TECHNOLOGIE I (slévání a svařování) Přednáška č. 3: Slévárenské slitiny pro výrobu odlitků, vlastnosti slévárenských slitin, faktory ovlivňující slévárenské vlastnosti, rovnovážné diagramy. Autoři přednášky: prof. Ing. Iva NOVÁ, CSc. Ing. Jiří MACHUTA, Ph.D. Pracoviště: TUL FS, Katedra strojírenské technologie
Materiály pro výrobu odlitků Slitiny železa - litiny: LLG, LKG, LČG - oceli na odlitky Slitiny neželezných kovů: - slitiny hliníku - slitiny hořčíku - slitiny zinku - slitiny mědi - slitiny titanu, dalších kovů.
Výroba odlitků na světě v roce 2010
Výroba odlitků v České republice v roce 2010
Slévárenské slitiny Pro výrobu odlitků se nepoužívají čisté kovy (mají často nevhodné technologické vlastnosti), ale používají se slitiny kovů. slévárenské slitiny charakterizuje komplexní vlastnost slévatelnost, která je závislá na dalších vlastnostech: 1. Tavitelnost - je schopnost kovů a jejich slitin přecházet ze stavu tuhého do kapalného. Závisí na celkové spotřebě tepla: Q = m [c S (T KR T 20 ) + L KR +c L (T LITÍ T KR ) [J] m hmotnost odlévaného kovu; c S - měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v tuhém stavu; c L měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v kapalném stavu; T 20 teplota 20 C; T KR - teplota krystalizace odlévaného kovu; T LITÍ teplota lití kovu. c S, c L jsou hodnoty, které se pro slitiny kovů špalně zjišťují.
Slévárenské slitiny m hmotnost odlévaného kovu [kg]; c S - měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v tuhém stavu [J.kg -1.K -1 ]; c L měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v kapalném stavu [J.kg -1.K -1 ]; T 20 teplota 20 C; T KR - teplota krystalizace odlévaného kovu [ C]; T LITÍ teplota lití kovu [ C]. c S, c L jsou hodnoty, které se pro slitiny kovů špalně zjišťují. 2. Tekutost - vlastnost, která závisí na pohyblivosti částic taveniny, souvisí s dalšími vlastnostmi (povrchové napětí taveniny a viskozita taveniny). Dobrá tekutost taveniny souvisí s technologickou vlastností zabíhavostí (provádíme různé zkoušky zabíhavosti) např. Curieho spirála, atd.
Slévárenské slitiny Tekutost ovlivňují dvě fyzikální vlastnosti tavenin kovů - povrchové napětí; - viskozita. Povrchové napětí je obrazem tvaru kapky kapaliny, resp. taveniny; povrchové napětí je podíl síly působící na povrchu kapky k délce povrchu kapky; = F/l [MPa] tak jako u vody s teplotou taveniny povrchové napětí klesá zvyšuje se zabíhavost taveniny. Povrchové napětí vody
Slévárenské slitiny Viskozita tavenin kovů vnitřní tření částic kovů vysoká hodnota viskozity vede k nižší tekutosti kovů ohřev tavenin kovů snižuje viskozitu Viskozita vody dynamická kinematická [Pa.s] [m -2.s -1 ] LLG (litina) 1310 C 2,65.10-3 0,30.10-6 LKG (litina) 1250 C 2,10.10-3 0,29.10-6 Hliník 750 C 2,70.10-3 1,06.10-6 Měd 1150 C 3,80.10-3 0,45.10-6 Zinek 500 C 3,67.10-3 0,54.10-6 Cín 400 C 1,37.10-3 0,20.10-6 Železo 1600 C 4,00.10-3 0,53.10-6 Viskozita vody
Slévárenské slitiny 3. Smršťování vyplývá z fyzikálních zákonitostí. Souvisí s uspořádáním atomů v kapalném a tuhém stavu. Smršťování tavenin během tuhnutí kovů (tj. mezi T L a T S ) se nazývá stahování a v důsledku toho se některé odlitky nálitkují. Nálitek - je zásobník taveniny, která je dodávána při tuhnutí odlitku do dutiny formy, aby v odlitku nevznikla vada staženina. dále rozlišujeme smršťování lineární to je smršťování odlitků při jejich chladnutí proto je model větší o tzv. míru smrštění.
Slévárenské slitiny 4. Sklon odlévaného materiálu k trhlinám a prasklinám jde o náchylnost odlévaného materiálu k porušení během výroby odlitků; trhliny - vznikají při vysokých teplotách v důsledku např. brzděného smršťování kovu (brání tomu např. pravá jádra); praskliny - vznikají v důsledku vysokého napětí v odlitku (vzniká např. tím, že jsou velké rozdíly teplot v odlitku). identifikace trhlin a prasklin je složitá identifikace na mikroskopu (trhliny po hranici zrn, praskliny přes zrna). 5. Sklon materiálu k odměšování - je přítomnost různého množství strukturních složek v odlitku (bývá v důsledku intervalu teplot krystalizace), bohatší místa na příměs v odlitku.
Odlitky z litin
Odlitky ze slitin hliníku nízká hmotnost dobrá slévatelnost
Odlitky ze slitin hořčíku tělesa volantů, rámy sedáků, rámy přístrojových desek, tělesa převodovek, disky kol především pro závodní vozy a formule
Rovnovážné diagramy Nejvhodnější slitiny jsou slitiny eutektického složení (viz rovnovážné diagramy) tavenina tuhne při jedné teplotě; Rovnovážné diagramy slitiny Fe C, rovnovážný diagram metastabilní, rovnovážný diagram stabilní; rovnovážný diagram Al - Si; rovnovážný diagram Zn - Al; rovnovážný diagram Mg Al; rovnovážné diagramy slitin mědi.
Rovnovážný diagram Fe-C metastabilní
Rovnovážný diagram Fe-C stabilní
Pseudobinární diagram Fe-C (2%Si) Pseudobinární jakoby binární, diagram Fe-C, ovlivněn 2 % Si Křemík je grafitotvorným prvkem je důležitý pro litin, podle tohoto diagramu tuhnou litiny
Rovnovážný diagram Al - Si
Rovnovážný diagram Al - Zn
Rovnovážný diagram Mg - Al α + = (Al 12 Mg 17 )
Rovnovážné diagramy mědi Rovnovážný diagram měď - cín Rovnovážný diagram měď - hliník
Slévárenské slitiny Literatura: [1] NOVÁ, I.: Technologie I. [Skripta], FS-TU v Liberci 2006. [2] MICHNA, Š., NOVÁ, I.: Technologie zpracování kovových materiálů. 1. vyd. Adin Prešov, 2008. [3] VETIŠKA, A.: Teoretické základy slévárenské technologie. 1. vyd. Praha 1974.