Żeliwa

gatunki i struktura

Ogólna klasyfikacja c.d.

(surówki i żeliwa)

• Stopy żelaza zawierające powyżej 2%C

o składzie fazowym zgodnym z

wykresem Fe-Fe

C noszą nazwę

surówek białych, natomiast krzepnące

zgodnie z wykresem żelazo-grafit są

nazywane surówkami szarymi,

• Surówki przetopione w piecu

elektrycznym lub żeliwiaku, często z

dodatkiem złomu stalowego, noszą

nazwę żeliw.

Gatunki i struktura

• Żeliwa są stopami odlewniczymi na

osnowie żelaza o zawartości węgla 2,0 –
4,5% oraz dodatków manganu i krzemu.

• Ich strukturę interpretuje się na podstawie

układu żelazo-cementyt (białe) lub żelazo-
grafit (szare).

Układ

równowa

gi Fe - C

Linie
przerywane

Układ Fe – C
(grafit)

Linie ciągłe

układ

Fe – Fe

Żeliwa c.d.

Żeliwa należą do materiałów
najpowszechniej stosowanych w
budowie maszyn i pojazdów. Decyduje
o tym:

• niski koszt wyrobów,
• niska temperatura topnienia,
• dobre własności wytrzymałościowe,
• dobra skrawalność

Przykłady

zastosowań

wał korbowy,
również ze stali

pierścienie
tłokowe

cylindry

głowica

wałek rozrządu,
również ze stali

obudowa (korpus),
również ze stopów
Al

Gatunki

Rozróżnia się żeliwa:

• szare (C w postaci grafitu)
• białe (C w postaci cementytu)
• połowiczne (C w postaci grafitu i

cementytu)

Żeliwa – struktura

Strukturę żeliwa szarego stanowi osnowa

metaliczna, którą może być ferryt, perlit
lub ich mieszaniny, ewentualnie z
cementytem i wtrąceniami
niemetalicznymi, a także grafit o różnej
wielkości i różnym kształcie.

Grafit jest bardzo miękki, a jego

wytrzymałość jest bliska zeru.

Żeliwa – gatunki i struktura

I -
białe

IIa -
połowiczne

IIb – szare
perlityczne

IIIa – szare
perlityczno-
ferrytyczne

III – szare
ferrytyczne

IV – sferoidalne

V –
ciągliwe

Powstawanie grafitu

Grafit (w formie płatków, kulek, krętków)

może tworzyć się bezpośrednio z cieczy

oraz na skutek przemiany eutektycznej:

• w stopach eutektycznych grafit wydziela się

z cieczy w postaci bardzo drobnych wtrąceń

i jest składnikiem eutektyki grafitowej,

• grube płatki grafitu wydzielają się w czasie

krzepnięcia żeliw nadeutektycznych.

Grafit (węgiel żarzenia) może powstawać również w

wyniku rozpadu cementytu w żeliwie białym poddanym

długotrwałemu wyżarzaniu w temperaturze

nieznacznie niższej od temperatury solidus.

Struktura grafitu

Schemat przecięcia płatków grafitu płasko
powierzchnią próbki

Komórki sieciowe grafitu

Wpływ grafitu na własności

żeliw

Grafit powoduje obniżenie własności

wytrzymałościowych żeliwa i zmianę

niektórych własności, a szczególnie:

• działa jak karb wewnętrzny, stanowiąc

nieciągłości w metalu,

• zmniejsza skurcz odlewniczy,
• polepsza skrawalność,
• zwiększa własności ślizgowe,
• tłumi drgania,
• zwiększa wytrzymałość zmęczeniową

Wpływ domieszek na proces

grafityzacji

Na proces grafityzacji wywierają

wpływ domieszki i zanieczyszczenia:

• Si i P ułatwiają grafityzację,
• Mn i S przeciwdziałają grafityzacji,
• P częściowo rozpuszcza się w ferrycie,

tworząc niskotopliwą potrójną eutektykę
fosforową zwaną steadytem

Wpływ szybkości chłodzenia na

proces grafityzacji

Na proces grafityzacji istotnie wpływa

szybkość chłodzenia odlewów, którą dla

jednakowych materiałów formierskich

można z dopuszczalnym przybliżeniem

sprowadzić do grubości ścianek odlewów:

• Wraz ze zwiększeniem grubości ścianek

odlewu zwiększa się ilość i grubość płatków

wydzielonego grafitu,

• Wpływ omawianych czynników na strukturę i

własności stali można przedstawić graficznie

w postaci wykresów.

Grubość ścianki odlewu, mm

Zależność struktury żeliwa od

zawartości C + Si i grubości ścianki

Żeliwo szare
ferrytyczne

Żeliwo
szare
perlityczn
e

liw

łe

Wykres strukturalny dla żeliw wg

Girszowicza

K = C (Si + lg
d)

K –krzywe
izografityzacji

gdzie: d = V/S

C, Si –
stężenie

V, S – objętość
i pole odlewu

=C +0,3 Si

Żeliwa szare niestopowe –

klasyfikacja

Żeliwa szare niestopowe można
podzielić na trzy grupy:

• szare zwykłe
• modyfikowane
• sferoidalne

Żeliwa szare zwykłe – struktura

Struktura – osnowa
ferrytyczna

Żeliwa szare – własności

•

Żeliwo szare ferrytyczne charakteryzuje się

niską wytrzymałością, dobrą skrawalnością oraz

małą odpornością na zużycie ścierne.

•

Twardość i wytrzymałość żeliwa szarego

zwiększa się w miarę zwiększania udziału perlitu

w strukturze.

•

Wytrzymałość żeliwa szarego wynosi od 100 do

450 MPa przy twardości 200 – 250 HB.

•

Żeliwo szare wykazuje bardzo niskie własności

plastyczne

•

Cechuje się dobrą zdolnością do tłumienia drgań.

Struktura żeliwa szarego ferrytycznego

z obszarem potrójnej eutektyki

fosforowej – steadytu

Żeliwa modyfikowane

Żeliwo modyfikowane otrzymuje się przez

zabieg modyfikowania żeliwa o składzie

chemicznym wykazującym tendencję do

krzepnięcia jako białe lub połowiczne.

Modyfikacja polega na wprowadzeniu do

kąpieli ciekłej sproszkowanego modyfikatora

(żelazo-krzem, wapnio-krzem lub aluminium)

w ilości 0,1-0,5%.

• Modyfikator odgazowuje kąpiel i wymusza

zarodkowanie heterogeniczne grafitu, w

postaci drobnych, równomiernie

rozproszonych płatków.

Żeliwa modyfikowane

• Wytrzymałość żeliwa szarego

modyfikowanego wynosi: 300 - 400
MPa.

• Żeliwo modyfikowane wykazuje nie co

lepsze własności plastyczne w
porównaniu do zwykłego żeliwa
szarego.

Żeliwa sferoidalne

Żeliwo sferoidalne otrzymuje się przez dodanie do
ciekłego metalu o tendencji do krzepnięcia jako
żeliwo szare, lecz o bardzo małym stężeniu S i P,
modyfikatora (żelazo-krzemu lub wapnio-krzemu) w
ilości 0,1-0,5% oraz magnezu lub ceru.

Modyfikator odgazowuje kąpiel i wymusza
zarodkowanie heterogeniczne grafitu, w postaci
drobnych, równomiernie rozproszonych zarodków, a
dodatek magnezu lub ceru powoduje ich wzrost w
postaci kulowej.

Wytrzymałość żeliwa sferoidalnego wynosi: 350 - 900
MPa, a po hartowaniu z przemianą izotermiczną 800-
1400 MPa.

Żeliwo sferoidalne również wykazuje bardzo niskie
własności plastyczne, choć nieco lepsze niż żeliwo
szare zwykłe.