Vlastislav Otáhal Technicko-ekonomické poradenství

Transkript

1 Litina s kompaktním - vermikulárním (červíkovitým) grafitem Monografie Předložená monografie podléhá autorským právům a nesmí být kýmkoliv rozmnožována a poskytována dalším subjektům Technicko-ekononomické poradenství MetalCasting and Foundry Consult Otáhal Vlastislav Brno, Horská 27

2 úvod Práce je určena slévárenské veřejnosti, metalurgům, konstruktérům strojů a zařízení, studentům vysokých škol a vědeckým pracovištím zabývajícími se studiem a výzkumem kovových materiálů. Prvá pozorování a dokumentace o litině s kompaktním grafitem *(CGI compacted graphite Iron) vznikla a byla popsána v pionýrských pracích při objevu vzniku tvárné litiny se zrnitým grafitem, ke konci čtyřicátých let minulého století, Morrough a Williamsem /1,2,3 /. Výzkumy ukázaly, že v případě určitého, kritického množství ceru a hořčíku je stabilizace dokonale vyvinutého zrnitého grafitu nedostatečná a vzniká přechodná forma kompaktního, nebo vermikulárního grafitu. Obdobně se může tento typ grafitu vyskytovat po částečném odeznění účinku vhodných očkovadel a v silnostěnných průřezech odlitků z tvárné litiny. Tato forma grafitu byla proto původně v litině považována za nevhodnou a označena jako quasilupínkový grafit. Kvůli nižším mechanickým vlastnostem než má litina se zrnitým grafitem (LKG), se litina s kompaktním - vermikulárním grafitem (LVG) považovala za materiál podřadné jakosti, za špatnou tvárnou litinu. Mechanické vlastnosti litiny s kompaktním grafitem (LVG) se pohybují mezi vlastnostmi LKG a litiny s lupínkovým grafitem (LLG). Při hledání materiálu, který by kombinoval vynikající pevnost a tažnost tvárné litiny s vynikající obrobitelností a tepelnou vodivostí litiny s lupínkovým grafitem, tedy šedé litiny, byla vlastně objevena litina s kompaktním grafitem, která tuto mezeru zaplnila. První zmínky o specifickém uplatnění litiny s vermikulárním grafitem v roce 1955 zveřejnil Estes a Schneidewind /4/ a později pak v roce 1965 Schelleng /5,6/. Ve shodě s Donoho /7/, Schelleng volil termín vermikulární grafit, aby precizoval rozdíl mezi zrnitým, kompaktním a vermikulárním grafitem. Přestože byly již ve shora uvedených pracích prokázány některé příznivé a přednostní vlastnosti litiny s kompaktním grafitem, nebylo doposud v důsledku omezených možností kontroly jejich výroby (zvláště rychlé a přesné stanovení obsahu síry ve výchozí tavenině ) přistoupeno k jejich sériové výrobě. V té době byla litina s kompaktním grafitem vyráběna očkováním směsí kalciumkarbid/oxid hořčíku/kovy vzácných zemin, nebo směsí hořčíku a ceru ve formě mischmetalu s přísadou titanu. Po té probíhá řada prací zabývajících se výrobou a vlastnostmi litiny s kompaktním grafitem, které shrnuli a představili v roce 1982 na 49 MSK v Chicagu spoluautoři Nechtelberger a 2

3 spol. /8/, v roce 1986 na 53 MSK v Praze Riposan a spol./9/, načež následuje řada dalších. Jednou z posledních, je před tímto vydáním, referát Dawsona na 68 MSK v Chennai v Indii /10/. * Termíny kompaktní (compacted graphite) a vermikulární grafit jsou názvy všeobecně vžité v zahraniční literatuře. U nás se, né zcela vhodně, prosadil termín červíkovitý nebo červíčkovitý grafit. Označení : Anglické CGI Německé GGV, České LČG EN evropské GJV V následujícím textu, v závislosti na jeho původu, používáme všechna uvedená označení! Při prohlížení přenesených diagramů a tabulek doporučujeme jejich vhodné zvětšení! Vzhledem k tomu, že jsou některé diagramy převzaty z dostupných reprintů a ne z originálů, nejsou dosti kvalitní. Jejich překreslování by znamenalo značné finanční náklady a významně prodražilo vydání tohoto textu! Text neprošel jazykovou korekturou! I. vydání. Brno, únor

4 obsah I. Úvod 2 Obsah 4 II. Tuhnutí-krystalizace litiny tuhnutí litiny s kompaktním grafitem III. Výroba litiny s kompaktním grafitem Výroba litiny s kompaktním grafitem přísadou podkritického množství hořčíku (obr.3.1) 3.2. Rozšíření procesního okna vzniku kompaktního grafitu přísadou antiglobularizačních přísad Ti, (Al, Sb, Sn, (N) 3.3 Výroba litiny s kompaktním grafitem přísadou hořčíku s následnou přísadou síry 3.4 Modifikace kombinací hořčíku a kovů vzácných zemin v různém poměru (Mg + KVZ) 3.5 Modifikace komplexními slitinami kovů vzácných zemin v různém poměru 3.6 Kombinované způsoby výroby litiny s kompaktním grafitem 3.7 Kontrola a řízení výrobního procesu litiny s kompaktním grafitem SinterCast proces Řízení procesu SinterCast pro licí pánve Řízení procesu SinterCast pro tlakové odlévací (kanálkové) pece (předpecí) NovaCast proces PQ-CGI Řízení procesu PQ-CGI pro licí pánve Metoda PQ-CGI při Inmold procesu Přístroje měřících systémů 3.8 Metalurgické změny při cíleném vzniku litiny s kompaktním- vermikulárním- grafitem Oxidační a redukční děje ve slitinách Fe-C-Si-O SinterCast metoda-poznámky NovaCast PQ-CGI - poznámky OxyCast metoda - poznámky Srovnání metod Doporučení pro technologii výroby litiny s kompaktním-vermikulárním tvarem grafitu Technologie výroby litiny s kompaktním tvarem grafitu přísadou Mg a S Literatura IV. Klasifikace litin s kompaktním (červíkovitým) grafitem Charakteristika - klasifikace 4.2 Činitelé ovlivňující mechanické vlastnosti Mikrostruktura Složení Vliv síly stěny 4.3 Hodnoty tvrdosti 4.4.Hodnoty pevnosti v tahu Pevnost v tahu a mez kluzu 0,2% Tažnost Modul pružnosti Tlumící schopnost Vliv legujících prvků na základní mechanické vlastnosti Vliv očkování 4.5. Hodnoty pevnosti v tlaku 4.6. Dynamické vlastnosti 4.7. Únavové vlastnosti 4.8 Odolnost proti opotřebení 4.9 Vlastnosti za zvýšených teplot Pevnost a mez kluzu 4

5 Tečení (creep) Růst, oxidace, okujení (opal) Tepelná roztažnost Tepelná únava Odolnost proti tepelným rázům (šokům) Tepelná vodivost Koroze 4.10 Slévárenské vlastnosti Sklon k zákalce Zabíhavost Sklon ke staženinám Obrobitelnost Literatura V. Odlitky z litin s kompaktním-vermikulárním, (červíkovitým) grafitem Rozdíly vlastností vermikulární, šedé a tvárné litiny (konstrukční poznámky) 1.1 Pevnost v tahu R m 1.2 Mez kluzu R p0,2 1.3 Pevnost v tlaku 1.4 Mez únavy 2. Přehled mezinárodních norem a standardů vermikulární litiny 3. Příklady využití litiny s vermikulárním-kompaktním-(červíkovitým) tvarem grafitu (Atlas odlitků) 3.1 Hlavy motorů, bloky válců 3.2 Výfuková potrubí 3.3 Různé odlitky pro silniční a kolejová vozidla, traktory a zemědělské stroje 3.4 Skříně a díly ventilátorů a čerpadel 3.5 Ocelárenské kokily a základny Literatura 106 5

6 II. tuhnutí-krystalizace litiny Při studiu železných slitin vycházíme z binárního rovnovážného diagramu železa s uhlíkem a z něj pak odvozujeme závěry o jejich struktuře a vlastnostech. Vzhledem k tomu, že máme v této oblasti u nás již tradičně špičkovou literaturu, kterou jsme ve zhuštěné formě a po doplnění některých nejnovějších poznatků uvedli v předcházejících pracích doporučujeme jejich prostudování /11,12,13/. V této práci na ně navážeme a rozšíříme poznatky o tvorbě kompaktního - vermikulárního grafity. 2.1 tuhnutí litiny s kompaktním grafitem Vzhledem k tomu, že metody výroby litiny s kompaktním-vermikulárním grafitem jsou v zásadě totožné s výrobou tvárné litiny především v počátečním stadiu výroby, možno očekávat, že počátek krystalizace a tuhnutí obou typů litin bude zhruba stejný /12,13/. Nicméně obr.2.1 ukazuje, že křivky ochlazování jednotlivých typů grafitu jsou zcela odlišné, jak tvarem prodlevy, hlavně výškou maximem-eutektické teploty, rozsahem rekalescence a přechlazením /15/. Řada autorů sledovala obdobnými způsoby jako u LKG i tuhnutí litiny s kompaktním grafitem a jeho morfologii v samostatných pracech. Po jejich stručném zhodnocení a v návaznosti předložil pak komplexně výsledky svých výzkumů Zhenhua a Weide /14/. Sledovány byly litiny pod i nadeutektické. Primární očkovadla k získání kompaktního grafitu byla na bázi Fe-Si-Mg-RE (RE=prvky vzácných zemim, především Ce). Sekundární očkovadlo 75FeSi. Změna struktury tuhnoucí litiny s kompaktním grafitem byla sledována v časových intervalech na prudce zchlazených (zakalených) vzorcích v průběhu tuhnutí v intervalu eutektické prodlevy. V obr. 2.2 jsou odběry jednotlivých vzorků v časových intervalech vyznačeny na křivce tuhnutí (1 až 6). Obr Křivky chlazení pro jednotlivé typy grafitů jsou navzájem podstatně odlišné /15/ Obr.2.2 Místa odběrů vzorků na křivce chlazení podeutektické litiny s kompaktním grafitem po zakalení /14/; 6

7 Postup růstu kompaktního-(vermikulárního červíkovitého) grafitu během eutektické transformace je u podeutektické litiny znázorněn v obr.2.3 a pro litinu nadeutektickou v obr.2.4. Jak shora uvedeno, vychází z experimentálních prací na vzorcích zakalených postupně z různých teplot daných křivkou ochlazování v oblasti eutektických teplot od cca 1150C po cca 1135C (obr.2.2) /14/. Obr.2.3 Mikrostruktury série vzorků z podeutektické litiny s kompaktním grafitem zakalených během eutektické prodlevy v označených časových intervalech 1 až 6 (100x), /14/; Obr.2.4 Mikrostruktury série vzorků z nadeutektické litiny s kompaktním grafitem zakalených během eutektické prodlevy v označených časových intervalech 1 až 6 (100x), /14/; Schéma růstu kompaktního/vermikulárního grafitu je znázorněno v obr. 2.5, v závislosti na době odběru vzorků, během ochlazování reprezentovaného křivkou ochlazování dané taveniny. Je zřejmé, že grafit primárně tuhne v zrnité - globulární formě (obr.2.5 a) /14,15/. Pravděpodobně vzniká z rozpadlých grafitových globulí nebo jejich shluků a roste určitým směrem v přímém styku s taveninou výstupem do prostředí, kde již není obklopen austenitem a je dále formován především postupem eutektické krystalizace. Kompaktní grafit se vyvíjí jako propojený segment s austenitickou matricí.(obr.2.5 b,c,d). V konečné podobě je struktura s čistě kompaktním/vermikulárním grafitem v obr.2.6 a,b. 7

8 Obr.2.5 Schematický postup vývoje kompaktního grafitu a) malá zrna, b),c) některá zrna mají vybíhající větve (kolony, d) kompaktní + zrnitý grafit, e) kompaktní grafit, /15, 21/; Obr.2.6 a Struktura pouze s s kompaktní formou grafitu -hluboce leptáno, SEM, 560x /15/; Obr.2.6 b Detail kolony kompaktního grafitu - hluboce leptáno, SEM, 2800 x, /15/; Obr.2.5a Primární forma kompaktního grafitu (2 000x); Obr.2.5b Rozpadající se zrno grafitu v částečném styku s taveninou (3 800x); /14/; Obr.2.5c Kompaktní grafit rostoucí v podélném směru osy - A (2 700x); /14/; Obr.2.5d Kompaktní grafit rostoucí ve směru osy-a a současně osy- C, (2 000 x); Model růstu jednotlivých typů grafitu je dle autorů /14/ schematicky znázorněn na obr.2.6. Obr.2.6 Schéma růstu -1 kompaktního grafitu, 2 lupínkového grafitu, 3 zrnitého grafitu /14/; Obr.2.7a Růst kompaktního grafitu ve směry osy A (7500x) /14/; Obr.2.7b Růst kompaktního grafitu ve směry osy C (4000x) /14/; Detailní pohled na růst kompaktního grafitu je v obr.2.7a,b a obr.2.8.1,2,3. Konečný tvar kompaktního grafitu je ovlivněn komparativní rychlostí růstu mezi grafitem a austenitem. Obr.2.8 Tvary růstu konců kompaktního grafitu - 1 konkávní (2700x), 2 rovinný (4000x), 3 konvexní (2500x), /14/; 8

9 V případě, že je rychlost vzniku a růstu austenitu vyšší jako rychlost růstu grafitu, pak je tvar grafitu konkávní (obr.2.8.1), v případě opaku, je tvar kompaktního grafitu konvexní (obr.2.8.3) a v případě shodných rychlostí vzniká kompaktní grafit rovinného tvaru (obr.2.8.2). Někteří autoři předpokládají /16, 17/, že růst kompaktního grafitu probíhá tak zvaným zdvojeným překlopem roviny na rozhraní mezivrstvy (twin/tilt). Iniciací zdvojeného překlopu, nebo výchylky je nestabilní růst roviny mezivrstvy ve směru [1010], což může být způsobeno přítomností určitých reaktivních prvků. Byla vyslovena hypotéza, že jestliže je přítomnost těchto prvků nedostatečná, může se orientace roviny výchylky (tilt) zdvojeného (twin) rozhraní měnit, čímž vzniká typický kompaktní grafit (obr.2.9 a 2.9.a,) /16/. Na druhé straně, je-li k dispozici dostatek nečistot (příměsí) orientace výchylky (tilt) je singulární jednoduchá, může vzniknout zrnitý grafit. (obr.2.9.b). Obr.2.9 Schéma růstu kompaktního grafitu zdvojeným překlopem (twin/tilt) roviny rozhraní ve směru [1010], Obr.2.9 a, b - Změna směru výchylky mezivrstvy (tilt), (a) nedostatečná sferoidizace, (b) dokonalá sferoidizace /16/; Na základě tohoto mechanizmu, může kompaktní grafit růst buď transformací z lupínkového grafitu (obr a a 2.11), nebo degenerací globulárního grafitu (obr.2.10.b a 2.12 a,b) /16/. Stupeň propojení kompaktního grafitu s eutektickými buňkami jest patrný z téhož obrázku. V obr /19/ je mikrosnímek oblasti vzniku kompaktního grafitu na periferii lupínků grafitu a v obr.2.12a, b /14, 17/ pak přechod globulárního grafitu v kompaktní, případně jejich současný růst. Obr (a) -Přechod z lupínkového ke kompaktnímu grafitu a (b) - z globulárního na kompaktní- twin/tilt efekt /16/. 9

10 Vycházeje z křivek ochlazování, můžeme předpokládat, že rychlost růstu kompaktního grafitu je obdobná, jako rychlost růstu zrnitého grafitu, což taktéž odpovídá směru růstu krystalu v rovině [0001]. Obr Přechod lupínkového ke kompaktnímu/ vermikulárnímu grafitu na periferii lupínků SEM, hluboce leptáno/ 19/; Obr.2.12 a,b. Přechod z globulárního na kompaktní/ vermikulární grafit -/14,17/; > V obr.2.13a /17/ je buňka vermikulárního (kompaktního-červíkovitého) grafitu. Lze těžko odhadnout, zda-li jsou uvnitř buňky jednotlivé větve vzájemně propojeny, ale případ ilustruje růstové rysy austenitického-grafitického eutektika, z kterého se tato buňka vyvíjí. Buňka sestává z poměrně tlustých, zakulacených a uzlinovitých ramen, která se zdají být, tak jako u klasického lupínkového grafitu, navzájem propojena, jak je patrné na obr.2.13b,c. V buňce na obr.2.13b,c jsou přítomna i zrna grafitu. Na obr.2.14a je pouze kompaktní/vermikulární grafit. Obr.2.13 a Část extrahované buňky kompaktního/vermikulárního grafitu; Obr.2.13 b Detailní pohled na buňku se zrnitým grafitem (SEM) /17/; Obr.2.13 c Detailní pohled na buňku se zrnitým grafitem (SEM) /17/; 10

11 Je patrné, že vznik kompaktního grafitu je průvodním jevem nedostatečného množství hořčíku, neb jiné očkovací látky vyvolávající v litině zrnitý grafit. Vlivem může být nadměrné množství kyslíku nebo síry, nebo přítomnost rušivých prvků, jako titanu apod. v základní tavenině před očkovacím procesem. Detailní pohled na přechod mezi zrnitým a kompaktním grafitem ukazuje obr.2.12a,b. Zrna grafitu zde však připomínají spíše explodovaný/rozpadlý grafit. Detailní pohled na jednotlivé kolony v buňce kompaktního/vermikulárního grafitu je v obr.2.14 a, až e. Obr.2.14 a Detailní pohled na buňku s čistě kompaktním grafitem (SEM) /18/; Obr.2.14b - Detailní pohled na růst kolony kompaktního grafitu (korálový typ grafitu ; Obr.2.14c Dtto -růst kolony kompaktního/ vermikulárního grafitu /17/; Obr.2.14 d Detailní pohled na buňku s čistě kompaktním grafitem (SEM) /25/; Obr.2.14 e Struktura v koloně kompaktního grafitu (SEM) /25/; Významným, možno rozhodujícím činitelem při vzniku a tvorbě kompaktního grafitu (jeho morfologie) je též rychlost ochlazování, tedy síla stěny odlitku, která jako u ostatních typů litin též významně ovlivňuje strukturu základní kovové hmoty (především poměr množství perlitu a feritu).. Typické příklady vlivu průřezu - síly stěny odlitku na strukturu litinu s kompaktním grafitem ukazuje obr Odlitek o síle stěny 6 mm, chladnoucí nejvyšší rychlostí má strukturu s převážně perlitickou strukturou a 50% zrnitého grafitu - 50% kompaktní grafit (obr.2.15 a). Se vzrůstající tloušťkou stěny, klesá množství perlitu i grafitických zrn (rozhodující podíl kompaktního grafitu). Od tloušťky stěny 25 mm je ve struktuře necelých 5% perlitu a téměř žádna zrna grafitu převážně kompaktní grafit ( obr.2.15 c)..v síle stěny 50 mm je struktura čistě feritická se 100% kompaktního grafitu (obr.2.15 d). Uvedené strukturální uspořádání se rozhodující měrou podílí i na výsledných mechanických vlastnostech dané litiny. 11

12 Obr.2.15 a,b,c,d Vliv síly stěny na strukturu a morfologii grafitu litiny se zrnitým až kompaktním grafitem síla stěny a) 6 mm, b) 12 mm, c) 25 mm, d) 50 mm; 100 x, / 23/; V obr.2.16 jsou srovnány hodnoty pevnosti v tahu u šedé litiny s lupínkovým grafitem a litiny s kompaktním grafitem v závislosti na síle stěny vzorků.v rozmezí 20 až 200 mm. Šedá litina je citlivější na pevnostní hodnoty, neboť pole rozptylu je podstatně větší. Litina s kompaktním grafitem má vyrovnanější hodnoty pevnosti a pole rozptylu hodnot je podstatně užší.. Při poklesu tloušťky stěny pod cca 10 mm nutno počítat s vyšší tendencí litiny k metastabilnímu tuhnutí (bílá struktura, karbidy zákalky) a u litiny s kompaktním grafitem též vyšší nodularitou (výskytem většího množství drobných zrn grafitu). Zatímco tepelným zpracováním možno nevhodné strukturální složky odstranit, tak tvar grafitu ne. Obr.2.16 Vliv síly stěny na rozptyl pevností v tahu u litin s lupínkovým a kompaktním grafitem /23/; Obr.2.17 Vliv průměru zkušebních tyčí z litiny s kompaktním grafitem s perlitickou a feritickou strukturou při různém stupni eutektičnosti (Ce 3,9 až 4,2) /23/; Velmi vyrovnané hodnoty pevnosti u litiny s kompaktním grafitem ukazuje obr.2.17, kde je srovnán vliv tloušťky stěny odlitku s perlitickou a feritickou strukturou při různém stupni eutektičnosti v rozmezí Ce 3,9 až 4,2. Jak uvedeno, je kompaktní forma grafitu přechodovým typem mezi formou lupínkovou a zrnitou. Při pečlivé kontrole procesu, přísadou přesného množství hořčíku krystalizuje grafit v kompaktní červíkovité formě. Fyzikální vlastnosti jsou pak velmi dobrým kompromisem mezi lupínkovou a zrnitou formou grafitu, tedy mezi kvalitní šedou a tvárnou litinou. Litina s kompaktním, červíkovitým grafitem vykazuje velmi dobré hodnoty pevnosti, určitou plasticitu, tj. tažnost, dobrou tepelnou vodivost a schopnost útlumu. 12

13 Kompaktní tvar grafitu počne vznikat překročí-li v litině množství hořčíku cca 0,005 %. Se vzrůstem Mg pokračuje tvorba kompaktního grafitu až do množství cca 0,012% Mg, kdy začne vznikat zrnitá forma grafitu. Množství zrnitého grafitu roste ve shodě s úbytkem kompaktní formy grafitu. Při množství cca 0,03% Mg krystalizuje veškerý uhlík v zrnité formě. Získat veškerý grafit v kompaktní, červíkové formě je proto velmi obtížné, neboť procesní okno tedy kritický obsah Mg k jeho vzniku, je velmi úzké. Pro průmyslové využití se udává přijatelné množství kompaktního grafitu v rozmezí 70 až 90%. Doporučuje se maximum 90% kompaktního a cca10% zrnitého grafitu aby byla jistota, že nevznikne zbytkový lupínkový grafit. Kontrola při výrobě litiny s kompaktním grafitem je směrována na nejtlustší průřez (modul) odlitku. Kritický obsah Mg se musí pohybovat v rozmezí přesnosti +/- 0,0015%. Krystalizace grafitu v tavenině není sledována pouze podle obsahu Mg, ale i obsahu kyslíku a dusíku, oxidů a silicidů. Oblasti výskytu různých forem grafitu v závislosti na zbytkovém obsahu hořčíku jsou patrny z diagramu v obr.3.1. Obr.3.1 Vliv obsahu zbytkového hořčíku v litinové tavenině na tvar vyloučeného grafitu /20/; Z diagramu je patrné velmi úzké procesní okno vzniku kompaktního grafitu ve srovnání s ostatními typy (lupínkového a zrnitého) grafitu.. (Procesní okno kritický obsah Mg je zde vyznačen oblastí CGI). Při zbytkovém obsahu cca 0,005% Mg se počne vylučovat kompaktní grafit na úkor grafitu lupínkového. Při zbytkovém obsahu cca 0,0085% Mg činí podíl kompaktního a lupínkového 50/50%. Od této hodnoty roste podíl kompaktního grafitu až do obsahu cca 0,0095 %Mg, kdy již vymizí veškerý lupínkový grafit..od obsahu cca 0,012% se počnou vylučovat první zrna grafitu, kterých s růstem Mg přibývá na úkor kompaktního grafitu. Při zbytkovém obsahu 0,03% Mg se již vylučuje veškerý grafit v zrnité formě. Typy jednotlivých struktur jsou pro rozmezí zbytkového obsahu hořčíku v litinové tavenině v rozsahu 0,008 až do 0,028 % v obr.3.2 a až f. V obr.3.2a je struktura litiny se zbytkovým obsahem cca 0,008% Mg s místně přechlazeným lupínkovým grafitem, který přechází v kompaktní grafit s ojedinělým výskytem (do cca 3%) zrn grafitu. V obr.3.2f je struktura se zbytkovým obsahem cca 0,028% Mg, 80 až 90 % zrnitého grafitu a max. 10 kompaktního grafitu. Optimální obsah zbytkového hořčíku pro kvalitní litinu s kompaktním grafitem činí 0,009 až 0,012%. 13

14 3% 5% 15% 30% 50% 85% Obr.3. 2 a až f - Vliv obsahu zbytkového hořčíku v litinové tavenině na tvar a množství vyloučeného grafitu - přechod mezi lupínkovou - kompaktní a zrnitou formou grafitu až 90 % zrnitého grafitu /24/; K přesnějšímu popisu a identifikaci struktury vzorků litin s kompaktním grafitu jsou navrhovány etalony, jak je na příklad patrno z obr.3.3 a až d. Obr.3.3 Etalony (typy struktur) pro popis vzorků z litiny s kompaktním / vermikulárním grafitem /26/; Mimo shora popsaný klasický způsob výroby litiny s kompaktním tvarem grafitu se vyvíjely další možné způsoby, které měly umožnit spolehlivější postupy k získání kompaktního grafitu. Především je to kombinace modifikace globularizačními a antiglobularizačními rušivými prvky, čímž je prakticky rozšířeno procesní okno tvorby kompaktního grafitu. Je to především Ti, případně Sb, Al, Sn apod. Dále je to uplatnění denodularizačního účinku v kombinaci Mg s následnou přísadou S. Byla též vyvinuta řada přísad na bázi kovů vzácných zemin (KVZ), především Ce a lantaoidů (Ce+KVZ), případně kombinací s Mg (Mg+KVZ). Byl též sledován vliv N a Bi na tvorbu kompaktního grafitu. 14

15 III. Výroba litiny s kompaktním grafitem Různé způsoby výroby litiny s kompaktním grafitem byly podrobně popsány a rozebrány při panelové diskusi na 106 AFS kongresu v roce 2002 v USA Riposanem, Chisamerou, Skalandem, Butonem, Bollenem, Dawsonem, Knuckeyem, Kelleym a Sillenem /36/. Z toho možno shrnout, že se doposud v podstatě ujaly následující metody výroby litiny s kompaktním/vermikulárním typem grafitu. Jsou to: 1. modifikace přísadou hořčíku s menším, podkritickým množstvím, než-li je nutné pro vznik zrnitého, globulárního tvaru grafitu, 2. modifikace kombinací prvků s globularizačním a antiglobularizačním účinkem většinou kombinace Mg + Ti, (ale i další - Sb, Al, Sn) které rozšiřují procesní okno vzniku kompaktního grafitu, 3. modifikace hořčíkem, klasickým způsobem dle ad.1, s mírným přebytkem Mg, s následnou přísadou síry, ve formě modifikátoru typu FeS, ke korekci složení taveniny pro získání kompaktního grafitu, 4. modifikace kombinací hořčíku a kovů vzácných zemin v různém poměru (Mg + KVZ); 5. modifikace komplexními neseparovanými slitinami vzácných kovů (KVZ) lanthanoidy v poměru cca 50% Ce, 20% La, zbytek ostatní lanthanoidy (Ce + KVZ), Vlastní technologie výroby je buďto v tomo základním pojetí, nebo v jejich vhodné kombinaci. Všechny tyto výrobní metody, mají-li zajistit výrobu litiny s dokonale vyvinutým kompaktním grafitem bez přítomnosti, neb s maximálním obsahem do cca10% jiné formy grafitu (zrnitý, přechodový, lupínkový), vyžadují důslednou kontrolu chemického složení, případně obsahu oxidů ve všech stádiích výroby. 3.1 Výroba litiny s kompaktním grafitem přísadou podkritického množství hořčíku (obr.3.1) Způsob, spočívající v přísadě předslitin typu FeSiMg do taveniny s nízkým obsahem síry, je nejobvyklejší metoda výroby tvárné litiny. Tentýž způsob je poměrně často používán k výrobě litiny s kompaktním tvarem grafitu. Většinou je využíván běžný polévací způsob, nebo metoda sandwich, kdy jest příslušné množství předslitiny (FeSiMg) uloženo na dno pánve a pokryto buďto plechovými odstřižky, nebo FeSi. Již během plnění pánve zpracovávanou taveninou se krycí prostředek (plechy, FeSi) roztavuje a posléze začne 15

16 tavenina reagovat s modifikační předslitinou obsahující hořčík, který začne reagovat a vypařovat se, jako při výrobě tvárné litiny (viz výroba TVL /12,13/). Jak známo, velmi malá část Mg se rozpouští v tavenině, část tvoří mikrovměstky typu MgO, MgS a Mg-silikáty. (Je proto velmi obtížné stanovit přesné dávkování Mg, aby bylo zasaženo procesní okno k vytvoření kompaktního grafitu). Zbylé hořčíkové páry prudce pronikají na povrch taveniny a slučují se s kyslíkem a dusíkem ze vzduchu a vytváří typický bílý dým a povrchové struskové produkty. Celý proces je limitován chemickým složením (úrovní kyslíku, síry a dusíku) a nukleační schopností výchozí taveniny, teplotou taveniny při procesu zpracování (velmi rychlý pokles teploty), délkou procesu od vzniku kompaktního grafitu po odlití (odeznívací účinek Mg po cca 8 až 10 min. po modifikaci), velmi rozdílná struktura a tím i mechanické vlastnosti v různých průřezech odlitku, atd., takže možno očekávat, že 20 až 30%.zpracované taveniny (a tím i výsledný odlitek), nebude odpovídat kvalitativním požadavkům. Z toho důvodu, jak shora uvedeno, je celý postup sledován odběrem vzorků v průběhu výroby za účelem rychlého stanovení přesného obsahu zbytkového Mg, případně O v tavenině, s následnou jeho korekcí tak, aby bylo zajištěno složení odpovídající procesnímu oknu vzniku kompaktního grafitu. K tomu jsou obyčejně využívány v kombinaci termoanalýzy a chemické analýzy, včetně stanovení celkového obsahu O a počítačové vyhodnocení celkového stavu taveniny. Výsledkem je úprava předpisu dávkování jednotlivých modifikátorů tak, aby bylo dosaženo parametrů taveniny odpovídající..procesnímu oknu vzniku kompaktního grafitu. Schematicky je postup výroby litiny s kompaktním grafitem při použití předslitin s čistým Mg, ale i s možným použitím předslitin na bázi Ce a KVZ znázorněn v obr.3.4. (blíže viz 3.4). Obr.3.4 Postup výroby litiny s kompaktním grafitem kontrováním celého postupu (PQ-CGI dvoustupňový systém) /21,48/; Pro klasické zpracování taveniny se používají většinou feroslitiny typu FeSiMg s obsahem 4 až 6% Mg (na příklad Litvar ). Množství přísady závisí na obsahu S. Při jejím max. množství 0,015%, činí přísada modifikátoru cca 0,5 až 0,7%. 16

17 Obr Postup výroby odlitku z litiny s kompaktním grafitem metodou inmold, řízeným počítačem /21,48/; Při analytickém sledování udává příslušná množství přísad PC. Schéma pro proces inmold je v obr.3.5. Hlavní výhody celého procesu jsou: stabilita celého procesu a zajištění reprodukovatelnosti taveb, proces zajišťuje minimální spotřebu Mg a tím i minimální výskyt zmetků (staženiny, nečistoty, struskovitost apod.), velmi dobrá obrobitelnost, snížená citlivost k nestejným tloušťkám stěn odlitku a stejnoměrnost výsledné struktury v celém průřezu odlitku, proces vykazuje rozšíření intervalu tzv. odeznívacího - globularizačního účinku Mg mezi zpracováním taveniny a odléváním, není potřebné dodatečné očkování taveniny, zpracovací pánev možno též použít jako pánev licí (není potřeba očkování), relativně krátká doba mezi zpracováním a odléváním, možno ověřovat kvalitu taveniny těsně před litím; 3.2. Rozšíření procesního okna vzniku kompaktního grafitu přísadou antiglobularizačních přísad Ti, (Al, Sb, Sn, (N))) Použití antisferoidizačních antiglobularizačních prvků k řízenému vývoji tvaru grafitu zrnitý-vermikulární je již delší dobu všeobecně znám. Je to hlavně Ti, ale též Al, Sb, Sn, Bi případně N, atd. Především se však pro svou účinnost ujal Ti./68-71/. Titan Titan je ve velmi malém množství přítomen prakticky ve všech litinách, neboť je přítomen ve většině surových želez a v některých ocelích. Jeho účinky se projevují v závislosti na tloušťce stěn odlitků. U tenkostěnných odlitků se může tolerovat až do obsahu 0,07%. Při 17

18 obsahu 0,02% a výše, hlavně u tlustostěnných odlitků může mít na tvar grafitu destrukční účinek. Všeobecně se doporučuje, aby jeho obsah v tvárných litinách nepřekročil 0,035%. Titan paralyzuje účinek hořčíku na růst zrnitého grafitu a přispívá tím k vylučování kompaktního-vermikulárního grafitu. Právě vyvážený obsah hořčíku a titanu je jedna z metod výroby litiny s kompaktním grafitem. Při tomto způsobu výroby je tavenina zpracovávána podobně, jako při výrobě tvárné litiny přísadou Mg tak, aby jeho zbytkové množství v tavenině činilo min. 0,035 % (0,035-0,15%). Titan se přisazuje buďto samostatně ve formě FeTi, nebo jako součást předslitiny FeSiMg. Zbytkový obsah Ti v tavenině má být v rozmezí 0,08 až 0,15%. Přestože je výroba litiny s kompaktním grafitem tímto způsobem celkem spolehlivá, má řadu nevýhod: výroba je nákladná v důsledku vyšší ceny slitin titanu, velmi zhoršená obrobitelnost v důsledku přítomnosti karbidů titanu vratný materiál se stále obohacuje titanem, případně i jinými prvky nebezpečí zvýšené zmetkovitosti odlitků, jako nevyhovující struktura obsahující přechodové typy grafitu (D), karbidy, staženiny a pod Naopak je možno použít u součástí vyžadujících zvýšenou odolnost proti opotřebení, což splňuje přítomnost karbidů titanu (obr. 3.5a,b ). Ostatní z uvedených prvků (Al, Sb, Sn a Bi) se prakticky samostatně, obdobným způsobem jako titan nepoužívají. Platí pro ně, ve srovnání s titanem, ještě řada dalších nevýhod a omezení.. Některé však mohou být ve stopových množstvích, s přesně cílených důvodů, součástí komplexních předslitin některých výrobců. Obr.3.5a Karbidy titanu a sulfidy (SEM) /30/; Obr.3.5b Karbidy titanu /31/; Komerční předslitiny obsahují mimo Mg a Ce též cca 8,5-10,5% Ti, 4,0 5,5% Ca, 1,0 1,5% Al a to podle dalších požadavků na výsledné vlastnosti litiny s kompaktním grafitem. Dusík Do této skupiny způsobu výroby litiny s kompaktním grafitem bychom též mohli zařadit modifikaci dusíkem. Dusík je v litinové tavenině rozpustný a v metalurgické praxi se používá v molekulární formě, na příklad při injekci různých přísad do taveniny jako nosný plyn, nebo u technik k odplynění taveniny bez nebezpečí destrukčních účinků na strukturální složky litiny. To je připisováno skutečnosti, že je v tavenině rozpustný pouze v atomární formě. Při 18

19 injekčních technikách prostřednictvím zaváděcích trysek, nebo prostřednictvím pórovitých zátek apod., se používá suchý dusíkový plyn. Jestliže je molekulární dusík disociován působením elektrických, nebo chemických reakcí v nebo na hladině taveniny, může to mít za následek zvýšení obsahu dusíku v tavenině. Na příklad při injekci karbidu a míchání taveniny při odsiřovacích procesech, nebo během tavení elektrickým obloukem (především během udržování, nebo přehřívání) základní litiny. Výsledkem by mohlo být určité množství rozpuštěného dusíku v tavenině. Limitní množství rozpuštěného dusíku by se mělo pohybovat kolem 0,008 až 0,009%. Pod touto hodnotou nebyl pozorován žádný účinek dusíku na strukturu. Při určitém zvýšeném množství však dusík podporuje vznik perlitu a vylučování grafitu v kompaktní formě. Optimální množství pro tvorbu kompaktního grafitu činí 0,01 až 0,15% N. Do litiny se může přidávat ve formě dusíkatého vápna (kyanamid vápníku), nebo feromanganu s obsahem dusíku (nitridovaný FeMn). Na vývoj kompaktního grafitu působí příznivě především v tlustších průřezech odlitku..jeho účinnost kompenzuje Ti a Al a proto není jejich přítomnost v předslitinách s dusíkem vhodná. Zvýšený obsah dusíku v tavenině může vést k tvorbě bodlin. Dalším zdrojem dusíku mohou být vsázkové materiály, atmosféra při tavení, uhlíkaté přísady a formovací materiály pojiva, což může zásadně ovlivnit výslednou strukturu litiny. Ve slévárenské praxi se dusík, jako prostředek pro tvorbu kompaktního grafitu, prakticky nepoužívá. 3.3 Výroba litiny s kompaktním grafitem přísadou hořčíku s následnou přísadou síry Komplexní význam síry v litině zpracované hořčíkem byl rozpracován především při vývoji tvárné litiny a litiny s kompaktním grafitem. Při jejím zvýšeném obsahu působí v litině jako významný deglobularizátor, tj. silně ruší účinek hořčíku při výrobě tvárné litiny a vytváří velké množství nečistot ve formě komplexních sulfidů označovaných jako šum (dross), ale je na druhé straně velmi prospěšný při malých množstvích - nízké úrovni, neboť tvoří vhodné zárodky pro krystalizaci grafitu a jeho konečnou podobu (zrnitý-přechodový-kompaktní atd). Výrobu litiny s kompaktním grafitem, se sekundární přísadou síry, rozpracoval Chisamera, Riposan a spol. / 28,32 /.a po něm i další /36, /. Bylo prokázáno, že se grafit po zpracování litinové taveniny Mg, při následné přísadě síry (jako deglobularizačního prostředku) při jejím zbytkovém množství 0,015 až 0,025 % v litině, vylučuje bezpečně v kompaktní formě (s obsahem max. do cca 20 % v zrnité formě). Síru je nejlépe přisazovat ve formě briket FeS se zaručeným využitím síry na 85 až 90%. Hlavní výhodou této metody výroby litiny s kompaktním grafitem je, že vratný materiál nemá kontaminační charakter jako jiné deglobularizační přísady (např. Ti, Sb, Bi apod.). Poznámka: Současná přísada síry s inokulačními přísadami není při tom nový koncept zpracování litiny. Použití přísady síry s potenciálními tvůrci oxi-sulfidů demonstroval již Naro a Wallace (1970) /37,38/. Autoři prokázali, že vyvážený poměr prvků vzácných zemin a síry, bez přítomnosti ferosilicia drasticky redukuje přechlazení, zcela eliminuje tvorbu zákalek a vytváří příznivý tvar grafitu v šedé litině. Strande (1984) /40/ ukázal, že očkovadla na bázi silikokalcia se zvýšeným obsahem síry působí velmi příznivě na obrobitelnost šedé litiny ve srovnání s očkovadly na bázi ferosilicia i s následnou přísadou síry. Blokové schéma výroby litiny se zrnitým a kompaktním grafitem přísadou hořčíku s následnou modifikací sírou je uvedeno na obr.3.6. Představuje tři kroky nezbytné pro výrobu litin z taveniny téhož chemického složení při kontrolovaném obsahu hořčíku a síry. 19

20 Obr.3.6 Výroba litiny se zrnitým a kompaktním grafitem při očkování Mg s následující přísadou S. /28/; I. Výchozí tavenina pro zpracování musí mít max. obsah S = 0,03% a nižší. II. Zbytkový obsah Mg pro výroby litiny se zrnitým grafitem musí být v rozmezí 0,04 až 0,06% Mg, zbytkový obsah pro výrobu litiny s kompaktním tvarem grafitu musí být v rozmezí 0,025 až 0,04% Mg. III. Přísada síry musí redukovat zbytkový obsah hořčíku tak, aby odpovídal, (při ohledu na hmotnost a sílu stěn odlitku pro získání kompaktního grafitu), obsahu v rozmezí 0,010 až 0,025 % Mg. Obr.3.7a Vliv zbytkového obsahu Mg a výchozího obsahu S na obsahu kompaktního a zrnitého grafitu ve výsledné struktuře litiny /28/; Vliv zbytkového obsahu hořčíku v závislosti na výchozím obsahu síry v rozmezí 0,001 až 0,022 % na množství kompaktního grafitu ve výsledné struktuře litiny udává diagram v obr.3.7a a vliv poměru zbytkových obsahů Mg/S na množství vyloučeného kompaktního a zrnitého grafitu ve struktuře litiny obr.3.7b. 20

21 Obr.3.7b Vliv poměru zbytkového obsahu Mg/S a výchozím obsahu S na na obsahu kompaktního a zrnitého grafitu ve výsledné struktuře litiny /28/; Složení taveniny z elektrické pece pro sestavení uvedených diagramů bylo následující: C 3,65%, Si 1,90%, Mn 0,20%, P 0,025%. Obsah S 0,011-0,03%. Složení přísad (očkovadel) je v Tab.III.I. Tab.III.I Chemické složení přísad (očkovadel) při výrobě litiny s kompaktním grafitem /28/ Přísady (očkovadla) % Si % Ca %Al % S % Fe FeSi (FeSi75) zbytek Silikokalcium (CaSi) zbytek Sulfid železa (FeS 2) zbytek Síru možno přidávat ve formě pyritu železa s obsahem 49 až 52% síry (zrnitost pod 100) nebo lépe ve formě železných briket s obsahem 30% síry, které zajišťují maximální využití síry (85-90%) a tím přesnější dávkování. Nejprve je tavenina zpracována příslušným množstvím hořčíku a následně sírou se současnou přísadou očkovadla FeSi, nebo lépe CaSi, případně s obsahem Ce ve formě mischmetalu (cca 0,02%Ce), v celkovém množství cca 0,3%. Při konečném obsahu hořčíku v litině v rozmezí 0,04 až 0,06% získáme dokonale vyvinutý zrnitý grafit. Při konečném obsahu hořčíku v rozmezí 0,025 až 0,04 % získáme mimo zrnitý grafit, též přechodové formy a grafit kompaktní. Přísada síry v rozmezí 0,005 až 0,007 zlepšuje pouze nukleaci grafitu aniž působí na tvar grafitu nodularitu. Zvýšené množství síry z 0,005 až na 0,025 % naopak omezuje nodularitu a tvoří kompaktní grafit s maximálním obsahem zrnitého grafitu do 20 až 30%. 1. Při výrobě litiny s kompaktním tvarem grafitu metodou sekundárního očkování sírou (bez použití titanu) je primární a rozhodující výchozí obsah síry ve zpracované litinové tavenině. Určuje nejen globularitu zrnitý tvar grafitu po zpracování hořčíkem, ale též jeho globularitu v konečné struktuře po přísadě síry. 2. Nízká počáteční úroveň síry (pod cca 0,015%) umožňuje nižší přísadu hořčíku, nebo vyšší přísadu síry k získání litiny s kompaktním tvarem grafitu. 3. Rostoucí poměr Mg (přídavný) / S (počáteční) zvyšuje globularitu v konečné struktuře litiny. Přísadou stejného množství síry v případě, že je tento poměr vyšší než 2,85 možno očekávat vysoký obsah kompaktního grafitu v konečné struktuře litiny (více než 50%). 4. Při konečném obsahu Mg nad 0,024 % a konečném obsahu S cca 0,018% získáme litinu s kompaktním grafitem a vyšším obsahem zrnitého grafitu. Při konečném 21

22 obsahu Mg kolem 0,020% a konečném obsahu S kolem 0,019 % získáme konvenční litinu s kompaktním grafitem. Taktéž vyšší obsah Mg (nad 0,022 %) a vysoký obsah S (nad 0,018%) vede ke konvenční litině s kompaktním grafitem. 5. Granulovaný nebo práškový pyrit železa (FeS 2 ) je vhodným nosičem síry.dávajícím při výrobě litiny s kompaktním grafitem dobré výsledky. Nevýhodou jemného práškového pyritu jsou poměrně velké ztráty úletem, při dávkování do taveniny a jeho menším využití. Z toho důvodu je výhodnější požití briketovaného železného pyritu FeS 2 s obsahem 30% S u něhož je využití až 90%. Jak ovlivňuje množství přísady síry v rozmezí 0,002 až 0,012 tvar vyloučeného grafitu v litině modifikované hořčíkem při jeho zbytkovém obsahu 0,03% (100% zrnitého grafitu), ukazuje v závislosti na tloušťce stěny odlitku v rozmezí 10 až 30 mm diagram v obr Obr.3.8 Vliv přísady S v litině modifikované Mg na poměr zrnitého (NG/ a vermikulárního (VG) grafitu v síle stěn odlitků 10, 17 a 30 mm /27/; Zvýšení přísady síry z 0,002% na 0,010-0,012 % zcela mění zrnitý grafit ve struktuře litiny na grafit vermikulární/kompaktní. : Obr.3.9 Přísada S po modifikaci (Mg+Ce) a zbytkovém obsahu (Mg+Ce) v rozmezí 0,02-0,04%-v síle stěny mm, doba prodlevy 5, 10 a 15 min. /27/; Obr.3.10 Požadovaná přísada síry po zpracování (Mg+Ce)% v závislosti na zbytkovém obsahu 0,04 až 0,10 % Mg- v síle stěny mm, doba prodlevy 5, 10 a 15 min. /27/; Sekundární očkování sírou možno ovšem uplatnit nejen po klasickém zpracování litiny hořčíkem, ale i jinými modifikátory globulátory (např. Ce, Ca apod.) 22

23 Na příklad po zpracování výchozí taveniny předslitinou na bázi FeSiCaMgCe polévací, nebo sandwich metodou, následuje očkování v pánvi 0,5% FeSi a příslušné množství S ve formě FeS. Přídavné množství síry do taveniny zpracované globulátory (Mg, Ce apod.) k získání určitého poměru zrnitého/kompaktního grafitu závisí na zbytkovém obsahu modifikátoru (Mg, Ce..) v tavenině, době prodlevy (odstátí) před odléváním, síle stěny odlitku a druhu formy. Obr.3.9 představuje tyto závislosti pro zbytkový obsah (Mg+Ce) v rozmezí 0,001 až 0,04%, pro síly stěny odlitku 5 až 30 mm a prodlevu 5, 10 a 15 minut. Obr.3.10 pro zbytkový obsah Mg+Ce v rozmezí 0,04 až 0,10 % /27/. Technologie výroby litiny s kompaktním tvarem grafitu přísadou Mg a S viz též Tab.III.III a Tab.III.IV. Str Modifikace kombinací hořčíku a kovů vzácných zemin v různém poměru (Mg + KVZ); Nosičem je obvykle normální FeSi(75) s obsahem cca 5 až 6% Mg a 1 až 6,5% KVZ. Tato předslitina se dle zbytkového obsahu síry v tavenině přidává v množství 0,3 až 0,5.% na váhu taveniny. Pro zajištění dokonalého vyloučení kompaktního grafitu ve struktuře se může kombinovat sekundární přísadou titanu ve formě FeTi v množství do max. 0,5%. Např. předslitina tohoto typu dodávaná pod obchodní značkou CompactMag (CoMag), má následující složení: Si %, Mg 5-6%, KVZ 5,0-7,0%, Ca 1,8-2,3%, Al max.1,0%, Fe zbytek Obr.3.11a- Struktura litiny přísadou 0,3% CoMag, 0,01%S Obr.3.11.b - Struktura litiny přísadou 0,35% CoMag, 0,01%S Obr.3.11c - Struktura litiny přísadou 0,35% CoMag, 0,015%S Obr.3.11d - Struktura litiny přísadou 0,40% CoMag, 0,015%S 23

24 Vliv množství přísady CompactMag - (CoMag) 0,30 až 0,4 % a zbytkového obsahu síry v rozmezí 0,01 až 0,015 % v modifikované tavenině ukazuje obr.3.11 a až 3.11d. V obr.3.11e je struktura litiny s kompaktním grafitem se zbytkovým obsahem síry 0,02% a přísadou 0,45 % CoMag./24/. Je patrné, že zvyšující se obsah S v základní tavenině vyžaduje zvýšené množství přísady. Zbytkové množství síry ve zpracované tavenině nad 0,02% je již v důsledku nedokonale vyvinutého kompaktního grafitu nevhodné. Obr.3.11e - Struktura litiny přísadou 0,45% CoMag, 0,02%S /24/; Síla stěny 5 mm Síla stěny 35 mm Obr.3.12a Přísada Mg5FeSi+ 1%KVZ - 0,35% Obr.3.12b Přísada Mg5FeSi+ 1%KVZ - 0,35% Obr.3.13a Přísada CoMag - 0,35% Obr.3.13b Přísada CoMag - 0,35% /24/; 24

25 V obr.3.12a,b je struktura litiny zpracované přísadou Mg5FeSi + 1% KVZ v množství 0,35% v síle stěny odlitku 5 a 35 mm, ve srovnání se strukturou zpracovanou tímtéž množství předslitiny CoMag v obr.3.13a,b. Je patrno, že se v prvním případě, při zpracování taveniny s předslitinou Mg5FeSi + 1% KVZ, v síle stěny odlitku 35 mm již vyskytují přechodové typy grafitu (obr.3.12b), zatímco je ve druhém případě struktura s plně vyvinutým kompaktním grafitem (obr.3.13b) /24/. Doporučené složení výchozí taveniny pro zpracování litiny s kompaktním grafitem: % C , % Si , % S 0,007 - max Obsah ostatních prvků je méně důležitý, ale neměly by se příliš odlišovat od složení volené u tvárné litiny. Po zpracování by měla mít výsledná litina s kompaktním grafitem složení v následujícím rozmezí: % C , % Si , % S , % Mg , % Ce Obsah Mg a Ce se má udržovat pokud možno na stejné úrovni, obsah C a Si co nejníže. Se vzrůstajícím obsahem Si je tendence ke sbalování grafitu do zrn a degradace kompaktního grafitu. Výhodou zpracování taveniny kombinací Mg+KVZ k získání litiny s kompaktním tvarem grafitu je: Širší procesní okno a větší flexibilita výroby k získání kompaktního grafitu Nižší reaktivita a tím i klidnější reakce v pánvi, V některých případech odpadá, nebo se redukuje sekundární očkování (postinokulace), Nižší zbytkový obsah Mg a KVZ a tím i nižší sklon k zákalkám, Výchozí tavenina může obsahovat vyšší úroveň obsahu síry, Menší vývoj strusky, Odpadá kontaminace vratného materiálu titanem, Prodloužen odeznívací účinek (fade time) zpracování Při použití FeSi, jako krycího materiálu předslitiny, odpadá sekundární očkování 3.5 Modifikace komplexními slitinami kovů vzácných zemin v různém poměru ; Nejobvyklejší jsou předslitiny s vysokým obsahem separovaného ceru a přísadou neseparovaných KVZ. Celkově pak může předslitina obsahovat až cca 90% KVZ. Rozšířená je předslitina typu Si-KVZ s 30 až 35% KVZ /44/. Dále jsou doporučovány kombinace cca 50% Ce, 20% La, zbytek ostatní lanthanoidy.. Vsázka i tavenina má obdobné složení, jako pro tvárnou litinu, obsah síry pod 0,02%. Metody kontroly výroby musí být velmi precizní (Kap.3.7).. Tab.III.II. Doporučené množství předslitiny Ce-KVZ dle obsahu S v tavenině/44/ %S 0,003 0,008 0,012 0,033 0,076 %Ce - KVZ 0,05 0,10 0,10 0,025 0,65 Množství modifikační předslitiny typu Si-Ce-KVZ v závislosti na obsahu S v tavenině je v Tab.3.II. Dávkování předslitiny se uskutečňuje v průběhu odpichu do licí pánve a to obdobnými způsoby, jako při metodách sekundárního očkování. Tyto předslitiny se v tavenině poměrně klidně rozpouští, bez velkých pyroefektů (bod tavení cca 790 až C) a nadměrného dýmu. Odeznívací účinek se projevuje po cca 10 až 12 minutách. Podstatnou nevýhodou je poměrně vysoká cena předslitin. 25

26 Jiný typ předslitiny na bázi Si-Ce-KVZ (50%Ce) se použije v kombinaci s Ca ve formě CaSi (35%Ca). Předslitina je vhodná pro zpracování taveniny s vyšším obsahem síry až do cca 0,10%S /45/. Nejprve se dávkuje předslitina Ce-KVZ (50%Ce) a poté CaSi. Následuje sekundární očkování. Množství přísady závisí na obsahu S v tavenině. Při nízkém obsahu S do cca 0,02% činí přísada Ce 0,06% a přísada Ca cca 0,5%. Při obsahu cca 0,1%S činí přísada Ce cca 0,1% a přísada Ca cca 0,8%. Vlastnosti výsledné litiny s kompaktním grafitem jsou ovlivněny vyšším výskytem.sulfidických částic typu Ce-Ca (S). viz následující odstavec u předslitiny Mg-Ce-Al-Ca. 3.6 Kombinované způsoby výroby litiny s kompaktním grafitem General Motors vyvinul v USA metodu výroby litiny s kompaktním grafitem očkováním šedé litiny tavené v kuplovně. Tavenina obsahuje vyšší obsah S -0,07 až 0,13%. /44/. Použitá předslitina je založena na bázi Mg-Ce-Al-Ca.Množství předslitiny k výrobě litiny s kompaktním grafitem je poměrně vysoké, cca 1,5 až 2%, v závislosti na obsahu síry ve zpracovávané tavenině. Teplota zpracování musí být poměrně vysoká 1475 až C. V některých případech, u nelegovaných litin může odpadnout sekundární očkování. Se stoupajícím obsahem síry ve zpracovávané tavenině roste počet dispersních sulfidů Mg, Ca, Ce a ty pak působí jako grafitizační zárodky a snižují tím přechlazení taveniny a tím i sklon ke vzniku karbidů a zákalek. Na druhé straně velké množství sulfidů způsobuje výskyt struskovitosti, šumu (dross). Specificky lehčí sulfidy CaS a MgS (2,5-2,85 g/cm3) mohou vyplout na hladinu taveniny již během přelévání a odlévání, těžší CeS (5,00g/cm3) zůstávají v tavenině a tím i v odlitku po ztuhnutí jako vnitřní vměstky. 3.7 Kontrola a řízení výrobního procesu litiny s kompaktním grafitem Jak uvedeno, vznik litiny s kompaktním grafitem je spojen s velmi omezenými podmínkami danými poměrně úzkým procesním oknem tvorby kompaktního grafitu (obr.3.1). Kontrola stavu taveniny je proto spojena nejen s vlastním chemickým složením (především obsahem S, Mg, Ce ), ale zvláště důležité jsou metalurgické podmínky, stav taveniny-podmínky tvorby zárodků-nukleace, obsah kyslíku, dusíku, aktivní ekvivalent uhlíku apod. Za účelem zajištění těchto kontrol, ale i zdokonalení výrobních postupů litiny s kompaktním grafitem byly postupně a to ve spojení jak s výrobci litin, taktéž výrobci přístrojové techniky, vyvinuty systémy SinterCast, NovaCast, případně OxiCast a jejich kombinace SinterCast proces /46, / Bere v úvahu, že nukleační účinky hořčíku doznívají rychlostí cca 0,001%/min. Počáteční, startovací bod vzniku šedé litiny musí být v dostatečné vzdálenosti od náhlého přechodu kompaktního v lupínkový grafit, aby vznikl určitý nárazník ještě před koncem odlévání.tato doba odeznívacího účinku Mg, tj. od okamžiku přísady Mg do taveniny, činí cca 15 minut. Při tom současně nesmí být tento počáteční startovací bod vzniku kompaktního grafitu příliš blízko ke vzniku zrnitého grafitu, aby byl minimalizován vznik zrnitého grafitu. V případě vysokého obsahu aktivního kyslíku, nebo síry, které spotřebují aktivní hořčík, posune se procesní okno vzniku kompaktního grafitu doprava, k potřebě celkově vyššího obsahu Mg. Naopak, je-li obsah kyslíku a síry relativně nízký, posouvá se procesní okno tvorby 26

27 kompaktního grafitu doleva, k nižší potřebě hořčíku (obr.3.1). Z toho důvodu, nestejnoměrnost chemického složení, čistota, oxidace a vlhkost vsázkových materiálů způsobují téměř nemožnost přesného určení chemického složení pro přesnou specifikaci vzniku kompaktního grafitu. Ačkoliv transformace kompaktní struktury litiny v šedou strukturu (kompaktní lupínkový grafit) probíhá pod hodnotou 0,001% obsahu aktivního Mg, nezpůsobuje odeznívací účinek Mg úplnou přeměnu kompaktního grafitu v lupínkový. Při absenci dostatečného množství Mg, vzniká grafit v morfologii lupínků. Proces tuhnutí postupuje v radiálním směru a zbytkový hořčík se usazuje ve vnější mezivrstvě tuhá tekutá fáze na okraji eutektických buněk a zvyšuje svou koncentraci a úroveň umožňující stabilitu kompaktní formy grafitu. Celková výsledná morfologie grafitu odpovídá uspořádání dle obr Výsledkem pak jsou lupínkové oblasti grafitu v oblastech s grafitem kompaktním rozprostírajícími se na periferii lupínků.. Obr.3.14 a,b Přeměna struktury šedé litiny s lupínkovým grafitem o pevnosti 300 MPa (a) přísadou 10 g Mg do 1 tuny základní taveniny, ve strukturu s kompaktním grafitem o pevnosti 450MPa (b) /46/ Citlivost tvorby kompaktního grafitu k hořčíku je patrná z obr. 3.14a,b, kde je patrná přeměna struktury šedé litiny s převážně lupínkovým grafitem v síle stěny odlitku 25 mm (obr.3.14a) ve strukturu s převážně kompaktním grafitem (obr.3.14b) po přísadě pouze 10g hořčíku do jedné tuny původní litinové taveniny./46/. Obr a, b Přísada 0,08% sekundárniho očkovadla zvýší nodularitu z 3% (a), na 21% (b); /46/; Kompaktní struktura je též citlivá na přísadu sekundárního očkovadla. Vyšší úroveň očkovadel zvyšuje počet zárodků, které podporují vznik zrnitého grafitu a proto je procesní 27

28 okno posouváno k vyšší nodularitě a naopak. Faktory, jako přehřev taveniny v peci, doba udržování taveniny, složení vsázky, typ a množství očkovadla ovlivňují polohu procesního okna výskytu kompaktního grafitu. Citlivost k očkování ilustrují obr.3.15 a,b. které ukazují, že přísada 80 gramů očkovadla do 1 tunové pánve s taveninou zvyšuje nodularitu základní litiny z 3% (obr.3.15 a) na 21% (obr b).na tyči o průměru 25 mm. Kontrolní metody, které mají postihnout komplikované a možné odchylky při výrobě litiny s kompaktním grafitem vyžadují přesnou analýzu chování taveniny. Vyžadují současnou analýzu blízkosti obsahu Mg k procesnímu oknu náhlého přechodu-vzniku kompaktního grafitu, následující odeznívací účinek hořčíku a úroveň očkování. Vzorek o hmotnosti 200 gramů k termoanalýze metodou SinterCast se získá ponořením přípravku ve tvaru kelímku ihned po modifikaci hořčíkovou slitinou do zpracované taveniny. Během cca 3 sec. po ponoru, se prohřejí stěny kelímku na teplotu taveniny. Oproti běžné termoanalýze, tenkostěnný kelímek zajišťuje přesný objem taveniny v kelímku a brání oxidaci taveniny během procesu odlévání a zajišťuje mnohem přesnější měření přechlazení taveniny, protože eliminuje bílé karbidické tuhnutí. Přípravek je zhotoven z taženého ocelového plechu a jeho tvar je patrný z obr.3.16 a. Jedná se o typ Dewarovi nádoby s dvojitými stěnami izolujícími vlastní vzorek taveniny. Volný prostor mezi stěnami se mění symetricky s výškou kelímku vzorku tak, aby bylo zajištěno plynulé, regulované sférické ochlazování a tuhnutí vzorku uvnitř kelímku. Do oblasti vzorku jsou umístěny dva termočlánky (těsně na konci ochranné ocelové trubice), které jsou vyjmuty po každé analýze a opět použity pro následující zkoušku (min. 100x). Jeden termočlánek je uložen na dno ochranné nádoby, druhý termočlánek je umístěn do tepelného středu vzorku. Kulový tvar vzorku v kombinaci se skutečností, že je vzorek během tuhnutí volně zavěšen, aniž je podpírán základnou která by odváděla teplo, způsobují tepelnou konvenci tepelné proudění taveniny ve vzorku. Jak je patrno z obr.3.16 b, tyto konvenční proudy způsobují proudění taveniny tak, že utváří u dna vzorku dvě tepelně ohraničené oblasti. Obr.3.16 a,b a) Ponorný přípravek zajišťující ochranu vzorku proti oxidaci, b) tepelně- konvenční proudění /46/; Za účelem simulace odeznívacího účinku hořčíku v tavenině během odlévacího procesu (pánev odlitek), jsou vnitřní stěny kelímku pokryty reaktivním materiálem, který konzumuje váže Mg. Vířící tavenina v kelímku omývá stěny kelímku, reaguje s reaktivní látkou a takto ochuzená tavenina o Mg se akumuluje.ve spodních statických (klidných-nevířivých) oblastech vzorku (tmavší oblast). V nejjednodušším případě centrální termočlánek monitoruje nezreagovanou taveninu a takto určí počáteční stav licího procesu, zatímco termočlánek umístěný ve spodní části vzorku monitoruje konec tuhnutí a predikuje výsledný stav v odlitku. 28

29 Složení reaktivní látky je voleno tak, aby litina zreagovaná a akumulovaná na dně vzorku obsahovala méně než 0,003% aktivního Mg, nežli oblast nezreagovaná, ze středu vzorku (světlá oblast). Tudíž, jestli-že odpovídá počáteční obsah Mg v tavenině oblasti příliš těsně k mezivrstvě přeměny kompaktní lupínkový grafit (litina s kompaktním grafitem/šedá litina), bude separovaná oblast na dně vzorku (tmavší oblast) tuhnout šedě a křivka chladnutí z termočlánku umístěného v této oblasti na dně vzorku bude mít charakter tuhnutí šedé litiny. Tento výsledek upozorňuje na nutnost zvýšení přísady Mg před vlastním odléváním tak, aby byl eliminován odeznívací účinek hořčíku. Naproti tomu, jestliže i po úbytku 0,003% Mg spodní termočlánek indikuje křivku odpovídající litině s kompaktním grafitem, je počáteční obsah hořčíku v tavenině dostatečný, abychom se vyhnuli šedému tuhnutí a struktura v odlitku bude odpovídat litině s kompaktním grafitem. Obr.3.17 a) Řez vzorkem SinterCast a mikrostruktury b) - ve střední (nejteplejší oblasti) a c)-v mezivrstvě mezi oblastmi /46/; Vyleštěný řez ztuhlým vzorkem ze zkoušky SinterCast v obr.3.17a ukazuje jednotlivé oblasti vzniklé nestejnou rychlostí ochlazování a dobou tuhnutí v důsledku víření taveniny ve vzorku. Zde, světlejší oblasti představují dříve ztuhlou litinu v důsledku klidného-nevířivého stavu taveniny, tmavší oblast je později ztuhlá litina ve které byl stav taveniny před ztuhnutím neklidný, vířivý. Středem vzorku vede trubice v niž jsou umístěny termočlánky. Vpravo, v obr b, c jsou odpovídající struktury vyznačených oblasti kroužky. Ztráta 0,003 % aktivního Mg v oblastech separovaných vířením taveniny vedla k tvorbě přechlazeného lupínkového grafitu typu-d a v důsledku kratších difúzních vzdáleností k feritické matrici. Tento přechod je dobře patrný na mikrosnímku v obr.3.17 c. Rozsah oblasti s vyloučeným lupínkovým grafitem ve spodní části vzorku (zde světlá oblast) je přímo úměrný počátečnímu obsahu hořčíku ve střední, vířivé oblasti vzorku (zde tmavší oblast) a může být zjištěna odečtem z křivky chladnutí ze spodního termočlánku jako doba souhrnné uvolněné teplo před minimem eutektického přechlazení. Tento r- kvadratický korelační koeficient, pro poměr mezi vypočteným uvolněným teplem a velikostí oblast s lupínkovým grafitem, přesahuje hodnotu 0,9. Tento náhled do skutečného a simulovaného chování taveniny po doznívacím účinku dovoluje korekci obsahu hořčíku před vlastním odléváním. Citlivost litiny s kompaktním tvarem grafitu k obsahu Mg a sekundárních očkovadel, naproti citlivosti litiny s lupínkovým a zrnitým grafitem brání slévárnám přijmout tradiční filozofii na předávkování taveniny těmito přísadami. Jak patrno z obr.3.18 citlivost litiny s kompaktním grafitem k Mg a sekundárním očkovadlům je stabilní pouze v úzkém procesním okně a ne 29

30 jako u šedé a tvárné litiny ve velmi širokém intervalu. Z toho důvodu vyžaduje výroba litiny s kompaktním grafitem velkou pozornost a kontrolu během celého výrobního procesu.. Obr.3.18 Citlivost litiny s kompaktním grafitem k obsahu hořčíku a sekundárním očkovadlům (vyznačeno je procesní okno kompaktního grafitu) /46/; Proměnné veličiny během celého výrobního procesu můžeme shrnout: složení vsázky tavící teplota teplota v tavícím agregátu prodleva v tavící peci (odstátí v peci) předehřev pánve doba odpichu periody v odpichu způsob legování do proudu na legůru-předslitinu hmotnost (váha-množství) odpichu stav legůr (předslitin) skutečný obsah Mg v předslitině FeSiMg metoda očkování tundisch-sandwich - jiné druh a kusovitost krycího materiálu (třísky drť apod.) a řada dalších; Mimoto skutečné aktuální množství aktivního kyslíku a síry ve výchozí tavenině mění polohu procesního okna stability kompaktního grafitu, zatímco rozdíly v délce prodlevy taveniny v licí pánvi, transport a licí doba mění dobu odeznívání (fading). K tomu všemu přistupují chyby, návyky a odchylky obsluhy.. Při výrobě vermikulární litiny je proto nutno využít možnost korekce jak obsahu Mg, taktéž očkovadla. Jedná se většinou o dodatečnou přísadu obou těchto přísad těsně před odléváním. To možno zajistit pouze dvoustupňovou kontrolou základních parametrů taveniny, čímž se eliminuje možnost vzniku lupínkového grafitu v konečném produktu odlitku. Řízení procesu SinterCast pro licí pánve Jak patrno z obr.3.19a,b začíná kontrolní proces termální analýzou na vzorcích odebraných z taveniny (obr.3.16a,b a 3.17a,b), předběžně zpracované hořčíkem a naočkované grafitizačním očkovadlem dle standardních předpisů pro výrobu litiny s kompaktním tvarem grafitu. Na základě zjištěného stavu taveniny termickou analýzou, je dán automaticky pokyn zařízení korigujícího obsah Mg a očkovadla pracujícího metodou ponorného profilu (drátu), stanovením potřebného množství Mg a očkovadla (t.j dle průměru 30

31 profilu, rychlost ponoru profilu do taveniny a dobu ponoru). Po provedené korekci je pánev s taveninou ihned transportována k odlévání. Celý proces měření a plnění profilu netrvá déle než-li 3 min. To umožňuje zařazení přímo do výrobní linky. Obr.3.19a Schéma řízení procesu metodou SinterCast při výrobě vermikulární litiny /47/; Ihned po ztuhnutí vzorku (obr.3.17) jsou zaznamenané křivku chladnutí analyzovány a výsledky jsou reprodukovány ve formě tzv.indexů (koeficientů) hořčíku a očkovadla. S ohledem na procesní okno tvorby kompaktního grafitu, které je vyznačeno v šachovnici na obr.3.18 jsou tyto dvě hodnoty zcela dostačující k plné definici způsobu tuhnutí a predikci vzniklé mikrostruktury základní zpracované taveniny. Obr. 3.19a Termální analýza zajišťovaná po základním zpracování eliminuje rozptyl parametrů taveniny a umožňuje přesnou korekci přísad Mg a očkovadla před odléváním /46/ V obr.3.20 je schematicky vyznačena oblast procesního okna kompaktního grafitu z šachovnice z obr Přesná velikost (rozsah) a umístění procesního okna (v šachovnici jednotlivých struktur v obr.3.18), je pro různé typy odlitků, různá. Výrobní strategií je, že pro jednotlivé typy odlitků se vychází z hodnot daných horní oblastí (bod 31

32 vpravo nahoře označený počátek lití ) procesního okna. Jestliže jsou hodnoty chemického složení taveniny v jednotlivých licích pánvích po korekci, na počátku odlévání, v oblasti vyznačeného procesního okna, pak odeznívání účinku Mg a očkovadla, nikdy neumožní vznik lupínkového grafitu ve struktuře litiny s kompaktním grafitem, ani vznik karbidů. Obr.3.20 Korekční přísady Mg a očkovadla posouvají složení základní taveniny do oblasti zajišťující tvorbu dokonalé struktury s kompaktním grafitem /46/; Základní tavenina v tavící peci neobsahuje žádný hořčík a má relativně malou inokulační potenci. Během základního (primárního) zpracování taveniny přísadou hořčíku a přísadou očkovadel, konzumují tyto aktivní kyslík a síru a posouvají tak strukturu litiny dle obr.3.18 (v šachovnici ) nahoru. V uvedeném případě jsou po základním zpracování taveniny Mg a očkovadlem, hodnoty Indexu Mg 65 a indexu očkovadla 45. Vzhledem k tomu, že pro daný typ odlitku je srovnávací (etylénová) hodnota indexu Mg 72 a hodnota indexu očkovadla 78, je nutno provést korekci obou přísad a to u Mg o index 7 a u očkovadla o index 33. V případě metody SinterCast je vnášení těchto přísad zajišťováno metodou ponorného profilu (drátu) a proto jsou výsledné hodnoty převáděny na rychlost a dobu ponoru plněných profilů. Korelace mezi hodnotami indexů plněných profilů jsou kalibrovány v jednotlivých slévárnách (velikost pánví, teplot zpracování atd.) a daného typu odlitku (rychlost tuhnutí, doba plnění pánve atd.) a programovány v korekčním algoritmu. Zkušenosti z cca odlitků z vermikulární litiny ukazují, že korekční přísady Mg profilu činí pouze 5 m na jednu tunovou pánev, což odpovídá při 12 gramech Mg na 1 metr profilu a výtěžnosti 50% 30 gramům Mg na 1 tunu litiny. Dosahované výsledky ukazují, že není nutná sekundární analýza po korekci (nové křivky chlazení) těsně před odléváním. SinterCast index Mg a očkovadla pro každou zpracovanou pánev jsou zobrazovány a registrovány na displeji ve formě sloupcového diagramu (histogramu). Podle vývojového trendu jednotlivých hodnot může obsluha korigovat dávkování Mg a očkovadla pro následující dávky (pánve). Podobně je na displeji zobrazován a archivován C ekvivalent. 32

33 Řízení procesu SinterCast pro tlakové odlévací (kanálkové) pece (předpecí) Jedná se o obdobný postup, jako při předcházejícím procesu v licí pánvi. Jak ukazuje obr tok operací pro tlakové licí pece (předpecí) vyžaduje odsíření a základní zpracování litinové taveniny a její udržování v tlakové licí pánvi (předpecí). Přednostně se doporučuje využití metod modifikace s čistým hořčíkem (plněný profil, konvertorový způsob apod.) kteréžto metody zajišťují po zpracování minimální akumulaci strusky a tím i minimální čistění licího agregátu (pec, předpecí). Hořčíkem zpracovaná litina je udržována v licím agregátu a je očkována opět metodou plněného profilu přímo při odlévání do jednotlivých forem. Obr.3.21 Schéma řízení procesu SinterCast pro výrobu litiny s kompaktním grafitem při odlévání z tlakových agregátů/46/; Proces kontroly spočívá praktiky odběrem vzorků metodou SinterCast přímo v licí jamce, při odlévání do formy.(viz odběr vzorků) Výsledky termické analýzy jsou odeslány do řídícího střediska (serveru). Na příklad ukazuje-li termální analýza výskyt lupínkového grafitu následuje okamžité zvýšení obsahu Mg přímo do licího agregátu. V případě indikace vyššího obsahu Mg následuje redukce jeho obsahu v základní litině, která je dávkována do tlakového licího agregátu. Obdobně, ale přímo je řízeno dávkování očkovadla při odlévání, do licí jamky NovaCast proces PQ-CGI /48/ NovaCast a Elkem vyvinuly kontrolní systém pro výrobu litiny s kompaktním (vermikulárním, červíkovitým) grafitem pod zkratkou PQ-CGI (Prime Quality Compacted Graphite Iron) který pro kontrolu procesu využívá kvantitativní termickou i chemickou analýzu pro základní litinu, v kombinaci s dávkováním speciální přísady vyvinuté pro výrobu kompaktní litiny. Na základě analýzy, která zahrnuje i celkový obsah kyslíku, počítačový systém urči základní parametry úpravy tak, aby výchozí tavenina dosáhla svým složením oblast procesního okna kompaktní litiny. Předpis úpravy (přísady a množství) se stanovuje pro jednotlivé typy 33

34 odlitků samostatně.(zajišťuje se sérií zkoušek a úpravou předpisů složení). Toto je tak zvaný jednostupňový proces. PQ-CGI zahrnuje též systém kontroly ověření konečného složení litiny (dvoustupňová kontrola). Řízení procesu PQ-CGI pro licí pánve Tento proces využívá dvě místa pro odběr a vyhodnocování vzorků z taveniny.(obr.3.4, odst. 3.1). Obr.3.22a,b Příklad kontroly taveniny metodou PQ-CGI pro její polohu v procesním oknu /48/; 34

35 První, pro metalurgické analýzy základní litinové taveniny, druhé pro ověření vlastnosti zpracované taveniny těsně před odléváním. Metalurgické analýzy v kombinaci s chemickými analýzami mají za úkol ověřit, zdali se základní litina nalézá v oblasti procesního okna kompaktního grafitu. V případě, že zcela neodpovídá, doporučí potřebné korekce, aby měl konečný odlitek požadovanou strukturu litiny CGI a požadované fyzikální vlastnosti..pro aktuální litinu jsou přísady specifické, to znamená, že mohou být totožné po vyprázdnění tavícího agregátu, pro následnou šarži což zajišťuje stanovený algoritmus. Schématicky je postup dvoustupňové kontroly PQ-CGI v obr odst.3.1. V obr.3.22a,b je příklad termické a chemické analýzy odebraných vzorků a jejich vyhodnocení PC softwarem (SPC). PQ-CGI systém je založen na simultánním vyhodnocení dvou vzorků s a bez dezoxidace. Databáze pro základní i konečnou litinu CGI obsahuje všechny limitní a cílové hodnoty. Separátní databáze uchovává data již dříve zpracované litiny, jakož i jejich využití atd. Jednotlivé vzorky jsou automaticky vyhodnoceny a systém stanoví hodnoty celkového kyslíku, jakož vázaného na SiO 2 a FeO. Funkce SPC umožňuje statistické vyhodnocování celého procesu v kterékoliv době. Data získaní z termické analýzy základní litiny jsou kombinována s chemickým složením za účelem výpočtu potřebných korekcí přísad k zajištění výroby litiny s kompaktním grafitem. Konečná data mohou být transportována na obrazovku serveru, nebo do datové schránky (databáze). U jednostupňového procesu musí být zajištěna, od zpracování taveniny až po vlastní lití, velmi krátká doba (cca 3 až max.5 min.). To minimalizuje potřebnou dobu pro případný přehřev taveniny i potřebnou dobu při náhlém zastavení odlévací linky (odeznívací účinek Mg). Při pečlivé kontrole nukleace, není potřeba následné očkování. V kombinaci se speciálními předslitinami jako např. CompactMag je velmi prodloužena odeznívací doba taveniny až na cca 15 min. Taktéž je snížena citlivost litiny k zákalkám. Metoda PQ-CGI při Inmold procesu Metoda Inmold (metoda výroby tvárné litiny přímo ve slévárenské formě) je známa. U této metody se modifikátor (většinou slitina FeSiMg s 3-5% Mg) vkládá do reakční komory zařazené do vtokové soustavy přímo ve formě. Protékající proud taveniny se v reakční komoře stýká s modifikátorem a vzniklá tvárná litina proudí přímo do formy. Všechny parametry tohoto procesu, to jest teplota a licí rychlost taveniny, geometrie reakční komory, vtoková soustava, množství a tvar modifikátoru, musí být předem určeny a vypočteny a během výroby odlitků přísně dodržovány /viz 12,13/. Obdobně můžeme tuto metodu využít při výrobě litiny s kompaktním grafitem (obr.3.5). Vzhledem k velmi krátké době dané licí dobou, je zde procesní okno pro zajištění kompaktního grafitu velmi zúžené. PQ-CGI Inmold proces používá nový typ konstrukce licí soustavy a reakční komory (patentováno), které zajišťují mnohem přísnější kriteria potřebná pro zachycení správné struktury litiny s kompaktním grafitem. Základní litinová tavenina musí být před odléváním upravena s ohledem na konsistentní nukleační vlastnosti pro precipitaci kompaktního grafitu. Procesy PQ-CGI jsou založeny na pečlivých metalurgických úpravách základní litinové taveniny. Úpravy využívají dokonalé systémy termálních analýz, které monitorují úroveň celkového kyslíku (informace o vázaném kyslíku nejsou dostatečné) a další relevantní termodynamické vlastnosti. Příslušný PQ-CGI software je založen na expertním systému, který analyzuje získaní souborná data a chemické složení tavenin. Z nich jsou pak získány (vypočteny) podklady pro příslušnou korekci a dávkování litinové tavení tak, aby bylo zajištěno její potřebné složení k získání výsledné struktury s kompaktním grafitem. Potřebné specifikace (etalonové složení) pro jednotlivé typy odlitků je získáno předběžnou kalibrací a jejich uložením v databázi. PQ-CGI systém produkuje tedy prakticky předpis pro úpravu základní litinové taveniny. Tento předpis může být použit pro jednotlivé šarže až po vyprázdnění tavícího agregátu (pece) a jeho opětné naplnění. Obvykle je postačující odběr a rozbor jednoho vzorku pro každou novou tavbu, nebo každou hodinu v plynule pracujících tavících agregátech (udržovacích pecích). 35

36 Jakmile je základní litina připravena k použití, odlévá se bezprostředně přímo do reakční komory umístěné ve vršku formy. Odlévání může probíhat automaticky, V reakční komoře odpovídá množství nukleační hořčíkové slitiny 0,3 až 0,5% hmotnosti odlitku. Vtoková soustava zahrnuje průtočný a tlakový regulátor a filtr, zajišťující adsorpci hořčíkové nukleační slitiny. Obr.3.22a ukazuje část formy s reakční komorou s uloženou hořčíkovou nukleační slitinou. Maximální hmotnost odlitku odlévaného metodou Inmold je 500 kg. Obr.3.22a Část formy s reakční komorou a modifikátorem Obr.3.22b - Odlévání PQ-CGI InMold viditelné reakce V důsledku velmi krátkého rozpětí (< 2 sec.) mezi zpracováním (modifikací) taveniny a odléváním a v důsledku kinetiky reakce není nutné následné očkování po proběhlé modifikaci. Riziko vzniku karbidů i v tenkých stěnách odlitku je zanedbatelné. SinterCast Přístroje měřících systémů Systém 2000 základní verze pro jeden zkušební modul, jeden řídící a kontrolní modul a jeden dávkovač plněných profilů; může Být modifikován pro více kontrolních a měřících míst ; Mini-systém 2000 obdobně vybaven jako základní verze, neobsahuje však dávkovač profilů ; Uživatelsky přivětivý přenosný Mini-Systém obdobně vybaven jako předchozí, bez dávkovače plněných profilů; Ocelový přípravek pro odběr vzorků, zajišťující přesné rozměrové tolerance, bránící oxidaci taveniny a zajišťující předehřev kelímku bránící bílému tuhnutí vzorku 36

37 Všechny dodávané systémi (základní i mini systémy) používají stejnou technologii odběru a kontrolu vzorků a jsou vzájemně zaměnitelné; Podvojný svařovaný termočlánek opakovaně použitelný (až 200x) zajišťuje stále stejné umístění pro každou analýzu Každé termické analýze a měření předchází 6 jednotlivých elektromechanických kalibrací a ověření softwaru a měřených veličin (teplota,objem vzorku, rychlost ochlazování a přesnost umístění termočlánků NovaCast PQ-CGI controlní stanice 3.8 Metalurgické změny při cíleném vzniku litiny s kompaktním- vermikulárním- grafitem Oxidační a redukční děje ve slitinách Fe-C-Si-O U želených slitin s obsahem uhlíku, při krystalizaci grafitu, hrají rozhodující roli krystalizační zárodky a jejich původ. Při vzniku litiny s lupínkovým grafitem tvoří krystalizační zárodek β- tridymit SiO 2, při vzniku litiny s vermikulárním grafitem olivín (Mg.Fe) 2 [SiO 4 ] a litiny se zrnitým grafitem enstatit MgO.SiO 2. V závislosti na množství, velikosti a rozdělení těchto vměstků v tavenině závisí, jestli proběhne spontánní tvorba těchto zárodků, nebo neproběhne. Nejdůležitější společný znak těchto zárodků je společný výskyt kyslíku a křemíku. Protože litina obsahuje obyčejně 1,5 až 2,5% Si, nečiní tvorba zárodků žádný problém. /49/. 37

38 Se vzrůstající teplotou ohřevu roztavené litiny za přítomnosti kyslíku, vzrůstá plynule jeho obsah. Hovoříme, že rozpustnost kyslíku v litinové tavenině se vzrůstající teplotou roste. Na příklad aktivita kyslíku a O v rozmezí teplot C až C roste z nepatrné hodnoty (cca 0,1) na cca 3,5 x Hodnotu závisí na použitém měřícím zařízení (metody, sondy) a chemickém složení litinové taveniny. Měření celkového obsahu kyslíky jsou dosti nejednotné. V nezpracované litině obsažené prvky.c, Si, Mn, Al atd. reagují s kyslíkem a tvoří příslušné oxidy. Největší konkurenti pro vazbu s kyslíkem jsou uhlík a křemík.: /50/. (SiO 2 ) + 2[C] [Si] + 2{CO}.(1) Pevný tridymit (oxid křemičitý) se tvoří při teplotě mezi (vysoko uhlíkatá litina, např. LLG ) a C (nízko uhlíkatá litina, např. LLG ). Přesněji je definována rovnovážnou teplotou reakce (1) TG Si,C Roste se zvyšujícím se obsahem Si a klesá s obsahem C Rovnovážnou teplotu redukce oxidu křemičitého uhlíkem v litině TG Si,C, nebo též teplotu tvorby oxidického povlaku na hladině taveniny můžeme vypočítat z rovnice: TG Si,C = (2) Si 15,4 log C 2 Na obr.3.23 jsou vyneseny tzv. uhlíko-křemíkové izotermy /51,52/.v závislosti na teplotě. Při dané koncentraci prvků Si a C je nad izotermou stálý oxid uhelnatý CO, pod izotermou bude Si oxidovat. Tedy pod touto teplotou existuje pevný tridymit (oxid křemičitý), nad ní je stálý CO (oxid uhelnatý) a posléze tavenina vaří. Ve skutečnosti však tato tzv. kelímková reakce začne probíhat až za určitého přehřátí, asi 30 až 50K. V teplotní oblasti TG Si,C, < T < (TG Si,C, + 50K) je litina zvláště náchylná přijímat kyslík. Všechny taveniny, které se nachází nad rovnovážnou teplotou TG Si,C danou obsahem C a Si jsou přehřáté. Rozdíl mezi teplotou lázně T L a rovnovážnou teplotou (T L - TG Si,C ) nazýváme stupněm přehřátí. Obr Rovnovážné izotermy redukce oxidu křemičitého uhlíkem v litině /50/; Obr.3.24 Vliv teploty na celkový obsah kyslíku v litinových taveninách / 53,54/; Pro litiny, v důsledku doprovodných prvků, např. Mn, S, P, atd dávají uvedené vztahy jen přibližné výsledky. Na příklad Mn zvyšuje a S snižuje TG Si,C,. Souhrnná reakce (1) postupuje ve více krocích: (SiO 2 ) [SiO 2 ]...(3) 38

39 [SiO 2 ] + 2[Fe] [Si] +2[FeO] (4) [FeO] + [C] [Fe] + [CO].(5) [CO] {CO}..(6) Znamená to, že: pevný tridymit (oxid křemičitý) taví při rovnovážné teplotě TG tekutý tridymit je pohlcován železnou taveninou. Křemík se v tavenině rozpouští a vzniká struska s obsahem FeO. kyslík obsažený v FeO je redukován uhlíkem na oxid uhelnatý únik oxidu uhelnatého ve formě bublin z taveniny při teplotě TK var; Rozdíl teplot mezi krokem (rovnice) 3 až 6 činí cca 50K Podle výsledku měření Orthse a Weise /53/ vzrůstá celkový obsah kyslíku s teplotou taveniny do určité hranice (asi 1440 až C), a pak nastává pokles jeho obsahu (obr.3.24). Při dlouhodobém ohřevu nad rovnovážnou teplotou redukce oxidu křemičitého uhlíkem (u běžných litin nad cca 1400 až C) byl zaznamenán výrazný pokles obsahu kyslíku v litině. Tento dlouhodobý ohřev je označován jako mrtvý ohřev (totbraten) a je spojen se značnou změnou (poklesem) některých specifických vlastností litiny. Lampic /49/ výstižně komentuje, že v systému litin panují zákony volného trhu. Systémem je trh, kyslík je zboží a křemík, železo, uhlík jakož i další prvky, např. hliník a hořčík jsou kupující -zákazníci. Kupní síla klesá v následující řadě: Mg, Al, C, Si, Fe. Přídavkem Mg, nemají ostatní prvky v uplatnění šanci. Trh bude tvorbou MgO prakticky vymeten. Hliník stojí proti hořčíku. Slučuje se s kyslíkem na hlinitan Al 2 O 3, ale opovrhuje sírou- tvorbou mulitu (křemičitan hlinitý) atd. Jak uvedeno, je při odlévání litinová tavenina vystavena kyslíku a železo následně oxiduje. Obr.3.25 názorně ukazuje dílčí výsledky reakce (1) ve formě spektra oxidů. Vzniká tekutý silikát železa (fayalit 2FeO. SiO 2 ). Při cílené desoxidaci, na příklad při očkování ferosiliciem, vzniká spektrum oxidu křemičitého tridymit (SiO 2) ). Změnu spektra oxidů po očkování ukazuje obr Obr V oblasti oxidace je křemík v železné tavenině redukován na fayalit (2FeO. SiO 2) /49/; Obr Očkováním je oxid železa přeměněn (odbourán) na tridymit (SiO 2) ) /49/; Na základě řady měření spektra oxidů v tavenině na neočkovaných a očkovaných vzorcích (spektrální analýza množství a druhu vazby kyslíku) bylo zjištěno, že při nižším výchozím obsahu kyslíku v tavenině, po naočkování, obsah kyslíku roste a teprve po dosažení jeho určité hranice cca 60 ppm, nastává klasická desoxidace. Vlevo od bodu obratu váže při odlévání tavenina z atmosféry a z formovacích hmot kyslík, což je spojeno se spontánní tvorbou velmi jemných částic tridymitu v tavenině vystavené tomuto prostředí (obr.3.27.). Vpravo od bodu obratu je kyslík odbouráván, ale kvapně se tvořící částice tridymitu jsou hrubé. Spektrum oxidů v obr ukazuje mezi vedle hlavního (jemného) piku tridymitu hrubou frakci. Je celkově bez účinku a znamená pouze určitý rušivý element znečistění taveniny. Celek se opírá o skutečnost, že při stoupajícím počátečním obsahu kyslíku, produkty desoxidace, se vzrůstající rychlostí rostou (se zvyšují.). 39

40 Obr.3.27 Rozdíl v obsahu kyslíku u neočkované a očkované litinové taveniny při různé nabídce kyslíku /55/; Obr.3.28 Při vysoké nabídce kyslíku během očkování se tvoří hrubé částice vměstků tridymit /49/ Litina zpracovaná hořčíkem Křemík jako dezoxidátor, může v litině snížit obsah kyslíku až na hodnotu pod 3x10-3 %. Hořčík je v tomto směru podstatně úspěšnější v desoxidaci a to až na hodnotu kyslíku 5x10-8 %. Spektrální analýzou oxidů možno zjistit v litině se zrnitým grafitem (LKG) obsah zbytkového kyslíku v rozmezí 5 ppm až 15 ppm. Skaland /56/ identifikoval u litiny se zrnitým grafitem (LKG), jako základní stavební kameny tvorby grafitových zárodků forsterit ((2MgO. SiO 2 ) a nebo enstatit (MgO. SiO 2 ). Vycházel při tom z terciálního diagramu systému MgO - SiO 2 Al 2 O 3. Obr.3.29 Terciární diagram oxidů MgO - FeO SiO2 / 57/; Doposud se pro GJV -litinu s vermikulárním grafitem ukazoval vhodný systém MgO - SiO 2 FeO. (obr.3.29). Pro litinu s lupínkovým grafitem GJL - LLG se ukázal vhodným binární diagram FeO - SiO 2 a binární pro litiny se zrnitým grafitem GJS - LKG diagram MgO-SiO 2..Pracovní pole pro 40

41 tvorbu zárodků v litině s vermikulárním grafitem GJV leží v oblasti olivinu mezi 20% a 40% SiO 2, 15 až 40% MgO a 20% do 45% FeO, (k tomu možný podíl z hraničních oblastí - magnesiumwüstitu, pyroxenu a tridymitu jako dezoxidačních produktů). Obr Typické oxidické spektrum litiny GJV s vermikulárním grafitem /57/; Obr Z hodnoty rekalescence a relativního přechlazení možno dedukovat tvar krystalizujícího grafitu / 58/; > Typické oxidické spektrum je vyznačeno v obr Při nízkém obsahu Mg se primárně tvoří Tridymit a ve struktuře je možno nalézt i lupínkový grafit. Pík pro FeO je ve srovnání s SiO 2 nepatrně nižší. Při vysokém obsahu Mg vzniká primární magnesiumwüstit a poté eutektický forsterit Oxidické spektrum ze zkušebních vzorků z litiny s vermikulárním grafitem GJV, odebraných bezprostředně po zpracování taveniny a počátkem odlévání a následně z odlitků, se spektrum liší především co do množství a rozdělení (rozložení) jednotlivých složek, ne však formou vazby. Z měnících se podílů skupiny oxidů (FeO+SiO 2 ) (tyto se mohou nalézat také náhodně, izolovaně) - a (Mg,Fe) 2 [SiO 4 ] zjištěných spektrální analyzou ze vzorků odebraných z licích pánví můžeme vyvodit, že pokud se týče první skupiny to jest fayalitu ( FeO.SiO 2 ), a druhé skupiny olivinu (Mg,Fe) 2 [SiO 4 ] jako oddělených jednotlivých fází, probíhá redukce selektivně z FeO a SiO 2. V odlitku samotném pak může fayalit a olivin zcela homogenizovat.. SinterCast metoda-poznámky Jak uvedeno, je podstatou SinterCast metody termoanalýza okrajové a středové oblasti vzorku, sledováním křivek chladnutí a hodnot přechlazení, rekalescence, rychlosti růstu teplot a chladnutí po ztuhnutí okrajové vrstvy vzorku. Hodnoty jsou sledovány samostatně ale i ve vzájemné vazbě. Při tom je podmínkou maximální rychlost celého kontrolního procesu, který nesmí přesahovat manipulační dobu od odběru vzorku z taveniny až po vlastní odlévání. Výsledkem je prognóza stavu zárodků ve zpracované tavenině a forma grafitu v tuhnoucím vzorku (tj. přeneseně v konečném odlitku) za účelem následné korekce výchozí taveniny. V obr.3.31 jsou jako příklad uvedeny křivky chlazení s vyznačenými sledovanými hodnotami. Detail křivek v oblasti eutektických teplot pro litinu s lupínkovým, vermikulárním a zrnitým grafitem je v obr.2.1. Křivka chlazení I představuje průběh ochlazování v okrajové zóně vzorku.,odpovídající chladnutí v tenké stěně odlitku. Křivka chladnutí II je ochlazování ve středu vzorku. Okrajová křivka I referuje především o stavu zárodků v tavenině. Její zvláště důležitou hodnotou je spodní eutektická teplota T EU a průběh následné rekalescence dt/dt na horní eutektické 41

42 teplotě T EO. Průběh rekalescence je ale funkcí morfologie grafitu a počtu zárodků, proto křivka I může poskytovat jen částečný obraz s těžištěm na stav zárodků. Celkový obraz doplňuje křivka ochlazování II jejíž hlavní výpověď postihuje tvar grafitu. Okrajová křivka I může při tom doplnit a precizovat údaje, jestliže se ochlazovací rychlost dt/dt po ukončeném okrajovém tuhnutí během eutektického tuhnutí centrální křivky chlazení II vztáhne na její vyhodnocení. Maximální teplotní rozdíl T mezi křivkami I a II během této fáze jest též důležitý. Obr.3.31 Křivky chlazení vzorku metodou SinterCast a jejich hodnocení / 59 /; Experimentálně je potvrzeno, že při malém přechlazení, menší rekalescenci a vyšším růstem teploty, je předpoklad vzniku lupínkového grafitu. Při silném přechlazení, menší rekalescenci a nižším růstem teploty je vznik zrnitého grafitu. Předpokladem vermikulárního grafitu jsou silně vyhraněny všechny tři hodnoty,.to jest velké přechlazení, silná rekalescence a relativně silný růst teploty (viz obr.2.1) Ze získaných hodnot z křivek chladnutí, které jsou tak výrazné, není pak obtížné odvodit základní parametry pro úpravu taveniny pro její umístění do procesního okna vermikulárního grafitu (obr šachovnice). Vliv rekalescence a relativního přechlazení na tvar grafitu udává diagram v obr Litina s převážným obsahem (nad 80%) vermikulárního grafitu vzniká při přechlazení T cca 15 0 C a rekalescenci nad dt/dt cca 35 0 C/min. Přirozeně, přirovnáním malých vzorků tuhnoucích v rozmezí 3 až 4 min. zjišťujeme jen subjektivní hodnoty jejichž cílem je např. zjištění podílu vermikulárního grafitu v odlitku při rozdílných teplotách a rychlostech ochlazování v různě silných stěnách..proto je nejdůležitější fází přípravy předběžná kalibrace na zkušebních odlitcích. Čím pečlivější je tato příprava, tím přesnější jsou konečné výsledky. Následná termoanalýza během 42

43 normálního výrobního cyklu slouží pouze k menším korekcím při následném zpracování výchozí taveniny. NovaCast PQ-CGI - poznámky I zde se vychází ze základní, hořčíkem nezpracované litiny. Podkladem je termoanalytické zjištění množství a způsob vazby kyslíku v základní tavenině, kterým je určen licí proces.. Jedná se o stanovení obsahu a vazby kyslíku ( analýza spektra oxidů a aktivita kyslíku.). Analýza spektra oxidů dává množství a způsob vazby kyslíku v tuhnoucím vzorku a popis procházejících dějů.. Odlévají se dva zkušební vzorky ve dvou pískových kelímcích. Tavenina v jednom zůstává nezpracována, ve druhém kelímku je tavenina dezoxidována. V obou taveninách, nezpracované i desoxidované se zaznamenávají křivky ochlazování (viz obr.3.32) a měřena celková aktivita kyslíku. Obr DTA křivky (termoanalýzy) pro zjištění četnosti parametrů pro tvorbu vermikulárního grafitu 1 okraj vzorku: primární austenit, 2- střed vzorku:primární austenit, 3 okraj vzorku: eutektikum, 4 střed vzorku: eutektický grafit, 5 střed vzorku: eutektický austenit; /49 /.; Obr Úzké pole vermikulární litiny v diagramu EMK- TE.,Výchozí aktivita kyslíku se pohybovala v oblasti -50 až -200 mv /60/; > Při vyhodnocení jsou v prvé řadě zohledněny rozdíly sledovaných hodnot u obou křivek. Křivky ochlazování a DTA křivky nezpracované taveniny a taveniny desoxidované se liší především podle rozhodujícího stavu krystalických zárodků. S ohledem na shora popsané děje (viz obr.3.25 až 3.32) možno prognózovat dílčí stavy v celkovém obsahu kyslíku, oxidu železa i oxidu křemičitého a podíly aktivních zárodku pro požadovanou krystalizaci grafitu.z nich se pak vychází pro případnou korekci a dávkování (standardního množství) Mgpředslitiny do základní taveniny. Toto standardní množství je funkcí hmotnosti a tvaru (stavu) odlitku a možno je pomocí empirického nelineárního algoritmu, vypočítat pro hmotnost odlitku 2 až 1000 kg a silách stěn 3 až 50 mm.. OxyCast metoda - poznámky Tato metoda využívá pro řízení výroby litiny s kompaktním-vermikulárním tvarem grafitu stanovení aktivity kyslíku a jeho změny při technologickém procesu. Používá měřící sondy EMK s rozšířeným měřícím rozsahem a zvýšenou přesností měření. Měření vychází z principu elektrochemické měřící buňky (Messzelle) se stabilizovaným oxidem zirkonu, jako pevného elektrolytu a chrom-chromoxidu, jako referenční látky. K tomu obsahuje sonda termočlánek. S ohledem na standardní stav pro nekonečné řešení, je aktivita kyslíku vypočítávána z rovnice: log a 0 = 1,36+0,0059[EMK (T- 1550) + 2x10-4 EMK(T 1550)] kde ( a 0 je v ppm, EMK v mv, T v 0 C ) 43

44 Poněvadž měření aktivity k řízení celého procesu samo o sobě nestačí, zajišťuje se při tom termoanalýza, která zajistí stanovení spodní eutektické teploty (přechlazení). Na základě toho vznikl známý diagram v obr. 3.33, podle něhož možno řídit očkování a množství hořčíku. Zpracování taveniny je zajišťováno ve dvou krocích: Nejprve se zpracuje základní tavenina standardním množstvím hořčíkové předslitiny, poté následuje měření sledovaných veličin, tj. aktivity kyslíku a termoanalýza a nakonec následuje jemné sladění přísadou hořčíku a očkováním a to metodou plněného profilu (drátem). Poslední krok je samozřejmě závislý na konečném tvaru a hmotnosti odlitku. Srovnání metod OxyCast a SinterCast metody jsou si v principu podobné, pouze měřící prostředky jsou rozdílné. SinterCast je silně závislá na složení. Na základě srovnání výsledků z malého vzorku se přenáší tyto prakticky v měřítku 1:1 na relativně tenkostěnné odlitky,.takže sotva může být nebezpečí odlišností na hranicí k lupínkovému grafitu. U tenkostěnných odlitků je spíše nebezpečí většího podílu zrnitého grafitu. Zbytek je věcí empirické extrapolace. OxyCast nemá výběrem termoanalyticky získaných podkladů o přechlazení (= potřeba očkování) žádný direktivní vztah na složení, jako jednotlivé cílové veličiny, z toho vychází rozptyl změřených veličin a dvojí vliv na konečné výsledky.. Důležitá je kontrola výchozích parametrů a podmínek taveniny. Výhoda SinterCast oproti NovaCast je odběr vzorku pro termoanalýzu. U NovaCast stojí a padá všechno s pečlivostí a spolehlivostí odběru vzorků. Výhoda OxyCast proti NovaCast je bezpochyby přímé měření aktivity. Základní doporučení pro technologii výroby litiny s kompaktním-vermikulárním tvarem grafitu Výchozí tavenina musí být dezoxidována a odsířena základní podmínka pro potlačení vzniku lupínkového grafitu, Desoxidace musí být řízena tak, aby místo forsteritu (2MgO. SiO 2 ) anebo enstatitu (MgO. SiO 2 ). vznikl olivín (Mg,Fe) 2 [SiO 4 ], Tvořící se částice olivínu nesmí růst příliš rychle, aby byly k dispozici jako zárodky pro krystalizaci vermikulárního grafitu, Obr.3.34 Množství zrnitého grafitu v litině s kompaktním grafitem v závislosti na zbytkovém obsahu hořčíku a síry /63/; 44

45 Vznik a tvorba zárodků musí pokračovat během odlévání a přívodu kyslíku, to znamená, že tavenina musí mít dostatečnou dezoxidační rezervu; hořčík musí být prostřednictvím křemíku chráněn před propalem, Počet zárodků pro krystalizaci vermikulárního grafitu musí být dostatečně vysoký, aby nenastalo místní odměšování hořčíku. Zbytkový obsah hořčíku a síry má rozhodující vliv na konečnou krystalizaci grafitu. K zajištění minimálního obsahu zrnitého grafitu (max %) je nutno se pohybovat ve velmi úzkém rozmezí těchto prvků.(obr.3.34). Technologie výroby litiny s kompaktním tvarem grafitu přísadou Mg a S V následujících tabulkách Tab.III.III a Tab.III.IV.jsou základní technologické postupy na výrobu lity s kompaktním grafitem doporučené Chisamerou a Riposanem. Tab.III.III Technologie výroby litiny s vermikulárním grafitem přísadou Mg a síry /Chisamera,M, Riposan,I../ Tab.III.IV Technologie výroby litiny s vermikulárním grafitem přísadou Mg a briketované síry (Resulf 30) /Chisamera,M, Riposan,I../ 45

46 Literatura Morrough, J., Williams, W.: Iron and Steel Institute (1947), str Morrough, J., Williams, W.: Iron and Steel Institute (1948), str Millis, K.D., Gagnebin,A.P, Pilling,N.B.: U.S. Patent No.2,485,761, Oct.25, 1949; Estes,J.W., Schneidewind, R.: AFS Transactions, vol. 63 (1955) str ; Schnelleng, R.D.: Patent spec.: 453,226, USA, 1965; British spec. 1, , 1966; Schnelleng, R.D.: AFS Cast. Met. Res J. 3, (1967) No. 1., str ; Donoho,C.K.: Modern Casting 40 (1961), No. 1.,July, str , Nechelberger,E., Puhr,H., Nesselrode,J.B., Nakayasu,A.: 49Int. Foundry Congress, Chicago Apríl 14-17, 1982, papper.no.1 (zde viz další souborná literatura- 220 odkazů); Riposan,I.,Sofroni,L.,Dinescu,L.,Chisamera,M, Mitrofan,A., Boghici,M.,Radovoi,G.: 53Int. Foundry Congress, Praque, September 7-12, 1986, papper.no.24. (zde viz další literatura); Dawson,S.: 53Int. Foundry Congress, Chennai, February 7-10, 2008, OP-19; Otáhal,V.: ˇˇSedá litina-litina s lupínkovým grafitem CD Rom, OtahalConsult, Brno 2007; Otáhal,V.: Tvárná litina-litina se zrnitým grafitem CDRom, OtahalConsult, Brno 2006; Otáhal,V.: Tvárná litina-litina se zrnitým grafitem CDRom, II vydání, Brno 2009; Zhenhua,Z.,Weide,Ch.,: 53Int. Foundry Congress, Praque, September 1-12, 1986, papper.no.3. (zde viz další literatura); E. N. Pan, K.Ogi, C.R. Lopper,: AFS Transactions, vol. 90, p.509 (1982); Z. Zhu, W. Chang,: 53 World Foundry Congrés, CN 3, Prague (1986) (zde další literatura) P. Zhu, X. Den R. Sha, a kol. : The Physical Metallurgy of Cast Iron, Vol. 34, Proc.Materials Research Society, North Holland, 1985, p.3; a p. 141; Loper,C.R.Jr., Fang,K.: AFS Transactions 2008, Paper (05) p. 1-10, AFS Schaumburg,II USA; Dawson, S.: 68th WFC - World Foundry Congress, 7th - 10th February, 2008, pp ; Goodrich, G,M, a kol.: Iron Castings Engineering Handbook, AFS CID, Schaumburg, Illinois USA, 2003` Sillén, V.R. MSK- Istanbul, 2004, Sborník str.: ;: Stefanescu,D.M.: Cast Iron, Metals Handbook, ASM International, pp (1989); Davis,R.J.:Cast Irons, ASM International. Handbook Committee, II vydání (1996); Ecob,C.M.,Hartung,: An Alternative Route for the Production of CG Irons, ELKEM ASA, Norway; CGI Infor Ett Genombrott, SinterCast Gjuteri, 10 May 2006; Podrábský,T., Pospíšilová,S., VUT Brno (2006); Riposan, I. a spol.: 63 World Foundry Congress, September (1998), Budapešť, Hungary, T 51, str.1-20; Riposan, I. a spol.: Magnesium-Sulfur Relationships in Ductile and Compacted Graphite Cast Irons as Influenced by Late Sulfur Additions, AFS Transactions , str. 1-15; (2003); Otáhal,V.: Vady odlitků Atlas vad, CDRom OtahalConsult, Brno (2008); Iron Castings Engineering Handbook, AFS, Schaumburg, Illinois, USA (2006); Chisamera,M.,Riposan,I.Sofroni,L.: Rumunský patent č /1986; Chisamera,M.,Riposan,I.Sofroni,L: METALURGIA (Rum), 40,(1988),no.2,p ; Riposan, I. and Chisamera M Herstellung von Gusseisen mit Vermiculargraphit aus magnesiumbehandelten Gusseisen durch Zusatz von Schwefel, Giesserei-Praxis, No.9/10, pp (1991). Chisamera,M.,Riposan,I.Barstow,M.: AFS Inaculation Konference, Apríl (1997), USA; 106th AFS Casting Congress (2002) -Compacted Graphite Iron Panel, Kansas City, KS, 4 7 May (2002); Naro, R. L., Wallace, J. F., "Trace Elements in Cast Irons", Trans AFS, Vol. 77., p. 311, 1969 Naro, R. L., Wallace, J. F., "Minor Elements in Gray Iron", Trans. AFS, Vol. 78,, p. 229, 1970 Naro, R. L. U.S. Patent No. 6,293,988B1, (2001) Strande, K., Influence of inoculant amount and iron sulfide content on tool wear by turning pearlitic grey cast iron, 51st. International Foundry Congress, Official Exchange Paper, Lisbon,

47 Chisamera, M., Riposan, I. and Barstow, M. Sulfur Inoculation of Magnesium-Treated Cast Iron to Obtain CG Cast Iron and Improve Graphite Nucleation in Ductile Iron, AFS Transactions, pp (1996). Chisamera, M., Riposan, I. and Barstow, M. The Importance of Sulfur to Control Graphite Nucleation in Cast Irons. AFS International Inoculation Conference, , Chicago. Chisamera, M., Riposan, I., Stan, St., Sparkman, D., Kelley, D. and Barstow, M. Experience Producing Compacted Graphite Cast Irons by Sulfur Addition After Magnesium Treatment, AFS Transactions, Vol.110, pp (2002). Nechtelberger,E.,Puhr,H. a spol. : Giesserei-Praxis, No.22, pp (1982). Nofal,A.A., a spol.: 56World Foundry Kongres, pap. 21.,Düsseldorf 1989; Dawson,S.: 106 AFS Casting Congress, Kansas City, May 4-7, 2002, Farias,C.R. a spol.: AFS Transactions, (1997), pp ; Ecob,C.M,Hartung,C.: An Alternative Route for the Production oc CGI, Elkem ASA, Norway; Lampic,M -,Opländer: Giesserei-Praxis, Teil 1,2,3,4, No.1, 4, 5, 8 (2001) ; /zde viz další literatura/; Otáhal,V.: Slévárenství XXXII (1984), č.5/6, str.: , /zde viz další literatura/; Oelsen,W a spol.: Arch. Eishütwes.,26, (1955), s ; Gräfe,H.: Giesserei, 68, (1981), s ; Orths,K, Weis,W.: Giess. Forsch..25(1973), 1, s: 9-19; Schenck,H.,Wiesner,G.: Arch.Eisenhüttenwes. 27 (1956), s Prumbaum,R.,Orths,K.: Giess. Forsch..31(1979), 2-3, s: 71-82; Skaland,T.: A model for the praphite formation in ductile cast iron,dr.ing.-diss,. NTH Trondheim, Nr ; Osborn,E.,F,Muan,A.: Schlackenatlas,s: 77, Stahleisen, Dusseldorf 1981; Bäckerud, L a spol.: Metalurgy, 1, 1972,, s ;, Proc. 2nd intern.symp., Geneva 1974; Rőhrig,K.: Konstr.u.Giessen 16, 1991, nr.1. s. 7-27; Hummer,R.: Livarski vestnik 44,01997, nr. 5-6, s ; Orts,.,Dahlmann,A.: Giesserei 53 (1966), s 8-15; Hofmann,E a spol.: Gis. Forsch. 32, 1980,,no.3 s ; Falkon,M.J.: Foundry TJ. (2004), January/February, s.34-38; Web VUT Brno, Podrabský a spol; Bechný,L.: Liatiny s červíkovitým grafitom, Slév. ročenka 1983, s , ČSVTS Brno; Gedeonová,Z.,Jelč,I.: Metalurgia liatin, HF TU Košice (2000); Iron Castings Engineering Handbook, AFS (2006); 47

48 IV. Klasifikace litin s kompaktním (červíkovitým) grafitem V české literatuře je litina s kompaktním nebo vermikulárním tvarem grafitu označována jako litina s červíkovitým grafitem. Je popisována tak, že má ve struktuře zvláštní tvar grafitu a to červíkovitý či vermikulární grafit. Někdy obsahuje i malé množství nedokonale vyloučeného zrnitého grafitu (cca 20 %, ale i více % z celkového objemu vyloučeného grafitu). Matrice bývá nejčastěji perlitická, feritická, či kombinace obou složek, viz obr. 4.1abc. /64/. Chemické složení těchto litin se pohybuje v rozmezí cca 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 se zrnitým grafitem).. Obr.4.1 a- Litina s vermikulárním grafitem s matricí perlitickou Obr.4.1 b - Litina s vermikulárním grafitem s matricí feriticko-perlitickou 48

49 Obr.4.1 c - Litina s vermikulárním grafitem s matricí feritickou Obr. 4.1 a,b,c - Mikrostruktura litiny s červíkovitým (vermikulárním) grafitem / 24,64/; 4.1 Charakteristika - klasifikace Charakteristické vlastnosti této slitiny leží mezi vlastnostmi litiny s lupínkovým a zrnitým grafitem. Oblast kterou zaujímá z hlediska základních mechanických vlastností je patrná z diagramu v obr.4.2. Obr.4.2 Srovnání oblastí mechanických vlastností litin a oceli na odlitky /66/; Poloha litiny s vermikulárním tvarem grafitu umožňuje kombinaci zvýšené tažnosti a pevnosti ve srovnání s litinou s lupínkovým grafitem. Komplexní porovnání mechanických a fyzikálních vlastností v závislosti na tvaru vyloučeného grafitu, tj. lupínkového, kompaktního (červíkovitého-vermikulárního) a zrnitého, vztaženého na určitou strukturu základní kovové hmoty je podle různých zdrojů v tabulkách Tab.IV.I až Tab.IV.III. Tab. IV.I. - srovnání základních vlastností litin /dle 24, 64 -Lampic/ 49

50 Vlastnost GJL-250 GJV-300 feritická GJV-400 feritickoperlitická GJV-500 perlitická GJS Rm, MPa Rp0,2, MPa A, % 0,3 1,5 1,0 0,5 2,0 E, GPa Mez únavy,mpa Tepelná vodivost,wm-1k Tab.IV.II. - srovnání základních vlastností litin /dle 66/ Tab.IV.III. - srovnání základních vlastností litin /dle 65/. Litina s kompaktním vermikulárním grafitem však není u nás zatím normována Podle DIN norem se rozeznává pět druhů této litiny a to: GJV 300, GJV 350, GJV 400, GJV 450 a GJV 500. Dříve též značení GGV. Mechanické vlastnosti některých kvalit jsou uvedeny v tabulce. Tab.IV.IV až Tab.IV.VIII. a Tab.V.III - str.95). 50

51 Tab.IV.IV. Mechanické vlastnosti litin GGV- s převážně feritickou a GGV-40 s převážně perlitickou strukturou /BCIRA/ Tab.IV.V. Vliv podílu zrnitého grafitu 10-30% na mechanicko-fyzikální vlastnosti litiny GJV-300 až GJV

52 Tab.IV. VI. Vliv struktury na mechanicko-fyzikální vlastnosti litiny s vermikulárním grafitem /Dawson/ 52

53 Tab.IV.VII. Vliv teploty prostředí 20 až C na pevnost Rm a mez kluzu Rp0,2, litiny s vermikulárním grafitem /Lampic-Opländer/ Tab.IV.VIII. Vliv obsahu 1,5% Ni na mechanické vlastnosti litiny s vermikulárním grafitem /R.D.Schelleng/. 53

54 Podle americké specifikace ASTM A 842 je normováno taktéž 5 druhů a to CGI 250, CGI 300, CGI 350, CGI 400, CGI 450. Mechanické vlastnosti jsou uvedeny v tabulce Tab.IV.IX a Tab.IV.X. Tab.IV.IX. Mechanické vlastnosti litiny s kompaktním grafitem dle americké specifikace ASTM A 842 /67/. Tab.IV.X. Mechanicko-fyzikální vlastnosti litiny s kompaktním grafitem dle americké specifikace ASTM A 842 s feritickou a perlitickou strukturou/67/. 54

55 Charakteristická kombinace vlastností předurčuje tuto litinu na výrobu tvarově složitých odlitků, pro které nepostačuje tvárná litina svými slévárenskými vlastnostmi a šedá litina svými mechanickými vlastnostmi. Další vhodné použití této slitiny je na mechanicky namáhané odlitky, které pracují v podmínkách tepelných rázů. Hlavní aplikací litiny s vermikulárním grafitem jsou odlitky pro automobilový průmysl (hlavy válců, výfuky, ventilová pouzdra, pístové kroužky, bloky válců) Mikrostruktura 4.2 Činitelé ovlivňující mechanické vlastnosti S přihlédnutím na morfologii tvaru grafitu je u litin s kompaktním vermikulárním grafitem (GJV-CGI-GGV) rozhodujícím činitelem ovlivňujícím jejich mechanické vlastnosti znečistění jinými tvary, tj. podílem lupínkového, nebo zrnitého tvaru ve struktuře. Ve slévárenské praksi je často velmi obtížné dosáhnout čistě kompaktní strukturu. Výsledné struktury obsahují někdy určitý (nepatrný) podíl lupínkového, ale obvykle spíše zrnitého grafitu. Zatím co podíl lupínkového grafitu je zcela nežádoucí a svědčí o nezvládnuté technologii výroby vermikulární litiny, je podíl zrnitého grafitu přípustný, maximálně však do 20%. Nad touto hranicí začínají již převažovat, pro daný účel použití, nežádoucí vlastnosti výsledného odlitku, především se zhoršují licí podmínky, jako je sklon ke stahování, snížení sklonu k útlumu, ztížené obrobitelnosti, zvyšuje se houževnatost, tepelná vodivost a rostou mechanické hodnoty. Výskyt lupínkového, neb přechodových typů grafitu značně snižuje mechanické hodnoty výsledného odlitku. Je to způsobeno nedostatečným množstvím zbytkového hořčíku ve struktuře a tím počáteční růst eutektických buněk v morfologii lupínkového grafitu. Aktivní hořčík je v této fázi segregován radiálně na rozhraní tuhnoucí fronty, zvyšuje svoji koncentraci a posléze může měnit morfologii vylučovaného grafitu na kompaktní Obr.4.4 Stabilní oblast zbytkového hořčíku tvoří náhlý přechod mezi kompaktním a lupínkovým grafitem ale pozvolný přechod na zrnitý grafit /19I; < Obr Přechod lupínkového ke kompaktnímu/ vermikulárnímu grafitu na periferii lupínků SEM, hluboce leptáno/ 19/; V počátečním stadiu tuhnutí obsahuje tavenina, v důsledku nedostatku Mg, pouze krystalizační zárodky tridymitu (SiO 2 ), případně fayalitu (2FeO. SiO 2 ), takže v eutektických buňkách počne krystalizovat lupínkový grafit. Po obohacení taveniny hořčíkem nad kritickou hodnotu vzniku kompaktního grafitu se na periferiích, v obohacené oblasti počnou tvořit krystalizační zárodky typu olivinu (Mg,Fe) 2 [SiO 4 ] a na nich pak krystalyzuje kompaktní grafit.(obr.4.3). 55

56 Jak patrno z obr.4.4. je přechod z kompaktní-vermikulární formy grafitu na zrnitý plynulý, zatímco přechod lupínkového grafitu na kompaktní je náhlý a strmý, v závislosti na nepatrném rozdílu v obsahu Mg cca 0,001%Mg. Vzhledem k této skutečnosti, nutno při údajích o mechanických vlastnostech litiny s kompaktním grafitem udávat vždy mikrostrukturu hodnocené litiny s ohledem na vyloučený typ a množství jiného druhu grafitu (lupínkový, zrnitý). Vzhledem k tomu, že se prakticky vylučuje možnost výskytu lupínkového grafitu pro provozní použití odlitku, jedná se především o vyloučený grafit zrnitý. V zásadě však platí a pro provozní využití odlitku se většinou připouští pouze 5 až max. 20% zrnitého grafitu ve struktuře. V obr.4.4a je mikrostruktura litiny s kompaktním grafitem s oblastmi lupínkového grafitu a s cca 2% zrnitého grafitu. V obr.4.4b je dokonalá mikrostruktura litiny s kompaktním grafitem (bez lupínkového grafitu) a s cca 10% zrnitého grafity. Obr.4.4a Mikrostruktura litiny s kompaktním grafitem s oblastmi lupínkového grafitu a cca 2% zrnitého grafitu /37/; Obr.4.4b - Mikrostruktura litiny s kompaktním grafitem s podílem cca 10% zrnitého grafitu /37/; Nízká úroveň aktivního kyslíku a síry v Mg zpracované základní tavenině a relativně krátké difúzní vzdálenosti mezi kompaktním grafitem v eutektických buňkách, vytváří příznivé podmínky a podporu ukládání atomů uhlíku na rostoucí grafitovou fázi. Tyto faktory pak rezultují v přednostní vznik výsledné feritické struktury litiny s kompaktním grafitem. Vznik převážně perlitické struktury se pak zajišťuje legováním konvenčními stabilizátory, jako Cu Sn, Sb, Cr, Mo, Va apod. Např. u menších odlitků do hmotnosti cca 50 kg (blok válců) činí množství Cu cca 0,8% a Sn 0,07%. Použitím stabilizátorů perlitu u vermikulární litiny docílíme zvýšení tvrdosti o cca 10-15% oproti litině s lupínkovým grafitem a stejnou strukturou. Prakticky 70% perlitická vermikulární litina má přibližně stejnou tvrdost, jako zcela perlitické šedá litina. Při tom přítomnost nebo přesněji absence přísadových prvků může tento poměr měnit Složení Jak v kap.iii, odst. 3.2 uvedeno, jednou z metod výroby litiny s kompaktním grafitem je přísada titanu do výchozí taveniny, v množství cca 0,15% za účelem rozšíření procesního okna vzniku vermikulárního grafitu /68-71/. Přísada titanu snižuje nebezpečí vzniku lupínkového grafitu ve struktuře litiny. To však má za následek, že vratný materiál plynule zvyšuje obsah tohoto prvku v základní tavenině a tím nepříznivě působí při výrobě normální šedé litiny, neboť mimo jiné podporuje vznik přechlazeného D-typu grafitu a naproti tomu podporuje vyšší výskyt zrnitého grafitu ve vermikulární litině. Mimo to podněcuje a stabilizuje vznik tvrdých vměstků karbidů a karbonitridů (obr.3.5a,b), což zvyšuje křehkost těchto litin a působí velmi nepříznivě na obrobitelnost. Obsah uhlíku a tím ekvivalent uhlíku (CE) v litinách ovlivňuje tvar, velikost a počet grafitických částic a tím i mechanické vlastnosti konečného odlitku. Maximální tekutost, minimální sklon ke staženinám a zákalkám zajišťuje eutektické složení, 56

57 Jak patrno z diagramu v obr.4.5, s růstem (CE), klesají v litinách se zrnitým a kompaktním grafitem, hodnoty pevnosti v tahu jen nepatrně. Pouze u šedé litiny je tento vliv výrazný./72/. Naproti tomu má CE velmi zásadní vliv na nodularitu, tj. vznik zrnitého grafitu v litině s vermikulárním grafitem (obr.4.6)./73/.tento vliv je při tom citelnější u tenkostěnných odlitků. Obr.4.5 Vliv ekvivalentu uhlíku (CE) na pevnost tvárné, šedé a litiny s kompaktním grafitem /72/; Obr.4.6 Vliv ekvivalentu uhlíku (CE) na nodularitu tvorbu zrnitého grafitu v litině s vermikulárním grafitem / 73/; > Podobně jako litiny s lupínkovým grafitem a zvláště pak se zrnitým grafitem, tak i litiny s kompaktním grafitem je možno, se zřetelem na požadované vlastnosti, legovat různými druhy slitin - legůr. Typickým příkladem jsou Cr-Mo legury pro velmi zatížené hlavy dieselových motorů /74,75/, kombinované legury Si-Mo pro sběrná výfuková potrubí /69, 76, 77/, a předslitiny P-B pro vložky válců /78, 79, 80/ Vliv síly stěny Převládajícím vlivem působnosti průřezu stěn odlitku je rychlost ochlazování a tím vylučování zrnitého grafitu ve struktuře litiny s kompaktním grafitem. Mimo to nutno brát v úvahu místní modul síly stěny, tj. poměr povrchu k objemu a předehřev formovacích směsí proudící taveninou, tj. vliv její teploty a doby působení. Zrychlením licí doby možno příznivě ovlivnit rozdíly v rychlosti chladnutí slabých a silnějších stěn odlitku. Naproti tomu v některých případech je vyšší rychlost chladnutí v tenkých stěnách výhodné, pro vyšší výskyt zrnitého grafitu..jedná se na příklad o odlitky, které nejsou opracovávány, jako vodou chlazené skříně, skříně zalomených hřídelů, skříně s chladícími žebry apod. Vyšší nodularita a tím houževnatost a pevnost materiálu je zde výhodná.. Při zachování stejné nodularity, klesá se vzrůstajícím ekvivalentem uhlíku CE, v rozsahu průměrů zkušebních tyčí 15 až 300 mm, pevnost litiny s kompaktním grafitem rovnoměrně (obr.4.7) /81,82/, jak u perlitické tak i feritické struktury. Při tom u perlitické struktury je pokles pevnosti s rostoucí tloušťkou stěny (průměru) relativně větší. Důvodem je zhrubnutí grafitických částic v perlitické základní hmotě a oduhličení v okolí grafitických částic (feritické obálky kolem grafitu). 57

58 Obr.4.7 Vliv síly stěny a ekvivalentu uhlíku CE na pevnost v tahu perlitické a feritické litiny s kompaktním grafitem /82/ 4.3 Hodnoty tvrdosti V Tab.IV.XI. jsou shrnuty mechanické vlastnosti, tj. pevnost v tahu (UTS), mez pevnosti 0,2 (0,2YS), modul pružnosti (Eo) a tažnost (%) litiny s kompaktním grafitem s nodularitou 4 až 80% zrnitého grafitu a s obsahem perlitu 25 až 90% ve struktuře. Z tabulky jsou pak vyneseny diagramy závislostí tvrdosti na obsahu perlitu v obr.4.8 a tvrdosti v závislosti na nodularitě v obr.4.9. Tab.IV.XI. Mechanické vlastnosti vzorků z vermikulární litiny v závislosti na nodularitě, obsahu perlitu a teplotě /85/ UTS..pevnost v tahu MPa, 0,2YS mez pevnosti v tahu 0,2, Eo. modul pružnosti, Elong (%).. tažnost; Tvrdost litiny roste lineárně s obsahem perlitu (obr.4.8). Určitý rozptyl výsledků závisí na složení litiny, tj. koncentraci manganu, chrómu, titanu a stopových prvků, jakož i teplotě vybalování odlitků z formy (době vytloukání). Taktéž hraje roli očkování / 83/. 58

59 Obr.4.8 Tvrdost BHN vermikulární litiny s nodularitou 0-10% v závislosti na obsahu perlitu ve struktuře /67/; Obr Tvrdost BHN vermikulární litiny perlitické % v závislosti na nodularitě /67/; V obr.4.9 je vliv morfologie grafitu vyjádřený stupněm nodularity na tvrdost litiny s převážně kompaktním grafitem.a perlitickou strukturou. V rozsahu nodularity 5 až 90% a perlitické základní hmotě (85-100%) je tvrdost litiny prakticky konstantní. Pokles nastává při vzniku lupénkového grafitu. Současné zvýšení tvrdosti při počátečním vzniku kompaktního grafitu je důsledkem komplexní morfologie grafitu a zhrubnutí povrchu, které brání skluzu a delaminace (rozštěpení) na hranici grafit- tavenina (základní kovová hmota) /84/ Hodnoty pevnosti v tahu Hodnoty pevností litiny s kompaktním grafitem jsou především určovány tvarem grafitu a strukturou základní kovové hmoty. V následujícím je zaměřena pozornost především na nelegovanou litinu s kompaktním grafitem Zahrnuty jsou ovšem i odchylky, které však vylučují její provozní využití. Tab.IV.XII. Chemické složení a mikrostruktura vorků s kompaktním grafitem /85/ 59

60 V Tab.IV.XII jsou uvedeny základní charakteristiky vzorků, tj. chemické složení a mikrostruktura (nodularita a struktura základní kovové hmoty) u 11 vzorků z Tab.IV.XI. /85/ Pevnost v tahu a mez kluzu 0,2% Průběh pevnosti a meze kluzu 0,2% (Rp 0,2 ) litiny s kompaktním grafitem a převážně perlitickou strukturou (85-100%), v závislosti na nodularitě a teplotě prostředí je v diagramu obr.4.10 /85/. Obr.4.10 Pevnost v tahu a mez kluzu 0,2, (85-100%) perlitické vermikulární litiny v závislosti na nodularitě a teplotě prostředí /85/; Pevnost v tahu vermikulární litiny s nodularitou 10% a perlitickou strukturou činí za pokojové teploty cca 450MPa. Zatímco se stoupající nodularitou pevnost postupně roste, při výskytu i malého množství lupínkového grafitu pevnost strmě klesá na hodnoty cca 20 až 30% původní pevnosti. Znamená to, že prakticky tatáž litina (3,5-3,8%C), ale s lupínkovým grafitem typu-a dosahuje pevnost v tahu cca 200MPa. Z toho je patrna zásadní škodlivost i malého množství lupínkového grafitu ve struktuře vermikulární litiny. Diagram v obr.4.10 též ukazuje, že s růstem nodularity tedy s rychlostí ochlazování v tenkých průřezech stěn odlitků - roste přirozeně i pevnost a při plné nodularitě (tvárná litina) vzroste pevnost v tahu až na hodnotu cca 750Mpa. Naproti tomu mez kluzu 0,2% roste se vzrůstem nodularity jen nepatrně, o cca 5 až 10% /73,81/. Obr Pevnost v tahu a mez kluzu 0,2, vermikulární litiny s nodularitou 0-10%, V závislosti na obsahu perlitu ve struktuře a různých teplotách /85/; 60

61 Diagram v obr.4.11 představuje vliv obsahu perlitu litiny s vermikulárním grafitem a nodularitou do 10% na pevnost v tahu a mez kluzu 0,2% při pokojové teplotě a zvýšených teplotách 100 a C /85/. Jedná se o prakticky lineární vztah s koeficientem korelace R 2 = 0,95. Znamená to, že přírůstek obsahu perlitu ve struktuře o 20% (např. rozmezí 60-80% perlitu-střední hodnota 70% perlitu) zvyšuje pevnost v tahu o 10-15%.. Z toho plyne doporučení, že pro kvalitu litiny s vermikulárním grafitem je rozhodující tvrdost, opotřebení a obrobitelnost a teprve pak pevnost v tahu Tažnost Z Tab.IV.XI. je patrné, že tažnost litiny s kompaktním grafitem roste s růstem nodularity a přirozeně klesá s přibývajícím množství perlitu ve struktuře. Plastické vlastnosti taktéž klesají s růstem teploty prostředí v rozmezí 20 až C. Ve shodě s tvárnou litinou tažnost roste od cca C /82/. Ve stavu po odlití dosahuje feritická vermikulární litina tažnost cca 2-5%, perlitická vermikulární litina tažnost 0,5-2,0%. Vyžíhaná litina s kompaktním grafitem na zcela feritickou strukturu, dosahuje tažnost až 9% /83/ Modul pružnosti Modul pružnosti litiny s kompaktním-vermikulárním grafitem a převážně perlitickou strukturou (nad 50% perlitu), při nodularitě 0-10% se pohybuje v oblasti GPa (Tab.IV.XI). Modul pružnosti roste s růstem nodularity a klesá se sníženým obsahem perlitu ve struktuře /72, 73, 75/. Změny v hodnotách modulu pružnosti v závislosti na tvaru grafitu odpovídají změnám pevností v tahu a meze kluzu. Obr.4.12 Modul pružnosti perlitické (85-100% perlitu) litiny s kompaktním grafitem V závislosti na nodularitě a teplotě C /85/; Přítomnost již nepatrného množství lupínkového grafitu, prudce snižuje modul pružnosti vermikulární litiny (obr.4.12) tak, jako je tomu u hodnot pevnosti v tahu a meze kluzu (obr.4.10). Dalším důležitým poznatkem pro konstrukci strojních dílů je skutečnost, že oproti litině s lupínkovým grafitem, modul pružnosti u vermikulární litiny, zůstává prakticky konstantní pod napětím a při zvýšených teplotách. Vzhledem k tomu, že se na zatěžovací křivce napětíprodloužení při tahových zkouškách šedé litiny s lupínkovým grafitem neprojevuje skutečný pružný lineární podíl (obr.4.13), má to i za následek lineární pokles modulu pružnosti pod napětím (obr.4.14) /86, 87/; V diagramu na obr.4.13 jsou deformační křivky šedé litiny (křehký materiál) a tvárné litiny plastický mat.). Je zde patrný rozdíl průběhu křivek napětí-prodloužení, což zdůvodňuje silný, lineární pokles modulu pružnosti šedé litiny pod napětím. 61

62 Obr.4.14 Průběh modulu pružnosti pod napětím /75/; Obr Deformační křivky napětí-prodloužení < při tahových zkouškách./11/; Tvárné materiály jako je tvárná litina a částečně i litina s kompaktním grafitem, ve srovnání se šedou litinou s lupínkovým grafitem mají na křivce napětí-prodloužení relativně velký pružný podíl a to i feritické tvárné litiny. To má za následek i udržení vysoké hodnoty modulu pružnosti litiny s kompaktním grafitem i pod zatížením a zvýšené teplotě, jak ukazuje obr Prakticky to znamená, že litina s kompaktním grafitem má za dynamického namáhání za provozu, o 50 až 70% vyšší odolnost, jako litina s lupínkovým grafitem Tlumící schopnost Následující údaje jsou souhrnem získaným z různých pramenů. Nejsou proto zajištěny zcela reprodukovatelné a stejné podmínky různých zkušebních metod a tím i zcela srovnatelné výsledky. Podávají však dostatečný přehled a možnosti srovnání různých materiálů (litin). Srovnávány jsou hodnoty: Ztrátový činitel (η), logaritmický dekrement (δ) a tlumící schopnost (ψ). Platí mezi nimi vztah: ψ = 2 δ = 2πη.Nejrozšířenější je normalizovaný vztah relativní tlumící schopnost v rozmezí o až 1. Při tom nejvyšší hodnotu 1 má šedá litina, relativně nejnižší cca 0,1-015 perlitická tvárná litina. Tab.IV.XIII. Relativní tlumící schopnost (souhrn literárních údajů) /72, 88, 89,90/ V Tab.IV.XIII je souhrn hodnot relativní tlumící schopnosti různých druhů litin (šedé, tvárné a vermikulární), s různou základní kovovou hmotou (perlitická, feritická). Šedá litina má hodnotu relativní tlumící schopnosti 1, litina s vermikulárním grafitem v rozmezí 0,35 až 0,60 a tvárná litina v rozmezí 0,14 až 0,34. 62

63 Obr.4.15 Relativní tlumící schopnost litin v závislosti na nodularitě a obsahu perlitu a uhlíku /85/; V diagramu obr.4.15 jsou shrnuty výsledné hodnoty relativní tlumící schopnosti v závislosti na nodularitě u 21 sledovaných vzorků. Jsou roztříděny podle obsahu uhlíku a množství perlitu ve struktuře do čtyř skupin I až IV. Jedná se u vzorky s relativně nízkým (3,5-3,6%) a vysokým (3,7-3,8%) obsahem uhlíku a s nízkým (70-80%) a vysokým (95-100%) obsahem perlitu ve struktuře. Jako referenční materiál byla do zkušební série zahrnuta i šedá litina s hodnotou relativní tlumící schopností 1. Z diagramu je patrný prudký pokles tlumící schopnosti litiny se změnou morfologie grafitu od lupínkové do vermikulární a pak pozvolnější do zrnité formy.. Poměr relativní tlumící schopnosti LLG. LVG : LKG činí v průměru 1,0 : 0,35 : 0,25, jak je i vyznačeno v levém dolním rohu diagramu obr U litiny s vermikulárním grafitem nemá obsah uhlíku a perlitu na tlumící schopnost prakticky vliv. Tlumící schopnost litiny závisí na modulu pružnosti a mírně se zvyšuje s hrubostí vyloučeného grafitu o cca 5-10% /90/ Vliv legujících prvků na základní mechanické vlastnosti Vlastnosti litiny s vermikulárním grafitem, tak jako u šedé, ale především tvárné litiny, jsou ovlivňovány obsahem nejen základních prvků (C, Si, P ), ale i některých legůr. Obr.4.16 a Vliv obsahu křemíku na pevnost a tažnost litiny s kompaktním grafitem /83/; Obr.4.16 b Vliv obsahu fosforu na pevnost a tažnost litiny s kompaktním grafitem /91/; 63

64 Některé legury zvyšují pevnost a tvrdost anebo zlepšují některé specifické vlastnosti, jako je odolnost proti opotřebení, nebo korozi apod. Obsah křemíku (obr.4.16a) /83/ v rozmezí 1,2 až 2,7%, mírně zvyšuje pevnost v tahu a mez kluzu a nepatrně tažnost. Je tedy v tomto rozsahu zvyšující se obsah křemíku v litině s kompaktním grafitem příznivý. Naproti tomu, jak lze očekávat zvyšující se obsah fosforu působí nepříznivě na plastičnost litiny (obr.4.16 b) /91/. Obr.4.16c Vliv mědi na pevnost a tažnost litiny s kompaktním grafitem /92/; Obr.4.16 d Vliv obsahu cínu na pevnost a tažnost litiny s kompaktním grafitem /93/; Některé prvky, především svým stabilizačním účinkem na tvorbu perlitu působí příznivě na pevnost litiny. Vliv obsahu mědi a cínu je v diagramech obr.4.16c,/92/ a 4.16d.(93/ Vliv očkování Podobně, jako u tvárné litiny vyžaduje i litina s vermikulárním grafitem v některých případech sekundární očkování za účelem potlačení karbidické struktury, především u slabších stěn odlitků. Vermikulární litina je však mnohem citlivější na sekundární očkování, neboť nesmí rušit předcházející proces a to posun složení litiny mimo procesní okno vzniku kompaktního grafitu. Obr.4.17a základní litina s kompaktním grafitem před očkováním (3% zrnitého grafitu) /67/; Obr.4.17 b litina po naočkování 0,075 FeSi (21% zrnitého grafitu) /67/; V případě, že je složení litiny blíže oblasti lupínkového grafitu (nižší obsah Mg), vznikají po naočkování převážně krystalizační zárodky typu oxidu křemičitého a po překročení určité hranice mohou vznikat oblasti s lupínkovou strukturou grafitu. V případě, že se litina 64

65 s kompaktním grafitem nachází v procesním okně příliš vpravo, v oblasti zesíleného vzniku zrnitého grafity, (vyšší obsah Mg), mohou vznikat oblasti se zrnitým grafitem. Účinek sekundárního očkování grafitizačním očkovadlem je v obr.4.17a,b. Přísadou 0,075% grafitizačního očkovadla při výrobě litiny s kompaktním grafitem metodou plněného profilu vzrostl obsah zrnitého grafitu ve struktuře vzorku o průměru 25 mm z 3 na 21%. Všeobecně však je litina s kompaktním tvarem grafitu náchylnější k zákalkám nežli šedá litina s lupínkovým grafitem typu A., ale méně náchylná, než-li tvárná litina. To částečně zmírňuje potíže při redukci zákalek se zvyšující se nodularitou po sekundárním očkování. Sklon ke karbidickému tuhnutí v závislosti na eutektičnosti (ekvivalentu uhlíku CE) jednotlivých druhů litin je v relativních hodnotách vyjádřeno v diagramu obr.4.18./94/. Obr.4.18 Sklon ke karbidickému tuhnutí (k zákalce) tvárné, kompaktní a šedé litiny v závislosti na CE /94/; Obr.4.19 Křivky napětí(%) tlak(mpa) u perlitické litiny s kompaktním grafitem ve stavu po odlití /85/; > 4.5. Hodnoty pevnosti v tlaku V obr.4.19 jsou vyneseny deformační křivky při tlakovém zatížení perlitické litiny s kompaktním grafitem s vyznačením modulu pružnosti o hodnotě GPa, s vyznačením meze kluzu 0,2% a meze úměrnosti, která má hodnotu 225MPa pro stlačení a 160MPa pro napětí. TabIV.XIV. Chemické složení a mikrostruktura vzorků z litiny s vermikulárním grafitem /85/; V Tab.IV.XIV jsou hodnoty chemického složení a mikrostruktury šesti srovnávaných vzorků z litiny s vermikulárním grafitem, jejichž základní hodnoty pevností v tlaku jsou uvedeny v Tab.IV.XV. Jedná se o litiny nelegované a legované Mo a Cr-Mo ve srovnání s litinou s lupínkovým grafitem (vzorek 1). Zkušební prostředí 20 0 C a C. 65

66 TabIV.XV. Základní hodnoty pevností v tlaku vzorků z litiny s vermikulárním grafitem z Tab.IV.XIV /85/; Mez kluzu v tlaku 0,2% u nelegované (CGI, LČG) litiny s vermikulárním grafitem je o cca 25% vyšší, jako u legované Cr-Mo šedé litiny s perlitickou strukturou. Pevnost v tlaku při tom roste s růstem obsahu perlitu lineárně a je intenzivnější u legovaných litin Cr a Mo. (stabilizace perlitu). Chrom je účinnější při vysokoteplotním dlouhodobém ohřevu. Molybden zvyšuje pevnostní hodnoty odolnost proti creepu a zvyšuje únavové vlastnosti./95-98/ 4.6. Dynamické vlastnosti Přestože má litina s kompaktním grafitem ve srovnání s tvárnou litinou podstatně nižší tažnost, má v širokém teplotním rozmezí podobnou charakteristiku průběhu deformace při přechodu z tvárné do křehké oblasti. Je to podstatný rozdíl od šedé litiny, která má kompletně křehkou charakteristiku.. V Tab.IV.XVI je souhrn hodnot Charpyho rázové energie vzorků z vermikulární litiny z různých pramenů /72, 73, 82, 87/ při různých teplotách a v provedení bez vrubů a s vrubem. Tab.IV.XVI. Charpyho rázová energie (J) vzorků z vermikulární litiny s vrubem a bez vrubu vrub A = ano, N = ne; Počátek přechodu z tvárného do křehkého lomu u vzorků s vrubem z feritické vermikulární litiny (CGI, LČG) vzniká přibližně v rozmezí teplot 0 až 15 0 C. U vzorků bez vrubu se posouvá tranzitní teplota do oblasti kolem C /99/. Perlitická vermikulární litina vykazuje postupnou redukci rázové pevnosti od cca C směrem dolů a je méně citlivá k vrubu, jako litina feritická. 66

67 Z obr.4.20 plyne, že rázová energie litiny s vermikulárním grafitem i litiny tvárné, klesá se vzrůstajícím obsahem perlitu ve struktuře. Pokles je však u CGI mírnější, jako u tvárné litiny. Feritická vermikulární litina bez vrubu má hodnoty rázové energie cca 2x až 3x vyšší, jako litina s vrubem. Při tom perlitická vermikulární litina i tvárná litina mají téměř shodné hodnoty rázové houževnatosti. /100/. Obr.4.20 Vliv obsahu perlitu ve struktuře vermikulární a tvárné litiny na hodnoty rázové energie /100/; Obr.4.21 Vliv nodularity na Charpyho rázovou energii feritické vermikulární litiny /86/; Morfologie grafitu kompaktní litiny (CGI, LČG) má silný vliv na rázovou houževnatost. Powell /73/ prokázal, že feritická CGI (LČG) s vrubem obsahující určité množství přechlazeného lupínkového grafitu se chová obdobně, jako litina s lupínkovým grafitem, neboť nevykazuje přechod s křehké do tvárné oblasti. Obdobně bylo prokázáno, že u vzorků s kompaktním grafitem s vrubem, se projeví tranzit z křehké do tvárné oblasti až za přítomnosti cca 30% zrnitého grafitu ve struktuře. Přísada 0,15% Ti stabilizuje morfologii kompaktního grafitu. Bylo prokázáno /86,87/, že karbonitridy Ti (titanová technologie), ale i jiné tvrdé stopové vměstky a nečistoty významně snižují plastické vlastnosti (odolnost proti rázům) CGI, zvláště u vzorků bez vrubu. Taktéž litina s kompaktním grafitem vyráběná z původní litiny určené pro výrobu tvárné litiny (vyšší čistota, nízký obsah síry), dává vyšší hodnoty rázové houževnatosti, jako kompaktní litina vyrobená z původně šedé litiny./100/. Bez ohledu na přítomnost nečistot a vměstků, roste rázová houževnatost litiny s kompaktním grafitem s růstem nodularity (obr.4.21) /86/. Obr.4.22 a Dynamická lomová energie tvárné litiny /100/; Obr.4.22 b - Dynamická lomová energie litiny s kompaktním grafitem /100/; 67

68 Srovnání výsledku zkoušek dynamické lomové energie litiny se zrnitým a kompaktním grafitem je v obr.4.22a a obr.4.22 b./100/. Zatímco tvárná litina vykazuje podstatně vyšší horní mez lomové energie, vermikulární litina naopak vykazuje vyšší hodnoty spodní meze lomové energie, při čemž při nižších teplotách je prakticky tažnost materiálu nulová (t.j teplota pod niž není dynamické porušení doprovázeno významnou plastickou deformací). Při tom v oblasti nižších teplot a dynamických zatížení se litina s kompaktním grafitem vyznačuje vyšší dynamickou lomovou houževnatostí, než-li tvárná litina. Je to způsobeno rozložením větví kompaktního grafitu, které přerušují a přeskupují silokřivky zatěžovacích napětí při dynamickém namáhání. Lomová houževnatost (K IC - MPa m) a chování feritické a perlitické kompaktní litiny při růstu trhlin bylo studováno i z pohledu lomové mechaniky. Obr.4.23 Vliv morfologie grafitu, struktury matrice a teploty na lomovou houževnatost K IC litin /101/; Jak též patrno z obr.4.23 závisí především na morfologii grafitu. U šedé litiny s lupínkovým grafitem je lomová houževnatost velmi nízká a prudce roste při změně morfologie na kompaktní grafit. Poté se vzrůstem nodularity, tj. se změnou morfologie na zrnitý grafit, dále ale mnohem pozvolněji roste. Perlitická struktura zvyšuje lomovou houževnatost o cca 30-35%. Zvýšení nodularity z 10 na 90% zvyšuje lomovou houževnatost pouze o cca 25% Únavové vlastnosti O únavových vlastnostech litin s kompaktním grafitem je doposud podstatně méně údajů, jako o běžných litinách s lupínkovým a zrnitým grafitem. Přesto je řada prací, které se touto oblastí zabývají, neboť právě součásti z vermikulární litiny jsou v posledním období středem zájmu některých průmyslových odvětví. Podrobněji o únavovém porušení viz např./ 12, 13 /. Únavové porušení může vznikat kmitajícím namáháním osovým (tah, tah-tlak, tlak), ohybovým (plochý ohyb, ohyb za rotace) nebo krutovým, popřípadě jejich kombinací. Při zkouškách se únavové namáhání vyvozuje kmitáním napětí okolo určité stálé hodnoty napětí normálového nebo smykového. Podle nesouměrnosti výkmitu napětí normálového, nebo smykového a jeho časového průběhu rozeznáváme typy kmitů 1 - pulsující, 2 míjivý, 3, 4 souměrný a nesouměrný střídavý, 5 nepravidelný opakující se, 6 nepravidelný náhodný. 68

69 Únavová křivka vyjadřuje závislost buď výkmitu plastické deformace, nebo výkmitu napětí na počtu zátěžných cyklů do lomu. Přestože základním činitelem ve všech stadiích únavy je cyklická plastická deformace, je běžným podkladem pro hodnocení vysokocyklové únavy experimentálně jednodušší únavová křivka založená na napěťových parametrech. Jde o závislost výkmit napětí počet cyklů do lomu, nazývanou Wőhlerova křivka (Wőhlerův diagram). Významnou charakteristikou, která se z Wőhlerovy křivky získává je mez únavy, tj. největší opakované napětí, které může materiál snášet trvale, aniž dojde k lomu.. Přehlednou informaci o odolnosti materiálu proti porušení při opakovaném namáhání kombinovaném se statickým předpětím dává Smithův diagram. nebo Goodmanův diagram. Mez únavy je silně ovlivněna vrubovým účinkem, nebo součinitelem vrubu. Citlivost materiálu na snížení meze únavy vlivem vrubu se hodnotí součinitelem vrubové citlivosti. Mez únavy součástí ovlivňují následující činitelé: pevnost materiálu, velikost součásti, tvar a rozložení grafitu, rozložení a objemové množství různých vměstků a karbidů, rozložení a množství staženin a ředin, přítomnost různých zdrojů napětí a stav povrchu součásti./12, 13/. Souhrn některých hodnot charakterizujících únavové vlastnosti litin s kompaktním grafitem z nejvýznamnějších prací je uveden v Tab.IV.XVII. a v diagramu amplituda napětí-počet cyklů v obr Poměrná mez únavy v ohybu za rotace k pevnosti jednotlivých sledovaných litin s kompaktním grafitem se pohybuje v rozmezí 0,44 až 0,58. (9 sloupec v Tab.IV.XVII a sloupec 7 v Tab.IV.XVIII). Při tom byl zjištěna i poměrná mez únavy 0,37 v lit. /100 - Loper/. Perlitické CGI mají nižší hodnoty poměru, feritické směřují k vyšším poměrům meze únavy. Nicméně vykazují perlitické CGI o cca 2 5% vyšší hodnoty meze únavy. Tab.IV.XVII. Únavové vlastnosti a citlivost k vrubům vzorků vystavených ohybu za rotace /84, 102,103, 104/; únavy, jako litiny feritické. Perlitické CGI při tom mají cca dvojnásobné hodnoty meze únavy v ohybu za rotace, jako šedé litiny s lupínkovým grafitem.a podobné, jako feritické tvárné litiny. Citlivost litin k vrubům je přímo úměrná geometrii vrubu. Na příklad (viz Tab.IV.XVII) poměrně ostrý V-vrub 45 0 s kořenovým rádiusem 0,25 mm má za následek redukci únavové pevnosti redukční faktor 1,72 až 1,80 u CGI dle /36/. Naproti tomu relativně mělký vrub (vytvořený vyvrtáním otvoru o průměru 1,2 mm středem zkušebního vzorku) způsobí redukci únavové pevnosti redukčním faktorem 1,36 až 1,58 /104/. Konečně střední vrub (průměr 0,5 mm, hloubka 0,5 mm) dává redukční faktor 1,42 až 1,50 /102/. Litiny s kompaktním grafitem jsou citlivější k vrubům, než-li šedé litiny (faktor 1,05 až 1,15), ale méně citlivé jako tvárné litiny (faktor 1,5 až 1,85). Vliv geometrie vrubů na mez únavy CGI je v obr.4.25./73/. 69

70 Obr.4.24 Diagram amplituda napětí počet cyklů feritické a perlitické CGI- únavové zkoušky v ohybu za rotace /102/; Obr.4.25 Vliv geometrie vrubu (r kořene vrubu/průměru vrubu) perlitické CGI (pevnost = 404MPa, 195 BHN) na mez únavy / 73/; > Odolnosti materiálu proti porušení při opakovaném namáhání, kombinovaném se statickým předpětím, v případě jednoosého namáhání tah a tah-tlak, je v diagramu v obr.4.26 a při tříbodovém ohybovém zatížení v obr.4.27 (Goodman, Smith). V diagramech jsou srovnány litiny: perlitická šedá litina, vermikulární litina o pevnosti 300 a 450 Mpa a perlitická tvárná litina. Obr.4.26 Goodmanův diagram kombinovaného přípustného napětí tah a tah-tlak v litinách /75/; Obr Goodmanův diagram kombinovaného přípustného tříbodového ohybového zatížení /75/; Mez únavy při absenci středního napětí možno odečíst přímo z průsečíku čar vymezujících mez únavy jednotlivých materiálů s vertikálou, zatímco maximální dovolené namáhání (při 10 7 cyklů) za probíhajícího zatížení je možno odečíst ze vzdálenosti mezi čarou udávající úhel 45 0 a příslušnou mezí únavy daného materiálu. Chování litiny s kompaktním -(vermikulárním-červíkovitým) grafitem ve srovnání s tvárnou litinou za torzního reverzního namáhání je shrnuto v Tab.IV,XVIII /105, 31/. Torzní mez únavy vermikulární litiny je přibližně shodná s tvárnou litinou a tedy o cca 40% vyšší, jako ocel se shodnou pevností. Hodnoty poměrů meze únavy jsou obdobné, jako hodnoty uvedené v Tab.IV.XVII. 70

71 Tab.IV.XVIII. Únavové vlastnosti litin v podmínkách plného reverzního torzního namáhání / /. Příznivé únavové vlastnosti vermikulární litiny jsou dány morfologií korálového typu grafitu se zaoblenými konci, které nepůsobí, jako u lupínkového grafitu u normální šedé litiny, vrubovým účinkem. Fraktografické studie ukazují, že únavové trhliny v litinách s kompaktním tvarem grafitu probíhají často přímo grafitem, na rozdíl od šedých litin, kde trhliny probíhají na rozhraní, podél grafitových lupínků /106, 107/ Odolnost proti opotřebení Opotřebení je komplexní fenomén, který zahrnuje několik tribologických mechanismů a pro jeho vyhodnocení nejsou doposud vyvinuty všeobecně platné zkušební metody, charakterizující daný zkoušený materiál. Používané experimentální metody se liší od sofistikovaných reálných podmínek se zaměřením na jednoduché zatěžovací hrotové metody působením na vzorky diskových tvarů (různými zatěžovacími silami), tzv. abrazivní zkoušky opotřebení. Všeobecně, nelegovaná perlitická litina s kompaktním (vermikulárním-červíkovitým) grafitem vykazuje přibližně poloviční abrazivní opotřebení, jako srovnatelná šedá litina. Bylo zjištěno, že průměrná šířka jednotlivých stop (rýh) při nízkém frikčním opotřebení (LFW low friction wear - hrot na diskových vzorcích) byla o 40 až 55% menší (užší) u perlitické CGI (litina s kompaktním grafitem), jako u téže perlitické litiny s lupínkovým grafitem / 108,109/. Přestože metody i výsledky opotřebení litiny s kompaktním grafitem se různí, je s určitostí patrné, že je tato litina mnohem odolnější proti opotřebení - odírání, jako srovnatelná šedá litina s lupínkovým grafitem a je velmi vhodným materiálem na vložky válců všech typů motorů. Pro ověření vhodnosti CGI jako materiálu na vložky válců, byly uskutečněny rozsáhlé zkoušky odíráním, směřující k výběru nejvhodnějšího složení a struktury vybraných druhů litin /110/. Podstatou zkoušky je vzorek ze zkoušeného materiálu, který je přitlačován určitou silou proti rotujícímu ocelovému válci, jehož povrch je nitridován. Zatěžovací podmínky a rychlost kluzu (5,7cm/sec) byly voleny tak, aby co nejvěrněji simulovaly podmínky v oblasti vratu pístu, v provozních podmínkách spalovacího motoru. Mazací prostředky nebyly použity (přibližně odpovídá provozním podmínkám). V průběhu zkoušky odíráním, povrch zkušebního vzorku hrubne a tření mezi vzorkem a nitridovaným povrchem válce roste. Relativní odolnost jednotlivých zkušebních materiálů proti odírání byla hodnocena srovnáním 71

72 nejnižší zaznamenané hodnoty koeficientu tření a normálním zatížení při kterém koeficient tření překročí hodnotu 0,3. Tento bod odpovídá podmínkám tření a zadírání zjištěným u vnitřních spalovacích motorů. Chemické složení čtyřech zkoušených druhů litin s kompaktním grafitem (vzorky 1-4) ve srovnání s běžně použitými vystýlkovými materiály jsou uvedeny v Tab.IV.XIX. Tab.IV.XIX. Chemické složení vzorků použitých při zkouškách simulace odírání pístů spalovacích motorů /110/; Číslo vzorku: 1-feritická CGI litina, 2-nadeutektická CGI, 3- CrMo CGI, 4- perlitická CGI, 5 šedá litina-i legovaná P, 6 šedá litina- II legovaná P, 7 - legovaná šedá P+B (0,1%), 8 tvrzená šedá lit. lejzrem, 9 Al s povrchovou vrstvou NICASIL; Srovnávací materiály, tj. legované P I,II, legované P+B (0,1%), tvrzené Cr-šedé litiny a povrchově zpracované slitiny Al Nicosallem (vzorky 5 9), byly odebrány přímo z provozně vyráběných vložek válců odstředivým litím, nebo odebráním z horní vratné (úvraťové) oblasti původních, vrtaných vložek válců. Styčný, třecí povrch zkušebních vzorků byl pro zajištění dokonalého styku se zakřivením nitridovaných povrchů vložek válců zkalibrován. Obr.4.28 Koeficient tření a normální zatížení pro opotřebení různých zkoušených materiálů při simulaci odírání válců spalovacích motorů /110/; 72

73 Výsledky zadíracích zkoušek sledovaných materiálů jsou uvedeny v diagramu obr Diagram udává, pro každý sledovaný materiál, minimální koeficient tření a hodnotu normálního zatížení, při kterém koeficient tření poprvé překročí hodnotu 0,3. Optimální materiál odolný proti zadírání by měl mít nízký koeficient tření a současně umožnil vysoké zatížení bez vzniku opotřebení, tedy zvyšující tření. Z tohoto hlediska a za daných podmínek zkoušek se jeví, v porovnání ke vzorku z Al slitiny s povlakem NICOSALL a lejzrem tvrzeným Cr-litinovým povrchem, jako nejvhodnější perlitická nelegovaná litina s kompaktním grafitem. Z hlediska statistického však není rozdíl mezi vermikulární litinou a šedou litinou legovanou fosforem a borem podstatně významný. Nejlepší výsledky pak dává vzorek z Cr-Mo legované vermikulární litiny (vzorek č.3), který má nejnižší hodnoty opotřebení, při nejvyšším zatížení... Obdobně byly zajišťovány zkoušky opotřebení a zadírání firmou Volvo /111/ za účelem zjištění rozdílů mezi nelegovanou perlitickou litinou s kompaktním grafitem a konvenční šedou litinou legovanou fosforem pro vložky válců Dieselových, naftových motorů. Zkušební zařízení simulátor- používá standardní horní pístní těsnící kroužek, který je přitlačován proti honovanému vzorku ve tvaru pouzdra, normálním zatížením 320N. Kroužek osciluje amplitudou 8 mm recipročním pohybem při frekvenci 10Hz. Kontaktní oblast je ponořena do použitého motorového oleje 10W/ 30 při teplotě 80 0 C, což simuluje reálné podmínky při běhu naftovém motoru. Opotřebení zkušebních vzorků je měřeno ve dvou cyklech. První zkušební cyklus trvá 3 hod. Poté je na vzorcích změřeno objemové opotřebení profilometrem 3-D.a vzorky jsou podrobeny druhému zkušebnímu cyklu v délce 13 hod., kdy je již dosaženo stabilního stavu opotřebení a opět změřeno objemové opotřebení. Výsledek je vyhodnocen graficky v obr Je patrno, že nelegovaná perlitická litina s kompaktním tvarem grafitu vykazuje v obou stadiích obdobné hodnoty opotřebení, jako šedá litina legovaná fosforem. Obr.4.29 Průběh opotřebení perlitické litiny s kompaktním grafitem CGI a třech druhů (1,2,3) šedé legované litiny fosforem odpovídajícím provoznímu užití /111/; Obr Vliv teploty prostředí na pevnost, tažnost a mez kluzu s feritickou a perlitickou strukturou /75/; 73

74 4.9. Vlastnosti za zvýšených teplot Pevnost a mez kluzu Změny základních mechanických vlastností, to je pevnosti v tahu, meze kluzu 0,2 a tažnost za zvýšených teplot jsou pro litiny s kompaktním grafitem s feritickou a perlitickou strukturou vyneseny graficky v obr.4.30 /75,81/. Plynulý pokles hodnot pevností pod C je atributem relaxace pnutí, zatímco prudký pokles těchto hodnot je způsoben rozpadem perlitu a jeho transformací na ferit. Pokles pevnosti nad hranicí C je způsoben vznikem austenitu, jehož hranici vzniku však možno posunout k vyšším teplotám přísadou křemíku, což se praktikuje u odlitků pro výfuková potrubí /112/. Kompilace hodnot pevností v tahu a meze kluzu 0,2 z různých literárních pramenů je uvedena v Tab.IV.XX. Tab.IV.XX. Pevnost v tahu a mez kluzu 0,2% litiny s kompaktním grafitem (CGI) v závislosti na teplotě prostředí /73, 74, 75, 82, 113, 114/; Tečení (creep) Za zvýšených teplot probíhají v krystalové mřížce kovových materiálů, souběžně s deformací, v závislosti na čase, tepelně aktivované zotavovací procesy, tak zvané dynamické zotavení. Jimi se dosažený odpor proti deformaci zmenšuje, takže i při stálé hodnotě napětí se trvalá deformace tělesa s rostoucí dobou zatěžování zvětšuje. Hovoříme o tečení neboli creepu. Přesná měření ukázala, že k tečení dochází za každé teploty. Za nízkých teplot se však rychlost tečení postupně zmenšuje a tečení nekončí lomem. Chování při tečení (creepu) nelegované perlitické litiny s kompaktním grafitem podrobené zatížení tahem při teplotě C je v diagramu na obr a podkladová data jsou shrnuta v Tab.IV.XXI./73/. 74

75 Tab.IV.XXI. Deformace při tečení a napětí perlitické litiny s kompaktním grafitem (CGI) /73/; Obr.4.31 Chování litiny při tečení perlitické litiny s kompaktním <- grafitem (CGI) při teplotě C v závislosti na čase /73/; Perlitická vermikulární litina (CGI) je odolnější proti creepu, neboli. odolá vyššímu napětí, ve srovnání se šedou litinou o cca 30 až 40%, při témže časovém cyklu. Naproti tomu ve srovnání s tvárnou litinou, vykazuje CGI o cca 25% nižší creepovou odolnost. Limit pro 1% tečení feritické CGI po hod.za teploty C, je napětí 128Mpa a při teplotě C pouze 50Mpa. Jelikož se pod hranicí teploty C neprojevuje prakticky tečení, možno se, pro konstrukci tepelně namáhaných odlitků z CGI orientovat přímo na hodnoty meze kluzu, odpovídající dané teplotě provozu součásti. Za těchto podmínek je u tvárné litiny konstrukčním pravidlem hodnota odpovídající 75% limitu úměrnosti, což možno použít i u CGI. Za předpokladu, že limit úměrnosti pro CGI odpovídá přibližně hodnotě 50% meze kluzu 0,1%, pak z toho plyne doporučení pro konstrukci hodnota 38% meze kluzu pro provozní teploty do C. To koresponduje hodnotám 130Mpa pro tah a 190Mpa pro tlak a provozní teploty cca 20 0 C Růst, oxidace, okujení (opal) Srovnávací testy zajišťované anglickým BCIRA prokázaly /115/, že růst a opal CGI do teploty cca C je obdobný jako u šedé litiny. Nicméně, jak ukazují diagramy v obr.4.32a,b je odolnost proti oxidaci a opalu CGI za teplot převyšujících tuto hodnotu, na příklad za teploty C podstatně vyšší, jako u šedé litiny. Obr.4.32 a Opal (okujení) šedé a kompaktní litiny při teplotě C v průběhu 34 týdnů /115/; Obr.4.32 b Nárůst šedé a kompaktní litiny při teplotě C v průběhu 34 týdnů /115/; Redukce opalu okujení- se přisuzuje menším grafitovým částicím a eutektickým buňkám v CGI, které limitují hloubku penetrace oxidace. Taktéž má CGI menší počet grafitových částic na jednotku objemu, čímž je též omezen průnik kyslíku a tím i oxidace pod povrch do odlitku. Redukce růstu CGI v poměru k šedé litině se přičítá delším difúzním vzdálenostem mezi eutektickými buňkami a přirozené tendenci k feritizaci, která odvádí volný uhlík ze základní kovové hmoty přímo ke grafitovým shlukům. 75

76 Tepelná roztažnost Součinitel tepelné roztažnosti šedé litiny roste lineárně až do teploty C. Poté s nástupem austenitické transformace náhle vzrůstá. Na tepelnou roztažnost má vliv struktura matrice. CGI s feritickou strukturou má poněkud vyšší tepelnou roztažnost jako litina s perlitickou strukturou /116/. Součinitel tepelné roztažnosti není prakticky citlivý na tvar grafitu a liší se u šedé, tvárné a kompaktní litiny v rozmezí +/- 1 µm/m 0 C v oblasti teplot 20 0 C až C /75, 82/. Tab.IV.XXII Součinitel tepelné roztažnosti CGI /117/; Součinitel tepelné roztažnosti pro litinu s kompaktním grafitem a se 70ˇa 100% perlitu ve struktuře v rozmezí teplot 20 0 C až C je uvedeno v Tab.IV.XXII. /117/. Hodnoty ukazují lineární vzrůst součinitele a poněkud vyšší hodnoty za přítomnosti feritu ve struktuře Tepelná únava Tepelná únava je specifický typ únavy, při niž tepelná cyklace vytvářející v součásti napětí tah/tlak je způsobena rozdílem expanse a kontrakce materiálu v důsledku tepelného gradientu. Závažnost tepelné únavy vzrůstá s růstem teploty, rozšiřující se oblasti v které cyklus probíhá a zvyšující se rychlosti ohřevu a ochlazování. Tepelné únavové vlastnosti litiny s vermikulárním grafitem CGI jsou zvláště důležité u odlitků hlav motorů v oblasti silně tepelně a mechanicky namáhaného ventilového můstku. Vzhledem k tomu, že má CGI cca o 15% nižší tepelnou vodivost, vytváří v provozu vyšší tepelné zatížení, jako šedá litina. Mimo to vyšší modul pružnosti redukuje rozsah redistribuce napětí do okolí a tím i vytváří celkově vyšší tepelně-mechanické zatížení, jako u stejně konstruovaných dílů ze šedé litiny, během provozního cyklu. Z téhož důvodů je tvárná litina pro daná zatížení, ještě méně vhodná, jako litina vermikulární. Nejvhodnějším materiálem z hlediska výběru mezi legovanou a nelegovanou, feritickou nebo perlitickou, šedou, CGI nebo tvárnou litinou, je rozhodující konstrukce a pracovní cyklus jednotlivých součástí a relativní důležitost mechanických napětí versus tepelná vodivost. Výsledky zkoušek tepelné únavy se mohou v závislosti na geometrii jednotlivých vzorků velmi lišit. Běžně se pro zkoušky tepelné únavy používají jednoosé zkušební vzorky obklopené indukční ohřívací cívkou /119/. Někteří autoři se pokoušeli simulovat přímo provozní podmínky vyskytující se u ventilových můstků, aplikací tepelného cyklu na zkoušených materiálech ve tvaru opracovaných rovinných destiček / 75,97/. Rychlost a rozložení ohřevu na zkušebním vzorku ovlivňuje tepelnou vodivost, teplota ohřevu pak má vliv na mechanické vlastnosti, hlavně pevnost materiálu. Některá reprezentační data, v závislosti na způsobu zatěžovacího cyklu* jsou uvedena v následující Tab-IV.XXIII./74,97,98/. 76

77 Tab.IV.XXIII. Hodnoty tepelné únavy litinových odlitků podrobených různým zkušebním zatěžovacím cyklům* /74,97,98/; Použité materiály vzorků: CGI-vermikulární litina, Grey: šedá litina, SG: tvárná litina Nod: % vyloučeného zrnitého grafitu, Pearlite: % perlitu ve struktuře; Ref.No : literatura-odkaz /74,97,98/ *Zatěžovací cyklus : Ref.No. /74/: ohřev na teplotu C po dobu 2 min prodleva na teplotě 4 min ochlazení na teplotu C během 2 min celková doba cyklu 11 min. Ref.No. /97/: ohřev na teplu C během 5 sec. v kapalné lázni udržované na teplotě C ochlazení na teplotu C během 2 min. v kapalné lázni udržované na teplotě 95 0 C opakování celého cyklu celková doba celého cyklu není stanovena Ref.No. /98/: ohřev na teplu C během 3 min prodleva na teplotě 2 min. ochlazení na teplotu C během 5 min opětný rychlý ohřev na teplotu C celková doba cyklu 10 min.. Podle Zieglera a spol. /74/ je tepelná únava CGI prakticky shodná s tvárnou litinou a více než dvojnásobná jako u šedé litiny. Přísada molybdenu do CGI zvyšuje hodnoty tepelné únavy. 77

78 Naproti tomu podmínky zatěžovacího cyklu dle Parka a spol /98/ dávají poněkud nižší výsledky (20, resp. 31 cyklů), zřejmě v důsledku předcházejícího, prakticky žíhacího cyklu, který změkčuje CGI a tím redukuje i její únavové vlastnosti. Podle některých prací /98,75,120/ zvyšuje přísada Si a Mo tepelnou únavu CGI. Výsledky jsou však nejednotné. Přísada Mo pod 0,5% není účinná. Výsledky obdobných zkoušek /118/ simulujících přímo provozní podmínky mechanického a tepelného zatížení hlav motorů v oblasti ventilových můstků (dva slepé otvory průměru 20 mm do hloubky 12 mm s roztečí můstkem-mezi vnějšími okraji otvorů 9 mm a cyklickým indukčním ohřevem můstku v rozmezí 20 až C a chlazením ve vodní lázni) Výsledky zkoušek jsou v diagramu v obr.4.33./118/. Obr.4.33 Počet cyklů tepelné únavy do lomu pro jednotlivé druhy litin /118/; Z diagramu je patrno rozmezí odolnosti jednotlivých sledovaných litin tepelnému cyklickému namáhání, které jest přímo úměrné pevnosti a struktuře materiálu Odolnost proti tepelným rázům (šokům) V některých extremních podmínkách tepelného namáhání součástí mohou převládat cykly s prudkou změnou teploty, u nichž převládá potřeba odolnosti proti tepelným rázům. Relativní odolnost proti tepelným rázům u řady srovnávaných litin, tj. šedých litin, litin s kompaktním grafitem a tvárných litin nelegovaných i legovaných ukazuje názorně diagram v obr.4.34, v podmínkách prudkého ohřevu v rozmezí 20 až C /121/. Výsledky ukazují, že nelegované vermikulární litiny CGI s perlitickou i feritickou strukturou mají podstatně vyšší relativní odolnost proti tepelným rázům, jako šedé litiny nelegované i legované. Podstatně vyšší hodnoty však vykazují austenitické Ni-Cr tvárné litiny. Lze očekávat, že podobně jako u tvárné litiny, bude mít legování vermikulární litiny CGI na austenitickou strukturu NiCr a Mo. 78

79 Obr.4.34 Relativní odolnost různých druhů litin proti tepelným rázům 20 až C /121/; Tepelná vodivost Tepelná vodivost litin obecně, je závislá jen na množství a rozložení grafitu, neboť jeho vodivost rozhodující měrou ovlivňuje vodivost celé litinové součásti. Vodivost grafitu silně převyšuje vodivost základní kovové hmoty litiny. Vliv chemického složení je tedy sekundární. Obr.4.35 Tepelná vodivost šedé, červíkovité a tvárné litiny /8/; Obr.4.36 Vliv množství zrnitého grafitu ve struktuře CGI na tepelnou vodivost v závislosti na teplotě prostředí /122/; Průměrná hodnota tepelné vodivosti litiny s kompaktním grafitem se pohybuje v rozmezí cca 3,6 až 4,4 40 W.m -1.K -1. Porovnání tepelné vodivosti LLG, LČG a LKG v závislosti na CE a teplotě je v obr.4.35 /8/. Vliv množství zrnitého grafitu ve struktuře litiny s červíkovitým 79

80 grafitem je v obr.4.36 /122/. Vliv vzájemného podílu zrnitého a kompaktního grafitu při konstantní teplotě na tepelnou vodivost je v diagramu obr.4.37 /128, 129/. Obr Vliv podílu zrnitého a červíkovitého grafitu na tepelnou vodivost litiny /128,129/; Obr.4.38 Vliv teploty na tepelnou vodivost šedé a tvárné litiny s litinou s kompaktním grafitem./130/; Z obr.4.38 je patrná shodná tendence vlivu teploty na tepelnou vodivost šedé litiny a litiny s kompaktním grafitem. kdy se nad teplotou cca C jejich hodnoty prakticky shodují /130/ Koroze Odolnost vermikulární litiny proti korozi ve srovnání se šedou a tvárnou litinou v 5% kyselině sírové, sledoval Krivosheew a spol./131/. Výsledky jsou uvedeny v obr Obr.4.39 Vliv teploty a napětí na korozní chování litin v roztoku 5% kyseliny sírové /131/; Z výsledků je patrno, že za normální pokojové teploty je korozní rychlost vermikulární litiny cca poloviční, jako litiny s lupínkovým grafitem. S rostoucí teplotou prostředí se koroze obou litin sbližuje. Litiny s perlitickou strukturou mají vyšší odolnost proti korozi, jako litiny feritické. Jak patrno z levé poloviny diagramu, rychlost koroze roste se vzrůstajícím zatížením. 80

81 Korozivzdornost litiny s kompaktním grafitem leží mezi šedou a tvárnou litinou, tj. mezi litinou s lupínkovým a zrnitým grafitem Sklon k zákalce Slévárenské vlastnosti Sklon litiny s kompaktním tvarem grafitu k zákalce, závisí především na způsobu její výroby, tj. použitém typu modifikátoru (viz kap. III).. Sklon vermikulární litiny v porovnání se šedou litinou zvyšuje především Ti, Sb a N., které jsou součástí modifikátorů rozšiřujících procesní okno kompaktního grafitu. Taktéž při modifikaci výchozí litiny směsnými modifikátory na bázi kovů vzácných zemin (KVZ) vzrůstá sklon litiny s kompaktním grafitem k zákalce. Při použití komplexních modifikátorů obsahujících především Si, nedochází ve většině případů ke zvýšenému sklonu k zákalce ve srovnání se šedou litinou. V případě, že je nutno zvýšený sklon (CGI, LČG) k zákalce snižovat a to zejména u tenkostěnných průřezů cca pod 25 mm, kombinuje se modifikace s grafitizačním očkováním některým z účinných grafitizačních očkovadel, nejčastěji FeSi75 a to v množství až do 0,7% (viz kap. III-způsob výroby kompaktní litiny) Zabíhavost Zabíhavost litiny s kompaktním grafitem (CGI, LČG) je za stejných podmínek (stejné: chem. složení, Ce, licí teplota, forma, jádra) shodná se zabíhavostí šedé litiny (LLG) Sklon ke staženinám Sklon litiny s kompaktním tvarem grafitu ke staženinám srovnáváme se šedou a tvárnou litinou..objem staženiny vzniklé v průběhu tuhnutí je v Tab.IV.XXIV. Tab.IV.XXIV. Objem staženiny při tuhnutí litin Litina Šedá l. LLG Vermikulární LČG Tvárná l. LKG Objem staženiny Poměr objemu staženiny Objem staženiny % % Poměr objemu staženiny % % 4, , , , , ,4 440 Litiny s kompaktním grafitem mají tendenci vytvářet spíše soustředěnou staženinu, než-li roztroušené řediny. Pro výrobu odlitků je možno použít shodné modelové zařízení bez úpravy, jako pro šedou litinu. Jestliže srovnáme slévárenské vlastnosti kompaktní vermikulární litiny s vlastnostmi šedé litiny, pak jsou zde rozdíly velmi malé a pro slévárenskou praxi prakticky zanedbatelné. Z toho důvodu je i technologie výroby téměř shodná. Pouze nutno zohlednit nepatrně vyšší sklon vermikulární litiny ke staženinám a ředinám. 81

82 4.11. Obrobitelnost Práce o obrobitelnosti vermikulární litiny shrnul Riposan a spol. /132/, Lampic /49/ a Denken a spol. /133/. V současné době je již literatura týkající se obrábění vermikulární litiny poměrně ucelená... U zkoušek dle Riposana /123/ byly zkušební vzorky o průměru 25, 40 a 60 mm z materiálů GJL (LLG), GJV (LČG) a GJS (LKG) obráběny soustružením. Podmínky soustružení: rychlost 100 m/min, posuv 0,25 mm/ot, hloubka řezu 1 mm.. Srovnávána byla přítlačná síla do řezu a celková dráha řezu. Výsledek zkoušek: U feritické základní hmoty je přítlačná síla při obrábění pro všechny druhy litin prakticky shodná. Téměř shodné jsou výsledky u perlitické vermikulární litiny GJV s feriticko-perlitickou tvárnou litinou GJS. U feritických litin odpovídá trvanlivost břitu GJL GJV a GJS v poměru cca 3,5 : 2,7 : 1. Se vzrůstajícím obsahem perlitu, klesají tyto hodnoty rovnoměrně na nižší úroveň. Se vzrůstajícím obsahem feritu roste u GJV trvanlivost břitu nerovnoměrně (obr.4.40 levá část diagramu)..to pravděpodobně souvisí s klesající rychlostí tuhnutí GJV, v důsledku snižující se kompaktností grafitových útvarů. Vzhledem k intenzivnější feritizace GJV ve srovnání s GJL, je obrobitelnost stejně silné stěny odlitku z GJV mírně lepší, jako obrobitelnost GJL. Vliv morfologie grafitu je pozorovatelný pouze u čistě feritické základní kovové hmoty. Obr.4.41 Při opracování GJL nástrojem PCBN (kubický nitrid boru), roste délka řezu se zvyšující se rychlostí obrábění, při opracování GJV naopak délka řezu klesá /135/; Obr.4.40 Životnost a přítlačná síla nástroje při soustružení GJV a GJL s fericko-perlitickou strukturou /123/ Z obr.4.40 je patrno, že obrábění litiny s lupínkovým grafitem je konformnější ; Na straně perlitické, tj. GJL (vpravo), se křivka přítlačné síly do řezu nachází v nižší oblasti, ale řezná dráha (délka řezu) v horní části diagramu. U GJV prochází křivka síly do řezu celým diagramem a zasahuje obě oblasti. Řezná dráha však nedosahuje úrovně GJL. Z prací Reutera a spol. /134,135/ plynou následující závěry: Rozhodujícím činitelem zhoršené obrobitelnosti GJV ve srovnání s GJL při jejich stejné tvrdosti, jsou podstatné vyšší mechanické vlastnosti, zvláště pevnost. GJV má též vyšší houževnatost a plastičnost a nejsou přítomny sulfidy manganu, v důsledku 82

83 nepatrného obsahu síry. Tento stav způsobuje těsný kontakt mezi nástrojem a obráběným materiálem a tím vyšší opotřebení nástroje. Při rychlosti obrábění pod 400m/min anebo při nepravidelném (přerušovaném) obrábění, (při použití nástroje z PCBN - kubického nitridu boru ), se dosahuje u vermikulární litiny GJV, ve srovnání s GJL snížení doby obrábění o cca polovinu. Při zvýšení rychlosti obrábění nad tuto hodnotu, až do cca 1000 m/min., při plynulém, nepřerušovaném obrábění klesá trvanlivost břitu GJV o cca 10%. Při tom roste teplota v kontaktní zóně obrábění až na cca C. Při obrábění GJL činí kontaktní teplota pouze cca C. Při tom při obrábění vzniká jakási ochranná vrstvička tvořená MnS o teplotě cca C Při obrábění GJV tato vrstvička nevzniká. V důsledku toho, při zvyšující se rychlosti obrábění roste u GJL trvanlivost břitu a tím i délka řezné dráhy (obr.4.41). Při nepravidelném, diskontinuálním obrábění, např. při frézování nečiní teplota ohřevu nástroje žádný problém. Vyhovují zcela nástroje z PCBN (polykrystalický kubický nitrid). Při obrábění rychlostí cca 800 m/min., ve srovnání s GJL je trvanlivost nástroje cca 50%..Při plynulém obrábění soustružením a vrtáním např. válců, použití nástrojů z PCBN není vhodné a selhává. Pokusy s jinými druhy materiálů na řezné nástroje (obr.4.42) ukázaly, že nitridy křemíku SiN-jsou méně vhodné jako PCBN. Důvodem je oxidace Si během obrábění. Nejlepší výsledky pak dávají karbidy ( KC 9120). Obr.4.42 Srovnání řezných výkonů nástrojů z různých materiálů při obrábění GJL a GJV /134/ Obr Vliv teploty na tvrdost různých druhů materiálů používaných na řezné nástroje /136/; Optimální materiály na obráběcí nástroje mají mít maximální tvrdost při co nejvyšších teplotách. Pro ilustraci jsou tyto hodnoty patrnu z obr Optimální průběh má jak známo diamant. Daleko za ním jsou karbidy a poté teprve nitridy a keramika. Klose / srovnával obrobitelnost GJV (vermikulární) s GJS (tvárnou) při použití řezného nástroje z keramiky Al 2 O 3. Z obr.4.44 je patrno, že litiny GJV-300 a GJV-400 mají lepší obrobitelnost jako litiny GJS-400 a GJS-600, ale horší obrobitelnost jako litiny GJS-500 a GJS-700. Z toho dedukoval, že obrobitelnost závisí jak na morfologii tvaru grafitu, tak též základní kovové hmotě. U tvárné litiny GJS-500 a GLS700bylo docíleno, z hlediska trvanlivosti břitu při obrábění delší životnosti, jako u vermikulární litiny GJV-300 agjv-400. Lampic a Opländer /49/ shrnují výsledky řady prací zabývajících se srovnávání obrobitelnosti GJV s jinými druhy litin, zvláště pak GJL, případně GJS. V obr.4.45 jsou srovnány výsledky zkoušek obrobitelnosti na materiálech z vermikulárních litin používaných přímo na odlitky a to : GJV-600 vložky válců legované borem, GJV-550 sériově vyráběné bloky dieselových motorů pro BMW-V8, GJV-450 různé díly, zvláště pro automobilový průmysl 83

84 Vlastnosti těchto litin jsou shrnuty v Tab.IV.XXV. Tab.IV.XXV Základní vlastnosti zkušebních litin s vermikulárním grafitem (vyhodnocení v obr.4.45) Nástroje typu CA obsahují oxidy zirkonu stabilizované oxidy ytria, stroncia a oxidy chrómu. Nástroje typu HC jsou na bázi WC-Co..Z diagramu v obr.4.45 plyne, že pro obrábění GJV- 600, legovaného B, o vysoké pevnosti, lépe vyhovuje nástroj typu HC. Pro obrábění litiny GJV-550 jsou však vhodnější nástroje z materiálu CA. Obr.4.44 Vliv jednotlivých druhů litin na trvanlivost nástroje z keramiky Al 2O 3. /137/; Obr.4.45 Závislost délky řezu, řezné rychlosti a materiálu nástroje (CA a HC)při obrábění vermikulární litiny GJV /49I; Závěrem této kapitoly uveďme zajímavé srovnání poměru trvanlivosti nástroje při různých způsobech obrábění vermikulární litiny k šedé litině s lupínkovým grafitem zveřejněné dle fy. Opel. Z obr.4.46 velmi názorně vyplývá podstatně nižší výkonnost nástrojů při opracování vermikulární litiny ve srovnání se šedou litinou s lupínkovým grafitem a to zvláště při operacích hrubování a jemném opracování. 84

85 Obr.4.46 Poměr relativní životnostii nástroje při různých způsobech opracování při srovnání vermikulární litiny se šedou litinou. /49/; 85

86 Literatura Morrough, J., Williams, W.: Iron and Steel Institute (1947), str Morrough, J., Williams, W.: Iron and Steel Institute (1948), str Millis, K.D., Gagnebin,A.P, Pilling,N.B.: U.S. Patent No.2,485,761, Oct.25, 1949; Estes,J.W., Schneidewind, R.: AFS Transactions, vol. 63 (1955) str ; Schnelleng, R.D.: Patent spec.: 453,226, USA, 1965; British spec. 1, , 1966; Schnelleng, R.D.: AFS Cast. Met. Res J. 3, (1967) No. 1., str ; Donoho,C.K.: Modern Casting 40 (1961), No. 1.,July, str , Nechelberger,E., Puhr,H., Nesselrode,J.B., Nakayasu,A.: 49Int. Foundry Congress, Chicago Apríl 14-17, 1982, papper.no.1 (zde viz další souborná literatura- 220 odkazů); Riposan,I.,Sofroni,L.,Dinescu,L.,Chisamera,M, Mitrofan,A., Boghici,M.,Radovoi,G.: 53Int. Foundry Congress, Praque, September 7-12, 1986, papper.no.24. (zde viz další literatura); Dawson,S.: 53Int. Foundry Congress, Chennai, February 7-10, 2008, OP-19; Otáhal,V.: ˇSedá litina-litina s lupínkovým grafitem CD Rom, OtahalConsult, Brno 2007; Otáhal,V.: Tvárná litina-litina se zrnitým grafitem CDRom, OtahalConsult, Brno 2006; Otáhal,V.: Tvárná litina-litina se zrnitým grafitem CDRom, II vydání, Brno 2009; Zhenhua,Z.,Weide,Ch.,: 53Int. Foundry Congress, Praque, September 1-12, 1986, papper.no.3. (zde viz další literatura); E. N. Pan, K.Ogi, C.R. Lopper,: AFS Transactions, vol. 90, p.509 (1982); Z. Zhu, W. Chang,: 53 World Foundry Congrés, CN 3, Prague (1986) (zde další literatura) P. Zhu, X. Den R. Sha, a kol. : The Physical Metallurgy of Cast Iron, Vol. 34, Proc.Materials Research Society, North Holland, 1985, p.3; a p. 141; Loper,C.R.Jr., Fang,K.: AFS Transactions 2008, Paper (05) p. 1-10, AFS Schaumburg,II USA; Dawson, S.: 68th WFC - World Foundry Congress, 7th - 10th February, 2008, pp ; Goodrich, G,M, a kol.: Iron Castings Engineering Handbook, AFS CID, Schaumburg, Illinois USA, 2003` Sillén, V.R. MSK- Istanbul, 2004, Sborník str.: ;: Stefanescu,D.M.: Cast Iron, Metals Handbook, ASM International, pp (1989); Davis,R.J.:Cast Irons, ASM International. Handbook Committee, II vydání (1996); Ecob,C.M.,Hartung,: An Alternative Route for the Production of CG Irons, ELKEM ASA, Norway; CGI Infor Ett Genombrott, SinterCast Gjuteri, 10 May 2006; Podrábský,T., Pospíšilová,S., VUT Brno (2006); Riposan, I. a spol.: 63 World Foundry Congress, September (1998), Budapešť, Hungary, T 51, str.1-20; Riposan, I. a spol.: Magnesium-Sulfur Relationships in Ductile and Compacted Graphite Cast Irons as Influenced by Late Sulfur Additions, AFS Transactions , str. 1-15; (2003); Otáhal,V.: Vady odlitků Atlas vad, CDRom OtahalConsult, Brno (2008); Iron Castings Engineering Handbook, AFS, Schaumburg, Illinois, USA (2006); Chisamera,M.,Riposan,I.Sofroni,L.: Rumunský patent č /1986; Chisamera,M.,Riposan,I.Sofroni,L: METALURGIA (Rum), 40,(1988),no.2,p ; Riposan, I. and Chisamera M Herstellung von Gusseisen mit Vermiculargraphit aus magnesiumbehandelten Gusseisen durch Zusatz von Schwefel, Giesserei-Praxis, No.9/10, pp (1991). Chisamera,M.,Riposan,I.Barstow,M.: AFS Inaculation Konference, Apríl (1997), USA; 106th AFS Casting Congress (2002) -Compacted Graphite Iron Panel, Kansas City, KS, 4 7 May (2002); Naro, R. L., Wallace, J. F., "Trace Elements in Cast Irons", Trans AFS, Vol. 77., p. 311, 1969 Naro, R. L., Wallace, J. F., "Minor Elements in Gray Iron", Trans. AFS, Vol. 78,, p. 229, 1970 Naro, R. L. U.S. Patent No. 6,293,988B1, (2001) Strande, K., Influence of inoculant amount and iron sulfide content on tool wear by turning pearlitic grey cast iron, 51st. International Foundry Congress, Official Exchange Paper, Lisbon,

87 Chisamera, M., Riposan, I. and Barstow, M. Sulfur Inoculation of Magnesium-Treated Cast Iron to Obtain CG Cast Iron and Improve Graphite Nucleation in Ductile Iron, AFS Transactions, pp (1996). Chisamera, M., Riposan, I. and Barstow, M. The Importance of Sulfur to Control Graphite Nucleation in Cast Irons. AFS International Inoculation Conference, , Chicago. Chisamera, M., Riposan, I., Stan, St., Sparkman, D., Kelley, D. and Barstow, M. Experience Producing Compacted Graphite Cast Irons by Sulfur Addition After Magnesium Treatment, AFS Transactions, Vol.110, pp (2002). Nechtelberger,E.,Puhr,H. a spol. : Giesserei-Praxis, No.22, pp (1982). Nofal,A.A., a spol.: 56World Foundry Kongres, pap. 21.,Düsseldorf 1989; Dawson,S.: 106 AFS Casting Congress, Kansas City, May 4-7, 2002, Farias,C.R. a spol.: AFS Transactions, (1997), pp ; Ecob,C.M,Hartung,C.: An Alternative Route for the Production oc CGI, Elkem ASA, Norway; Lampic,M -,Opländer: Giesserei-Praxis, Teil 1,2,3,4, No.1, 4, 5, 8 (2001) ; /zde viz další literatura/; Otáhal,V.: Slévárenství XXXII (1984), č.5/6, str.: , /zde viz další literatura/; Oelsen,W a spol.: Arch. Eishütwes.,26, (1955), s ; Gräfe,H.: Giesserei, 68, (1981), s ; Orths,K, Weis,W.: Giess. Forsch..25(1973), 1, s: 9-19; Schenck,H.,Wiesner,G.: Arch.Eisenhüttenwes. 27 (1956), s Prumbaum,R.,Orths,K.: Giess. Forsch..31(1979), 2-3, s: 71-82; Skaland,T.: A model for the praphite formation in ductile cast iron,dr.ing.-diss,. NTH Trondheim, Nr ; Osborn,E.,F,Muan,A.: Schlackenatlas,s: 77, Stahleisen, Dusseldorf 1981; Bäckerud, L a spol.: Metalurgy, 1, 1972,, s ;, Proc. 2nd intern.symp., Geneva 1974; Rőhrig,K.: Konstr.u.Giessen 16, 1991, nr.1. s. 7-27; Hummer,R.: Livarski vestnik 44,01997, nr. 5-6, s ; Orts,.,Dahlmann,A.: Giesserei 53 (1966), s 8-15; Hofmann,E a spol.: Gis. Forsch. 32, 1980,,no.3 s ; Falkon,M.J.: Foundry TJ. (2004), January/February, s.34-38; Web VUT Brno, Podrabský a spol; Bechný,L.: Liatiny s červíkovitým grafitom, Slév. ročenka 1983, s , ČSVTS Brno; Gedeonová,Z.,Jelč,I.: Metalurgia liatin, HF TU Košice (2000); Iron Castings Engineering Handbook, AFS (2006); Ikava,K.,Ohide,T.: AFS Transactions, Vol.92, (1984), pp.45-53; Refang, W. a spol.: BCIRA Konference.., Apr.19-21, 1994; Evans,R.E.,Lalich,M.J.: AFS Transactions, Vol.92, (1984), pp.15-22; Hrusovsky,J.F.,Wallace,J.P.: AFS Transactions, Vol.93, (1985), pp.55-86; Sergeant,G.F,Evans,E.R.: Brit. Foundryman, Vol.71,No.5, pp , May 1978; Powell,J.: Brit. Foundryman, Vol.77,No.11, pp , Nov 1984; Ziegler,K.R.,Wallace,J.F.: AFS Transactions, Vol.92, (1984), pp ; Nechtelberger,E.: The Properties of Cast Iron.., Technicopy Ltd, England, 1980; Dreger,D.R.: Machine Design, Mar. 11, 1982, pp ; Chao,G.C. a spol.: Journal of Materiáls Science, vol.24, 1989, pp ; Hori,S. a spol.: Journal of Japan Foundrymen s Society, vol , pp ; Chongyu,T. a spol.: Casting Technology, no.6, (1988), pp.13-16; Kim,M a spol.: 61st World Foundry Congress, China, (1995), pp , Sept ; Hughes,I.C.H.Powell,J : SAE Paper No , SAE International, (1984); Altstetter,J.D Nowicki,R.M.: AFS Transactions, Vol.90, (1982), pp ; Cooper,K.P,Loper,C.R.: AFS Transactions, Vol.86, (1978), pp ; Hieber,A.F.: AFS Transactions, Vol.86, (1978), pp ; Shao,S. a spol.: Conference on Materiále for Lean Weight Vehicles, The Institute of Materials, Nov.24-25, (0997), pp.1-22; Nechtelberger,E a spol.: 49th Int. Foundry Congress, Chicago, Apríl. 1982, pp.1-39; Palmer,K.B.: BCIRA Report 1213, pp.31-37, 1976; Kurikama,Y a spol.: Journal of Japan Foundrymen s Society, vol.68, 1998, pp ; Usoltev,A.A.:Steel in the USSR, vol. 20,1990, pp ; Subramanian,V.S. a spol.: AFS Transactions, Vol.104, (1996), pp.1-28; Alexandrov,N.N. a spol.: Russian Casting Production, Aug. (1976), pp ; 87

88 Rowler,J. a spol.: AFS Transactions, Vol.92, (1984), pp ; Stefanescu,D.M.,Hummer,E.: ASM Metals Handbook, IX, vol.15, (1988), pp ; Morton,D.O.: Foundry Praktice, vol. 200,Dec. 1979, pp.10-14; Hieber,A.F.: AFS Transactions, Vol.86, (1978), pp ; Gundlach,R.B.: AFS Transactions, Vol.86, (1978), pp.55-64; Rőhrig,K.: AFS Transactions, Vol.86, (1978), pp.75-88; Park,Y.J. a spol.: AFS Transactions, Vol.87, (1979), pp ; Ruf,G.F.: SAE Papper No , SAE International,1981; Lopper,C.R a spol.: AFS Transactions, Vol.88, (1980), pp ; Lee,S.C.,Chang,Y.B.: Met. Trans..A.,vol.22A, Nov.1991, pp ; Shikida,M.a spol.: 29 Japan Congress on Materiále Research, 1986, pp.23-28; Maezono,T. a spol.: Journal of Japan Foundryme s Society, vol. 56, no , pp ; Shiota,T.,Komatsu, S.: Journal of the Soc.of Mater. Science of Japan, Vol.27,No 249, 1978; Sumimoto,H a spol.: Kinki University Research Report, vol. 22, 1988, pp ; Hieber, A.F.: AFS Transactions, Vol.86, (1978), pp ; Socie,D.F.,Fash, J.: AFS Transactions, Vol.90, (1982), pp ; Bobylev,K. a spol.: Russian Castings Production, Now 1976, pp.: ; Riposan,J a spol.: AFS Transactions, Vol.93, (1985), pp.35-48; Hogmark,S.,Flander,J.: Wear of Cylinder Linete and Piston Rings, Wear of Materiále 1983, pp.38-44, Virginia; Volvo Technological Development AB Technical Report, Wear Properties of Compacted Graphit Iron, Feb. 1988; Fairhurst,W. Rohrig,K.: Foundry Tr. Journal, March. 1979, pp ; Monroe,R.W.,Bates,C.E.: AFS Transactions, Vol.90, (1982), pp ; Shengqing,W.: Trans. Japan Foundrman s Society, vol.13, Nov. 1994, pp.13-17; BCIRA, Broadsheet 180/2, The Properties of Compacted Graphite Irons, BCIRA, 1994; Sőhnchen,E.,Bernhofen,O.: Arch.fur das Eisenhuttenwesen, Vol 8, 1935,pp ; Australian Foundry Institut, OGI Task No /1, Aug. 1997; Sofroni a spol.: The Metalurgy ofcast Iron, Georgi Publishing, Switzerland, 1975, pp ; Coffin,L.F.,Wesley,R.R.: ASME Transactions, vol.76, 1954, pp ; Rőhrig,K.a spol.: Nodular Část Iron,, Gis-Verlag, Düsseldorf, 1974; Hockel,K.G.,Wenzel,M.: MTZ Motortechnische Zeitschrift, vo. 45,, No. 10, 1984, pp ; BCIRA Broadsheet 253/1 1995; Skaland, T., Grong, O. and Grong, T. Metallurgical Transactions A, 1993, pp Skaland, T. A New Approach to Ductile Iron Inoculation, AFS Transactions, vol. 109, pp , (2001). Suarez, O.M., Kendrick, R.S. and Loper, C.R.Jr. Late Sulfur Additions to Post-Inoculated High Carbon Equivalent Ductile Iron Melts, AFS Transactions, Vol.108, pp (2000). Suarez, O.M., Kendrick, R.O., and Loper, C.R.Jr. A study of Sulfur Effect in High Silicon Ductile Irons, Int. J. of Cast Metals Research, 2000, 13 [3], pp Suarez, O.M., Kendrick, R.D. and Loper, C.R.Jr. Late Sulfur Inoculation of Spheroidal Graphite Cast Irons. SCI-7, Int. Cast Irons Conference, Barcelona-Spain, Sept Lehnhardt, D.: Ingenierarbeit Fachhochsch. Giessen, Friedberg 1978; Reimann,F.: Diesel and Gas Turbine Progress Worldeeide, 10 (1978) Oct. Pp , (Miwaukee, RISC, USA) Nechtelberger, F.: OGI Bericht, A. Nr /1,2 v u 16/12/1980 FVV-Franfurt/Main; Krivosheev,A.F a spol: viz lit ad 8, str.10, obr.42; Riposan a spol.: AFS Transactions, Vol.93, pp (1985). Denkena, B.; Ben Amor, R.; Gey, C.; Podolsky, C.; Lampic-Opländer, M Konstruieren und Giessen 28 (2003) 4, S.9-16 Reuter,U.a spol.: Engine Technologie International, 2000, Nr.1, s ; Reuter a spol.: Engine Technologie International, 1999, Nr.4, s Tőnshof,H.K.: Werkzeuge für die moderne Fertigung, Expert Verlag Ehningen 1993; Klose,H.J.: Fertigungstechnik, Nr. 297, Düsseldorf, 1993; 88

89 V. Odlitky z litin s kompaktním-vermikulárním (červíkovitým) grafitem 1. Rozdíly vlastností vermikulární, šedé a tvárné litiny (konstrukční poznámky) Tak jako u většiny nově vyvinutých materiálů, uplatnění odlitků z litiny s kompaktním vermikulárním (červíkovitým) grafitem si vyžádalo určitou dobu, ale doposud jsou stále hledány další oblasti jejího využití. Přesto již v roce 1982 na MSK v Chicagu, předložil Nechtelberger a spol. /8/, poměrně ucelený souhrn, jakýsi atlas různých typů odlitků z vermikulární litiny, do té doby v různých odvětvích a oblastech používaných. Při tom zdůraznil a podtrhl rozdíly (výhody) vermikulární litiny ve srovnání se Šedou litinou: 1. Vyšší pevnost v tahu a vyšší mez únavy bez použití legujících přísad, 2. Značně vyšší houževnatost a tím i vyšší bezpečnost proti porušení, 3. Menší sklon k růstu, oxidaci a okujení za vyšších teplot, 4. Menší citlivost na tepelné šoky; Tvárnou litinou 1. Nižší modul pružnosti, 2. Nižší součinitel tepelné roztažnosti, 3. Vyšší tepelná vodivost, 4. Lepší odolnost proti tepelné únavě při velmi rychlém střídání tepelných nárazů (šoků), 5. Lepší rozměrová stabilita v prostředí zvýšených teplot, 6. Vyšší tlumící schopnost, 7. Lepší slévatelnost a proto vyšší schopnost k odlévání složitějších dílců s odolností proti vnitřním vyšším tlakům a nepropustnosti, 8. Lepší výrobní hygienické podmínky v prostředí slévárny; 1.1 Pevnost v tahu Rm Velmi názorný pohled na základní mechanické vlastnosti uvádí VDG Merkblatt W 50E /138/ který obsahuje určité, neobvyklé rozdělení jednotlivých druhů jakosti vermikulární litiny (obr.5.1). Diagram je rozdělen do třech tepelných (nikoliv geometrických) modulů (oblastí) u nichž jsou horní hranice definovány hodnotami tepelných modulů 0,65, 1,2 a 1,9 odpovídajících odděleně litým (bočně odlévaným) Y-tělesům (kýlové bloky), o síle stěn 12,5 mm (Typ I), 25mm (Typ II) a 50 mm (Typ III). Zjištěné pevnosti odpovídají nodularitě v rozmezí 20 +/- 10%. Uvnitř jednotlivých hranic odpovídají pevnosti jednotlivých kvalit litin, např. GJV-400 I pro tloušťky stěn (I), GJV-400 II pro střední tloušťky stěn (II) a GJV-400 III 89

90 pro tlustostěnné odlitky (III)..Diagram vyjadřuje plynulý přechod jednotlivých kvalit litin GJV až GJV-500, v závislosti na hodnotě tepelných a geometrických modulů odlévaných polotovarů. Obr.5.1 Rozdělení jakostí GJV dle VDG-Merklatt W 50 E, /138/; Obr.5.2 Modul pružnosti GJL 250 a GJV 450 v závislosti na napětí a teplotě, Uvažujme např. odlitek o průměrném průřezu stěn odpovídajících tepelnému modulu cca 1 cm a požadované pevnosti v tahu 450N/mm 2. Volíme tedy jakost litiny GJV-450(II) (viz střední oblast diagramu). Tato litina obsahuje obyčejně cca 0,009 až 0,011% zbytkového Mg. V sousední oblasti modulu vpravo, tj. s vyšším modulem se může již vyskytovat šedá litina, v oblast vlevo (nižší moduly), se naopak vyskytuje vermikulární litina GJV s více než 30% nodularity (tedy již mnohem vyšší jakosti). Z toho plyne, že daná jakost (GJV-450) o odpovídající pevnosti se již nenalézá a nelze ji extrapolovat v žádném z průřezů odlitku vyznačených v diagramu nalevo, ani napravo. Tomu též odpovídají podstatné rozdíly ve strukturách v různých průřezech stěn výsledného odlitku. Na základě předcházejících úvah a diagramu v obr.5.1. rozděluje Lampic-Opländer / 49/ výrobní sortiment odlitků pro hlavy válců osobních vozidel, vložky válců, skelety pro spřažené konstrukce (do skupiny s obsahem 0,006 až 0,009% Mg), Nf klikové skříně, hlavy válců (do skupiny s obsahem 0,009 až 0,011% Mg ), tělesa ventilů hydrauliky, a hlav lodních dieselových motorů (do skupiny s obsahem 0,011 až 0,014% Mg). S problematikou různorodosti struktury v různých průřezech odlitku se již zabývala řada autorů a zvláště pak na typických odlitcích části motorů a tlakových armaturách (průmyslových ventilů - fitinek pro naftový průmysl) Riposan a spol./9/. Litina s kompaktním-vermikulárním grafitem byla vyráběna přísadou očkovadla MODIVER MVT, vyvinutým autorem (Rumunsko). Jejich složení je uvedeno v Tab.V. I. Jejich úspěšné použití je podmíněno nízkým obsahem síry ve výchozí zpracovávané tavenině. 90

91 Tab.V.I. Chemické složení modifikátorů MODIVER-MVT /9/- Na obr.5.3 je řez odlitkem bloku motoru z vermikulární litiny získané modifikací přísadou 1,1-1,3% MVT-I, s následným grafitizačním očkováním 1,5% FeSi 75. Chemické složení odlitku skříně: 3,41% C, 2,6% Si. 0,75% Mn, 0,59% P, 0,027% S, 0,1% Cu, 0,24% Cr. Výsledná struktura na zkušební tyči Φ 250mm je feriticko-perlitická s obsahem 80-90% vermikulárního grafitu. Pevnost v tahu 465N/mm 2, mez kluzu 280 N/mm 2 a tažnost 1,5%. Obr.5.3 Struktura v různých silách stěn odlitku bloku motoru po jeho řezu středem válce (horní snímky jsou vzorky leptané, spodní neleptané) /9/; 91

92 V závislosti na síle stěny odlitku se mění výsledná struktura. Slabší stěny obsahují vyšší množství zrnitého grafitu a větší poměr perlitu, jak je zřejmé z leptaných povrchů vzorků. Silnější stěny obsahují optimální množství vermikulárního grafitu s feriticko-perlitickou strukturou. Na obr.5.4. je řez hlavou motoru z vermikulární litiny se sílou stěn v rozmezí 5 až 30 mm..litina byla tavena ve studenovětrné kupolové peci a vyrobena modifikací MVT-2. Struktura je feriticko-perlitická ( ferit cca 60 až 80%) s nodularitou 15 až 30%. Pevnost v tahu 360 až 495 N/mm 2, tvrdost 187 až 220 HB. Obr.5.4. Odlitek hlavy válce Dieselova motoru z vermikulární litiny tavené v kupolové peci (vzorky neleptané) /9/; Z oblasti hydraulických armatur je uveden řez odlitkem ventilu pro petrochemický průmysl z vermikulární litiny.(obr.5.5). Litina tavena v SF el. Indukční peci. Modifikace předslitinou FeSiCaTiMgCe v množství 1,2% metodou Sandwich, s následujícím sekundárním očkováním 0,5% FeSi 75. Složení litiny: 3,6-3,7% C, 2,6-2,8% Si, 0,8-0,9% Mn, 0,8-0,9% Cu. Tloušťka stěny se pohybuje v rozmezí mm.nodularita je poměrně vysoká, 15 až 25%. Převážně perlitická struktura je zajištěna obsahem 0,8-0,9% Cu a Mn. Ventily jsou odolné vůči vnitřnímu tlaku přes 800 N/cm 2, deformaci stěn a trhlinám. 92

93 Obr.5.5 Řez odlitkem ventilu pro petrochemický průmysl z vermikulární litiny (vzorky vlevo neleptané, vpravo leptané) /142/; 1.2 Mez kluzu Rp0,2 Mezi pevností v tahu R m a mezí kluzu R p0,2 vermikulární litiny s nukleací do cca 30% (podíl zrnitého grafitu) platí následující jednoduchý vztah: R p0,2 = ,7 R m..1. Při zvýšené nukleaci na cca 50% vzroste pevnost téměř lineárně o cca 20%, zatímco mez kluzu jen o cca 5%. Modul pružnosti následuje pevnost a je při pokojové teplotě, až do napětí cca 250N/mm 2 prakticky konstantní (obr.5.2). Tuhost konstrukcí je proto u GJV o cca 50% vyšší, jako u šedé litiny. Naproti tomu můžeme pomoci meze kluzu R p0,2 zjistit pevnost R m ze vztahu: R m = ,166 R p0,

94 1.3 Pevnost v tlaku Pevnost v tlaku σ tl vermikulární litiny GJV je cca 2,5x vyšší, jako pevnost v tahu. Mez stlačitelnosti σ tl 0,2 je v tomto poměru nižší, jako mez kluzu R p0,2..modul pružnosti v tlaku se neliší od odpovídající hodnoty zatížení v tlaku. Přípustný měrný tlak σ tl příp lze vypočítat ze vztahu : σ tl příp = σ tl 0,2 / v, kde v je koeficient bezpečnosti, jehož hodnota činí pro statické zatížení 1,4 a pro dynamické ( míjivé) zatížení 2,2. U šedé litiny jakosti GJL-250 GJL-300 lze vypočítat pevnost v tlaku vynásobením koeficientem 3:. σ tl = 3 R m a odpovídající přípustný měrný tlak pak je vypočten koeficientem v = 3 až 4. Přípustné měrné tlaky pro GJV-400 odpovídají pak GJL-250 a pro GJV-500 odpovídají GJL Mez únavy GJV má podivuhodně vysokou mez únavy. Je to patrno z diagramů na obr.4.26 a 4.27 (tah-tlak a ohyb za rotace), při srovnání šedé, vermikulární a tvárné litiny. Poměrně velmi příznivé únavové vlastnosti vermikulární litiny bezesporu závisí na zaoblených koncích korálového-červíkovitého tvaru jednotlivých větví grafitu a jeho vrásčitém povrchu a tím vyšší adhezi mezivrstvy grafit-základní matrice vermikulární litiny ve srovnání s hladkým povrchem grafitových lupínku u šedé litiny. Tato morfologická odlišnost tvaru grafitu způsobuje až trojnásobnou odolnost proti tepelné únavě.ve srovnání se šedou litinou.. Vlastnostmi vermikulární litiny a vzájemným srovnáním se šedou a tvárnou litinou se podrobně zabýval Nechtelberger /139/, Rőhrig,/140/ a Shao a spol. /141/. 2. Přehled mezinárodních norem a standardů vermikulární litiny Několik národních a mezinárodních organizací vyvinulo a publikovalo samostatné standardy a normy pro litiny s kompaktním-vermikulárním grafitem. Standardy, které jsou v současné době k dispozici, jsou shrnuty v Tab.V.II. Tab.V.II Současné národní a mezinárodní standardy litiny s kompaktním, vermikulárním grafitem ; Jak jsme již v předešlém uvedli, byla CGI známa historicky pod jménem Compacted Graphite Iron Litina s kompaktním grafitem a Vermicular Graphite Cast Iron Litina 94

95 s vermikulárním grafitem. Termín compacted byl používán především v anglicky mluvících zemích, vermicular v ostatních zemích. V novém standardu ISO v roce 2006 jsou použity oba názvy a to : Compacted (Vermicular) Graphite Cast Iron. V ISO je CGI nahrazeno termínem GJV. Je zde specifikováno 5 jakostí GJV, lišících se v zaručených minimálních pevnostech v tahu, stanovených na odděleně litých zkušebních tělesech a to: GJV 300 (feritická), GJV 350, GJV 400, GJV 450 (perlitická) a GJV 500 (legovaná). Mimo standardů vydaných národními a mezinárodními organizacemi vydal OEM vlastní CGI specifikace zahrnující Audi, BMW, Caterpillar, Cummins, DAF Trucks, DaimlerChrsler, Ford, General Motors, Hyundai, John Deere, Opel, Rolls Royce Power Engineering a Volkswagen, příp. další. EN norma, W50 je uvedena v Tab.V.III. Tab.V.III. GJV jakosti vermikulární litiny; Německý Standard VDG Merkblatt W50 (2002) 3. Příklady využití litiny s vermikulárnímkompaktním-červíkovitým tvarem grafitu (Atlas odlitků) 3.1 Hlavy motorů, bloky válců motorové (klikové) skříně, základové desky (úložné rámy), vložky válců, pístní kroužky Jsou nejčastěji používané typy odlitků.dieselových motorů většinou pro nákladní automobily, lodní motory. Ajiné stacionární motory. V počátečním stádiu průmyslové aplikace od roku 1970 to byla výroba hlav válců pro lodní dieselovy motory (obr.5.6a,b,c), které byly vyráběny v kooperaci BE (Buderische Eisenwerke Wetzlar) a MaK (Maschenenbau Kiel)./143,8/. Hmotnost odlitků činila 185 až 1000 kg o počtu válců 6/8/9. Průměr vrtaných válců se ohyboval od 320 až 580 mm, a počet otáček 600 až 425 / min. Vnitřní (zážehový) tlak cca 112 až 115 bar. Základní matrice je převážně feritická s max. 5% perlitu, bez volně vyloučeného cementitu Ve struktuře max 20% zrnitého grafitu. Odlitky jsou podrobeny tepelnému zpracování v dusikové atmosféře. 95

96 Minimální hodnoty mech. vlastností jsou Rm = 300Mpa, R p0,2 = 240Mpa, A5 = 2%. V praxi činí průměr 380/280/ Mpa a 6%. Průměrná zmetkovitost v průběhu 10 let činila 0,13%. Použití hlav válců z vermikulární litiny umožnilo zvýšení výkonu motorů až o 50%. Obr.5.6 b Hlava válce dieselova motoru MaK, /8/; Obr.5.6a Surový odlitek hlavy válce dieselova motoru MaK včetně < = vtokové soustavy /143, 8/; Obdobné hlavy válců z vermikulární litiny modifikované KVZ vyráběla také japonská firma UBE Industrie LTD pro licenčně vyráběné motory MaK. Mimo to vyráběla tato firma hlavy válců o hmotnosti 100 kg a o tloušťce stěn 8 až 50 mm pro rychloběžné, vysoce výkonné dieselovy motory (obr.5.7) /8/. Dosahují tyto mechanické vlastnosti: Rm = 370Mpa, R p0,2 = 300Mpa, A5 = 6,1%., HB = 163. Obr.5.6 c Hlava válce dieselova motoru MaK,(řezy pro vyjmutí zkušebních vzorků /8/; Obr.5.7 Hlava válce pro generátor vysoce výkonného rychloběžného dieselova motoru /8/; V obr.5.8 taktéž z Japonské provenience je sériově vyráběná skříň dieselova motoru fmou YDOSHA Imono Co, Tokyo z CGI (Automobil Castings Comp.) /8/, z vermikulární litiny přísadou Ce, dle patentové dokumentace / 145/. Již od roku 1976 vyráběla firma Buderusche Eisenwerke, Wetzlar velké hlavy válců o hmotnosti kg z feritické vermikulární litiny, tepelně zpracované (obr.5.9) /144/. Jsou montovány na dieselovy motory o výkonu kw na jeden válec pro výrobce Stork-Werkspoor, Amsterdam, Holandsko. Vrtání válců 620 mm, počet otáček 425/min. V-motory, počet válců 6/8/9/12. Montovány jsou na dopravní a kontejnerová plavidla, případně i jako stacionární pohonné jednotky. 96

97 Obr.5.8 Sériově vyráběné skříně motoru YDOSHA Imono Co, Tokyo z CGI /8/; Obr.5.9 Hlava válce (2000kg) GGV, pro SWD-TM 620 Diesel. lodní motor (1200x1000x250mm), tl=20-70 mm / 144/,8/; => V obr.5.10a,b jsou odlitky klikové skříně šestiválcového motoru z vermikulární litiny GJV-450 a celého smontovaného šestiválcového dieselova motoru D 2066 Common Rail od firmy MAN./149/. V obr.5.11a je představitel odlitků hmotnosti 8 až 17 tun bloků a hlav motorů Rolls Roice pro VDP Itálie vyráběných od roku Na obr.5.11b je odlitek bloku motoru 12,9 litru, šestiválec Daf Truck vyráběných od roku 2008./151/. Obr.5.10b Šestiválcový dieselmotor D 2066 Common Rail MAN /149/; Obr.5.11a 8-17 tunové bloky motorů Rolls Royce, VDP - Itálie /151/; Obr.5.10a Odlitek klikové skříně z vermikulární litiny MAN /149/; Obr.5. 11b litrů blok motoru DAF - Tupy - Brazilie, od r.2008 /151/; V roce 2004 na Congrès Le diesel: aujourd hui et demain v Lionu shrnul Guesser,W.L. a spol /147/ stav vývoje Dieselových motorů, jejichž klikové skříně bloky válců a hlavy válců, případně i jiné komponentu jsou vyráběny z vermikulární litiny, pro přední světové 97

98 výrobce osobních automobilů, jejichž někteří představitelé jsou uvedeny v obr.5.12a,b,c až obr.5.14 /147/. Obr.5.12 a Blok motoru Audi 2.7L, 3.0 V6 diesel /151/; Obr.5.12b Blok motoru A CGI 12L pro diesel- elektrické lokomotivy a nákladní vozy /151/; Obr.5.12c Skupina odlitků částí motorů z vermikulární litiny /151/; Jsou též uvedeny získané hodnoty pevností, meze únavy a modulu pružnosti na odebraných vzorcích přímo z vyrobený odlitků z výrobního procesu, při odlévání a vlastní výrobě ve srovnání se zkušebními vzorky zvláště odlitých zkušebních tyčí. Obr.5.13a Motor BMW V8 (1999) 180kW, 4000 ot/m, /147/; Obr.5.13b Motor Audi V8 (Birch,1999 Kassack, 2000), 165 kw, 1800 to 3000 Obr.5.14 Motor Ford PSA Jaguar V6, 2.7L V6 Diesel, 152 kw, 440 N.m, /147/; Typické mechanické vlastnosti vzorků odebraných z bloků a z hlav válců, základny a víka ložiska jsou uvedeny na diagramu v obr Výsledky dovolují srovnání mezi vermikulární litinou CGI a šedou litinou. Je patrné podstatné zvýšení pevnosti v tahu (modře) a tomu odpovídající meze kluzu (červeně) u vermikulární litiny ve srovnání se šedou litinou (žluté sloupce).. Vermikulární litina vykazuje taktéž podstatné zvýšený modul pružnosti ve srovnání se šedou litinou. Výsledky v obr byly získány opět jednak ze vzorků odebraných přímo z bloku válců z Y bloků a srovnány se zkušebními vzorky zvláště odlitými dle předepsaných postupů. 98

99 Obr Pevnost CGI (modrá)-šedá litina (žlutá) a meze kluzu CGI (červená) vzorky odebrány přímo z odlitků bloků motoru, základny a víka ložiska různých typů motorů./147/; V průměru je zvýšení modulu pružnosti ze 100GPa u šedé litiny na 150GPa u CGI. To vede k mírnějšímu borcení a deformacím válců během provozu a tím snížení spotřeby oleje a snížení množství emisí za provozu. Obr.5.16 Modul pružnosti šedé litiny a vermikulární litiny CGI bloku válců (modré sloupce) ve srovnání se zkušebními vzorky (červené sloupce) /147/; Výsledky srovnání zkoušek únavy šedé litiny jakosti 250 a CGI 450 odebrané z hlavy válců dieselova motoru I6-5,9L o hmotnosti 150kg, jsou v diagramech obr.5.17./147/. Mez únavy šedé litiny se pohybuje v rozmezí 62 až 79 Mpa, v závislosti na obsahu uhlíku, zatímco mez únavy vzorků CGI odebraných přímo z odlitku hlavy válce činí 175 Mpa. To umožňuje podstatnou redukci hmotnosti tohoto odlitku. Další příklady uplatnění vermikulární litiny na díly motorových a kolejových vozidel a vodních plavidel, uvádí internetové stránky výrobců, např./151/. 99

100 Obr Mez únavy šedé litiny jakosti 250, 100% perlitu, HB, a CrCuSn CGI jakosti 450, 2-4% nodularita, pod 2% feritu, HB /147/; Přehled o vývoji výroby odlitku základové desky-úložného rámu motoru Chrysler V-8 4,7 litru, předložila na International Congress and Exposition v Detroitu, v roce 1999 skupina autorů, R.J. Warrick a spol. (obr.5.18b) /148/. Vermikulární litina se vyrábí běžnou metodou přísadou Mg s následující korekcí 0,2% FeTi k dosažení nodularity 20 až 30%, což odpovídá, pro daný průřez stěn odlitku, zbytkovému obsahu 0,0045%Mg. Obr.5.18a Způsob odlévání dvojice odlitků základní desky 4,7L V8, včetně vt. soustavy In-Mold /148/; Obr.5.18b Základová deska-úložný rám 4,7L motoru Chrysler- pohled shora /148/; V8 Odlitky se odlévají metodou In-Mold, vždy dvojice odlitků v rámu (obr.5.18a). Každý odlitek je kontrolován ultrazvukem na stanovení nodularity. Na základě tohoto vývoje byla vybudována nová výrobna v hodnotě $800 mil. Na kapacitu motorů ročně. V obr.5.19 a 5.20 jsou příklady vložek válců z vermikulární litiny pro dieselmotory /149,150/. Požadovaná pevnost v tahu min. 500Mpa, modul pružnosti 140GPa, perlitická struktura, max. 5% feritu. Výrobní technologie je beztitanová aby se zamezilo možnému výskytu karbidů titanu ve struktuře a tím zhoršení obrobitelnosti a zkrácení životnosti nástrojů.. Nodularita do 20%. V obr.5.21 jsou průmyslové pístní kroužky z vermikulární litiny Daros Švédsko,.vyráběné od roku 2001./151/. 100

101 Obr.5.19 Vložka válce z vermikulární litiny GJV s pístem v řezu - Federal Mogul (/149/; Obr5.20 Pohled na odlitek vložky válce pro turbodmychadlo z GJV- Niigata-MAN-B&W, /150/; Obr.5.21 Pístní kroužky Daros Švédsko od r Výfuková potrubí Stoupající výkony motorů, vyšší účinnost paliva, zajištění parametrů motorů z hlediska čistoty výfukových plynů, kompaktnější konstrukce motorů s menší možností vnějšího chlazení, zvyšují teplotu potrubí až nad C, při kterých potrubí ze šedé litiny již praská. Mimo to, umožňuje vermikulární litina svými vlastnostmi nahradit v některých případech šedou litinu legovanou a tvárnou litinu. V obr.5.22a,b,c a v obr.5.23 jsou odlitky výfukových potrubí pro různé druhy motorů. Obr.5.22a,b Výfukové potrubí Buderus /8/; Obr.5.22c Výfukové potrubí VOLKSWAGEN Dashiang - China od r /151/; Obr.5.23 Výfukové potrubí pro AMK lokomotivní motor /8/; 3.3 Různé odlitky pro silniční a kolejová vozidla, traktory a zemědělské stroje Tyto odlitky možno dále rozdělit do několika skupin: 101

102 a) Skříně a víka převodovek a ložisek (obr. 5.24a,b,c obr.5.25a,b,c) b) Skříně a nosiče diferenciálů (obr.5.26a,b,c) c) Konzoly, příruby (obr.5.27a,b,c obr.5.28a,b,c) d) Řemenice, ozubená kola, řetězová kola (obr.5.29a,b,c) e) Rotační díly a jiné odlitky (obr.5.30a,b,c a obr.5.31a,b,c) f) Písty, brzdové bubny,disky a čelisti (obr.5.32 až obr.5.36) Skříně a víka převodovek a ložisek /8/ Obr.5.24a - Skříň převodovky Obr.5.24b Ložisková skříň Obr.5.24c Víko převodovky Obr.5.25a - Víko převodovky Obr.5.25b - Skříň převodovky Obr.5.25c - Skříň převodovky Skříně a nosiče diferenciálů /8/ Obr5.26a Skříň diferenciálu Obr5.26b Nosič diferenciálu Obr5.26c Nosič diferenciálu Výroba těchto odlitků byla zahájena již v roce 1968 v Rakousku a USA, dále se pak rychle rozšiřovala do Japonska, Německa, Švédska a dalších a nahrazovala především odlitky z temperované litiny. Odlitky byly většinou tepelně zpracovány ( 3 hod. na teplotě cca C, ochlazování v peci na cca C a ochlazení na vzduchu). Minimální mechanické vlastnosti: Rm = 350Mpa, R p0,2 = 280Mpa, A 5 = 4%. 102

103 Litina s kompaktním grafitem Konzoly, příruby /8/ Obr.5.27a Konzola rámu nákl.auta /1 a 1,5 kg); Obr.5.27b Montážní konzola pro Přídavné řízení traktoru (5,7 kg); Obr.5.27c Závěs sekačky Za traktor (11,5 kg); Obr.5.28a Ložisková konzola (2 kg); Obr.5.28b Brzdová konzola (9kg); Obr.5.28c Spojovací příruba ; Řemenice, ozubená kola, řetězová kola Obr.5.29b - Věnec ozubeného Kola (4kg); Obr.5.29a Řemenice servořízení nákl.vozu (11kg); Obr.5.29c Excentrické ozubené kolo (450kg); Rotační díly a jiné odlitky Obr.5.30a Rotor (6kg); Obr.5.30b - Rotor s nábojem (40kg); Obr.5.30c Spojka olejového potrubí traktoru ( cca 1 kg); 103

104 Obr.5.31a Držák hlavy těžkého dieselmotoru (2kg); Obr.5.31b Spojovací vidlice (2 a 3kg); Obr.5.31c Páka traktoru (1,5kg); Písty, brzdové bubny,disky a čelisti Obr.5.33 Rotor Wankelova motoruů Obr Přítlačný kotouč spojky; setrvačník SKF-Mekan (2004) /151/; Obr.5.32 Brzdový disk rychlovlaku /8/; Obr.5.34 Torzní tlumič pro Osobní vozy Doktas (200)7; Obr.5.36 Brzdová čelist (1,5-2kg); /8/; 3.4 Skříně a díly ventilátorů a čerpadel Zde se využívají velmi dobré tepelné vlastnosti kompaktní litiny.. Jedná se o skříně čerpadel a turbočerpadel, zubových čerpadel, turbodmychadel apod.(+gf Schaffhausen). (obr.5.37a,b,c). Obr.537a - Skříň turbodmychadla (1100 kg) Obr.5.37b Plnící hrdlo turbodmychadla Dashiang Čína od 2008 /151/ Obr.5.37c - Skříň turbodmychadla (180kg), /8/; 104

105 3.5 Ocelárenské kokily a základny Hmotnostně nejrozsáhlejší využití odlitků z kompaktní-vermikulární litiny bylo od počátku a zdá se, že doposud je její využití v hutním průmyslu. Jedná se především o výrobu kokil u nichž vzrůstá živnost ve srovnání se šedou litinou až o cca 50 až 70%. Využívají se velmi dobré mechanické vlastnosti v kombinaci s tepelnou vodivostí.(obr.5.38a,b). Obr.5.38a Tepelná vodivost vermikulární, šedé a tvárné litiny v závislosti na teplotě /8/; Obr.5.38b Ocelárenská kokil (20t) /8/; 105