støbejern

Støbejern, kompleks jernlegering med højt kulstofindhold, som anvendes til støbning af færdige jerngenstande. Støbejern består af jern, kulstof, silicium, fosfor, mangan og svovl. Med et kulstofindhold på 2,5-4% ligger smeltetemperaturen 200-400 °C lavere end for rent jern (se jern-kulstof-diagram), hvilket gør omkostningerne ved smeltning og formning relativt lave. Kulstof forekommer i støbejern dels kemisk bundet som karbidet cementit, dels udskilt som flager eller lameller af grafit. I SG-jern er grafitten dog udskilt som kugler.

Støbejern inddeles i hovedtyperne hvidt og gråt støbejern, hvoraf gråt støbejern er langt det vigtigste. I hvidt støbejern foreligger alt kulstof som cementit, og jernet er derfor meget hårdt, over 450 HV (se Vickers-hårdhed), slidstærkt og svært at bearbejde med skærende værktøj. Hvidt støbejern bruges til emner udsat for slid og er udgangspunkt for fremstilling af aducergods.

Gråt støbejern er relativt blødt og bearbejdeligt. Under størkningen udskilles grafit, som kompenserer for metallets sammentrækning og resulterer i tæt gods. Hvis gråt støbejern legeres med 0,7-1,2% fosfor, falder temperaturen på den sidst størknende smelte med ca. 100 °C, så selv formens fineste dele bliver fyldt af jern (se fosfideutektikum).

Gråt støbejern har betydelig mindre trækstyrke end stål, og man kan ikke fastlægge en brugbar flydespænding. Derimod har gråt støbejern med lamelgrafit gode slid- og glideegenskaber, som gør det velegnet til fx motorcylindre og stempelringe. Endvidere virker grafitindholdet lyddæmpende, hvorfor gråt støbejern er vidt udbredt i bevægelige maskindele som fx tandhjul. Støbejerns trykstyrke er tre-fire gange så stor som trækstyrken, hvilket åbner særlige anvendelsesområder.

Betegnelserne hvidt og gråt støbejern hentyder til udseendet af en brudflade. Hvidt støbejern ser blankt ud, da bruddet især forløber gennem cementit, mens bruddet i det grå støbejern især forløber gennem de grålige grafitlameller.

Meleret støbejern er en blandingsstruktur af gråt og hvidt, der normalt kun findes i overgangen mellem støbejernets grå og hvide partier.

Om støbejern bliver hvidt eller gråt, afhænger dels af kølehastigheden ved udstøbningen, dels af legeringens sammensætning. Hurtig afkøling og lave kulstof- og siliciumindhold fremmer det hvide støbejern. På mange maskinelementer ønsker man en hård og slidstærk overflade, men en blød og bearbejdelig krop. Fx kan en stempelløfter udstøbes mod en hurtigtkølende kokille (metalform), mens kroppen størkner mod en langsomtkølende sandform. Den samme legering kan derved levere en slidstærk, hvid overflade og en grå, bearbejdelig krop. På lignende måde eller ved legering kan valser til såvel varm- som koldvalsning af metaller fremstilles med en grå kerne og en hvid overflade, som kan højglanspoleres.

De almindeligste legeringselementer er chrom, nikkel og molybdæn samt silicium ud over standardmængden. Ved legering kan der fremstilles syrefaste kvaliteter og stærke bainitiske støbejern (se bainit). Nikkel øger modstandsdygtigheden mod alkalier. Støbejern kan ikke formgives ved smedning eller kolddeformation.

Støbejern fremstilles på jernstøberier ved smeltning, tidligere i kupolovne, i dag i elektroovne ud fra råjernsbarrer og skrot. Af særlig betydning er den automatiske formemaskine opfundet af V. Aa. Jeppesen i 1959. Den har revolutioneret støberiindustrien ved fremstilling af støbegods på op til 50 kg stykvægt.