Wiadomości wstępne.
Żeliwo jest stopem żelaza z węglem o zawartości na ogół >2%C, przeznaczonym na odlewy. Otrzymuje się je przez przetopienie surówki odlewniczej z dodatkiem złomu żeliwnego i stalowego w żeliwiaku, piecu płomiennym albo elektrycznym łukowym lub indukcyjnym. W przemyśle krajowym wytwarza się z żeliwa ponad 85% odlewów.
Klasyfikacja żeliwa jako podstawę przyjmuje strukturę stopu : w szczególności postać występowania węgla oraz kształt wydzielin grafitu. Natomiast skład chemiczny ma znaczenie tylko w przypadku żeliw o specjalnych własnościach. Ogólna klasyfikacja żeliwa jest następująca:
żeliwa białe,
żeliwo szare,
a) żeliwo zwykłe,
żeliwo modyfikowane,
żeliwo sferoidalne,
żeliwo ciągliwe,
żeliwo stopowe.
Spośród własności technologicznych żeliwa decydujących o jego przeznaczeniu, trzeba wymienić dobrą lejność, dzięki niskiej temperaturze topnienia i dobrej rzadko płynności. Skurcz odlewniczy żeliwa białego jest taki sam jak staliwa (1,6÷2,1%), natomiast skurcz żeliwa szarego jest bardzo mały (0,6÷1,1%).
Skrawalność żeliwa jest różna: białe z powodu dużej twardości są trudno skrawalne, co ogranicza ich zastosowanie, szare dzięki wydzieleniom grafitu przykrywającym osnowę metaliczną są dobrze skrawalne. Mała plastyczność i wrażliwość na naprężenia cieplne sprawia ,że żeliwa są trudno spawalne. Ujemną cecha żeliwa jest kruchość spowodowana obecnością cementytu w żeliwie białym, lub grafitu w szarym. W związku z tym dla żeliwa najkorzystniejsze są naprężenia ściskające, następnie zginające, a najmniej korzystne- rozciągające.
Żeliwo szare dzięki obecności grafitu jest bardzo odporne na ścieranie przy dobrych właściwościach ślizgowych i małej rozszerzalności cieplnej. Bowiem sam grafit ma właściwości smarne, a ponadto wchłania smar i utrzymuje go na powierzchni trącej.
Stosunkowo niska wytrzymałość i duża kruchość żeliwa, a z drugiej strony niska cena materiału od lat inspirowała prace badawcze poświęcone możliwości poprawy jego właściwości mechanicznych. Prace te przyniosły efekty: wykorzystanie teorii krystalizacji doprowadziło do opracowania żeliwa modyfikowanego i sferoidalnego.
Żeliwem białym (przełom jasny) nazywa się stop, w którym całkowita ilość węgla jest związana w postaci cementytu, zgodnie z metastabilną równowagą układu Fe-Fe3C.
W praktyce przemysłowej nazywa się żeliwem białym odlew, który ma na całym przekroju jednakową strukturę. Żeliwo białe jest twarde (HB≅550), bardzo odporne na ścieranie i zachowuje te cechy do temperatur przekraczających 400°C, podczas gdy stale przy mniejszej odporności na ścieranie w tych temperaturach wykazują spadek twardości. Obróbka żeliwa białego wymaga narzędzi z węglików spiekanych. Ze względu na właściwości żeliwo białe ma ograniczone zastosowanie do odlewów odpornych na ścieranie nie wymagających większej obróbki skrawaniem, jak wykładziny i ślimaki mieszalników, kule młynów kulowych.
Żeliwo szare (przełom ciemny) nazywa się stop zawierający najwyżej 0,8%C związanego w postaci cementytu, a pozostałą ilość w postaci grafitu płatkowego. W żeliwie szarym cementyt może występować tylko w postaci perlitu. Struktura żeliwa szarego zależy głównie od stopnia grafityzacji. Aby zapewnić rozdrobnienie grafitu, stosuje się modyfikację żeliwa. Modyfikatorem jest Si wprowadzany w ilości ok.0,5% w postaci stopów Fe-Si albo Si-Ca. Konieczne jest uprzednie dobre odsiarczenie żeliwa karbidem.
Żeliwem sferoidalnym nazywa się żeliwo szare zwykłe lub stopowe zawierające maksymalnie 0,8%C związanego w postaci cementytu, a pozostałą ilość w postaci grafitu kulkowego. Rodzaj osnowy metalicznej zależy więc od stopnia grafityzacji. Optymalne właściwości ma osnowa perlityczna.
Żeliwem ciągliwym nazywa się żeliwo uplastycznione zabiegiem obróbki cieplnej albo cieplno-chemicznej zawierające wolny węgiel w postaci tzw. węgla żarzenia. Struktura i właściwości żeliwa ciągliwego zależą od sposobu uplastycznienia.
Wyniki.
Do badań otrzymaliśmy trzy próbki żeliwa:
szarego,
sferoidalnego,
ciągliwego.
Próbki żeliwa były badane pod mikroskopem, natomiast próbki żeliwa sferoidalnego i szarego dodatkowo były trawione.
żeliwo sferoidalne (nietrawione)
żeliwo szare (nietrawione)
żeliwo ciągliwe (nietrawione)
żeliwo sferoidalne po trawieniu
e) żeliwo szare po trawieniu
Wnioski.
Jeszcze przed badaniem próbek na mikroskopie zauważyliśmy, że powierzchnie próbek są chropowate w porównaniu z powierzchnią próbek stali. Powierzchnie próbek stali były błyszczące, natomiast żeliwa matowe. W żeliwie szarym po wytrawieniu widać bardzo wyraźnie granicę ziaren, ujawnia się także grafit płatkowy. Na granicy ziaren występuje eutektyka fosforowa, oraz płytki perlitu. Po wytrawieniu próbek żeliwa sferoidalnego można zauważyć oprócz grafitu kulkowego także perlit.
Sprawozdanie z laboratorium
z metaloznawstwa
temat: „ŻELIWA”