ŻELIWO MODYFIKOWANE

1. Co to jest modyfikacja?

Proces polegający na zmianie fizykochemicznego stanu ciekłego metalu, spowodowanej
wprowadzeniu do żeliwa, o małej skłonności do zabieleń – na krótko przed jego odlaniem –
niewielkich ilości substancji, zwanych modyfikatorami grafityzującymi. Substancje te
zwiększają liczbę aktywnych zarodków grafitu i określają dzięki temu strukturę żeliwa oraz
własności odlewu.

Proces modyfikacji charakteryzują zjawiska:

a) Działanie modyfikatorów jest funkcją czasu, największy efekt obserwuje się w

przypadku, gdy krystalizacja odlewu rozpoczyna się od 0 – 5 minut po
zmodyfikowaniu, z upływem czasu efekt modyfikacji ulega osłabieniu, zanikając
całkowicie po 10 – 50 minut, działanie to zależy od ilości i rodzaju modyfikatora oraz
od warunków modyfikacji.

b) Działanie modyfikatorów przejawia się tym silniej, im większa jest zdolność do

przechłodzenia żeliwa wyjściowego, im mniej zawiera ono aktywnych zarodków
grafitu, efekty modyfikacji powiększają się, więc np. w miarę zmniejszenia się stopnia
nasycenia eutektycznego Sc, w miarę podwyższania temperatury przegrzania.

c) Dla każdego układu warunków taki, jak np. skład chemiczny, rodzaj modyfikatora,

temperatura przegrzania, istnieje optymalna ilość wprowadzonego modyfikatora, a
przekroczenie jej nie zwiększa już w istotny sposób uzyskanych efektów.

2. Efekty modyfikacji.

Oceny efektu modyfikacji można zebrać w 3 grupy. Za efekt modyfikacji można przyjąć:

a) Dowolne zmiany struktury i własności żeliwa, spowodowane różnymi zabiegami np.

odsiarczanie, przegrzewanie, wprowadzenie dodatków stopowych czy
sferiodyzujących.

b) Zmiany struktury i własności żeliwa, spowodowane wprowadzeniem do ciekłego

metalu niewielkich ilości pierwiastków o różnym charakterze.

c) Zmiany struktury i własności żeliwa, spowodowane wprowadzaniem do ciekłego

metalu, na krótko przed jego odlaniem, modyfikatorów.

Kryterium oceny modyfikacji, zmiany:
- własności mechanicznych,
- charakterystyki grafitu i osnowy,
- makroskopowego obrazu przełomu,
- skłonności żeliwa do zabieleń.

Efekt modyfikacji oceniany jest na podstawie:

a) Liczby kolonii eutektycznych,
b) Charakterystyki wydzieleni grafitowych,
c) Stopnia przechłodzenia podczas krystalizacji eutektyki,
d) Charakterystyki dendrytów austenitu.
e) Skłonności żeliwa do zabieleń,
f) Charakteru osnowy metalicznej
g) Własności mechanicznych.

3. Wpływ temperatury przegrzania i czasu wytrzymywania ciekłego żeliwa w

podwyższonej temperaturze.

Przegrzanie żeliwa lub przetrzymywanie go w podwyższonej temperaturze zmniejsza liczbę
zarodków grafitu, powiększa stopień przechłodzenia i prędkość wzrostu eutektyki. Będziemy
zatem obserwować większą skłonność żeliwa do zabieleń, mniejszą liczbę kolonii
eutektycznych, większy stopień rozgałęzienie szkieletów grafitowych oraz tendencję do
pojawienia się grafitu typu E i D.

4. Temperatura inwersji.

Inaczej temperatura równowagi reakcji lub „temperatura tworzenia się błonki tlenków”. W
temperaturze niższej od niej powstaje na powierzchni kąpieli błonka tlenków składająca się
głównie z SiO

2

. Błona ta zanika w czasie przegrzania żeliwa powyżej temperatury inwersji. Ti

podwyższa się ze zwiększeniem zawartości krzemu, a obniża ze zwiększeniem zawartości
węgla w żeliwie. Aby zjawisko inwersji było zauważalne, temperatura rzeczywista powinna
zostać podwyższona do temp. Tg („temperatura początku gotowania kąpieli”), przy której
rozpoczyna się intensywny proces odtleniania żeliwa przez węgiel.

(SiO

2

) + 2[C] = [Si] + 2[CO],

[ ] – metal; ( ) - żużel

5. Teoria B. Luxa.

Mechanizm modyfikacji żeliwa jest ściśle związany z mechanizmem zarodkowania i
wzrostem eutektyki. Wg teorii B. Luxa, modyfikacja ciekłego żeliwa pierwiastkami II gr
układu okresowego oraz Al powoduje powstawanie w kąpieli węglików o wiązaniach
jonowych typu CaC

2

, BaC

2

, SrC

2

, Al

4

C

3

, które wskutek zbliżonych parametrów sieciowych z

grafitem spełniają role zarodków grafitu.

- jeśli żeliwo zawiera O

2

lub S, to większe prawdopodobieństwo termodynamiczne wykazuje

utworzenie się CaO i CaS niż CaC

2

. Wykazano, że modyfikowanie żeliwa czystym wapniem

(0,1%) jest szczególnie skuteczne w przypadku żeliwa przegrzanego do 1550

o

C (kąpiel

wysoko przegrzana – odtleniona).

MC

2



Ca +2C= CaC

2

6. Od czego zależy struktura odlewu:

7. Klasyfikacja modyfikatorów:

Wszystkie modyfikatory dzielimy na dwie grupy:

a) Proste – do tej grupy zaliczamy pierwiastki, które dają efekty modyfikacji, nawet

wówczas gdy zostaną pojedynczo wprowadzone do ciekłego żeliwa; Ca, Al, Ba, Sr,
Na, C (grafit).

b) Złożone – stopy modyfikatorów prostych z dodatkami różnych pierwiastków.

Przedstawicielami tej grupy są: żelazostopy FeSi, FeSiMnZr, CaSi.

8. Gatunki żeliwa modyfikowanego:



EN – GJL 250 (liczba oznacza wytrzymałość na rozciąganie)



EN – GJL 300



EN – GJL 350

9. Dlaczego dodajemy FeSi.

Stopy Fe – Si są najczęściej stosowanymi w praktyce modyfikatorami żeliwa, praktykowane
ze względów ekonomicznych, łatwości nabycia i praktycznych: łatwość rozdrabniania na
kawałki i ziarna o żądanych wymiarów, niska temperatura topnienia, dobra rozpuszczalność
w ciekłym metalu.