Odlewnicze stopy żelaza
Staliwa niestopowe
i staliwa stopowe
Żeliwa
Staliwo jest stopem żelaza z
węglem do około 1,5% i
ewentualnie z dodatkami
stopowymi przeznaczonym na
odlewy
Staliwa niestopowe
" Ważnym materiałem konstrukcyjnym,
stosowanym w postaci odlewów jest
staliwo niestopowe.
" Otrzymuje się je w wyniku odlewania do
form, w których krzepnie uzyskując
wymagany kształt użytkowy.
Klasyfikacja staliw niestopowych
" Staliwa niestopowe (węglowe) dzieli się na
dwie grupy podlegające odpowiednio
odbiorowi:
1.Na podstawie własności mechanicznych
(granica plastyczności Re, granica
wytrzymałości na rozciąganie Rm, udarność
KU, przewężenie Z, wydłużenie A),
2.Na podstawie własności mechanicznych
oraz składu chemicznego
Oznaczanie staliw
niestopowych
" Znak staliwa składa się z dwóch liczb
określających wyrażone w MPa wartości
minimalnej granicy plastyczności Re oraz
minimalnej wytrzymałości na rozciąganie
Rm (np. 200-400), po których w przypadku
staliw niestopowych podlegających
odbiorowi także na podstawie składu
chemicznego, umieszczona jest litera W
(np. 270-480W).
Skład chemiczny i własności mechaniczne
staliw niestopowych konstrukcyjnych
Maksymalne
stężenie głównych Minimalne własności mechaniczne
2)
Znak
pierwiastków , %
staliwa
A, Z, KV,
Re, Rm,
C Mn Si
MPa MPa
% % J
200-400W
1 200 400 25 40 45
230-450W 1,2 230 450 22 31 45
0,25 0,6
270-480W 1,2 270 480 18 25 22
340-550W 1,5 340 550 15 21 20
2) Pd"0,035, Ni d"0,4, Cr d"0,35, Cu d"0,4, Mo d"0,15, V d"0,05, Ni+Cr+Cu+Mo+V d"1
Oznaczanie staliw
niestopowych c.d.
" Staliwa niestopowe konstrukcyjne są także
stosowane na odlewy do pracy pod
ciśnieniem. Staliwa te poddaje się
wyżarzaniu normalizującemu (+N) lub
ulepszaniu cieplnemu (+QT). Oznaczenia
tych staliw zaczynają się od litery G, po
czym są identyczne z oznaczeniami
odpowiadających im stali.
Skład chemiczny i własności mechaniczne
staliw niestopowych do pracy pod
ciśnieniem
Maksymalne
stężenie głównych Minimalne własności mechaniczne
Znak staliwa
pierwiastków , %
A, KV,
Re, Rm,
C Mn Si
MPa MPa
% J
GP240GR+N 0,25 1,2 240 420 22 27
GP240GH+QT 0,23 1,2 240 420 22 40
0,6
GP280GH+QT 0,25 1,2 280 480 22 35
G17Mn5+N 0,2 1,6 240 450 24 27
1) Pd"0,03, S d"0,02, Ni d"0,4, Cr d"0,3, Cu d"0,3, Mo d"0,12, V d"0,03, Ni+Cr+Cu+Mo+V d"1
Struktura i własności staliw
niestopowych
" Własności staliw zależą głównie od stężenia
węgla.
" Staliwa szczególnie nisko- i średniowęglowe
cechują się dobrą spawalnością.
" Składnikami strukturalnymi występującymi
w staliwie niestopowym jest ferryt i perlit.
Wpływ stężenia węgla na
własności mechaniczne staliw
niestopowych
700 70
Rm
600 60
Z
500 50
400 Re 40
240
300 30
A
160
200 20
KU
100 10 80
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
,
ST
ŻENIE W
GLA [%]
Z,A [%]
Re, Rm [MPa]
KU [J]
Staliwa stopowe
" Staliwa stopowe to takie, do których celowo wprowadza
się pierwiastki stopowe, aby nadać im wymagane
własności. Przeważnie stosowane są staliwa, które
zawierają kilka składników stopowych, w tym głównie Ni,
Cr, Si, Mn, często dodatki Mo, V, W, Ti, Nb, Co i B.
" Gdy łącznie stężenie dodatków nie przekracza 2,5%
staliwo uważane jest za niskostopowe, gdy jest zawarte
w przedziale 2,5-5% - za średniostopowe, a przy
stężeniu większym od 5% za wysokostopowe.
" Oznaczenie staliw stopowych rozpoczyna się od litery G
lub L, a następujący po nich znak jest zgodny z
systemem oznaczania odpowiedniej grupy stali.
Klasyfikacja staliw stopowych
" Staliwa stopowe dzieli się na:
1. Konstrukcyjne i maszynowe
" staliwa ogólnego przeznaczenia,
" staliwa do pracy pod ciśnieniem
pokojowej i podwyższonej temperaturze,
" staliwa do pracy pod ciśnieniem w niskiej
temperaturze,
" staliwa odporne na ścieranie
2. Staliwa stopowe narzędziowe,
3. Staliwa stopowe żaroodporne i żarowytrzymałe,
4. Staliwa stopowe odporne na korozję.
Staliwa stopowe konstrukcyjne
i maszynowe
" Staliwa te stosowane są na silnie obciążone odlewy i
cechują się wysoką wytrzymałością na rozciąganie, przy
dużej granicy plastyczności
i dużej ciągliwości.
" Skład chemiczny staliwa powinien być dobrany tak, aby
przy danej grubości ścianki odlewu umożliwiał
zahartowanie odlewu na wskroś oraz uzyskanie
jednolitych i dobrych własności mechanicznych na całym
przekroju odlewu po ulepszaniu cieplnym.
" Dodatki stopowe w tych staliwach przede wszystkim
podnoszą ich hartowność.
Staliwa stopowe żaroodporne
i żarowytrzymałe
" Głównym składnikiem żaroodpornych staliw stopowych jest
chrom, zapewniający dużą żaroodporność.
" Staliwa żaroodporne i żarowytrzymałe dzielimy na:
Wysokochromowe  stosowane na odlewy mało obciążone,
pracujące w temperaturze utleniającej do 750-1150�C
Chromowo-niklowe
- ferrytyczno-austenityczne  stosowane na odlewy pracujące w
atmosferze utleniającej do 1100�C, odporne na działanie kąpieli
solnych,
- austenityczne  stosowane na odlewy pracujące pod
znacznym obciążeniem w atmosferze utleniającej do 900-
1150�C, staliwa wysokoniklowe są mało odporne na działanie
gazów ze związkami siarki!
Orientacyjny skład chemiczny
i maksymalna temperatura pracy staliw
żaroodpornych wysokochromowych
Średnie stężenie pierwiastków *, %
Maksymalna
Znak staliwa temperatura
pracy, �C
C Si Mn Cr
GX30CrSi7 0,28 0,75 7 750
GX40CrSi24 0,4 1,8 d"1 24,5 1050
GX160CrSi18 1,6 d"1 18 900
Orientacyjny skład chemiczny i własności
żaroodpornych staliw chromowo-niklowych
Stężenie pierwiastków*, % Minimalne własności
Maksymalna
temperatura
Znak staliwa
pracy, �C
Re, Rm,
C Si Cr Ni Nb A, %
MPa MPa
GX40CrNi27-4
0,4 1,8 26,5 4,5 - 250 550 3 1100
GX40CrNiSi22-10
0,4 1,8 22 10 - 230 450 8 950
GX40NiCrSi38-19
0,4 1,8 19,5 37,5 - 220 420 6 1020
Staliwa stopowe odporne na
korozję
" Podstawowym dodatkiem stopowym jest chrom e"
12%, a ponadto nikiel, molibden i miedz
.
" Staliwa stopowe odporne na korozję dzielimy na:
Martenzytyczne  stosowane na odlewy odporne na
korozję atmosferyczną, w parze wodnej i w wodzie
morskiej, w przemyśle chemicznym, na wały turbin
wodnych i parowych, śruby okrętowe, armatura wodna
Austenityczne - stosowane na odlewy odporne na
działanie kwasów organicznych, wody morskiej,
pompy, zbiorniki, rurociągi, odlewy do pracy pod
ciśnieniem, elementów kotłów parowych i innych
urządzeń, zaworów o żarowytrzymałości do ok.550�C,
niektóre staliwa można stosować do -196 �C.
Staliwa stopowe odporne na
korozję c.d.
Austenityczno-ferrytyczne - stosowane na
odlewy o większej wytrzymałości w
porównaniu ze staliwami austenitycznymi
(szczególnie odporne na korozję
naprężeniową),
odlewy do pracy pod ciśnieniem,
elementy kotłów parowych i innych urządzeń,
zaworów o dużej wytrzymałości,
odlewy na zbiorniki ciśnieniowe do ok.250�C,
niektóre staliwa można stosować do - 70 �C.
Orientacyjny skład chemiczny i własności
staliw stopowych odpornych na korozję
Temperatura
Stężenie pierwiastków, % Minimalne własności
�C
Znak
staliwa
odpus
Re, Rm, A, KV,
hartowa
zczani
C Cr Ni Mo Inne
nia
MPa MPa % J
a
d"0, 950- 650-
GX12Cr12
12,5 d"1 d"0,5 - 450 620 15 20
5 1050 750
GX4CrNi13- 1000- 590-
d"0,06 12,8 4,3 d"0,7 N d"0,2 550 760 15 50
4
1050 620
Orientacyjny skład chemiczny i własności
austenitycznych i austenityczno-ferrytycznych
staliw stopowych odpornych na korozję
Tempe
Stężenie pierwiastków, % Minimalne własności
ratura
Znak
przesy
staliwa
Re, Rm, A, Z,
cania,
C Cr Ni Mo Cu Inne
�C
MPa MPa % %
Staliwa austenityczne
GX2CrNiMo 1080-
N d"0,2
d"0,03 19 10,5 2,25 - 195 440 30 80
19-11-2
1150
Staliwa w pełni austenityczne
GX2CrNiMo
1080-
28-20-2
20,5 N d"0,2
d"0,03 28 2,25 d"2 165 430 30 60
1180
Staliwa austenityczno-ferrytyczne
GX6CrNiN
1040-
26-7 N: 0,15
d"0,08 26 6,5 - - 420 590 20 30
1140
Odlewnicze stopy żelaza
Żeliwa niestopowe,
Żeliwa stopowe
Żeliwa niestopowe
" Żeliwo należy do materiałów odlewniczych
najpowszechniej stosowanych w budowie
maszyn. Decydują o tym niski koszt
produktów, niska temperatura topnienia,
dobre własności wytrzymałościowe oraz
dobra skrawalność.
" Żeliwo zawiera ok. 2-4% węgla.
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 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,
" połowiczne (pstre)  węgiel w postaci cementytu
i grafitu.
Typowe struktury żeliw
perlit
[C] cementyt [Fe3C]
perlit [P]
II
I
IIa
P+C
grafit [G]
P+C+G P+G
ferryt [F]
grafit sferoidalny węgiel żarzenia
IV V
IIb III
perlit ferryt
P+F+
grafit F+G F+Cżarz
P+G
G
.
I- białe, IIa- połowiczne, II- szare perlityczne, IIb- szare ferrytyczno-perlityczne,
III- szare ferrytyczne, IV- sferoidalne, V- ciągliwe
Wzorce kształtu grafitu
wg PN-EN ISO 945:1999
Oznaczanie żeliw
" Żeliw zgodnie z PN-EN 1560:2001, są oznaczane na
podstawie:
1. symboli  znak składa się liter EN-GJ, litery
określającej postać grafitu lub cementytu i jeśli to
konieczne następnej litery identyfikującej mikro lub
makrostrukturę. Następne części znaku (oddzielone od
siebie kreskami) klasyfikują żeliwo wg własności lub
składu chemicznego,
2. lub numerów  oznaczenie to zaczyna się od liter EN-
J, następnie jest litera określająca strukturę (zwłaszcza
postać grafitu) i czterocyfrowy numer, np. EN-JS1131
" Wg norm krajowych oznaczenia żeliw zaczynają się
od litery Z.
Podział i znakowanie żeliw szarych
" żeliwa szare zwykłe i żeliwa modyfikowane
EN-GJL-100(100  Rm [N/mm2])
EN-GJL-350 (żeliwo modyfikowane)
" żeliwa sferoidalne
EN-GJS-350-22 (350 - Rm [N/mm2], 22  A [%])
EN-GJS-450-10
EN-GJS-500-7
EN-GJS-600-3
EN-GJS-700-2
EN-GJS-800-2
EN-GJS-900-2
Wpływ chłodzenia na strukturę
Wykres Maurera wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna powstać w
odlewie żeliwnym o grubości 50 mm w zależności od zawartości węgla i
krzemu
Wpływ chłodzenia na strukturę
Wykres Greinera-Kingenstein'a wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna
powstać w odlewie żeliwnym w zależności od grubości ścianki odlewu oraz
sumarycznej zawartości węgla i krzemu
Klasyfikacja żeliwa szarego
" Szare zwykłe
" Modyfikowane za pomocą 0,1-0,5% Fe-
Si,Ca-Si,Al
" Sferoidalne, modyfikowane za pomocą Mg
lub Ce
Warunki wytwarzania i struktura
żeliw ciągliwych
Warunki wytwarzania i struktura
żeliw ciągliwych
Fe3C3Fe+C
I stopień graf.
II stopień graf.
czas
temperatura
Wpływ grafitu na własności
żeliw
" Grafit powoduje zmniejszenie własności
wytrzymałościowych żeliwa i zmianę niektórych
innych własności, a szczególnie:
1. Działa jako karb wewnętrzny, stanowiąc
nieciągłości w metalu, zmniejsza skurcz
odlewniczy,
2. Polepsza skrawalność,
3. Zwiększa własności ślizgowe,
4. Sprzyja tłumieniu drgań,
5. Powoduje zmniejszenie wytrzymałości
zmęczeniowej.
Wpływ domieszek na proces
grafityzacji
" Grafityzację
1. Ułatwiają  krzem i fosfor,
2. Utrudniają  mangan i siarka.
Wpływ szybkości chłodzenia na
strukturę i własności żeliw
" Wraz ze zwiększeniem grubości ścianek
odlewu zwiększa się ilość i grubość
płatków wydzielonego grafitu, co powoduje
zmniejszenie własności
wytrzymałościowych.
" Zapobiega się temu zjawisku poprzez
zmniejszenie stężenia węgla i krzemu oraz
innych pierwiastków grafityzujących
w żeliwie
Porównanie własności żeliw niestopowych
Główne Rm, Re, Rc, Rg.
Grupa żeliw Struktura A, % HB Cechy eksploatacyjne
składniki MPa MPa MPa MPa
Nisko- 2,75% C
250- 450- 500-
Znaczna kruchość, twardość,
- 0 -
Ledeburyt
węglowe 300 550 700
1% Si
i odporność na ścieranie, zła
przemie-
Białe
obrabialność, używane do
Wysoko- 3,25% C
300- 450- 450-
niony
- 0 -
produkcji żeliwa ciągliwego.
węglowe 450 600 500
0,25% Si
Grafit
płatkowy w 125- 85- 100-
Niewielka wytrzymałość
Ferrytyczne 0,5-1
osnowie 200 140 150
i plastyczność, dobra lejność
ferrytycznej
3,25% C
Szare 600- 350- i obrabialność, duża zdolność
zwykłe 800 450 do tłumienia drgań, niski koszt
2% Si
Grafit
wytwarzania, powszechne
płatkowy w 150- 100- 180-
Perlityczne 0,5
zastosowanie
osnowie 250 200 240
perlitycznej
Mała wrażliwość struktury na
Drobne płatki
Szare grubość ścianki odlewu, gorsza
2,75% C
grafitu w 300- 200- 210- 750- 450-
modyfiko Perlityczne 0,5 lejność i obabialnośc oraz
osnowie 400 275 320 1000 650
2,25% Si
wane wyższy koszt wytwarzania niż
perlitycznej
żeliwa szarego zwykłego
Grafit kulisty
400- 200- 130- 750- 900-
Ferrytyczne w osnowie 10-25
450 300 170 900 950
Dobre własności mechaniczne
ferrytycznej
3,5% C
Sferoidal
i plastyczne, ,dobra lejność,
ne
2% Si
Grafit kulisty
liczne zastosowania
600- 300- 240- 1000- 900-
Perlityczne w osnowie 3
750 400 290 1250 1000
perlitycznej
Powierzchnio 350- 280- 120-
Białe 5-10 - --
wo odwęglona 450 320 220
Dobra wytrzymałość plastyczność
2,5% C
Ciągliwe Węgile i odporność na obciążenia
0,8% Si
żarzenia w 300- 260- 110- dynamiczne, liczne zastosowania
Czarne 10-20 - -
osnowie 400 300 190
ferrytu
Żeliwa stopowe
" Do żeliw stopowych są wprowadzane dodatki stopowe,
występujące oprócz domieszek.
" Pierwiastki te są dodawane w celu polepszenia
własności użytkowych żeliwa, a w szczególności:
1. Zwiększenia własności mechanicznych,
2. Zwiększenia odporności na ścieranie,
3. Polepszenia odporności na działanie korozji
elektrochemicznej,
4. Polepszenia odporności na działanie korozji gazowej
w podwyższonej temperaturze,
5. Polepszenia własności fizycznych np. magnetycznych
lub elektrycznych.
Oznaczanie żeliw stopowych
" Zgodnie z PN-88/H-83144 znak żeliwa
stopowego szarego lub połowicznego
rozpoczyna się literami - Zl, białego  Zb,
sferoidalnego  Zs, po czym podane są
symbole pierwiastków stopowych i liczby
określające średnie stężenie pierwiastka
w żeliwie.
Żeliwa stopowe o podwyższonej
odporności na ścieranie
" Głównymi pierwiastkami stopowymi
znajdującymi się w stopach o podwyższonej
odporności na ścieranie są:
1. Dla żeliw niskostopowych: Ni, Cr, Cu, Mo, V,
Ti, W (łącznie < 3%),
2. Dla żeliw średniostopowych: Ni, Cr, Al., Si
(A
ącznie 3-20%),
3. Dla żeliw wysokostopowych Ni, Cr, Al, Si, Mn
( łącznie >20%)
Żeliwa stopowe o podwyższonej
odporności na ścieranie
" Żeliwa niskostopowe stosowane są na elementy
maszyn o dobrej odporności na ścieranie, na działanie
podwyższonej temperatury, a także spalin i wód
naturalnych, np. elementy silników, pomp, sprężarek,
koła zębate.
" Żeliwa średnio i wysokostopowe stosuje się na
elementy pracujące w cięższych warunkach, silnie
obciążone elementy maszyn, w przemyśle
energetycznym, transporcie pneumatycznym, części
pomp szlamowych, łopatki turbinowe, odlewy odporne
na ścieranie w warunkach obciążeń udarowych.
Żeliwa stopowe żaroodporne
i żarowytrzymałe
" Wyróżniamy następujące żeliwa stopowe
żaroodporne:
1. Chromowe  (0,6-3%) odlewy pracujące w
temperaturze do ok. 550-650�C, np. elementy
konstrukcyjne pieców, palenisk, aparatury chemicznej,
niektóre elementy silników,
2. Krzemowe  (4,5-6%) odlewy pracujące w temp. do
ok. 700�C, np. retorty, ruszty,
3. Aluminiowe  (3-8%) odlewy pracujące w atmosferze
utleniającej w temperaturze do ok. 750-800 �C, np.
elementy kotłów, tygle do topienia stopów metali
lekkich, elementy aparatury chemicznej,
Żeliwa stopowe żaroodporne
i żarowytrzymałe c.d.
4. Wysokochromowe - (25-34%) odlewy pracujące w
atmosferze utleniającej w temperaturze do ok. 1100
�C, żeliwa odporne na ścieranie oraz działanie
niektórych czynników korozyjnych,
5. Wysokoniklowe  (18-22%) odlewy odporne na
utlenianie i obciążenia mechaniczne w temp. do ok.
800 �C, np. elementy aparatury chemicznej, pomp,
elementy pieców oraz żeliwo odporne na działanie
niektórych czynników korozyjnych.
" Żarowytrzymałość ulega znacznemu zwiększeniu
prze dodatek Mo.
Żeliwa stopowe odporne na
korozję
" Zwiększenie odporności na korozję w szczególności
powodują Si, Cr i Ni,
" Wyróżniamy następujące żeliwa stopowe odporne na
korozję:
1. Krzemowe (14-16%)  odlewy o wysokiej odporności
na korozję w stężonych i rozcieńczonych kwasach
oraz roztworach soli, mało obciążone mechanicznie
np. elementy pomp i armatury chemicznej,
2. Niklowo  miedziowe (13,5-17,5 % Ni, 5,5-7,5%Cu) 
odlewy odporne na działanie kwasu siarkowego,
kwasów organicznych, zasad ( z wyjątkiem amoniaku),
roztworów soli i gazów utleniających w temp. do ok.
700 �C, w przemyśle chemicznym, maszynowym,
naftowym i okrętowym,
Żeliwa stopowe odporne na korozję
c.d.
3. Wysokoniklowe sferoidalne  (18-32%) 
odlewy odporne na działanie zasad,
rozcieńczonych kwasów, roztworów soli i
gazów utleniających w temp. ok. 800 �C, np.
pompy, zawory, obudowy turbo-zespołów,
kolektory spalin,
4. Wysokoniklowe  szare (18-22%) - odlewy
odporne na działanie większości kwasów,
zasad i soli oraz na utlenianie w temp. do ok.
800 �C, w przemyśle chemicznym,
papierniczym, maszynowym, hutniczym
i spożywczym,
Żeliwa stopowe odporne na korozję
c.d.
5. Wysokochromowe  (25-34%) 
odlewy elementów odpornych na
działanie roztworów kwasów, zasad i soli
oraz czynników utleniających w temp. do
ok. 1100 �C, w przemyśle chemicznym
i spożywczym.
Żeliwa stopowe do pracy w niskiej
temperaturze (w zakresie do - 200 �C)
" Do pracy w niskiej temp. stosowane są żeliwa
o strukturze austenitycznej, np.
EN-GJSA-XNiMn23-4, (EN-GJSA - żeliwa
sferoidalne)
" Orientacyjny skład chemiczny i własności
mechaniczne żeliw austenitycznych do pracy
w niskiej temperaturze:
Skład chemiczny: C (2,2 -3), Si (1,7-3),
Mn (0,7-4,4), Ni (18-24), Cr (d"4), Cu (d"3,4),
V (d"0,5)
Własności mechaniczne: Rm (380-500 MPa),
A (6-45%), HB (130-250), KCU (20-40 J/cm2)