LITINY. Slitiny železa na odlitky

Transkript

1 Poznámka: tyto materiály slouží pouze pro opakování STT žáků SPŠ Na Třebešíně, Praha 10;s platností do r v návaznosti na platnost norem. Zákaz šířění a modifikace těchto materálů. Děkuji Ing. D. Kavková Slitiny železa na odlitky LITINY

2 Slévárny

3 Litiny slitiny Fe s C obsah C > 2,11 % (tj. max. rozpustnost C v Fe γ ) výroba - přetavování surového železa a kovového odpadu ve slévárenských pecích (nejčastěji kuplovny)

4 Kuplovna - obohacení kyslíkem kyslík zaveden do větrovodu nebo přímo injektuje přes dmyšny - dosažení podstatného zvýšení intenzity tavení - snížení spotřeby koksu a legur - snižení nákladů na tunu vsázky

5 Kuplovna - technologie APCOS kombinace speciálního kyslíko - palivového hořáku s možností injektáže prachových látek přes dmyšny kuplovny cíl - podstatné zvýšení flexibility kuplovny - úspory v nákladech na suroviny - účinná likvidace odpadních materiálů - zvýšení intenzity tavení

6 grafitové eutektikum Rovnovážný diagram Fe - C t [ C] 1538 C 1148 C T + G 2,08 %C T + A 4,26%C 1154 C 911 C A + GE GE + G 727 C 0,68%C F + GE GE + G 738 C 0,02 0,765 2,11 4,3 6,68 C [%]

7 Druhy litin cementická litina uhlík přítomen převážně ve formě cementitu bílá litina, litina k temperování grafitická litina tvrzená litina legovaná litina uhlík přítomen převážně ve formě grafitu šedá, tvárná litina uhlík v povrchových vrstvách přítomen převážně ve formě cementitu, v jádře ve formě grafitu uhlík přítomen ve formě grafitu nebo cementitu obsah legur - (0,1 až 10 1 )%

8 Bílá litina slitina Fe s C a dalšími prvky tuhnoucí metastabilně - bílý lom C (2,4 až 4,5)% Si (0,3 až 1,6)% Mn (0,4 až 1)% cementit

9 Vlastnosti a použití - dobrá odolnost abrazivnímu opotřebení (Cr až 35% ) - vysoká tvrdost - značná křehkost - špatná obrobitelnost mlecí desky, koule drtičů, lopatky metacích kol aj. většina produkce jako výchozí surovina pro temperovanou litinu

10 Rozdělení grafitických litin

11 Šedá litina slitina Fe s C - vyloučen ve formě lupínkového grafitu C(2,8 až 3,6)% Si(1,4 až 2,8)% Mn(0,5 až 1)% P(0,2 až 0,6)% S max. 0,15% nejrozšířenější slévárenský materiál podeutektická šedá litina s 3,5%C

12 Krystalizace podle stabilní soustavy Fe - C (směs grafitu a feritu) - tvar a velikost grafitových útvarů ovlivněna ochlazováním a přísadami zjemňováním grafitu roste pevnost šedé litiny grafit ferit

13 Překrystalizace závisí na rychlosti ochlazování a chemickém složení - základní feritická hmota s vyloučeným grafitem - základní perlitická hmota s vyloučeným grafitem - feriticko-perlitická hmota s vyloučeným grafitem většinou je požadována šedá litina s perlitickou základní hmotou (pevnost a tvrdost)

14 Litina s lupínkovým grafitem lupínkový grafit matrice feritická ferit perlit lupínkový grafit matrice perlitická

15 Litina s lupínkovým grafitem matrice feriticko - perlitická lupínkový grafit lupínkový grafit perlit ferit ferit perlit

16 Mechanické vlastnosti nejvýrazněji ovlivňovány - strukturou základní hmoty - tvarem, velikostí a rozložením grafitu rozložení grafitu - lupínkový - pavoučkovitý - červíčkovitý - vločkovitý - nedokonale zrnitý - dokonale zrnitý

17 Rozložení grafitu lupínkový pavoučkovitý červíčkovitý vločkovitý nedok. zrnitý dokon. zrnitý

18 Struktura šedé litiny grafit vyloučen v podobě lamel vermikulární litina lamely na koncích zaobleny

19 Stupeň eutektičnosti S e strukturu a vlastnosti významně ovlivňuje obsah C a doprovodné prvky Si, P - určují tzv. stupeň eutektičnosti S e - podle S e rozdělení litin - S e = 1 litina eutektická - S e < 1 litina podeutektická - S e > 1 litina nadeutektická S e = %C 4,3 +0,3(% Si +%P )

20 Vlastnosti šedých litin menší pevnost v tahu pevnost v ohybu R mo = až 2.R m pevnost v tlaku R mt = až 3.R m minimální tažnost, rázová houževnatost, tvařitelnost tvrdost odpovídá oceli (HB = 180 až 270) nízká mez únavy (σ c = 0,3 R m )

21 Vlastnosti šedých litin velmi dobrá schopnost útlumu chvění nízká citlivost k účinkům vrubů použití při cyklickém namáhání dobré kluzné vlastnosti zjemnění grafitu očkováním tj. přidání přísady do roztavené litiny (např.ferosilicium - FeSi75)

22 Tepelné zpracování žíhání ke snížení pnutí - (400 až 650) C, výdrž až 5hod., ochlazení v peci na 150 C s dochlazením na vzduchu - vysoká tvarová stálost žíhání na měkko - (650 až 700) C, výdrž (2 až 8) hod., klesne tvrdost, zlepší se obrobitelnost

23 Tepelné zpracování kalení - zvýšení odolnosti proti opotřebení, (50 až 80) C nad A 1 stupňovitě, ochlazení do vody, oleje či termální lázně 300 C a bezprostřední popouštění povrchové kalení - zvýšená odolnost proti opotřebení očkovaných litin, tloušťka vrstvy 1,5mm s tvrdostí do 55HRC, (popouštění na 150 až 200 C)

24 Příklady výrobků ze šedé litiny horní a spodní část ložiskové skříně výfukové koleno setrvačník

25 Tvárná litina slitina Fe s C > 2,11% a dalšími prvky krystalizace dle stabilní soustavy Fe - C C (3,4 až 3,8)%, Si (2,3 až 2,9)%, Mn (0,1 až 0,8)%, P (0,01 až 0,04)%, Mg (0,03 až 0,06)%

26 Očkování technologický proces - přidání malého množství vhodně zvolené substance (očkovadla) do tekutého kovu - zvýšení množství krystalizačních zárodků určité fáze

27 Očkování šedá litina - přidání hořčíku (ceru) růst grafitizačních zárodků ferosilicium do roztavené litiny - ovlivněna krystalizace grafitu (zrnitý, kuličkový) - menší vliv na základní hmotu

28 Očkovací přísady

29 Struktura matrice feritická - nižší R m (370 až 400)MPa - zvýšená tažnost (12 až 17)% perlitická - vyšší R m (500 až 700)Mpa feriticko - perlitická

30 Struktura matrice feritická perlitická ferit zrnitý grafit perlit zrnitý grafit

31 Struktura matrice litina s lupínkovým grafitem s matricí feriticko-perlitickou zrnitý grafit ferit perlit

32 Tepelné zpracování žíhání ke snížení vnitřního pnutí - (500 až 600) C, pomalé ochlazení v peci feritické žíhání - (800 až 900) C, výdrž až 5 hodin, chladnutí pod A 1, prodleva (4 až 12)hod., - vznik feritické základní hmoty s grafitem v zrnité formě, nežádoucí cementit odstraněn - zvýšení houževnatosti, tvařitelnosti - změkčení litiny

33 Tepelné zpracování žíhání na měkko - (650 až 700) C, není-li ve struktuře primární cementit, zvýšená houževnatost kalení - (780 až 880) C, ochlazení do oleje (vody či termální lázně), tvrdost až 600HV povrchové kalení - tloušťka vrstvy ~ 1,5mm, tvrdost až 60HRC popouštění - bezprostředně po kalení

34 Odlitky z tvárné litiny tlakové potrubí odlitky odlévané do písku

35 Odlitky z tvárné litiny motorová konzola setrvačník - součást motoru podpěry převodová skříň lisu kolo vysokozdvižného vozíku

36 Tvrzená litina není normalizovaným druhem litiny krystalizace ovlivněna - chemickým složením - rychlostí ochlazování - povrch dle Fe - Fe 3 C (bíle) - jádro dle Fe - C (šedě) - mezi nimi přechodová (maková) litina (obsahuje cementit i grafit)

37 Vlastnosti a použití odlitky s tvrdou povrchovou vrstvou - tvrdost až 55 HRC - měkčí méně křehké jádro použití - součásti vystavené abrazivnímu opotřebení (vačkové hřídele, válcovací a mlecí válce, součásti drtičů apod.)

38 Temperovaná litina výchozí materiál bílá litina - horší zabíhavost a velké smrštění slitina Fe s C a dalšími prvky - uhlík vyloučen z části nebo úplně jako temperovaný grafit temperování - tepelné zpracování odlitků z bílé podeutektické litiny - odstranění cementitu jeho rozkladem nebo oduhličováním

39 Vlastnosti přechod mezi ocelí na odlitky a šedou litinou lepší obrobitelnost schopnost útlumu chvění dobré třecí vlastnosti tažnost A min = (3 až 12)% pevnost R m = (300 až 540) MPa modul pružnosti E = ( až )MPa

40 teplota [ C] Temperovací žíhání (980 až 1000) C 955 C 760 C 680 C Litina s černým lomem - perlitická Litina s černým lomem - feritická Litina s bílým lomem čas [hod.]

41 teplota [ C] Temperovaná litina s černým lomem výchozí polotovar - bílá litina Fe + (2,3 až 2,6)%C, (1,2 až 1,5)%Mn, (0,4 až 0,5)%Si temperování 1. grafitizační stadium 2. velmi pomalé ochlazování neutrální prostředí feritická temperovaná litina s černým lomem (900 až 1050) C 780 C 700 C 60 čas [hod.]

42 Stadia temperování 1. grafitizační t = (900 až 1050) C - dochází k rozpadu cementitu na austenit a temperovaný grafit 2. velmi pomalé ochlazování - austenit přechází na směs feritu a temperovaného grafitu vlastnosti - nižší pevnost - dobrá houževnatost

43 teplota [ C] Temperovaná litina s černým lomem výchozí polotovar - bílá litina Fe + (2,3 až 2,6)%C, (1,2 až 1,5)%Mn, (0,4 až 0,5)%Si neutrální prostředí temperování 1. grafitizační stadium 2. rychlé ochlazení perlitická temperovaná litina s černým lomem (900 až 1050) C 40 čas [hod.]

44 Stadia temperování 1. grafitizační t = (900 až 1050) C - dochází k rozpadu cementitu na austenit a temperovaný grafit 2. rychlé ochlazení proudem vzduchu - austenit přechází na perlit vlastnosti - vyšší pevnost - nižší houževnatost - zvýšená tažnost popouštění t < A 1 - perlit s feritem

45 teplota [ C] Temperovaná litina s bílým lomem výchozí polotovar - bílá litina Fe + (2,9 až 3,4)%C, (0,3 až 0,5)%Mn, (0,3 až 0,8)%Si oxidační prostředí povrchové vrstvy tvořeny feritem jádro perlitem s temperovaným grafitem (900 až 1050) C 740 C 650 C čas [hod.] 120

46 Stadia temperování během procesu oduhličení povrchu později oduhličování částí pod povrchem současně dochází k rozpadu cementitu na grafit a austenit - zpomalení procesu

47 Použití temperovaných litin nevýhoda - špatná zabíhavost a velká smrštivost - nelze použít na velké odlitky výroba - středně mechanicky namáhané součástky automobilů, polnohospodářských strojů, vagónů, lokomotiv apod.

48 Odlitky z temperované litiny oběžná kola čerpadel spojky segmenty spojek

49 ADI litiny ADI - Austempered Ductile Iron použití - vysokopevné odlitky výchozí materiál - litina s kuličkovým grafitem TZP - izotermické zušlechťování na bainit

50 Izotermické zušlechťování austenitizace t = (850 až 1 000) C výdrž (1-3) hod. rychlé ochlazení na teplotu izotermické přeměny (do bainitické oblasti) - solná lázeň dochlazení na pokojovou teplotu

51 Struktura ADI litiny s bainitickou matricí solná lázeň teploty (250 až 450) C. vyšší teplota - horní bainit - nižší pevnost a tvrdost - vyšší plastické vlastnosti, houževnatost, únavové vlastnosti apod. nižší teplota - struktura dolního bainitu - vyšší pevnost, tvrdost a odolnost vůči opotřebení odlitku

52 Struktura ADI litiny s bainitickou matricí

53 Litiny s červíkovitým grafitem zvláštní tvar grafitu - červíkovitý (vermikulární) - někdy obsahuje i malé množství nedokonale zrnitého grafitu (cca 20 % z celkového objemu vylouč. grafitu) matrice - perlitická - feritická - kombinace obou složek

54 Litiny s červíkovitým grafitem chemické složení - Fe + (3,2 až 4,2) % C, (1,5 až 4) % Si, (0,4 až 0,8) % Mn, pod 0,1 % P, pod 0,02 % S (stejně jako litina s kuličkovým grafitem) Detail červíkovitého grafitu (hloubkově leptáno) Litina s vermikulárním grafitem s matricí feriticko - perlitickou

55 Vlastnosti a použití litina s červíkovitým grafitem - slévárenské vlastnosti tvárné litiny - mechanické vlastnosti litiny šedé použití - mechanicky namáhané odlitky v podmínkách tepelných rázů litina s vermikulárním grafitem - odlitky pro automobilový průmysl (hlavy válců, výfuky, ventilová pouzdra, pístové kroužky, bloky válců)

56 Použití vermikulární litiny tvarově složité odlitky mechanicky namáhané odlitky v podmínkách tepelných rázů odlitky pro automobilový průmysl (hlavy válců, výfuky, ventilová pouzdra, pístové kroužky, bloky válců, )