Żeliwa z grafitem (żeliwa szare)
Grafit i jego wpływ na właściwości żeliw – porównanie wpływu kształtu wydzieleń grafitu
- grafit jest odmianą alotropową węgla, która krystalizuje warstwowo w sieci typu heksagonalnego
- własności mechaniczne są bardzo małe i z tego względu jego wydzielenia w żeliwie można traktować jako nieciągłości osnowy metalowej, w której są rozmieszczone. Mimo że osnowa ta wykazuje podobne mikrostruktury jak stale, to własności mechaniczne żeliw są z reguły mniejsze. Zależą one w dużej mierze od postaci w jakiej występuje grafit oraz od sposobu rozmieszczenia jego wydzieleń.
- płatki: zmniejszają efektywny przekrój i zwiększają średnią wartość naprężeń rzeczywistych i to tym silniej, im płatki są cieńsze i dłuższe; wokół płatków grafitu następuje spiętrzenie naprężeń; żeliwo szare z grafitem płatkowym wykazuje niewielką wytrzymałość na rozciąganie Rm i bardzo małą plastyczność (0,5%); podobnie zmieniają się te własności, przy których występują naprężenia rozciągające; w wypadku naprężeń ściskających wpływ grafitu i postaci jego wydzieleń jest niedostrzegalny; wytrzymałość na rozciąganie: korzystniejszy jest grafit płatkowy w postaci krótkich, grubych wydzieleń
- kłaczki: jeszcze korzystniejszy z punktu widzenia wytrzymałości na rozciąganie – jego wydzielenia są bardziej zwarte, a przez to bardziej oddalone od siebie
- kulki: najkorzystniejsze; taka postać grafitu mało zmniejsza przekrój osnowy metalowej, a w dodatku prawie zanika działanie karbu
- im mniej jest wydzieleń grafitu, im są one mniejsze i bardziej oddalone od siebie, tym większa jest wytrzymałość żeliwa szarego
Modyfikowanie żeliw z grafitem - cel stosowania oraz grupy i działanie modyfikatorów (ogólnie)
- żeliwa gatunków Z1250, Z1300, Z1350 i Z1400 zawdzięczają większą wytrzymałość na rozciąganie modyfikowaniu, w wyniku którego grafit występuje w postaci drobnych płatków, równomiernie rozłożonych w perlitycznej osnowie metalowej
- modyfikatory wprowadza się do żeliwa ciekłego na rynnę spustową lub do kadzi, tak by się możliwie szybko rozpuściły
- działanie: - mogą one tworzyć związki spełniające rolę niejednorodnych zarodków, na których krystalizuje grafit
- ich atomy mogą gromadzić się na powierzchni międzyfazowej i hamować rośnięcie grafitu
- modyfikowanie wpływa korzystnie na wytrzymałość żeliw, gdyż płatki grafitu są niedługie, dość grube, a ich końce są tępe; modyfikatory tworzą bowiem nie tylko zarodki, ale w pewnym stopniu hamują także wzrost płatków grafitu
- najczęściej stosowany w kraju modyfikator: krzem w postaci żelazokrzemu zawierającego ok. 75% Si, który dodaje się w postaci rozdrobnionej, często łącznie z aluminium; lepsze: stopy krzemu i wapnia zawierającego do 25% Ca (droższe i trudne do magazynowania)
Steadyt (eutektyka fosforowa) – budowa, wpływ na własności
- fosfor zawarty w żeliwach rozpuszcza się częściowo w trwałym w danych warunkach roztworze stałym, tj. w austenicie lub ferrycie, ale większa jego część zawarta jest w potrójnej eutektyce fosforowej [Feα(C)+Fe3C+Fe3P] zwanej steadytem
- eutektyka ta ma stosunkowo niską temperaturę krzepnięcia (953st.C.) -> dzięki temu żeliwa o większej zawartości fosforu (>0,5%) są rzadkopłynne i dobrze wypełniają skomplikowane formy
- wykazuje charakterystyczne, wklęsłe granice w kształcie łuków
- gdy zawartość fosforu jest mała, wtedy występuje w postaci izolowanych wtrąceń, ale gdy zawartości fosforu są większe niż 0,7%, tworzą dobrze ukształtowaną siatkę
- ze względu na twardość fosforku żelaza i cementytu, eutektyka jest twarda (700-800HB) i krucha
Wpływ osnowy ferrytycznej na własności żeliw z grafitem (przy tej samej postaci grafitu)
- twardość: 115-150HB, wydłużenie 0,5%
Wpływ osnowy perlitycznej na własności żeliw z grafitem (przy tej samej postaci grafitu)
- najlepsze własności mechaniczne, największa wytrzymałość
- twardość: 220-240HB, wydłużenie 0,2%
Wpływ zawartości węgla i krzemu na grafityzację i osnowę metaliczną żeliw z grafitem
- ze wzrostem zawartości węgla polepsza się lejność żeliw, tj. zdolność do wypełniania form i maleje skurcz; jednocześnie zwiększa się skłonność do wydzielania się węgla w postaci grafitu – ma to wyraźny wpływ na własności mechaniczne, ale polepsza się skrawalność, zwiększają własności ślizgowe i zdolność do tłumienia drgań; ma właściwości grafityzujące silniejsze niż krzem
- krzem ma bardzo duży wpływ na grafityzację i sprzyja występowaniu węgla w postaci wolnej – grafitu; rozszerza on zakres temperatur, w którym grafit może się wydzielać bezpośrednio z cieczy; wzrost zawartości krzemu w żeliwie powoduje zmniejszenie się ilości węgla związanego, a przez to zmianę struktury osnowy metalowej (rys. 198 str. 272, Haimann)
Wpływ grubości ścianki odlewu (tzn. szybkości chłodzenia) na strukturę żeliw z grafitem
- zależnie od szybkości chłodzenia grafit może być bardzo drobny – punktowy, może tworzyć charakterystyczne gwiazdkowe skojarzenia płatków lub być rozmieszczony międzydendrytycznie
- w miarę wzrostu grubości ścianek i zmniejszania się szybkości chłodzenia grafit będzie płatkowy, coraz dłuższy i grubszy, a w osnowie metalowej będzie wzrastać udział ferrytu (rys. 201 str. 275, Haimann)
Porównanie własności żeliw z grafitem (płatkowym lub sferoidalnym) z własnościami stali i staliwa
- żeliwa sferoidalne: Rm=350-900 MPa, Re=220-600MPa, twardość 150-360HB
- staliwa konstrukcyjne: Rm=450-1300 MPa, Re=200-340MPa, twardość 120-600HB
- staliwa stopowe: Rm=400-650 MPa, twardość 150-350HB