Download
1 / 46
470 likes | 830 Views
LITINY. Litiny. Používají se převážně pro konstrukční účely Spojují v sobě úměrnou cenu, dobré technologické vlastnosti a vyhovující mechanické vlastnosti
E N D
Litiny • Používají se převážně pro konstrukční účely • Spojují v sobě úměrnou cenu, dobré technologické vlastnosti a vyhovující mechanické vlastnosti • Ve srovnání s ocelemi mají asi o 8% nižší měrnou hmotnost, lepší obrobitelnost, třecí vlastnosti, schopnost tlumení, menší citlivost na vruby
Litiny • Litina je slitina Fe, C a dalších prvků s obsahem C větším než 2,11%. • Hlavní přísadou je křemík • Základní rozdělení může být na: • Litiny bílé • Litiny grafitické • Litiny speciální (legované)
Bílé litiny • Uhlík chemicky vázán jako Fe3C, struktura tvořena směsí cementitu a perlitu • Jsou velmi tvrdé, odolné proti opotřebení, ale křehké, velmi špatně obrobitelné (pouze broušení) • Použití – mlecí koule do kulových mlýnů, lopatky pískometů… • Jako polotovar pro výrobu temperované litiny
Struktura bílé litiny • Krystalizuje podle metastabilní soustavy
Grafitické litiny • Uhlík vyloučen jako grafit • Dělení např. podle tvaru grafitu • S lupínkovým grafitem – šedá litina • S kuličkovým grafitem – tvárná litina • S červíkovým grafitem - vermikulární • S vločkovým grafitem - temperovaná Grafen – nejnovější modifikace uhlíku – plochá molekula
Závislost pevnosti a tažnosti u grafitických litin • 1 – s lupínkovým G • 2 – s červíkovým G • 3 – se zrnitým G • 4 – temperovaná s bílým lomem • 5 – temperovaná s černým lomem • 6 – temperovaná perlitická
Litina s lupínkovým grafitem • základní složení: • 2,8 –3,6%C, • 1,7 –2,4 % Si, • 0,5 –1,0% Mn, • 0,2 –0,5% P, • Max. 0,15% S • Možnost dalších přísad
Struktura litiny s lupínkovým grafitem • Grafitové lupínky mohou být uloženy v matrici feritické, perlitické nebo feriticko-perlitické • Typ matrice se podílí na mechanických charakteristikách litiny
Struktura litiny s lupínkovým grafitem • Strukturu matrice doplňuje fosfidické ternární eutektikum – steadit (Fe-Fe3 C-Fe3P), vyskytuje se na hranici eutektických buněk – • Zvyšuje tvrdost, křehkost a odolnost proti opotřebení. Obsah P se pohybuje 0,2-0,5%, u uměleckých litin nad 1% (podporuje zabíhavost)
Litina s lupínkovým grafitem • Tato litina je křehký materiál, který nemá skoro žádnou tažnost, pevnost v tlaku je asi 3 – 4x větší než v tahu, pevnost v ohybu je také asi 1,5x větší než v tahu. • Tvrdost litiny s feritickou matricí je asi 120 HB, s perlitickou matricí asi 220 HB • Má nízkou citlivost k účinkům vrubů, při dynamickém namáhání proto je srovnatelným materiálem s ocelí • Modul pružnosti se mění s napětím – neplatí Hookův zákon
Očkovaná litina • Pro zvýšení hodnot mechanických vlastností je možno litinu s lupínkovým grafitem očkovat, tj. přidávat v tekutém stavu do pánví očkovadlo = grafitizační zárodky, na kterých rostou lupínky grafitu • Tímto způsobem se zvýší mechanické vlastnosti litiny, protože se sníží vliv grafitu jako „vrubů“ v matrici • Očkováním dostaneme větší množství menších lupínků
Vliv dalších prvků v litině • Křemík je nejdůležitější grafitotvorná přísada. Čím vyšší je jeho obsah, tím hrubší je grafit, roste podíl feritu a klesá perlitu v matrici. • Při velké ochlazovací rychlosti (malé tloušťce stěny) je nutný vyšší obsah Si, protože se tím kompenzuje vliv karbidotvorných prvků (Mn, popř.S).
Vliv dalších prvků v litině • Pro hodnocení vlivu Si a dalších prvků na polohu eutektického bodu se používá stupeň eutektičnosti Sc. Tato hodnota ukazuje novou polohu eutektického bodu. • Sc = %C/(4,26-0,312%Si-0,275%P) • Pokud je Sc = 1, znamená to, že litina přesně odpovídá eutektickému složení • Znalost Scje důležitá pro dosažení určité struktury matrice a tím i odpovídajících mechanických vlastností
Litina s kuličkovým grafitem • Základní složení • 3,2 – 4,0 % C • 1,8 – 3,0 %Si • 0,2 – 0,8 %Mn • Max. 0,1% P • Max. 0,05 % S • 0,04 – 0,08 % Mg • Vyšší obsah C i Si ve srovnání s litinou s lupínkovým grafitem
Litina s kuličkovým grafitem • Vyrábí se modifikací taveniny čistým Mg nebo jeho předslitinami v pánvi nebo přímo ve formě.Je nutný velmi nízký obsah S. • Na průběh krystalizace má vliv rychlost ochlazování – při rychlém chladnutí jsou kuličky menší. • V závislosti na požadované struktuře matrice se mění množství Si a Mn
Litina s kuličkovým grafitem • Feritická matrice zajišťuje dobrou tažnost (až 25%), ale nižší pevnost. Této struktury se dosahuje zvýšeným obsahem Si a současně nižším Mn (pod 0,4%)
Litina s kuličkovým grafitem • U malé tloušťky stěny se někdy nedaří zajistit čistě feritickou strukturu, proto se volí feritizační žíhání • Obsahu Mn vyšší než 0,4 % podporuje vznik perlitické matrice, která zajišťuje vyšší pevnost litiny, ale horší tažnost. • Litina s kuličkovým grafitem je vysoce jakostní materiál, který spojuje přednosti ocelí na odlitky a litiny s lupínkovým grafitem
Litina s kuličkovým grafitem • Hodnoty meze kluzu a pevnosti jsou srovnatelné s ocelí, zachovává si větší schopnost útlumu, menší vrubovou citlivost, lepší slévatelnost, třecí vlastnosti a výbornou obrobitelnost. • Příklady použití: součásti silničních vozidel, převodové a ložiskové skříně, klikové a vačkové hřídele, ozubená kola, dynamicky namáhané odlitky
Příklady použití litiny s kuličkovým grafitem Ozubená kola Válce Písty a pístní kroužky Klikové hřídele
ADI litiny(z anglického Austempered Ductile Iron ) • Vzniknou izotermickým zušlechtěním litiny s kuličkovým grafitem na litinu s bainitickou matricí. • Izotermické zušlechťování se skládá z austenitizace, rychlého ochlazení na teplotu v bainitické oblasti a dochlazení na pokojovou teplotu. Při austenitizaci se materiál ohřeje na teplotu 850 až 1 000 °C (1 - 3 h). Po té následuje rychlé ochlazení na teplotu izotermické přeměny (do bainitické oblasti) v austenitické peci. Následuje přemístění do solné lázně s teplotou 250 až 450 °C.
Tepelné zpracování ADI litiny http://ime.fme.vutbr.cz/files/Studijni%20opory/savgl/index.php?chapter=11#chapter11_izotermicke_zuslechtovani
Struktura ADI litiny s bainitickou matricí http://ime.fme.vutbr.cz/files/Studijni%20opory/savgl/index.php?chapter=11#chapter11_izotermicke_zuslechtovani
Litina s červíkovitým grafitem - vermikulární • Tvoří přechod mezi litinou s lupínkovým a kuličkovým grafitem • Vzniká přísadou Mg jako kuličkový grafit, ale v množství, které není dostatečné pro vytvoření kuliček nebo se přidávají prvky, které brání vzniku kuličkového grafitu, např.Ti. Může se tavit z levné vsázky i s ocelovým odpadem a s vermikulárním grafitem má lepší pevnost
Litina s červíkovitým grafitem • Je vhodná pro tepelně namáhané odlitky jako kokily, bloky válců, čelisti brzd vozidel
Litina s červíkovitým grafitem • Vlastnosti litiny s feritickou matricí: • Mez pevnosti – cca 320 MPa • Mez kluzu – 260 až 300 MPa • Tažnost – 3 až 8 % • Tvrdost – 135 až 170 HB • S perlitickou matricí se pevnost zvyšuje na cca 400 MPa, tvrdost na 190 až 280HB, ale klesá tažnost na 1 až 2 %.
Litina s vločkovým grafitem - temperovaná • Vzniká tepelným zpracováním bílé litiny, kdy se karbid železa rozkládá na grafit. Tepelné zpracování se nazývá temperování • Rozlišují se dva postupy – v oduhličujícím a neoduhličujícím prostředí • Litina žíhaná v oduhličujícím prostředí má bílý lom • Litina žíhaná v neoduhličujícím prostředí je litina s černým lomem
Litina s vločkovým grafitem - temperovaná • Oba druhy se liší chemickým složením – hlavně obsahem C a Si • litina s bílým lomem má 3 – 3,4%C, 0,8až 0,4 %Si, 0,4 - 0,6%Mn, max.0,1%P, 0,12-0,25 %S • Litina s černým lomem má 2,3 – 2,6%C, 1,2 – 1,6%Si, 0,4-0,5%Mn, max.0,1 %P, 0,10 – 0,15%S
Temperovaná litina s bílým lomem • Temperovací proces probíhá v peci s oduhličující oxidační atmosférou (směs CO,CO2, H2 a vodní pára) při teplotě asi 1050°C. • Probíhá grafitizace, tj.rozpad ledeburitických karbidů na austenit a grafit a současně oduhličování povrchu odlitku (atmosféra odebírá odlitku C, který oxiduje, aniž by vznikaly okuje.
Temperovaná litina s černým lomem • Vzniká TZ, při kterém je veškerý uhlík vyloučen jako grafit, proto se volí nižší obsah uhlíku (grafit snižuje mech.vlast) • TZ je dvoustupňové, v 1.stupni se rozpadá ledeburitický cementit na grafit a Fe v neutrální atmosféře při teplotě asi 950°C (teplota nižší a doba kratší než u litiny s bílým lomem)
Temperovaná litina s černým lomem • 2.stupeň umožňuje získat feritickou nebo perlitickou matrici, ale také strukturu zušlechtěného stavu změnou ochlazovací rychlosti po rozpadu ledeburitických karbidů
Tvrzená litina (skořepová) • Cílem je dosáhnout na povrchu vrstvy bílé litiny, která postupně přechází přes makovou litinu do jádra, které je z litiny s lupínkovým nebo kuličkovým grafitem. • Toho je možno dosáhnout vhodnou volbou ochlazovací rychlosti (čím rychlejší, tím vyšší sklon k tvorbě litiny bílé)
Legované litiny • Legury nesmí ovlivnit vylučování grafitu, mají za cíl především dosáhnout optimální kombinace pevnosti, houževnatosti (bez TZ), případně lepších technologických, fyzikálních či chemických vlastností. • Hlavními legurami, které se u litin používají jsou Al, Si, Cr a Ni.
Tepelné zpracování grafitických litin • Tepelným zpracováním ovlivňujeme výhradně matrici, TZ nemá vliv na tvar, množství ani rozložení grafitu. • Litiny lze žíhat i kalit stejně jako oceli.
Žíhání litin • a) žíhání ke snížení vnitřních pnutí, b) sferoidizační, c) feritizační, d) ke snížení tvrdosti (odstranění ledeburitického cementitu), e) normalizační
Žíhání ke snížení vnitřních pnutí • Provádí se zejména u tvarově složitých odlitků z litiny s lupínkovým grafitem – úroveň pnutí se snižuje asi o 10 až 20%. • Rychlost ochlazování odlitků musí být až do teplot 150 až 100°C dostatečně pomalá (20 až 80 °C/hod.), aby nové pnutí nevznikalo
Žíhání ke snížení tvrdosti • Používá se u litin s lupínkovým a kuličkovým grafitem, tehdy, když tvrdost odlitků zhoršuje jejich obrobitelnost (pokud je ve struktuře velmi jemný perlit nebo ledeburitický cementit). • K dosažení požadované struktury matrice se volí postup d) pro perlit a d´) pro feriticko perlitickou matrici.
Žíhání sferoidizační, feritizační • Pokud chceme lamelární perlit změnit na globulární (zrnitý), používáme sferoidizační žíhání pod teplotou A1 – postup b). • Při dalším prodlužování výdrže nastává grafitizace perlitického cementitu, takže výsledná struktura je feritická – postup c) = feritizační žíhání
Žíhání normalizační • Postup e) - u grafitických litin se používá ke zvýšení odolnosti proti opotřebení nebo jako výchozí operace pro další TZ, např. povrchové kalení • Proti litému stavu se snižuje podíl feritu a lze získat jemnější a tvrdší lamelární perlit
Kalení litin • Cílem je dosažení martenzitické nebo bainitické matrice • Výsledná tvrdost je u litin nižší než u ocelí, u litiny s lupínkovým grafitem asi 50 HRC, u litiny s kuličkovým grafitem asi 55 HRC • Při kalení mají litiny sklon k praskání – vlivem přítomnosti grafitu, proto se mohou kalit termálně a popouštět ke snížení vnitřních pnutí na nízké teploty (do 200°C), litiny s kuličkovým G i na vysoké teploty (550 až 650 °C) k dosažení sorbitické struktury – pro dynamicky namáhané odlitky.
Izotermické zušlechťování • Po austenitizaci se litina ochladí na zvolenou teplotu fázové přeměny (250 -400°C a po výdrži (1-3hod) v lázni se dochladí na vzduchu. Výsledkem je bainitická matrice.
Izotermické zušlechťování • Cílem je zvýšit pevnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení. Proti martenzitickému kalení je výhodou nižší vnitřní pnutí – nižší deformace • Provádí se zejména u litin s kuličkovým grafitem. • Vlastnosti rozdílné podle teploty izotermické přeměny. • Pevnost může dosáhnout hodnoty až 1000MPa při dobré houževnatosti
Martenzitické kalení • Kalí se z teplot 50 až 80°C nad A1 (při vyšších teplotách roste podíl ZA a tvrdost klesá) do studené lázně nebo termálně. • Po kalení se popouští do cca 200 °C , litiny s kuličkovým G i na vysoké teploty • Pro povrchové kalení má být výchozí struktura perlitická s podílem feritu do 15 % bez ledeburitického cementitu, podíl steaditu minimální a lupínky jemné rovnoměrně rozložené.
