ŻELIWA NIESTOPOWE
Publikacja współfinansowana
ze środków Unii Europejskiej
w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Żeliwo  stop żelaza z węglem, zawierający 2,5 4,5% C i inne
pierwiastki (Si, Mn, P, S), przeznaczony do wykonywania części maszyn,
urządzeń przemysłowych i wyrobów codziennego użytku na drodze
odlewania.
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
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.
2
Wykres układu równowagi fazowej Fe-C
układ żelazo-cementyt (linia ciągła), układ żelazo-grafit (linia przerywana)
% masy C
3
Zmiana energii swobodnej ciekłego stopu (FL) i mieszaniny
austenit + cementyt (FA+C) oraz mieszaniny austenit + grafit (FA+G)
ze zmianÄ… temperatury
4
Wykres Maurera wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna powstać
w odlewie żeliwnym o grubości 50 mm w zależności od zawartości
węgla i krzemu
5
Wykres Greinera-Kingenstein'a wskazujÄ…cy rodzaj struktury, jaka powinna
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
biaÅ‚ym znacznej iloÅ›ci cementytu (700÷800 HB). WytrzymaÅ‚ość na
rozciÄ…ganie niewielka, natomiast znaczna (4÷6 razy wiÄ™ksza) wytrzymaÅ‚ość
na ściskanie.
Stosowane są na okładziny sprzęgieł, walce drogowe, kule do młynów,
ślimaki mieszalników, przenośniki materiałów sypkich.
7
STRUKTURA ŻELIW Z GRAFITEM
OSNOWA
FAZY
METALICZNA
GRAFIT
ZAWIERAJ
CE
FOSFOR I SIARK

EUTEKTYKA FOSFOROWA
SIARCZKI
(Feað+Fe3P+Fe3C) (Feað+Fe3P+C) MnS, FeS
8
Rodzaje osnowy metalicznej i wydzieleń grafitu w żeliwach z grafitem
9
Podział i znakowanie żeliw szarych
" żeliwa szare zwykłe i żeliwa modyfikowane (PN-EN 1561:2000):
EN-GJL-100 (100  Rm [N/mm2])
EN-GJL-350 (żeliwo modyfikowane)
" żeliwa sferoidalne (PN-EN 1563:2000)
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
10
Żeliwa szare krzepnące bez regulowania procesu krystalizacji
zawierają duże płatki grafitu, których obecność wpływa ujemnie na
właściwości mechaniczne (Rm<250 N/mm2). 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
(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
dwa czynniki są powodem wyższej wytrzymałości żeliw modyfikowanych
(Rm>300 N/mm2).
11
Żeliwa sferoidalne (z grafitem sferoidalnym): proces technologiczny
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
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
szarych, ale mniejsza zdolność tłumienia drgań.
12
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
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).
Występują one w takich elementach jak: walce hutnicze, bębny młynków,
które wymagają dużej odporności.
13
Żeliwa ciągliwe  otrzymywane z żeliwa białego w wyniku wyżarzania
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
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
ciÄ…gliwego czarnego:
a- żeliwo ferrytyczne, b- żeliwo perlityczne
16
Właściwości mechaniczne żeliw z grafitem w zależności od osnowy
metalicznej i postaci grafitu
[N/mm2]
Z grafitem
płatkowym
17
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
Białe
Odlewy odporne na ścieranie, nie wymagające większej
obróbki skrawaniem: wykładziny i ślimaki mieszalników i
przenośników materiałów sypkich,kule młynów kulowych,
klocki hamulcowe
Szare z grafitem
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
CiÄ…gliwe Osnowa
Odlewy nie wymagające większej wytrzymałości, a przy
ferrytyczna
tym tanie: części maszyn rolniczych,maszyn do szycia,
artykułów gospodarstwa domowego
Osnowa
Odlewy silniej obciążone: wałki rozrządu, wały korbowe,
perlityczna
krzywki, koła zębate, klucze maszynowe, podstawy dział
19