4.2 materialöversikt allmänt de hundratals olika materialkvaliteter, som idag används i pumpar, kan klassificeras i följande huvudgrupper: ? ? ? ? material med järn som huvudbeståndsdel material med koppar eller aluminium som huvudbeståndsdel övriga metalliska material icke-metalliska material materialens hållfasthet bestäms på vanligt sätt av brottgräns ?b och brottförlängning ?5. ibland är även andra fysikaliska data som slagseghet och hårdhet av intresse. en pumps tryckklass pn-se vidare avsnitt 4.3- bestäms i stort av materialets hållfasthet. för plaster vid rumstemperatur liksom för metaller vid högre temperaturer måste materialens kryphållfasthet beaktas. kryphållfastheten beskriver tidens inverkan på brotthållfastheten. gråjärn gråjärn tillverkas i olika kvaliteter-sis 0100 till sis 0140- där de två sista siffrorna anger dragbrottgränsen ?b i 0,1 ? n/m m2. se vidare tabell 4.1. dragbrottgränsen är beroende framförallt av kolhalten och minskar med ökad kolhalt. kolet förekommer som grafitfjäll insprängt i en grundmassa av järn. fjällformen medför att värden på slagseghet och brottförlängning blir mycket låga. gråjärn bör därför undvikas i sådana pumpar som utsätts för yttre och/eller inre slag, vattenslag etc. detta är speciellt viktigt om det pumpade mediet är hetvatten vid mättningstryck. vid t ex + 120°c avkokar 5 % av mängden i hela hetvattenssystemet till ånga, innan värmebalans uppnås. angvolymen ärvid denna mättningstemperatur ca 600 gånger större än motsvarande vattenvolym, varför personer kan få omfattande brännskador om en spricka skulle uppträda i pumpen. i sverige är + 120°c angiven som övre gräns för tryckpåkända system utförda av gråjärn. för högre temperaturer måste segjärn eller stålgjutgods användas. gråjärnet är det mest använda materialet i normala centrifugalpumpar. det har från korrosionssynpunkt ett mycket brett verksamhetsfält. i vatten eller vattenlösningar med ph-värden mellan c:a 6 och 10 kan gråjärn användas utan större risk för korrosionsskador. i surare medier är gråjärn också användbart, men det är i hög grad beroende av vad som har åstadkommit det lägre ph-värdet. temperaturberoendet är också mera accentuerat i detta område. genom sin höga kolhalt erhåller gråjärnet snabbt ett skyddande grafitskikt, vilket innebär att ett ur hållfasthetssynpunkt sämre gråjärn med högre kolhalt har ett bättre korrisionsskydd. av samma orsak är gråjärnet överlägset normalt stål ur korrosionssynpunkt. segjärn segjärn är ett relativt nytt material. analysmässigt är segjärn mycket likt ett vanligt gråjärn med avseende på kol- och kiselhalter. i motsats till gråjärnets grafit är segjärnets ej fjälliknande, utan förekommer som små runda kulor i en perlitisk grundmassa. detta åstadkommes genom att sätta till små mängder magnesium i smältan före gjutningen. genom den sfäriska grafitformen får segjärn avsevärt högre hållfasthet än gråjärn. dessutom är förlängningen större och slagsegheten bättre. ytterligare förbättrad förlängning och slagseghet erhålls genom värmebehandling, varvid grundmassan förändras mot ferritisk struktur. segjärn är mycket användbart för tryckkärl utsatta för inre övertryck, där man tidigare helt varit hänvisad till stålgjutgods. segjärn har dessutom god svetsbarhet. den övre användningsgränsen är ungefär pn 25 eller vätsketemperatur + 300°c. segjärnets korrosionsbeständighet är ganska likvärdig gråjärnets. detta gäller även för kemiska vätskor. 107
olegerat stålgjutgods olegerat stålgjutgods har i stort sett samma hållfasthet som handelsstål. analysmässigt skiljer sig stålgjutgodset endast genom vissa tillsatser för att förbättra gjutbarheten. låglegerat stålgjutgods har små tillsatser av nickel och krom för att förbättra varmhållfastheten. stålgjutgods används framför allt för högtrycks- och hetvätskepumpar, men trängs alltmer tillbaka av segjärn och legerade stålkvaliteter. från korrosionssynpunkt är stålgjutgods sämre än gråjärn och segjärn, företrädesvis beroende på att kolhalten ej överstiger 1,5 %, vilket ej är tillräckligt för att ge något skyddande grafitskikt. legerade gråjärn och segjärn genom tillsatser av små mängder legeringsämnen kan grå- och segjärns egenskaper i viss utsträckning förändras med avseende på hållfasthet, bearbetbarhet, korrosions- och nötningsbeständighet ej överstiger 1,5%, vilket ej är tillräckligt för att ge något skyddande grafitskikt. ? koppar ? endast för gråjärn genom koppartillsats får gråjärnets grundmassa en jämnare struktur av perlit med mindre ferrit samt bättre form på och fördelning av grafiten. draghållfastheten ökar mellan 10 och 20 % genom tillsats av 1-2% med motsvarande hårdhetsökning. korrosionsbeständigheten mot t ex svavelsyra av hög koncentration och svavelsura lösningar förbättras avsevärt. ? nickel och krom ? ni resp cr genom små tillsatser av nickel och/eller krom blir strukturen jämnare och mera finfördelad, vilket ger samma fördelar som vid tillsats av koppar. härigenom erhålls även ett tätare gjutgods. vid tillsats av ca 20 % ni- ni-resist- blir grundmassan austenitisk-omagnetisk. denna kvalitet har visat sig mycket användbar för havsvatten och andra kloridhaltiga vätskor även vid högre temperaturer. hållfastheten är lika grå- resp segjärnets. vid legeringshalter av ca 6 % ni och 9 % cr- ni-hard-erhålls en martensitisk grundmassa med kromkarbider, varigenom hårdheten blir mellan 500 och 600 brinell. hårdheten kan ökas ytterligare genom värmebehandling eller ökning av kromhalten upp till 30 %. på detta sätt fås ett material med mycket god beständighet mot nötning och erosion. på grund av den avsevärda hårdheten kan materialet endast bearbetas medelst slipning, varför speciella konstruktioner erfordras för pumpar. ? kisel ? si kisellegerat gjutjärn - kiseljärn - är mycket syrabeständigt om halten si överstiger 13 %. detta material är resistent mot svavelsyra vid alla koncentrationer samt mot ett flertal andra oorganiska och organiska syror dock ej mot fluorvätesyra,varm koncentrerad saltsyra, svavelsyrlighet, sulfi- och organiska syror dock ej mot fluorvätesyra, varm koncentrerad saltsyra, svavelsyrlighet, sulfiter och varm alkali. genom ytterligare tillsats av 3 % molybden blir materialet beständigt även mot saltsyra och klorhaltiga lösningar. kiseljärn är mycket svårgjutet och ger dålig trycktäthet. det bör av den anledningen ej användas i pumpar med inre övertryck större än 0,4 mpa. då materialet är hårt och mycket sprött måste som regel speciella konstruktionsprinciper tillämpas för pumpart ex "klä in" kiseljärnet i ett omgivande stålhölje, vilket får ta upp tryckpåkänningarna. 108