ODLEWNICZE STOPY ŻELAZA

A. STALIWA [ WĘGLOWE i STOPOWE ]

B. ŻELIWO [ WĘGLOWE i STOPOWE ]

Ad.A

STALIWA WĘGLOWE

Staliwo jest to odlana stal do wlewnic lub form w których krzepnąc uzyskuje wymagany użytkowy kształt.

PN. uwzględnia staliwa węglowe zwykłej jakości (np. 200 - 400; 350 - 550 ) oraz wysokiej jakości (np. 200 - 400W; 350 - 550W ).

Pierwsze cyfry oznaczają R_{e min}, druga natomiast R_{m min}; litera

W - na końcu oznakowania oznacza staliwo wysokiej jakości.

Własności staliw węglowych zależą głównie od zawart. C (podobnie jak w przypadku stali ),czystości i warunków odlewania(struktury pierwotnej).Celem poprawy ich własności poddaje się je OC (normalizowanie,homogenizowanie lub ulepszanie cieplne).

STALIWA STOPOWE

Zawierają dodatki innych pierwiastków - głównie Ni, Cr, Si, oraz innych).Oznakowanie L..(cyfry)....(oznakowanie pierwiastków stop.)zawartość C w 0,00%, natomiast cyfry przy pierwiastkach stopowych występują, gdy ich stężenie >od 1%. np.L30HGNM..

Staliwa stopowe dzielą się na: konstrukcyjne, narzędziowe, żaroodporne i żarowytrzymałe oraz odporne na korozję. Stosuje się je na odlewy o skomplikowanych kształtach (od kilku kg. do kilkuset ton ) i tylko wtedy gdy własności żeliwa są niewystarczające !!.

Ad.B. ŻELIWO

Najbardziej popularny materiał odlewniczy (masowo stanowi ok. 90% odlewów).Wynika to z wielu jego zalet tj: łatwość nadania kształtów, cena, niska temp. odlewania, dobre własności mechaniczne i technologiczne.

ŻELIWO WĘGLOWE

W zależności od postaci w jakiej występuje węgiel, rozróżnia się żeliwo:

• szare - węgiel występuje w postaci grafitu

• białe - węgiel związany jest w cementycie (Fe₃C)

• połowiczne (pstre) - w którm występuje zarówno cementyt jak i grafit.

Czynniki sprzyjające grafityzacji:

• czynnik termodynamiczny - korzystny - (mieszanina cieczy i grafitu posiada mniejszą energię swobodną aniżeli ciecz i cementyt).

• czynnik krystalograficzny - niekorzystny -(austenit-RŚC, ferryt-RPC, grafit sieć heksagonalna, cementyt sieć rombowa.

• czynnik chemiczny - niekorzystny - cementyt i grafit (odp.6,67 i 100% C).

• Skład chemiczny:

C, Si - sprzyjają grafityzacji (ferytyzacji),[występują w żeliwie w

ilości odpowiednio 2 - 4% oraz 0,3 - 3%]

Mn, S - działają zabielająco(Fe₃C),ponadto zwiększają gęsto-

płynność

[żeliwo zawiera ilości tych pierwiastków odpowiednio:

0,3 - 1,2% oraz <0,12 %]

P - jest obojętny w stosunku do grafityzacji (0,1 - 1,3%),podnosi

odporność na ścieranie[potrójna eutektyka Fe_∝-Fe₃C-Fe₃P -

nazwana steadytem]

• Szybkość chłodzenia - wolne chłodzenie (gruba ścianka odlewu), sprzyja procesowi grafityzacji.

STRUKTURA ŻELIWA

W strukturze żeliwa można wyróżnić następujące składniki:

1. Osnowę metaliczną

2. Grafit

3. Eutektykę fosforową

4. Wtrącenia niemetaliczne

W/w składniki strukturalne decydują o własnościach żeliwa, natomiast ich rodzaj i ilość uzależniona jest od składu chemicznego i procesu technologicznego odlewania.

Ad.1.osnowę żeliwa może stanowić: F, F + P i P ; wytrzymałość i kruchość zeliwa wzrasta wraz z ilością perlitu.

Ad.2. grafit w żeliwie występuje pod następującymi

(podstawowymi) postaciami:

• płatkowy - żeliwo szare

• kulisty - żeliwo sferoidalne

• grafit żarzenia - żeliwo ciągliwe

• wermikularny - żeliwo wermikularne

Obecność grafitu i jego postać nadaje żeliwu, szczególnie w porównaniu do stali - wprawdzie obniża jego wytrzymałość, poprzez nieciągłość materiału - szereg własności użytkowych, z których to w pierwszym rzędzie należy wymienić:

• działa jako karb wewnętrzny (z tego p-ktu widzenia najkorzystniejsza jest postać kulista ),przez to żeliwo jest niewrażliwe na działanie zewnętrznych karbów

• obecność grafitu zmniejsza skurcz odlewniczy (poprzez rzadkopłynność, dobre wypełnianie form i niską temperaturę jej zalewania)

• polepsza skrawalność

• zwiększa własności ślizgowe

• odporność na zmęczenie

• zdolność do tłumienia drgań (w przypadku żeliwa z grafitem płatkowym).

Żeliwo węglowe klasyfikuje się wg.PN:

1. Żeliwo szare

2. Żeliwo modyfikowane

3. Żeliwo sferoidalne

Ad.1.Grafit w żeliwie szarym występuje w postaci płatkowej, a jego własności mechaniczne i technologiczne zależą głównie od rodzaju osnowy(skł.chemicznego i tech. otrzymywania);żeliwo szare oznacza się trzycyfrową liczbą, wyrażającą jego wytrzymałość (w MPa), otrymaną na klinach próbnych (np.100,150...350 )

Zastosowanie: Odlewy korpusów obrabiarek, wały korbowe, koła

zamachowe, pierścienie tłokowe itp.

Ad.2.Polepszenie własności mechanicznych żeliwa szarego odbywa się poprzez ujednorodnienie jego struktury oraz rozdrobnienie wydzieleń grafitu na drodze jego modyfikacji (jako modyfikatora używa się Fe - Si, Ca - Si lub Al w ilości 0,1 - 0,5%).Zastosowanie tej operacji umożliwia uzyskanie żeliwa o wytrzymałości 300 - 400 [MPa] ,jednak o dużej kruchości (podobnie jak żeliwo szare).

Ad.3.żeliwo sferoidalne otrzymuje się poprzez modyfikację

odp. rodzaju żeliwa szarego (o małym stężeniu S, P, Mn i Mg)

przez jego modyfikację np. Mg, Ce lub Na.Oprócz struktur charakterystycznych dla żeliwa szarego ( F-w przypadku b. wolnego chłodzenia, F + P , P ),może występować B(bainit) i

martenzyt odpuszczony - w wyniku zastosowanej OC. Żeliwo

sferoidalne oznacza się za pomocą trzech cyfr, które oznaczają

min. wytrzymałość na rozciąganie, pauzy, po której występują

dwie cyfry oznaczające min. wydłużenie[%]; np. 350- 22,

400 - 18;.....900 - 2. Żeliwo sferoidalne posiada własności

mechaniczne zbliżone lub niekiedy wyższe od stali np.SSPW.

Zastosowanie: na części maszyn duże i małe; wały korbowe, obudowy skrzyni biegów, tłoki, walce, zawory, rury(gięte na zimno!), narzędzia do obróbki drewna itp.

ŻELIWO BIAŁE

Strukturę żeliwa białego stanowi dla nadeutektycznego -ledeburyt przemieniony i C^' lub w przypadku podeutektycznego -ledeburyt przemieniony, perlit z wydzieleniami C^”. Żeliwo to ze względu no olbrzymią kruchość(cementyt - twardość!), nie znalazło bezpośredniego zastosowania(oprócz zabielonych niektórych części maszyn poddawanych tarciu); stanowi ono półprodukt do wytwarzania żeliwa ciągliwego.

ŻELIWO CIĄGLIWE

otrzymywuje się przez długotrwałe wyżarzanie żeliwa białego (grafityzacji), podczas którego Fe₃C ulega rozpadowi i wydziela się grafit żarzenia w postaci kłaczkowych wydzieleń w zależności od parametrów procesu technologicznego, żeliwo ciągliwe można podzielić na (kryterium podziału stanowi wygląd przełomu):

• Żeliwo ciągliwe białe (W); otrzymywane w atmosferze utleniającej [950 - 1000 C⁰]

• Żeliwo ciągliwe czarne (B);otrzymywane w atmosferze obojętnej [900 - 1050 ⁰C]

• Żeliwo perlityczne ( P ); otrzymywane w atmosferze obojętnej [900 - 1050 ⁰C]

Żeliwo ciągliwe oznacza się literą -W lub B oraz P - w zależności od rodzaju; cyframi, dwie pierwsze odpowiadają Rm_min w [MPa], podzielone przez 10; znaku pauzy po której dwie cyfry odpowiadają wydłużeniu A w [%], np. W35 - 04, B30 - 06, P45 - 06.

Zastosowanie:

w przemyśle górniczym, samochodowym, ciągnikowym, rolniczym do wytwarzania licznych drobnych części: np. złączki rurowe, klucze do drzwi, śrub i nakrętek, rury wydechowe, bębny hamulcowe itp.

ŻELIWA STOPOWE

Do żeliw stopowych są wprowadzane najczęściej dodatki pierwiastków tj. Ni, Cr, Si, Al., Cu, Mo, V, Ti i W - celem polepszenia ich własności użytkowych, a w szczególności:

• zwiększenia własności mechanicznych

• zwiększenia odporności na ścieranie

• polepszenia odporności korozyjnej

• polepszenia odporności na działanie wysokich temperatur

• polepszenie własności fizycznych np. magnetycznych lub elektrycznych.

OGÓLNA KLASYFIKACJA ŻELIWA

hartowane izotermicznie

gdzie:

ADI - (Austempered Ductile Iron)

AVCI - (Austempered Vermicular Cast Iron)

ŻELIWO

Szare

Połowiczne

Białe

Stopowe:

nisko;

średnio;

wysoko...

Wysokojakościowe

Zwykłe

(handlowe)

grafit płatkowy

ciągliwe

szare

ciągliwe

białe

Obróbka cieplna

ADI lub AVCI

grafit: kulkowy, wermikularny

modyfikowane

grafit płatkowy

sferoidalne

grafit kulkowy

wermikularne

grafit wermikularny

Żeliwo

o osnowie

bainitycznej

---