Żeliwo - stop żelaza z węglem o zawartości węgla większej niż 2,11%, najczęściej jednak ta zawartość waha się od 3,0 do 3,8%.
Podstawowa struktura = metalowa osnowa (ferryt, perlit lub ich mieszaniny) i wydzielenia grafitu)
Żeliwo zwane połowicznym zawiera ponadto wolno występujący cementyt.
W niektórych gatunkach żeliwa występuje również eutektyka fosforowa (steadyt) jako wyodrębniony składnik struktury.
Osnowa może być jeszcze bardziej zróżnicowana przez obróbkę cieplną oraz na skutek szczególnego składu chemicznego żeliwa.
O właściwościach mechanicznych żeliwa decyduje osnowa (wytrzymałość) i wydzielenia grafitu (w jego sąsiedztwie wytwarza się koncentracja naprężenia → pogarszanie właściwości wytrzymałościowych)
Obecność grafitu wywołuje także pozytywne zjawiska:
zmniejsza skurcz odlewniczy,
polepsza skrawalność,
zwiększa właściwości ślizgowe,
sprzyja tłumieniu drgań,
zmniejsza wrażliwość na działanie karbów.
Podział żeliwa ze względu na:
skład chemiczny
żeliwo niestopowe
żeliwo stopowe(z pierwiastkami stopowymi)
formę występowania węgla
żeliwo szare (węgiel występuje zarówno w postaci związanej w osnowie metalowej, aż do stężenia eutektoidalnego, jak i wolnej)
żeliwo białe (węgiel występuje tylko w postaci związanej, a w ich strukturze obecny jest ledeburyt przemieniony)
żeliwo połowiczne, inaczej pstre (węgiel występuje w postaci wolnej [grafit] jak i związanej [cementyt], a zawartość węgla poza ilością występującą w postaci grafitu przekracza stężenie eutektoidalne)
strukturę osnowy metalowej
ferrytyczne
ferrytyczno-perlityczne
perlityczne
kształt wydzieleń grafitu
niemodyfikowane (z ostro zakończonymi, wydłużonymi płatkami grafitu)
modyfikowane (ze stępionymi krótkimi płatkami grafitu)
podwójnie modyfikowane, sferoidalne (z grafitem kulkowym)
ciągliwe (z kłaczkowymi wydzieleniami grafitu)
|
ŻELIWO SZARE |
ŻELIWO SFEROIDALNE |
ŻELIWO CIĄGLIWE |
|||
osnowa |
perlityczna |
Ferrytyczna |
Perlityczna |
Ferrytyczna |
Perlityczna |
ferrytyczna |
A |
|
|
1,0-5 |
5-30 |
2-5 |
3-20 |
Rm |
360-800 |
240-360 |
800-1400 |
- |
600-1100 |
|
WPŁYW SKŁADU CHEMICZNEGO NA STRUKTURĘ ŻELIWA
najczęściej spotykane pierwiastki -krzem (sprzyja grafityzacji), mangan,siarka (hamują grafityzację), fosfor (brak wpływu).
Krzem - występuje w żeliwie w ilościach od 0,5% do 5%, ale najczęściej jego zawartość waha się od 1,0-3,0%. Ma wpływ na modyfikowanie grafitu (dodawany najczęściej w postaci stopu - żelazokrzemu - wpływa na zarodkowanie grafitu: płatki stają się drobniejsze i równiemierniej rozłożone) i na proces grafityzacji (zwiększa skłonność do tworzenia się grafitu zamiast cementytu podczas krystalizacji i przemiany eutektoidalnej)
Siarka - domieszka szkodliwa, ale całkowite jej usunięcie jest nieopłacalne lub niemożliwe. Powoduje pogorszenie właściwości odlewniczych (zmniejszenie rzadkopłynności i zwiększenie skłonności do tworzenia się pęcherzy gazowych). Jej niekorzystne działanie eliminuje mangan, tworząc siarczek manganu (MnS) lub siarczek żelaza i manganu (Fe, Mn)S.
Mangan - występuje w żeliwie w ilościach od 0,4-1,4%. Wykazuje większe powinowactwo do węgla niż żelazo, tworzy trwalsze od cementytu węgliki Mn3C lub (Fe, Mn)3C. Mangan zapobiega grafityzacji (zabiela żeliwo). Dodatkowo łatwo wiąże się z siarką.
Fosfor - stosuje się w żeliwie w bardzo szerokim zakresie stężeń: 0,2-1,8%. Nie wpływa na grafityzację. Tworzy natomiast nowy składnik struktury, eutektykę fosforową (steadyt), która charakteryzuje się niską temperaturą topnienia(950) i bardzo dużą twardością. Jej obecność polepsza lejność i odporność na ścieranie żeliwa. Zalecana zawartość fosforu 0,1-0,6%. Fosfor nie jest zalecany w odlewach wysokowytrzymałych.
WPŁYW SZYBKOŚCI CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ ŻELIWA
Szybkie chłodzenie → wzrost przechłodzenia → mniejsza możliwość powstania zarodków grafitu i ich wzrostu; zróżnicowane własności mechaniczne
OTRZYMYWANIE ŻELIWA CIĄGLIWEGO
Żeliwo takie otrzymuje się po długotrwałym procesie wyżarzania (wyżarzanie grafityzujące). Produktem wyjściowym do otrzymywania tego żeliwa jest żeliwo białe - występujący w nim cementyt ulega rozpadowi po odpowiednio przeprowadzonym wyżarzaniu.
Stadia grafityzacji:
nagrzewamy żeliwo do temperatury ok. 1000 stopni i przetrzymujemy w tej temperaturze → następuje rozkład cementytu na austenit i węgiel żarzenia (proces ten może trwać kilka dni)
po tym wyżarzaniu następuje powolne chłodzenie, aby z austenitu wydobywał się wolny węgiel, a nie cementyt (kilka godzin)
Rozpad austenitu przy bardzo wolnym chłodzeniu (3-5 stopni/h),austenit rozpada się na ferryt i grafit w zakresie 780-700 stopni
Chłodzenie prowadzi się z piecem lub na powierzu
Żeliwo ciągłe czarne - pełne dwa stadia grafityzacji, wyżarzanie w ośrodku obojętnym → cały węgiel zgromadzony jest w wydzieleniach grafitu → ciemny przełom żeliwa
Żeliwo ciągliwe perlityczne - powstaje gdy pominiemy drugie stadium grafityzacji, chłodząc żeliwo z większą szybkością → przemiana austenitu w perlit
Żeliwo ciągliwe białe - otrzymuje się gdy grafityzację przeprowadza się w ośrodku odwęglającym, np. kiedy wyżarzane odlewy przykryte są rudą żelaza Fe2O3 lub zendrą. W tych warunkach następuje całkowite odwęglenie stref powierzchniowych odlewów, a rdzeń ma strukturę perlityczną lub ferrytyczno-perlityczną.
OZNACZENIA
EN-GJL-150 EN- normy europejskie
GJ - symbol dla żeliwa (G - mat. Odlewniczy, J - żeliwo)
L - postać grafitu - grafit płatkowy
150 - minimalna wytrzymałość na rozciąganie (MPa)
EN-GJMW-350-4 EN - normy europejskie
GJ - symbol dla żeliwa (G - mat. Odlewniczy, J - żeliwo)
M - postać grafitu - grafit żarzenia (żeliwo ciągliwe)
W - opis struktury - przełom biały
EN-GJMB-500-5 EN - normy europejskie
GJ - symbol dla żeliwa (G- mat. Odlewniczy, J - żeliwo)
M - postać grafitu - grafit żarzenia (żeliwo ciągliwe)
B - przełom czarny
500 - min. wytrzymałość na rozciąganie (MPa)
5 - wydłużenie
SPOSOBY OZNACZANIA ŻELIWA SFEROIDALNEGO WG PN-EN 1563
EN-GJS-Rm-A
Co to jest żeliwo? Jakie własności różnią jego od stali i staliwa?
Żeliwo - stop żelaza z węglem o zawartości węgla większej niż 2,11%, najczęściej jednak ta zawartość waha się od 3,0 do 3,8%.
Podstawowa struktura = metalowa osnowa (ferryt, perlit lub ich mieszaniny) i wydzielenia grafitu)
O właściwościach mechanicznych żeliwa decyduje osnowa (wytrzymałość) i wydzielenia grafitu (w jego sąsiedztwie wytwarza się koncentracja naprężenia → pogarszanie właściwości wytrzymałościowych)
Obecność grafitu w żeliwie zmniejsza skurcz odlewniczy, polepsza skrawalność, zwiększa właściwości ślizgowe, sprzyja tłumeniu drgań i zmniejsza wrażliwość na działanie karbów.
Jaki jest wpływ kształtu, wielkości i sposobu rozmieszczenia wydzieleń grafitu na własności żeliwa?
<kartka ręczna>
Jaki jest cel modyfikowania żeliwa? Podaj przykłady modyfikowania żeliwa.
Celem modyfikacji żeliwa jest sterowanie procesem krystalizacji grafitu. Dzięki modyfikacji grafit staje się drobniejszy i bardziej równomiernie rozłożony, o tępo zakończonych krawędziach.
Przykłady: wprowadzanie do ciekłego żeliwa, żelazokrzemu (tani), stopu krzemu z wapniem (lepszy, ale droższy i trudny do magazynowania)
Modyfikacja podwójna → modyfikatorami są magnez lub cer - pomieszane z krzemem dają zaprawę krzemową. Podwójne, bo przed lub po modyfikacji magnezem dodaje się jeszcze żelazokrzem albo wapniokrzem → zapewnia to grafityzację żeliwa i równomierne rozłożenie sferoidów grafitu
Co to jest żeliwo szare? Wyjaśnij oznaczenie En-GJL-150
żeliwo szare (węgiel występuje zarówno w postaci związanej w osnowie metalowej, aż do stężenia eutektoidalnego, jak i wolnej)
EN-GJL-150 EN- normy europejskie
GJ - symbol dla żeliwa (G - mat. Odlewniczy, J - żeliwo)
L - postać grafitu - grafit płatkowy
150 - minimalna wytrzymałość na rozciąganie (MPa)
Jak skład chemiczny i szybkość chłodzenia decydują o cechach grafitu i rodzaju osnowy żeliwa szarego?
Krzem - występuje w żeliwie w ilościach od 0,5% do 5%, ale najczęściej jego zawartość waha się od 1,0-3,0%. Ma wpływ na modyfikowanie grafitu (dodawany najczęściej w postaci stopu - żelazokrzemu - wpływa na zarodkowanie grafitu: płatki stają się drobniejsze i równiemierniej rozłożone) i na proces grafityzacji (zwiększa skłonność do tworzenia się grafitu zamiast cementytu podczas krystalizacji i przemiany eutektoidalnej)
Siarka - domieszka szkodliwa, ale całkowite jej usunięcie jest nieopłacalne lub niemożliwe. Powoduje pogorszenie właściwości odlewniczych (zmniejszenie rzadkopłynności i zwiększenie skłonności do tworzenia się pęcherzy gazowych). Jej niekorzystne działanie eliminuje mangan, tworząc siarczek manganu (MnS) lub siarczek żelaza i manganu (Fe, Mn)S.
Mangan - występuje w żeliwie w ilościach od 0,4-1,4%. Wykazuje większe powinowactwo do węgla niż żelazo, tworzy trwalsze od cementytu węgliki Mn3C lub (Fe, Mn)3C. Mangan zapobiega grafityzacji (zabiela żeliwo). Dodatkowo łatwo wiąże się z siarką.
Fosfor - stosuje się w żeliwie w bardzo szerokim zakresie stężeń: 0,2-1,8%. Nie wpływa na grafityzację. Tworzy natomiast nowy składnik struktury, eutektykę fosforową (steadyt), która charakteryzuje się niską temperaturą topnienia(950) i bardzo dużą twardością. Jej obecność polepsza lejność i odporność na ścieranie żeliwa. Zalecana zawartość fosforu 0,1-0,6%. Fosfor nie jest zalecany w odlewach wysokowytrzymałych.
Zależnie od szybkości chłodzenia grafit może być bardzo drobny krętkowy, gwiazdkowy, może tworzyć charakterystyczne rozetkowe skojarzenia płatkówlub może być rozmieszczony nierównomiernie (międzydendrytycznie np.)
Zmniejszanie szybkości chłodzenia → grafit płatkowy będzie coraz grubszy i dłuższy, a w osnowie metalowej będzie wzrastał udział ferrytu
szybciej → mniej węgla
Jaki jest wpływ steadytu na własności żeliwa szarego?
eutektyka fosforowa (steadyt) charakteryzuje się niską temperaturą topnienia(950) i bardzo dużą twardością. Jej obecność polepsza lejność i odporność na ścieranie żeliwa.
Co to jest żeliwo sferoidalne? Czemu zawdzięcza swoje lepsze własności mechaniczne w porównaniu z żeliwem szarym? Jaka jest zasada jego oznaczania?
podwójnie modyfikowane, sferoidalne (z grafitem kulkowym)
własności → kartka, Haimann
sposób oznaczania EN-GJS-Rm-A
Co to jest żeliwo ciągliwe? Czym się różni mikrostruktura i sposób otrzymywania żeliwa ciągliwego białego od żeliwa ciągliwego czarnego? Wyjaśnij oznaczenia...
Żeliwo ciągliwe (z kłaczkowymi wydzieleniami grafitu)
Żeliwo takie otrzymuje się po długotrwałym procesie wyżarzania (wyżarzanie grafityzujące). Produktem wyjściowym do otrzymywania tego żeliwa jest żeliwo białe - występujący w nim cementyt ulega rozpadowi po odpowiednio przeprowadzonym wyżarzaniu.
Stadia grafityzacji:
a)nagrzewamy żeliwo do temperatury ok. 1000 stopni i przetrzymujemy w tej temperaturze → następuje rozkład cementytu na austenit i węgiel żarzenia (proces ten może trwać kilka dni)
po tym wyżarzaniu następuje powolne chłodzenie, aby z austenitu wydobywał się wolny węgiel, a nie cementyt (kilka godzin)
b)Rozpad austenitu przy bardzo wolnym chłodzeniu (3-5 stopni/h),austenit rozpada się na ferryt i grafit w zakresie 780-700 stopni
Chłodzenie prowadzi się z piecem lub na powierzu
Żeliwo ciągłe czarne - pełne dwa stadia grafityzacji, wyżarzanie w ośrodku obojętnym → cały węgiel zgromadzony jest w wydzieleniach grafitu → ciemny przełom żeliwa
Żeliwo ciągliwe białe - otrzymuje się gdy grafityzację przeprowadza się w ośrodku odwęglającym, np. kiedy wyżarzane odlewy przykryte są rudą żelaza Fe2O3 lub zendrą. W tych warunkach następuje całkowite odwęglenie stref powierzchniowych odlewów, a rdzeń ma strukturę perlityczną lub ferrytyczno-perlityczną.
EN-GJMW-350-4 EN - normy europejskie
GJ - symbol dla żeliwa (G - mat. Odlewniczy, J - żeliwo)
M - postać grafitu - grafit żarzenia (żeliwo ciągliwe)
W - opis struktury - przełom biały
EN-GJMB-500-5 EN - normy europejskie
GJ - symbol dla żeliwa (G- mat. Odlewniczy, J - żeliwo)
M - postać grafitu - grafit żarzenia (żeliwo ciągliwe)
B - przełom czarny
500 - min. wytrzymałość na rozciąganie (MPa)
5 - wydłużenie
Porównaj Rm i A żeliwa szarego, sferoidalnego i ciągliwego
tabela wyżej