammensætning

Støbejern består hovedsageligt af jern, typisk mere end 90–95 %, og indeholder relativt høje mængder af kulstof sammenlignet med almindeligt stål. Almindelige sammensætningsintervaller er:

• Kulstof: typisk 2–4 % (kan variere afhængigt af type).
• Silicium: normalt 1–3 % — påvirker grafitdannelse og struktur.
• Desuden små mængder mangan, svovl og fosfor samt eventuelt legeringselementer som nikkel, krom eller molybdæn.

Silicium fremmer omdannelse af kulstof til grafit, mens lavere silicium og hurtigere afkøling fremmer dannelsen af cementit (jernkarbid) og dermed hvid struktur.

Gråt støbejern vs. hvidt støbejern

De to typer adskiller sig i mikrostruktur og dermed i udseende og egenskaber:

• Gråt støbejern: Kulstoffet findes som flager af grafit i metallegeringen. Grafitflagerne giver den karakteristiske mørkegrå eller næsten sorte overfladefarve ved brud og forbedrer dæmpning og smøreegenskaber. Gråt støbejern er godt til at lede varme, hvorfor det ofte bruges til kogegrej, maskinfundamenter, cylinderblokke og pander.
• Hvidt støbejern: Kulstoffet optræder som hårdt cementit (Fe₃C), som giver en hvid og skinnende brudflade. Hvidt støbejern er hårdt og slidbestandigt, men også sprødt og vanskeligt at maskinbearbejde. Det anvendes typisk, hvor høj slidstyrke er nødvendig eller som mellemprodukt, der kan omdannes (f.eks. ved varmebehandling) til malm- eller duktilt støbejern.

Egenskaber

• Termiske egenskaber: God varmeledningsevne (især gråt støbejern) og god varmestabilitet.
• Mechaniske egenskaber: Høj trykstyrke, lavere trækstyrke end stål; sprødere ved hvidt støbejern, mere duktilt ved varianter med sfærisk grafit.
• Dæmpning: Gråt støbejern har fremragende vibrationsdæmpning på grund af grafitflagerne.
• Bearbejdelighed: Gråt støbejern er relativt nemt at dreje og fræse; hvidt støbejern er svært at bearbejde uden slitage på værktøj.
• Svejsbarhed: Varierer; mange støbejernstyper kræver særlige procedurer eller foropvarmning for at undgå revner.

Andre varianter

Ud over gråt og hvidt støbejern findes flere moderne typer, som kombinerer forskellige mikrostrukturer for at opnå ønskede egenskaber:

• Duktilt (nodulært) støbejern: Har kugleformet (sfærisk) grafit og betydeligt bedre sejhed og trækstyrke end traditionelt gråt støbejern.
• Malleabelt støbejern: Fremstilles ved at varmebehandle hvidt støbejern for at omdanne cementit til mere seje grafitklumper — giver bedre duktilitet.
• Compacted Graphite Iron (CGI): Grafitten har en kompakt, kortflaket form og giver en kombination af styrke og dæmpning, brugt i motorblokke mv.

Fremstilling og varmebehandling

Støbejern smeltes i ovne, hvor legeringselementer tilsættes efter behov. Mikrostrukturen styres ved:

• Smeltekemien (især silicium- og kulstofindhold),
• afkølingshastighed under støbning,
• anvendelse af inokulanter (tilsætninger som fremmer ønsket grafitstruktur),
• efterfølgende varmebehandlinger (fx anlægning for malleabelt støbejern).

Anvendelser

På grund af variationerne i egenskaber anvendes støbejern i mange sammenhænge:

• Kogegrej og pander på grund af god varmeledning og varmeakkumulering (kogegrej).
• Maskin- og motorblokke, kompressorer, tandhjul, rør og fittings.
• Gulvbrønde, brusedøre, vejbrønde og elementer hvor slidstyrke er vigtig (hvidt støbejern på slidflader).
• Maskinsenge og fundamentsdele hvor dæmpning og stabilitet er vigtig.

Genbrug og miljø

Støbejern er højt genanvendeligt; skrot smeltes ofte om og indgår i nye støbegods, hvilket reducerer energiforbrug og råvarebehov. Ved håndtering og bearbejdning bør man være opmærksom på støv og emissioner ved svejsning eller slibning.

Opsummering

Valget mellem gråt og hvidt støbejern (og de mere moderne varianter) afgøres af de ønskede mekaniske egenskaber, bearbejdelighed og anvendelsesområder. Gråt støbejern er alsidigt og godt til varmeledning og dæmpning, mens hvidt støbejern er hårdt og slidstærkt men sprødt. Ved korrekt sammensætning og processtyring kan støbejern tilpasses et bredt spektrum af industrielle behov.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er støbejern?

Q: Hvor mange hovedtyper af støbejern findes der?

Spørgsmål: Hvad er forskellene mellem gråt og hvidt støbejern baseret på?

Spørgsmål: Hvor meget jern er der i alt støbejern?

Spørgsmål: Hvor meget silicium er der i gråt støbejern?

Spørgsmål: Hvad får kulstoffet i gråt støbejern til at blive til grafit?

Sp: Hvorfor bruges gråt støbejern ofte til at fremstille kogegrej?

Søg efter bogstav