Żeliwa
odlewnicze stopy żelaza,
w których część lub cały
węgiel jest w postaci
wolnej  grafitu (100%C)
" masowe wytwarzanie stali rozpoczęło się dopiero w drugiej połowie XIX wieku,
- metody wynalezione przez Bessemera (1856), Siemensa (1863) oraz Martina (1865),
- uzyskano aż dziesięciokrotny spadek ceny i niesłychany wzrost produkcji (na całym
świecie z ok. 60 tys. ton w roku 1850 do ok. 28 min ton w roku 1900),
" wcześniej, po zastosowaniu koksu (Anglia 1735), masowo
produkowano tylko żeliwo,
 możliwość wytapiania w prymitywnych piecach (wystarczy
temperatura ok. 1160 °C !!!),
 szczególnie w epoce wiktoriańskiej (Anglia 1837-5-1901) - wszelkie
możliwe zastosowania !!!
 ozdoby, meble ogrodowe, trumny,
 mosty (pierwszy w 1779 - istnieje do dzisiaj), kolumny oraz sklepienia
architektoniczne, statki,
 cylindry silników parowych, łoża tokarek, różne części maszyn,
 do dzisiaj żeliwa są dużo tańsze od stali i staliw (stal odlewana) - dla
złożonych kształtów,
Właściwości żeliw
technologiczne
użytkowe
(głównie mechaniczne)
" zdolność do tłumienia drgań,
" dobra lejność
" niewrażliwość na działanie karbu
" mały skurcz w porównaniu do staliw,
(zewnętrznego),
" bardzo dobra skrawalność (małe opory
" bardzo dobre właściwości ślizgowe
oraz łamliwy wiór),
(grafit),
" wytrzymałość na ściskanie podobna jak
dla stali,
" mała wytrzymałość na rozciąganie,
" dobra odporność na ścieranie,
GRAFIT
" odporność na korozję lepsza niż stali
niestopowej
Proces grafityzacji
rozkład metastabilnego cementytu na wolny węgiel (grafit) oraz roztwór stały
Grafityzacja
z cieczy w stanie stałym
F
" grafityzacji (rozkładowi cementytu) sprzyjają:
pierwiastki destabilizujÄ…ce cementyt, tzn.
zwiększające jego energię swobodna F
1148oC 1154oC
(pierwiastki rozpuszczone w cementycie):
T
 krzem (jego wpływ traktowany jest jako poziom
odniesienia),
 aluminium (trzykrotnie większy wpływ ale rzadko
stosowane),
 nikiel, miedz
, fosfor (wielokrotnie słabiej niż Si),
 oraz węgiel (im więcej węgla w stopie tym mniej
trwały cementyt),
mała szybkość chłodzenia
Grafityzacja
Klasyfikacja żeliw
ŻELIWO
Białe Połowiczne Szare Stopowe:
nisko;
średnio;
wysoko...
Obróbka cieplna Zwykłe
(handlowe)
grafit płatkowy
ciÄ…gliwe ciÄ…gliwe
białe szare
Wysokojakościowe
modyfikowane wermikularne sferoidalne ADI lub AVCI
grafit wermikularny grafit:
grafit płatkowy grafit kulkowy kulkowy, wermikularny
gdzie:
Żeliwo
ADI  (Austempered Ductile Iron)
o osnowie
AVCI - (Austempered Vermicular Cast Iron)
bainitycznej
Struktura - właściwości żeliw
postać grafitu
osnowa
F F+P P
+
B
M
Grafit płatkowy i sferoidalny
F
grafit płatkowy
węgiel żarzenia
grafit sferoidalny
P
grafit wermikularny
B
Struktury żeliw
Główne grupy żeliw  wpływ dodatków
Mn (0,4s-1,4%) -jako domieszka lub celowy
dodatek,hamuje grafityzację w niższych
temperaturach (utrudnia rozkład perlitu, ułatwia
jego sferoidyzacjÄ™),
wiąże bardzo szkodliwą S w niegroz
ne MnS,
S <0,12%, zwykle 0,08-0,1% - domieszka szkodliwa
(hamuje grafityzację, zmniejsza lejność, duży
skurcz),
P (0,1+1,0%) -jako domieszka lub celowy dodatek
(dodatni wpływ na grafityzację),
-tworzy niskotopliwÄ… (ok. 953°C) eutektykÄ™ (a +
Fe3C + Fe3P) nazywanÄ… steadytem,
- poprawia lejność, podwyższa odporność na
ścieranie, siatka steadytu powoduje kruchość,
Eutektyka fosforowa - steadyt
Klasyfikacja żeliw szarych
Struktury żeliw szarych
żeliwo
modyfikowane
250 MPa
żeliwo
grafit wermikularny
niemodyfikowane
grafit płatkowy
wzrost zawartości węgla
F P
wzrost wytrzymałości
Modyfikacja żeliwa szarego
stosowana jest zwykle osnowa perlityczna - najwyższe Rm
główne cele modyfikacji żeliwa szarego:
" uzyskanie krótkich płatków grafitu o równomiernej wielkości i rozmieszczeniu,
" uniezależnienie kształtu, wielkości i sposobu rozmieszczenia grafitu od grubości ścianki
modyfikatorami (dostarczajÄ…cymi
podkładek ułatwiających
zarodkowanie grafitu) sÄ… stopy
nazywane  żelazokrzemem" (Si +
30% Fe oraz dodatki Ca, Al, Ni,
Ti), które po rozpuszczeniu w
ciekłym żeliwie tworzą związki
ułatwiające zarodkowanie grafitu,
grafit
niemodyfikowany modyfikowany
Oznaczenia i właściwości żeliw szarych
Odkształcanie stali i żeliwa
Klasyfikacja żeliw sferoidalnych
Żeliwo sferoidalne
(nazywane również podwójnie modyfikowanym)
otrzymywane przez podwójne
modyfikowanie żeliwa szarego
w stanie ciekłym
modyfikowanie żelazokrzemem (z dodatkami Ca, Al,
Sr, Ba) w celu ułatwienia zarodkowania grafitu
(podkładki) - grafit drobny oraz równomiernie
rozmieszczony,
modyfikowanie magnezem oraz/lub
cerem w celu uzyskania sferoidalnego
kształtu grafitu
(podwyższanie energii granicy
międzyfazowej), - modyfikatory to
stopy nazywane  zaprawami" (Si z Mg,
Cu z Mg i Cr, Ni z Mg i Cr)
Zawartość C i Si w żeliwach sferoidalnych
" kÄ…piel metalowa przed modyfikowaniem wymaga specjalnego odsiarczania
(<0,03%S) w celu zapobiegnięcia powstawania siarczków pierwiastków
modyfikujÄ…cych (Mg, Cr),
" niska temperatura topnienia i wrzenia Mg (650°C oraz 1107°C) oraz duże
powinowactwo do tlenu wymagajÄ… specjalnych metod wprowadzania
modyfikatorów do kąpieli metalowej - najefektywniejsze metody polegają na
podawaniu modyfikatorów w strugę metalu wlewanego do formy,
Obróbka cieplna żeliw sferoidalnych
hartowane z przemianÄ… izotermicznÄ… -
żeliwo sferoidalne ADI
ulepszanie cieplne
(Austempered Ductile Iron)
Rm = 700-900 MPa
Rm = 800-1400 MPa, A = 8-1%
" duża odporność na zużycie i zmęczenie,
" ekonomiczne o bardzo dobrej kombinacji
wytrzymałości oraz ciągliwości,
" konkurencyjne do stali w wielu
wyszukanych zastosowaniach (np. koła
zębate, wały korbowe)
Zastosowania żeliwa ADI
Oznaczenia i właściwości żeliw sferoidalnych
Klasyfikacja żeliw ciągliwych
Żeliwo ciągliwe
żeliwo
układ Fe-Fe3C
białe
otrzymywane przez długotrwałą grafityzację
(wyżarzanie) żeliwa białego w stanie stałym
atmosfera
obojętna
utleniajÄ…ca
żeliwo
układ Fe-C
ciÄ…gliwe
białe czarne
Otrzymywanie żeliwa ciągliwego białego
rozpad cementytu
dyfuzja węgla
Otrzymywanie żeliwa ciągliwego czarnego perlitycznego
rozpad cementytu
Otrzymywanie żeliwa ciągliwego czarnego
dalszy
rozpad
rozpad
cementytu
cementytu
Oznaczenia i właściwości żeliw ciągliwych
Zastosowania żeliwa ciągliwego
Porównanie właściwości wytrzymałościowych żeliw i stali