støpejern

Hvitt støpejern fremmes av lavt karboninnhold, lavt silisiuminnhold og høy avkjølingshastighet under støpingen. I hvitt støpejern foreligger karbonet overveiende som sementitt som er en hard og sprø fase. Mikrostrukturen kan beskrives som et kompleks nettverk av sementittpartikler i en grunnmasse av perlitt. Sementitten gjør hvitt støpejern hardt og slitesterkt, og det benyttes i deler som er utsatt for slitasje, for eksempel knuseverk, valser og kverner. Men det er også sprøtt, og ved brudd vokser en sprekk tvers gjennom de sprø sementittpartiklene og etterlater seg glatte flater som reflekterer lys. En belyst bruddflate får derfor en karakteristisk hvit farge som er opphav til navnet på dette støpejernet. Hvitt støpejern har størst anvendelse som utgangsmateriale for produkter fremstilt ved adusering. Hvitt støpejern produseres ikke i Norge i dag.

Grått støpejern (gråjern) fremmes av høyt karboninnhold, høyt silisiuminnhold (for eksempel to prosent) og lav størkningshastighet. Både karbon og silisium er grafittiserende, det vil si at de fremmer vekst av grafitt på bekostning av sementitt. I grått støpejern foreligger derfor karbonet overveiende som grafitt. Denne grafitten har en uryddig bladlignende form (flakgrafitt), og i et lysmikroskopbilde av en polert snittflate framtrer grafittflakene som mørke krumme linjer. Grunnmassen i grått støpejern består enten av ferritt eller av perlitt.

Grått støpejern er mykere og mindre sprøtt enn hvitt støpejern, men duktiliteten er likevel lav (≤ 1 % forlengelse) på grunn av de tallrike grafittflakene som virker bruddanvisende. Grått støpejern kan derfor ikke smis. Perlittisk grunnmasse gir høyest styrke og lavest duktilitet. Under et bruddforløp er grafitten opphav til et utall småsprekker som forplanter seg på mange ulike måter (blant annet langs flakene), og dette gir en svært topografisk bruddflate som gjør at innfallende lys spres i alle retninger. En belyst bruddflate blir derfor grå, og dette er opphav til navnet på dette støpejernet.

Grått støpejern brukes blant annet i ovner, vasker og gategods (kumlokk og annet). På grunn av sine gode vibrasjonsdempende egenskaper (elastiske bølger i grunnmassen overføres ikke til grafitten) blir gråjern også brukt i for eksempel maskinstativ og veivaksler i små motorer. I tillegg kan det nevnes at perlittisk gråjern blir brukt i sylinderforinger fordi grafitt virker smørende og fordi perlitt gir slitasjestyrke.

I kulegrafittjern, også kalt nodulært støpejern, opptrer karbonet som kuler av grafitt, noe som oppnås ved å tilsette små mengder magnesium i smelten. Kulegrafittjern kan derfor betraktes som en type grått støpejern, men klassifiseres vanligvis som en egen gruppe. Det kalles også seigjern eller duktilt støpejern fordi komponenter med grafitten fordelt som kuler tåler mye plastisk deformasjon, i motsetning til annet grått støpejern. Også i kulegrafittjern kan grunnmassen være enten ferrittisk eller perlittisk. Kulegrafittjern brukes i produkter med krav til styrke og stivhet, for eksempel i rør, maskindeler og gategods.

Kompaktgrafittjern er tilsatt noe mindre magnesium enn kulegrafittjern er. Det blir derfor en mellomting mellom grått støpejern og kulegrafittjern; dette gjelder både mikrostruktur og mange egenskaper. Grafitten i kompaktgrafittjern er verken kuler eller flak, men har en orm- eller mark-lignende form. Denne kvaliteten kalles derfor også vermikulærjern (av det tyske ordet Wurm som betyr orm/mark). Egenskaper som styrke, seighet, termisk ledningsevne og vibrasjonsdempende evne ligger mellom tilsvarende egenskaper hos gråjern og kulegrafittjern. Dette er bestemmende for bruksområdene for kompaktgrafittjern, som blant annet brukes i motorblokker og sylindertopper i dieselmotorer.

Aduserjern (adusergods) blir framstilt ved å mykgløde hvitt støpejern ved en høy temperatur. I løpet av denne prosessen løses sementitten i det hvite støpejernet opp, og det frigjorte karbonet danner uregelmessig formede «kuler» av grafitt (temperkull). Avhengig av blant annet avkjølingsforholdene etter aduseringen blir grunnmassen vanligvis enten ferrittisk eller perlittisk. Aduserjern har derfor likhetstrekk med kulegrafittjern; det er karakterisert ved en høy bruddforlengelse og er smibart.

Aduserjern blir brukt i deler som både trenger høy styrke og evne til å deformeres uten å knekke. Typiske anvendelser er rør og rørdeler, bildeler, maskindeler, landbruksutstyr og håndverktøy. I Norge lages det ikke lenger produkter av aduserjern.

• Ved å tilsette elementer som nikkel (14–18 prosent), kobber og mangan, som alle stabiliserer høytemperaturfasen austenitt, kan grått støpejern og kulegrafittjern med en austenittisk grunnmasse fremstilles. Austenittiske støpejern har god motstand mot korrosjon og oksidasjon, spesielle kvaliteter kan brukes opp til 800 °C i et oksiderende miljø.
• Silisiumrike støpejern med 14–18 prosent silisium har meget god motstand mot høytemperatur-oksidasjon og mot korrosjon i sterke syrer, for eksempel svovelsyre. Denne kvaliteten blir derfor blant annet brukt i pumper for pumping av svovelsyre. Grunnmassen i disse støpejernene inneholder forbindelsen Fe₃Si som er svært kjemisk resistent. Nesten alt karbonet foreligger som grafitt.
• Kromrike støpejern med 11–30 prosent krom er en type hvitt støpejern. De har god motstand mot korrosjon og høytemperatur oksidasjon, og på grunn av sin høye hardhet er de meget motstandige mot abrasiv slitasje. De brukes blant annet i slampumper og i utstyr for blåsing med stålsand.

I Norge kom den første masovnen i drift ved Bærum Jernverk i 1622, og etter hvert begynte flere av de gamle jernverkene å støpe jern. Disse jernstøperiene spilte en viktig rolle i norsk industrireising. I løpet av 1700- og 1800-tallet ble det etablert en rekke jernstøperier i Norge, men de fleste av disse er nå nedlagt.

I Norge produseres det i dag støpejerngods ved Jøtul AS, Ulefos Jernværk AS, Furnes Jernstøperi AS og Mandal Castings AS. Alle disse benytter induksjonsovner til smeltingen. Råmaterialet varierer, men generelt benyttes det resirkulert støpejern, overskudd fra egen støpejernproduksjon og stålskrap. Mandal Castings benytter i tillegg importert råjern. Jøtul produserer vedovner og peiser/peisinnsatser i grått støpejern; Ulefos Jernværk produserer gategods i seigjern (deres gråjernproduksjon av for eksempel ovner opphørte i 2020); hovedproduktet til Furnes Jernstøperi er gategods i gråjern og seigjern, og som Mandal Castings produserer de en lang rekke komponenter i gråjern og seigjern til industriell virksomhet innen anlegg og transport, verkstedindustri, skipsindustri og landbruk med mer. Mandal Castings er det eneste norske støperiet som produserer kompaktgrafittjern (til sylindertopper for skipsdieselmotorer).