Żeliwa niestopowe

Projekt współfinansowany

z Europejskiego Funduszu Społecznego

i Budżetu Państwa

Żeliwo

— stop żelaza z węglem, zawierający 2,5–4,5% C i inne

p

ęg

,

ją y

,

, %

pierwiastki (Si, Mn, P, S), przeznaczony do wykonywania części maszyn,
urządzeń przemysłowych i wyrobów codziennego użytku na drodze
odlewania

odlewania.

Ż li

i t

i t

Żeliwo niestopowe i stopowe

Zależnie od postaci węgla wyróżnia się żeliwa:

• białe

(jasny przełom), w których węgiel występuje w postaci cementytu; mają

one ograniczone zastosowanie;

• szare

z grafitem (szary przełom) w których węgiel występuje głównie jako

• szare

— z grafitem (szary przełom), w których węgiel występuje głównie jako

grafit i częściowo związanej jako cementyt w perlicie; mają one szerokie
zastosowanie; ze względu na kształt wydzieleń grafitu wyróżnia się żeliwo z
grafitem płatkowym sferoidalne i ciągliwe;

grafitem płatkowym, sferoidalne i ciągliwe;

• połowiczne (pstre)

— węgiel w postaci cementytu i grafitu.

2

Wykres układu równowagi fazowej Fe-C

układ żelazo cementyt (linia ciągła) układ żelazo grafit (linia przerywana)

układ żelazo-cementyt (linia ciągła), układ żelazo-grafit (linia przerywana)

% masy C

% masy C

3

Zmiana energii swobodnej ciekłego stopu (F

L

) i mieszaniny

austenit + cementyt (F

A+C

) oraz mieszaniny austenit + grafit (F

A+G

)

y (

A C

)

y

g

(

A G

)

ze zmianą temperatury

4

Wykres Maurera wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna powstać

w odlewie żeliwnym o grubości 50 mm w zależności od zawartości

y

g

węgla i krzemu

5

Wykres Greinera-Kingenstein'a wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna

powstać w odlewie żeliwnym w zależności od grubości ścianki odlewu oraz

powstać w odlewie żeliwnym w zależności od grubości ścianki odlewu oraz

sumarycznej zawartości węgla i krzemu

6

Żeliwa białe

Struktura

zgodna

z

wykresem

równowagi

fazowej

Fe-Fe3C:

podeutektyczne i nadeutektyczne

Właściwości: twarde i kruche, nie nadają się do obróbki skrawaniem, dobre
właściwości odlewnicze i wysoka odporność na ścieranie. Wysoka twardość
(300 500 HB) i odporność na ścieranie są wynikiem obecności w żeliwie

(300–500 HB) i odporność na ścieranie, są wynikiem obecności w żeliwie
białym znacznej ilości cementytu (700÷800 HB). Wytrzymałość na
rozciąganie niewielka, natomiast znaczna (4÷6 razy większa) wytrzymałość

ś i k i

na ściskanie.

Stosowane są na okładziny sprzęgieł, walce drogowe, kule do młynów,
ślimaki mieszalników przenośniki materiałów sypkich

ślimaki mieszalników, przenośniki materiałów sypkich.

7

STRUKTURA ŻELIW Z GRAFITEM

OSNOWA

METALICZNA

GRAFIT

FAZY

ZAWIERAJĄCE

ZAWIERAJĄCE

FOSFOR I SIARKĘ

SIARCZKI

EUTEKTYKA FOSFOROWA

SIARCZKI

MnS, FeS

U

OS O O

(Fe

α+Fe

3

P+Fe

3

C) (Fe

α+Fe

3

P+C)

8

Rodzaje osnowy metalicznej i wydzieleń grafitu w żeliwach z grafitem

9

Podział i znakowanie żeliw szarych

Podział i znakowanie żeliw szarych

•

żeliwa szare zwykłe i żeliwa modyfikowane

(PN-EN 1561:2000):

EN-GJL-100 (100 — Rm [N/mm

2

])

EN-GJL-350 (żeliwo modyfikowane)

•

żeliwa sferoidalne

(PN-EN 1563:2000)

EN-GJS-350-22 (350 — R

m

[N/mm

2

], 22 — A [%])

EN GJS 350 22 (350

R

m

[N/mm

2

], 22

A [%])

EN-GJS-450-10
EN-GJS-500-7
EN-GJS-600-3
EN-GJS-700-2
EN GJS 800 2

EN-GJS-800-2
EN-GJS-900-2

10

Żeli a s are

k

b

l

i

k

t li

ji

Żeliwa szare

krzepnące bez regulowania procesu krystalizacji

zawierają duże płatki grafitu, których obecność wpływa ujemnie na
właściwości mechaniczne (Rm<250 N/mm

2

). Posiadają dużą zdolność

tłumienia drgań.

Żeliwa

modyfikowane

:

W

celu

podwyższenia

właściwości

wytrzymałościowych przeprowadza się proces modyfikacji żeliw.
Modyfikacja polega na wprowadzeniu do ciekłego stopu modyfikatora

Modyfikacja polega na wprowadzeniu do ciekłego stopu modyfikatora
(np. Fe-Si, Ca-Si) w ilości do 0,5% masy stopu. Modyfikator powoduje
zwiększenie ilości zarodków krystalizacji, a tym samym rozdrobnienie
płatków grafitu oraz uzyskanie struktury perlitu w osnowie metalicznej Te

płatków grafitu oraz uzyskanie struktury perlitu w osnowie metalicznej. Te
dwa czynniki są powodem wyższej wytrzymałości żeliw modyfikowanych
(Rm>300 N/mm

2

).

11

Żeliwa sferoidalne

(z grafitem sferoidalnym): proces technologiczny

t

i

ż li

l

d

i

d

i kł

t

wytwarzania żeliwa polega na wprowadzeniu do ciekłego stopu
niewielkiej ilości substancji (Cr, Mg, Mg-Ni), które zmieniają napięcie
powierzchniowe i powodują utworzenie wydzieleń grafitu w postaci

powierzchniowe i powodują utworzenie wydzieleń grafitu w postaci
sferoidalnej oraz wprowadzeniu modyfikatora (np. Fe-Si, Ca-Si) w celu
zwiększenia ilości zarodków krystalizacji, co sprzyja powstaniu struktury
drobnoziarnistej.

Struktura osnowy: ferrytyczna, ferrytyczno-perlityczna, perlityczna.

Właściwości: wytrzymałość i plastyczność wyższe niż w żeliwach

h l

i j

d l ść tł

i i d

ń

szarych, ale mniejsza zdolność tłumienia drgań.

12

Żeliwa połowiczne

— żeliwa o zróżnicowanej strukturze: typowej dla

Żeliwa połowiczne

— żeliwa o zróżnicowanej strukturze: typowej dla

żeliw szarych i żeliw białych. Węgiel przyjmuje postać grafitu lub
występuje w postaci związanej — jako cementyt.

Zastosowanie: żeliwa te nie są wykorzystywane w sposób bezpośredni,
niekiedy stosuje się „odlewy zabielone”, które po odlaniu początkowo
poddawane są chłodzeniu z dużą szybkością w wyniku czego warstwa

poddawane są chłodzeniu z dużą szybkością, w wyniku czego warstwa
wierzchnia ma strukturę żeliwa białego.

Zmniejszenie szybkości chłodzenia, po zakrzepnięciu warstwy żeliwa
białego, powoduje uzyskanie w rdzeniu struktury żeliwa szarego.
Pomiędzy warstwą żeliwa białego a rdzeniem żeliwa szarego tworzy się
warstewka żeliwa połowicznego (pstrego).

a ste

a e

a po o c ego (pst ego)

Występują one w takich elementach jak: walce hutnicze, bębny młynków,
które wymagają dużej odporności.

13

Żeliwa ciągliwe

— otrzymywane z żeliwa białego w wyniku wyżarzania

ąg

y y

g

y

y

grafityzującego. W czasie obróbki cieplnej cementyt ulega rozkładowi z
wydzieleniem węgla żarzenia w postaci kłaczkowatych skupień.

Proces wyżarzania żeliwa przebiega w zakresie temperatur ~1000-700ºC
w czasie ~ 100 godzin. Zależnie od przebiegu cyklu wyżarzania i
atmosfery procesu otrzymuje się żeliwo o osnowie ferrytycznej lub

atmosfery procesu otrzymuje się żeliwo o osnowie ferrytycznej lub
perlitycznej, o strukturze jednolitej na przekroju elementu (żeliwo ciągliwe
czarne, atmosfera obojętna) lub o zmniejszonej zawartości węgla przy
powierzchni odlewu (żeliwo ciągliwe białe, atmosfera utleniająca).

Kłaczkowa postać grafitu wpływa korzystnie na właściwości mechaniczne
żeliwa.

14

Podział i znakowanie żeliw ciągliwych

• żeliwa ciągliwe czarne

ENGJMB-300-26 (osnowa ferrytyczna)

ENGJMB-350-22 (osnowa ferrytyczna)

ENGJMB-450-6 (osnowa perlityczna)

ENGJMB-550-4 (osnowa perlityczna)

ENGJMB-700-2 (osnowa perlityczna)

ENGJMB-800-1 (osnowa perlityczna)

• żeliwa ciągliwe białe
ENGJMW-350-4
ENGJMW-360-12
ENGJMW-400-5
ENGJMW-550-4

15

Przebieg wyżarzania odlewów z żeliwa białego w celu uzyskania żeliwa

ciągliwego czarnego:

ąg

g

g

a- żeliwo ferrytyczne, b- żeliwo perlityczne

16

Właściwości mechaniczne żeliw z grafitem w zależności od osnowy

metalicznej i postaci grafitu

j p

g

Z grafitem

[N/mm

2

]

Z grafitem
płatkowym

17

ś

ś

ż

Korzystne właściwości technologiczne żeliw, wynikające

z obecności grafitu

•

mała wrażliwość na karby zewnętrzne, np. zmianę przekroju elementu

konstrukcji, z uwagi na liczne karby wewnętrzne

•mały skurcz odlewniczy

•dobra skrawalność

•dobre właściwości ślizgowe

•duża zdolność tłumienia drgań

•dobra wytrzymałość zmęczeniowa

18

Typowe zastosowania żeliw

Rodzaj żeliwa

Zastosowanie

Rodzaj żeliwa

Zastosowanie

Białe

Odlewy odporne na ścieranie, nie wymagające większej
obróbki skrawaniem: wykładziny i ślimaki mieszalników i
przenośników materiałów sypkich kule młynów kulowych

przenośników materiałów sypkich,kule młynów kulowych,
klocki hamulcowe

Szare z grafitem
płatkowym

Masowo produkowane odlewy nie przenoszące obciążeń
(

)

płatkowym

(ruszty, płyty i drzwi pieców, grzejniki, wanny, zlewy),
odlewy części maszyn, wlewnice, cylindry samochodowe,
tłoki

Sferoidalne

Części samochodowe (wałki rozrządu, korbowody, wały
korbowe, części układu kierowniczego), koła zębate i
wrzeciona obrabiarek, części armatury przemysłowej,
walce hutnicze

Ciągliwe

Osnowa
ferrytyczna

Odlewy nie wymagające większej wytrzymałości, a przy
tym tanie: części maszyn rolniczych maszyn do szycia

tym tanie: części maszyn rolniczych,maszyn do szycia,
artykułów gospodarstwa domowego

Osnowa
perlityczna

Odlewy silniej obciążone: wałki rozrządu, wały korbowe,
krzywki koła zębate klucze maszynowe podstawy dział

perlityczna

krzywki, koła zębate, klucze maszynowe, podstawy dział

19