Gietijzer vs Gietstaal

Gietbaarheid

De meeste mensen hebben nog nooit ijzer of staal in gesmolten toestand gezien – wat begrijpelijk is, omdat ijzer smelt bij ongeveer 2300˚F en staal smelt bij 2600˚F, en beide worden gegoten in mallen bij nog hetere temperaturen. Mensen die met vloeibaar ijzer en staal werken, ontdekken al snel dat er grote verschillen zijn in gietbaarheid en krimp.

Gietijzer is relatief gemakkelijk te gieten, omdat het gemakkelijk giet en niet zo krimpt als staal. Dit betekent dat het gemakkelijk de complexe holten in een mal vult, en daarvoor minder gesmolten materiaal nodig heeft. Deze vloeibaarheid maakt gietijzer tot een ideaal metaal voor architecturale of sierlijke ijzerwerkconstructies zoals hekwerken en banken.

Het gieten van staal is veel moeilijker. Het is minder vloeibaar dan gesmolten ijzer, en reageert sterker op vormmaterialen. Het krimpt ook meer wanneer het afkoelt, wat betekent dat er meer gesmolten materiaal moet worden gegoten – meestal in een overtollig reservoir, een stijgbuis genaamd, waaruit een gietstuk put wanneer het afkoelt.

Gietstukken koelen echter meestal niet gelijkmatig af in hun interne structuren. De buitenste delen en de dunnere delen koelen en krimpen in een ander tempo af dan de binnenste delen en de volumineuzere delen, waardoor vaak interne spanningen ontstaan, die alleen door een warmtebehandeling kunnen worden weggenomen. Staal is veel gevoeliger dan ijzer voor krimpspanningen, en in sommige situaties kunnen deze spanningen leiden tot aanzienlijke interne en/of externe holten, en mogelijk uiteindelijk tot breuken.

Om deze redenen vereist gegoten staal meer aandacht en inspectie tijdens het gietproces, waardoor de productie arbeidsintensiever wordt.

Bewerkbaarheid

Afhankelijk van de uiteindelijke toepassing kunnen gegoten onderdelen bewerkt moeten worden om specifieke toleranties te bereiken, of om een gewenste afwerking te creëren. Op zijn minst moeten objecten zoals poorten en lopers worden weggeslepen en geslepen.

Bewerkbaarheid is de maatstaf voor hoe gemakkelijk een bepaald materiaal te snijden of te slijpen is; sommige materialen zijn moeilijker te bewerken dan andere. Als vuistregel geldt dat metalen met hoge legeringstoevoegingen om de mechanische prestaties te verbeteren een lagere bewerkbaarheid hebben.

Gietijzer is doorgaans veel gemakkelijker te bewerken dan staal. De grafietstructuur in gietijzer breekt gemakkelijker af, en op een meer uniforme manier. Hardere ijzers, zoals witijzer, zijn veel moeilijker te bewerken door hun brosheid.

Staal is niet zo gemakkelijk te snijden met dezelfde consistentie, en het veroorzaakt meer slijtage van het gereedschap, wat resulteert in hogere productiekosten. Gehard staal, of staal met een hoger koolstofgehalte, veroorzaakt ook meer slijtage. Zachter staal is echter niet per se beter – staal met een laag koolstofgehalte kan, ondanks dat het zachter is, kleverig worden en moeilijk te bewerken zijn.

Vibratiedemping

Dempingseigenschappen moeten worden overwogen bij het selecteren van een gietmateriaal, omdat een gebrek aan dempend vermogen kan leiden tot overmatige trillingen en lawaai, zoals rinkelen of piepen. Afhankelijk van waar een materiaal wordt gebruikt, kan effectieve demping resulteren in stevigere, betrouwbaardere prestaties.

De grafietstructuren in gietijzer, vooral de afgeschilferde formaties in grijs gietijzer, zijn bijzonder goed in het absorberen van trillingen. Dit maakt gietijzer ideaal voor motorblokken, cilinderbehuizingen en machinebedden, en andere toepassingen waar stevigheid en precisie belangrijk zijn. Het verminderen van trillingen kan stress minimaliseren en slijtage aan bewegende delen voorkomen.

Compressieve sterkte

Compressieve sterkte is het vermogen van een materiaal om krachten te weerstaan die het voorwerp kleiner zouden maken. Dit is het tegenovergestelde van krachten die erop gericht zijn een materiaal uit elkaar te trekken. Samendruksterkte is gunstig in mechanische toepassingen waar druk en insluiting factoren zijn. Typisch is dat gietijzer een betere druksterkte heeft dan staal.

Impactbestendigheid

Tot nu toe lijkt het misschien dat er meer voordelen zijn aan het gebruik van gietijzer dan staal, maar staal heeft één belangrijk voordeel: slagvastheid. Staal is uitstekend bestand tegen plotselinge schokken zonder te buigen, vervormen of breken. Dit is te danken aan zijn taaiheid: zijn vermogen om hoge spannings- en trekkrachten te weerstaan.

Sterkte zonder vervormbaarheid resulteert in een bros materiaal dat zeer gevoelig is voor breuk – en gietijzer is het schoolvoorbeeld van sterkte zonder vervormbaarheid. Vanwege zijn brosheid heeft gietijzer een beperkt toepassingsgebied.

Tegelijkertijd heeft een hoge ductiliteit, of het vermogen om te vervormen zonder te breken, niet veel zin zonder de kracht om een significante impact te weerstaan. Een elastiekje, bijvoorbeeld, kan aanzienlijk vervormen zonder te breken, maar de hoeveelheid kracht die het kan verdragen is zeer beperkt.

Hoewel ijzer in de meeste giettoepassingen gemakkelijker te bewerken is, heeft staal een optimale mix van zowel sterkte als vervormbaarheid, waardoor het uiterst taai is. De slagvaste kwaliteiten en de all-around draagkracht van staal maken het wenselijk voor vele mechanische en structurele toepassingen- daarom is staal het meest gebruikte metaal ter wereld.

Corrosiebestendigheid

Izer is beter bestand tegen corrosie dan staal. Beide metalen oxideren in aanwezigheid van vocht, maar ijzer ontwikkelt een patina om diepe corrosie van de metaalintegriteit te voorkomen.

Een andere manier om corrosie te voorkomen is met verf of poedercoating. Elke spaan of barst die het onderliggende metaal blootlegt, kan corrosie veroorzaken, dus regelmatig onderhoud is belangrijk voor gecoate metalen.

Als corrosiebestendigheid met behoud van een zilverkleurig uiterlijk van ruw metaal een belangrijke factor is, is gelegeerd staal waarschijnlijk een betere optie – vooral roestvrij staal, waaraan chroom en andere legeringen zijn toegevoegd om oxidatie te voorkomen.

Slijtvastheid

Gietijzer is doorgaans beter bestand tegen mechanische slijtage dan staal, vooral in wrijvingsslijtage-situaties. Het hogere grafietgehalte in gietijzer creëert een grafietachtig droog smeermiddel dat vaste oppervlakken tegen elkaar laat glijden zonder dat de oppervlaktekwaliteit verslechtert.

Staal slijt gemakkelijker dan ijzer, maar kan nog steeds bestand zijn tegen bepaalde soorten slijtage. Bepaalde toevoegingen van legeringen kunnen ook de slijtvastheid van staal verbeteren.

Kosten

Gietijzer is vaak goedkoper dan gietstaal vanwege de lagere materiaalkosten, energie en arbeid die nodig zijn om een eindproduct te maken. Ruw staal is duurder in aankoop, en het vergt meer tijd en aandacht om te gieten. Bij het ontwerpen van gegoten producten is het echter de moeite waard rekening te houden met het gebruik op lange termijn en de vervangingskosten. Onderdelen waarvan de fabricage duurder is, kunnen op lange termijn goedkoper uitvallen.

Staal is ook verkrijgbaar in vele geprefabriceerde vormen – zoals platen, staven, staven, buizen en balken – en kan vaak worden bewerkt of geassembleerd om aan een bepaalde toepassing te voldoen. Afhankelijk van het product en de benodigde hoeveelheid kan het fabriceren van bestaande staalproducten een kosteneffectieve optie zijn.

Verschillende soorten gietijzer en gietstaal

We hebben de kwaliteiten van de meest elementaire vormen van gietijzer (grijs ijzer) en gietstaal (zacht of koolstofstaal) vergeleken, maar de specifieke samenstelling en fasestructuur van ijzer en staal kunnen de mechanische eigenschappen sterk beïnvloeden. Zo heeft de koolstof in een standaard grijs gietijzer de vorm van scherpe grafietvlokken, terwijl nodulair gietijzer meer sferoïdale grafietstructuren heeft. De vlokken grafiet maken grijs ijzer bros, terwijl de ronde grafietdeeltjes in nodulair gietijzer de taaiheid verbeteren, waardoor het geschikter is voor schokbestendige toepassingen.

Aan zowel ijzer als staal kunnen legeringen worden toegevoegd om de gewenste eigenschappen te ontwikkelen. Mangaan, bijvoorbeeld, verhoogt de taaiheid, terwijl chroom de corrosiebestendigheid verbetert. Het verschil in koolstofgehalte maakt ook het onderscheid tussen laag-, standaard- en hoog-koolstofstaal – hogere hoeveelheden zorgen voor veel hardere materialen.

Ultime, de keuze tussen gietijzer en gietstaal zal afhangen van het type en de toepassing van de uiteindelijke installatie.

Voor meer informatie over ijzer of staal, of om een offerte aan te vragen voor een project op maat, neem contact met ons op.