Nötningsbeständigt gjutjärn kallas ofta vitjärn eller vitt gjutjärn.

Vitjärnet kan delas in i tre grupper:

  • Olegerat eller låglegerat material
  • Nickel – kromlegerat material
  • Högkromhaltigt material (> 11 % krom)

Vitjärnet är ett gjutjärn där kolet är bundet som cementit (järnkarbid, Fe3C) och olika typer av kromkarbider (M23C6 och M7C3). Dessa ligger inbäddad i en grundmassa, som genom legeringstillsatser redan i gjuttillståndet huvudsakligen utgörs av martensit. Både karbider och martensit bidrar till att ge materialet hög hårdhet och nötningsbeständighet. Dessa egenskaper uppnås genom legering med krom och nickel. I tabell 7.24 redovisas den individuella hårdheten för olika typer av karbider och grundmassor.

Mikrostruktur i EN-GJN-HB510 (motsvarar Ni-Hard från gjutgods tillverkat av Bruzaholms Bruk.

 

 Mikrostrukturen i föregånde bild vid högre förstoring. De olika strukturbeståndsdelarna (karbider, martensit och austenit) är markerade i bilden.

 

Tabell: Typisk hårdhet för olika beståndsdelar i vitjärn.                       

Typ av karbid

Hårdhet, HV 30

Fe3C

(FeCr)3C

(FeCr)7C3

840 - 1100

1060 -1240

1200 - 1600

Typ av grundmassa

Hårdhet, HV 30

Ferrit

Perlit (olegerad)

Perlit (legerad)

Austenit (låglegerad)

Austenit (Cr-legerat)

Martensit

70 – 200

250 – 320

300 - 460

250 – 350

300 - 600

500 - 1010

 

De olegerade och låglegerade materialen innehåller huvudsakligen Fe3C och (FeCr)3C i en perlitisk grundmassa.

De nickel-kromlegerade materialen med upp till cirka fem procent krom innehåller huvudsakligen (FeCr)7C3 och inslag av (FeCr)3C i en martensitisk grundmassa.

De högkromhaltiga materialen (> 11 % Cr) innehåller (FeCr)7C3 i en martensitisk grundmassa.

Materialets nötningsbeständighet styrs av typ av grundmassan (perlit är mjukare än martensit) samt av typ och mängd av karbider.

Karbidhalten kan approximativt beräknas i kromlegerat vitjärn med hjälp av sambandet:
karbidhalt i procent = 12,33*kolhalten) + 0,55*(kromhalten) – 15,2

Om spridningen vid tillverkningen är ± 0,15 för kolhalten och ± 0,5 för kromhalten ger variationen i respektive ämne ± 1,8 och ± 0,3 procent karbider. För en legering med 1,8 procent kol och 16 procent krom fås enligt samma samband 16 procent karbider. Det betyder att spridningen i kolhalt ger en variation i karbidhalt på ca ± 11 %.

 

Framställning

Det nötningsbeständiga vitjärnet kan levereras både med och utan värmebehandling.

Normalt krävs inte någon värmebehandling och vitjärnet levereras ofta ”ascast” eller avspänningsglödgat. Beroende på gjutgodsets komplexitet och krav på bättre motstånd mot slagpåkänning, bättre skärbarhet eller svårighet att innehålla hårdheten tillgrips olika typer av värmebehandling.

 Värmebehandlingen kan vara avspänningsglödgning, härdning och anlöpning, eller glödgning.

 

Användning och egenskaper

I en omfattande litteraturstudie av Lars-Erik Björkegren och Björn Israelsson  redovisas olika typer av materials nötningsegenskaper i olika miljöer och olika parametrars effekt.

Vitjärn används sällan som rent konstruktionsmaterial. På grund av den stora hårdheten och den goda slitstyrkan används det till slitdelar i mal- och krossmaskiner, exempelvis kul- och stångkvarnar, stenkrossar, pumphjul för slitande media, rör och valsar. Exempel på produkter visas i bilderna nedan. En viss användning har speciellt de högkromlegerade vitjärnen för eldroster, där deras goda värmebeständighet utnyttjas. De kan användas vid temperaturer upp mot 1 000°C.

Asfaltsblandare. Slitdelarna är gjutna i vitjärn och armarna i segjärn (Bruzaholms Bruk). Nickel-kromlegerat vitjärn.

 Svärd i en grustvätt (Bruzaholms Bruk). Materialet är vitjärn.

 

Standard, SS-EN 12513:2011

Europastandarden för vitjärn omfattar flertal legeringar, vilka samtliga är uppbyggda på legeringstillsatser av nickel och krom.

Segheten hos vitjärn är låg, vilket måste beaktas då materialet används i en konstruktion. Materialets hårdhet gör att det är mycket svårt att bearbeta.

Tabell: Hårdhetskrav och kemisk sammansättning hos olegerat och låglegerat vitjärn (nötningsbeständigt gjutjärn) enligt SS-EN 12513:2011. Hårdheten mätt på gjutgodset eller efter särskild överenskommelse på en Brinellvårta eller vidgjutet block.

Material-beteckning

 

HBW

Min.

Kemisk sammansättning, procent

Kol

Kisel

Mangan

Krom

EN-GJN-HB340

EN-GJN-HB400

340

400

2,4 – 3,9

2,4 – 3,9

0,4 – 1,5

0,4 – 1,5

0,2 -1,0

0,2 -1,0

≤ 2,0

≤ 2,0

                                           

 Tabell: Hårdhetskrav och kemisk sammansättning hos nickel- kromlegerat vitjärn (nötningsbeständigt gjutjärn) enligt SS-EN 12513:2011. Hårdheten mätt på gjutgodset eller efter särskild överenskommelse på en Brinellvårta eller vidgjutet block.

Material-beteckning

 

HBW

Min.

Kemisk sammansättning i procent

Kol

Kisel

Mangan

Fosfor

Svavel

Nickel

Krom

EN-GJN-HB480

EN-GJN-HB500

EN-GJN-HB510

EN-GJN-HB555

EN-GJN-HB630

480

500

510

555

630

2,5 – 3,0

2,4 – 2,8

3,0 – 3,6

2,5 – 3,5

3,2 – 3,6

≤ 0,8

1,5 – 2,2

≤ 0,8

1,5 – 2,5

1,5 – 2,2

≤ 0,8

0,2 – 0,8

≤ 0,8

0,3 – 0,8

0,2 – 0,8

≤ 0,10

≤ 0,06

≤ 0,10

≤ 0,08

≤ 0,06

≤ 0,10

≤ 0,06

≤ 0,10

≤ 0,08

≤ 0,06

3,0 – 5,5

4,0 – 5,5

3,0 – 5,5

4,5 – 6,5

4,0 – 5,5

1,5 – 3,0

8,0 – 10,0

1,5 – 3,0

8,0 – 10,0

8,0 – 10,0

 

Tabell: Hårdhetskrav och kemisk sammansättning hos högkromhaltigt vitjärm (nötningsbeständigt gjutjärn) enligt SS-EN 12513:2011. Hårdheten mätt på gjutgodset eller efter särskild överenskommelse på en Brinellvårta eller vidgjutet block.

Material-beteckning

 

HBW

Min.

Kemisk sammansättning1), %

Cr

EN-GJN-HB555 (XR11)

EN-GJN-HB555 (XR14)

EN-GJN-HB555 (XR18)

EN-GJN-HB555 (XR23)

550

550

550

550

11,0 – 14,0

14,0 – 18,0

18,0 – 23,0

23,0 – 30,0

1) 1,8 – 3,6 %C, ≤ 1,0 %Si, 0,5 – 1,5 %Mn, ≤ 0,08 %P, ≤ 0,08 %S, ≤ 2,0 %Ni, ≤ 3,0 % M0, ≤ 1,2 %Cu

2101