NANOMATERIAŁY METALICZNE – WYKŁAD 6

Otrzymywanie żeliwa perlitycznego z bardzo drobnym perlitem i równomiernie rozłożony m grafitem.

Materiał wyjściowy – żeliwo białe lub pstre

Modyfikacja:

1. W temp. 1400 st.C do żeliwa wprowadzamy Fe-Si (75% Si) w postaci proszku (Si ma wyższą temp. Topn. Niż żelazo ; chodzi o to by nie przegrzewać żeliwa)

2. Ca-Si

3. Al.

Modyfikatory stanowią zarodki krystalizacji grafitu, równomiernie rozłożone w strukturze perlitycznej.

Zl 300 (R_m­ = 300 MPa); liczba to wytrzymałość mechaniczną w MPa)

Zl 350 (Bardzo duża twardość)

Zl 400 (HB >= 2000 MPa)

Zlx – żeliwo o małej wytrzymałości (rzędu Zl 250) U <= 1 kGm/cm (niska udarność)

Obróbka cieplna żeliwa – żeliwo czarne

Materiał wyjściowy – żeliwo białe (produkuje się ż. Ciągliwe czarne lub białe)

Fe₃C 3 Fe + C (węgiel żarzenia – grafit)

Uplastycznienie żeliwa uzyskuje się dzięki właściwościom podłoża (ferryt/perlit) i kulkowym wydzieleniem grafitu.

1. 2,2 – 2,8 % C 0,2 – 0,4% Mn 0,8 – 1,4 % Si

P_max = 0,2 % , S_max­ = 0,1 %

Otrzymywanie praktyczne ZcC

1. Wykonanie odlewów z żeliwa białego

2. Wyżarzanie odlewów

1. Stara metoda – odlew ładuje się do skrzyń, posypuje piaskiem, skrzynie oblepia gliną i ładuje do pieca

2. Nowa metoda – odlewy ładuje się do pieca z kontrolowaną atmosferą ( CO/CO₂ i H₂O/H₂ )

Proces grafityzacji rozpoczyna się od tworzenia zarodków grafitu, do których dyfunduje węgiel rozpuszczony w austenicie, narastając w miarę wydzielania się na zarodkach. Zubożały w węgiel austenit może rozpuścić nowe ilości Fe₃C.

Grafityzacja – rozpuszczanie się Fe₃C w austenicie – wydzielanie się grafitu na zarodkach

Właściwości:

1. Podłoże ferrytyczne – wytrzymałość zbliżona do ferrytu, nie puchnie ( brak Fe₃C )

2. Podłoże perlityczne – wytrzymałość zbliżona do perlitu

(zależność czasu wyżarzania od temperatury)

Sposoby otrzymywania żeliwa ciągliwego czarnego

ZcC – żeliwo ciągliwe czarne (o podłożu ferrytycznym)

ZcP – żeliwo ciągliwe perlityczne

(przykłady żeliw z wytrzymałościami)

Żeliwo ciągliwe czarne jak i perlityczne ma bardzo szerokie zastosowanie; ma wysokie cechy wytrzymałościowe , odporność na uderzenia, łatwą obrabialność skrawaniem, nie jest kruche oraz jest odporne na korozję. Tanie

Żeliwo ciągliwe białe – podczas wyżarzania zachodzi równocześnie grafityzacja i utlenianie (atmosfera utleniająca)

2,5 – 3,3% C 0,6 – 1,1% Mn

P_max = 0,15 % S_max­ = 0,1 %

1. Wykonanie odlewów z żeliwa białego

2. Wyżarzanie w temp. 1000-1050 st. C (poniżej dwie metody: stara i nowa)

3. Ładowane odlewów do skrzyń i zasypywanie rudą hematytową – SO₂ atakuje powierzchnię odlewów

4. W piecach gazowych ( CO/CO₂ H₂O/H₂ ,Ni)

Zastosowanie grafitu w postaci kulek – żeliwo sferoidalne (wysokojakościowe); wzrasta zdolność grafitu do adsorpcji energii (wibracje)

Materiał wyjściowy – żeliwo szare o zawartości S < 0,02 %

1. Przed modyfikacja przeprowadza się odsiarczanie za pomocą Mn (MnS spływa do żużla)

Modyfikacja:

1. Wprowadza się Mg (Ew. 20% Mg + Cu + Ni); Mg obniża napięcie powierzchniowe, co powoduje że grafit zwija się w kulkę

2. Wprowadza się Fe – Si ; powoduje to rozdrobnienie ziaren perlitycznych

Zs 3817 (duża udarność, R_m = 380 MPa)

Zs 9002 (niska udarność, R_m = 900 MPa)

(obrazy mikroskopowe żeliw; rodzaje morfologiczne żeliw)

Żeliwa stopowe

Cel wytwarzania – zwiększenie wytrz. Mech. ; poprawa odporności na korozję

Składniki – C, Mn, Si, P, S, oraz Ni, Cr, Ni+Cr, Mo

>14% Si – żeliwo kwasoodporne

> 10% Al+Cr – żeliwo ognioodporne

Żeliwa stopowe mogą mieć podłoża o różnych strukturach

(gatunki żeliw wraz z zastosowaniami)