Den höga kolhalten och närvaron av kisel ger gjutjärn en mycket god gjutbarhet. Jämfört med stål har det en lägre smältpunkt och är därigenom lättare att smälta och mindre energikrävande. Vidare har materialet låg viskositet i smält tillstånd och bildar inte besvärliga oxidfilmer vid gjutning. Vissa gjutjärn stelnar med liten eller ingen krympning. Den höga kolhalten och grafitens form medför dock begränsad möjlighet till svetsning och till plastisk formning i kallt tillstånd.  

Gjutjärn är benämningen på järn-kol-legeringar med över två procent kol och inkluderar flera olika typer av gråjärn, segjärn, aducerjärn, kompaktgrafitjärn, vitjärn och austenitiska gjutjärn. De mest använda gjutjärnen håller vanligen kolhalter i intervallet 2,5 – 3,5 procent, se nedanstående tabell.

 Tabell: Kemisk sammansättning (i procent) hos olika gjutjärnstyper.

Ämne

Gråjärn

   
   

Segjärn och kompaktgrafit-järn

 

Aducerjärn

 

Vitjärn

 

Austenitiskt

Segjärn           Gråjärn

Kol

Kisel

Mangan

Fosfor

Svavel

Magnesium

3,0 – 3,5

1,3 – 2,5

0,4 – 0,8

0,10 – 0,2

0,06 – 0,15

-

3,3 – 3,9

2,1 – 2,71)

0,1 – 0,5

≤ 0,06

≤ 0,02

0,03 – 0,062)

2,3 – 2,8

0,8 – 1,3

0,2 – 0,6

≤ 0,1

0,03 – 0,18

-

2,5 – 3,6

0,3 – 2,2

0,3 – 0,6

≤ 0,3

≤ 0,15

-

≤ 3,0

1,0 – 3,03)

0,5 – 1,54)

≤ 0,08

≤ 0,02

0,03 – 0,06

≤ 3,0

1,0 – 2,8

0,5 – 1,54)

≤ 0,25

≤ 0,06-0,15

-

Krom

Nickel

 

 

 

1,5 – 30

3,0 – 6,0

0,2 – 3,5

18,0 – 36,0

1,0 - 3,5

13,5 – 17,5

1) För ferritiskt lösningshärdat segjärn gäller högre kiselhalter.
2) Intervallet gäller segjärn. För kompaktgrafitjärn gäller lägre Mg-intervall.
3) För vissa legeringar 5,0 – 6,0 % kisel.
4) För vissa segjärn och gråjärn upp till 7,0 % mangan.



 

En grov indelningsgrund för gjutjärn kan vara att skilja mellan grafitiska och karbidiska gjutjärn.

Indelning av gjutjärn.

Det kol som inte kan hållas i lösning utskiljs som grafit och det är grafitens form som ger olika typer av grafitiska gjutjärn. Vilka dessa typer är framgår av bilden nedan som är hämtad från SS-EN-ISO 945-1:2008. I denna standard klassificeras grafiten visuellt i ljusmikroskop. I tabell 7.4 förklaras vilka grafitformer som är typiska för respektive materialtyp. Det pågår framtagning av en standard för klassificering av grafiten med hjälp av bildanalys.

Olika grafitformer enligt SS-EN ISO 945-1:2008. Bilderna visar grafiten schematiskt.               

                                         

I nedanstående tabell förklaras vilka grafitformer som är typiska för respektive materialtyp. Det pågår framtagning av en standard för klassificering av grafiten med hjälp av bildanalys.

Tabell: Typiska grafitformer för olika gjutjärn. Klassificering enligt SS-EN ISO 945-1:2008, tabell C.1.

Form

Beteckning

Förekomst

ISO material-standard

I

Fjällgrafit

Huvudsaklig form i gråjärn

Austenitiskt gjutjärn med fjällgrafit

I ytzon hos seg- eller kompaktgrafitjärn

ISO 185

 

ISO 2892

II

Grafitknut

Kan bildas i snabbt avkylt gråjärn

Kan förekomma i segringsområden i tjockväggigt gjutgods

ISO 185

III

Kompaktgrafit

Huvudsaklig form i kompaktgrafitjärn

Kan förekomma i segjärn

ISO 16112

IV

Temperkol

Huvudsaklig form i aducerjärn

ISO 5922

V

Något oregelbundna grafitnoduler

Huvudsaklig form i tjockväggigt segjärn

Förekommer i specificerad omfattning i kompaktgrafitjärn

ISO 1083, ISO 17804, ISO 2892

VI

Grafitnoduler

Huvudsaklig form i segjärn

 

Förekommer i specificerad omfattning i kompaktgrafitjärn

ISO 1083, ISO 17804, ISO 2892

 

Vitjärn skiljer sig metallurgiskt från de grafitiska gjutjärnen genom att vitjärnet har kol bundet i form av cementit, Fe3C, eller andra typer av järnkarbider. Brottytan i ett vitjärn är vit och blank (därför namnet vitjärn) medan brottytan i ett gråjärn, kompaktgrafitjärn eller segjärn är grå och matt.

 Gjutjärn kan stelna antingen ”grått” eller ”vitt”. Metallurgiskt säger man att stelnandet följer det stabila eller det metastabila systemet. Bilden nedan visar ett  fasdiagram för stelnande och omvandling hos gjutjärn enligt det stabila respektive metastabila systemet. Enligt diagrammet har all smälta stelnat vid 1130 °C. Enligt det stabila systemet övergår smältan till austenit och grafit och enligt det metastabila systemet övergår smältan till cementit och austenit (detta s.k. eutektikum kallas för ledeburit). Speciellt kiselhalten, men även andra ämnen, påverkar materialet stelnings- och omvandlingstemperaturer, det vill säga att diagrammets utseende i bilden  förändras.

Av bilden framgår att det är en liten temperaturskillnad mellan de två systemen (jämför respektive linjes läge). För att all smälta skall följa det stabila (grafit) systemet måste stelningen vara slutförd innan temperaturen för det metastabila systemet nås. Kisel är det ämne som kraftigast vidgar detta temperaturintervall. Av den anledningen är kol och kisel de viktigaste legeringselementen för gjutjärn.

Fasdiagram järn – kol. I fasdiagrammet anger de heldragna linjerna det metastabila systemet (vitt stelnande). Diagrammet visar inte inverkan av kisel eller andra ämnen som ingår i gjutjärn. Austenit = γ i diagrammet.

Vilket system som smältan väljer att stelna efter är till stor del beroende av hur smältan är behandlad, det vill säga. antal kärnbildningspunkter (exempelvis ympning och smältförfarande), svalningshastighet (påverkas bland annat. av formmaterial och ”godstjocklek”), och kemisk sammansättning. Olika faktorers inverkan på gjutjärnets stelnande sammanfattas i nedanstående tabell.

För gråjärn och segjärn är vitt stelnande inte önskvärt beroende på att cementiten är mycket hård och försvårar bearbetningen. Maximalt en procent cementit är önskvärt då speciella krav ställs på skärbarheten.         

 Tabell: Olika faktorers inverkan på gjutjärns stelnande.                              

Grått stelnande

Vitt stelnande

Låg svalningshastighet.

Stort antal kärnbildningspunkter.

Grafitiserande ämnen: kol, kisel, koppar, nickel.

 

Hög svalningshastighet.

Litet antal kärnbildningspunkter.

Karbidstabiliserande ämnen: vanadin, krom, molybden, mangan, tenn.

 

                                      

2094