Podział żeliwa: 1. Z punktu widzenia sposobu krystalizacji żeliwa: 1) Podeutektyczne Sc <1; ERW < 4.26 ; 2) Eutektyczne Sc =1; ERW = 4.26 ; 3) Nadeutektyczne Sc >1; ERW > 4.26 ; 2. Z punktu widzenia sposobu występowania węgla: 1) Szare ;2) Połowiczne ;3) Białe ; 3. Z punktu widzenia postaci grafitu: 1) z grafitem płatkowym ; 2) z grafitem kulkowym ; 3) z grafitem wermikularnym ; 4) z grafitem żarzenia ; 4. Z punktu widzenia osnowy żeliwa: 1) ferrytyczne ; 2) ferrytyczno ; 3) perlityczne ; 4) perlityczno - ferrytyczne ; 5) perlityczne ; 6) ausferrytyczne ; 7) martenzytyczne ; 8) bainityczne ; 5. Z punktu widzenia dodatków stopowych: 1) niestopowe, zwykłe ; 2) niskostopowe do 3 % ; 3) średniostopowe od 3 do 10 % ; 4) wysokostopowe powyżej 10 % ; 6. Z punktu widzenia techniki otrzymywania: 1) zwykłe szare; 2) modyfikowane; 3) sferoidalne; 4) wermikularne; 5) ciągliwe; 6) ausferrytyczne. Pierwiastki występujące w żeliwie możemy podzielić na:1) sferoidyzujące ( podstawowe) : Mg, Ce. Inne pierwiastki sferoidyzujące: bar, wapń, stront, itr, lantan i cer mogą wspomagać proces sferoidyzacji, lecz ich łączna zawartość z magnezem nie powinna przekraczać 0,06 %. 2) antysferoidyzujące: S, O, Se, H, Pb, Bi, Sb, As, Cd, Zr, Zn, Te, B, Ti, Al, V. 3) neutralne, które nie mają wpływu na postać grafitu C, Si, P, Mn, Ni, Cr, Mo,
Grafityzacja: III etapy grafityzacji żeliwa: 1) Przy temperaturze Te' (na początku przemiany eutektycznej) składnikami strukturalnymi są austenit ( składnik A) o stężeniu węgla CA = Cg = 2,08% oraz grafit ( składnik B) o stężeniu CB = 100 % .Udział grafitu : Gg= C-2,08/100-2,08 ; 2) Przy temperaturze Ts' (na początku przemiany eutektoidalnej) składnikami strukturalnymi są austenit ( składnik A) o stężeniu węgla CA = Cg = 0,68% oraz grafit ( składnik B) o stężeniu CB = 100 % . Udział grafitu: Gg= C-0,68/ 100-0,68 ; Stopień grafityzacji żeliwa: Jeśli w żeliwie cały węgiel wydzieli się w postaci grafitu, to znaczy, że jest ono w 100 % zgrafityzowane ( czyli całkowicie). Dla żeliwa o zawartości węgla C % ułamek masy węgla, który jest do dyspozycji (przekształcenia w grafit) wynosi 0,01 C. Przykład. Jeśli w żeliwie o zawartości węgla C = 4% wydzieli się grafit, którego ułamek masy wynosi gx = 0,02 i gx = 0,04, to jest ono odpowiednio w 50 i 100 % zgrafityzowane. Wynika stąd, że stopień grafityzacji można obliczyć z następującej proporcji: 1) Ułamek masy węgla do dyspozycji: 0,01 C-100 % ; 2) Ułamek masy wydzielonego grafitu: g,x- s % Wzór: s= (gx/ 0,01C)*100% ; gdzie: C - zawartość węgla w żeliwie % .
Żeliwo modyfikowane: Skład chemiczny: C= 3,4-3,8% ; Si= 1,4-1,8% ; P= 0,1%max ; S=0,12%max ; Mn= 1%max. Proces modyfikacji polega na zmianie fizykochemicznego stanu ciekłego żeliwa spowodowanego wprowadzeniem do kąpieli niewielkich ilości substancji zwanych modyfikatorami grafityzującymi, które zwiększają ilość zarodków grafitu i przez to oddziałują na strukturę żeliwa i jego własności. Zjawiska charakteryzujące proces modyfikacji: *Działanie modyfikatorów jest funkcją czasu; *Działanie modyfikatorów jest tym silniejsze im większa jest skłonność żeliwa do zabieleń; Efekty modyfikacji: 1) Liczba ziaren eutektyki- wzrost; 2) Stopień przechłodzenia-obniżenie; 3) Skłonność do zabieleń- zmniejszenie lub zanik; 4) Rozłożenie i wielkość grafitu (grafit płatkowy); 5) Równomierne rozmieszczenie; 6) Zmiana osnowy z ferrytycznej na perlityczną; 7) Własności użytkowe- poprawa Rm, HB, A5 ; Modyfikatory: Wpływają na zwiększenie ilości i zmniejszenie wymiarów krystalizujących faz w żeliwie co przyczynia się do polepszania parametrów mechanicznych i fizycznych ; Modyfikatory proste: Ca, Ba, Sr, Ce, Al ; Modyfikatory złożone: stopy na bazie żelazokrzemu lub wapniokrzemu zawierające modyfikatory proste ; Technologia produkcji polega na doborze: 1) Składu chemicznego żeliwa wyjściowego ( C=2,9-3,3%, Si= 1,4-1,8%, P=0,1%max, S=0,12%max, Mn=1%max, mają skłonność do grafityzacji i niskie Sc) ; 2) Materiałów wsadowych; 3) Temperatury przegrzania żeliwa ( powyżej temp. inwersji ok. 1450°C ); 4) Rodzaju i ilości modyfikatora; 5) Techniki modyfikacji; 6) Metody kontroli procesu. Metody wprowadzania modyfikatora: 1) Grawitacyjne ( swobodny wypływ ); 2) Mechaniczne (wibracyjne, talerzowe, bębnowe ); 3) Iniekcyjne (modyfikowanie strugi metalu); 4) Przewody elastyczne; 5) Modyfikowanie w formie; 6) Metoda prętowa; 7) Wdmuchiwanie za pomocą gazu; 8) Za pomocą rdzeni i sitek; 9) Modyfikator w postaci kawałkowej umieszczony pod wlewem głównym; Temperatura inwersji- temperatura powyżej której zawartość tlenu rozpuszczonego jest kontrolowana przez węgiel. Nadmiar tlenu jest usuwany w postaci CO. Powyżej tej temp. zawartość tlenu jest kontrolowana przez krzem, jego nadmiar usuwany jest przez SiO2. Temperatura inwersji wzrasta wraz ze zwiększeniem się Si a spada ze zwiększeniem zawartości C. Reakcja utleniania krzemu i węgla: (SiO2)+2[C]= [Si]+2{CO} gdzie: ( )- reagenty zawarte w żużlu; [ ]- Reagenty zawarte w metalu ; { }- reagenty w postaci gazowej. Norma: EN-GJL 250, 300, 350.
Żeliwo Sferoidalne: Skład chemiczny: C= 3,5-3,9 %; Si= 2,5-3,0 %; Mg ≥ 0,03 %; P= 0,05 % max; S= 0,015 % max; Cr= 0,1 %max; Mn= 0,7 % max; Jest to żeliwo szare w którym grafik występuje w postaci kulkowej pod postacią sferoidalnych skupień. Uzyskuje się je w wyniku modyfikowania żeliwa o tendencji krzepnięcia jako szare, lecz o bardzo małym stężeniu fosforu i siarki. Jako modyfikatorów używa się: Ceru lub magnezu. W wyniku tego zabiegu grafit występuje w tych żeliwach w postaci kulistej. Skupienia te mogą występować w osnowie perlitu lub ferrytu. Żeliwo sferoidalne posiada dobre własności wytrzymałościowe. Może ulegać odkształceniu bez uszkodzeń, odporne na ściskanie i zginanie, odporne na wysokie ciśnienie. Celem zabiegu sferoidyzacji jest otrzymanie grafitu o stopniu sferoidyzacji powyżej 85% oraz minimalizacja efektów piro-dynamiczno-świetlnych. Pierwiastki i związki używane w procesie sferoidyzacji: 1) Magnez lub jego związki; 2) Cer ( w warunkach produkcyjnych praktycznie nie wykorzystywany w postaci czystej); 3) Pierwiastki ziem rzadkich; 4) Stopy pierwiastków: *miszmetal ( Ce=50-56%, La=18-22%, Nd= 10-15%, reszta inne lantanowce) ;*FCM-5 (Ce=40-50%, Mg=5-7%, Fe=10%, reszta inne lantanowce); Technologia produkcji żeliwa sferoidalnego polega na doborze: 1) Składu chemicznego (C= 3,5-3,9 %; Si= 2,5-3,0 %; Mg ≥ 0,03 %; P= 0,05 % max; S= 0,015 % max; Cr= 0,1 %max; Mn= 0,7 % max, małą skłonność do grafityzacji i niskie Sc); 2) Materiałów wsadowych; 3) Technika topienia (przegrzanie żeliwa powyżej temperatury inwersji); 4) Odsiarczanie ( gdy zawartość S przekracza 0,09% należy odsiarczyć, w tym celu stosuję się sodę 1-1,2% lub karbid+soda; stopień odsiarczenia wynosi 40-55%) ilość Mg ; 5) Rodzaju i ilości sferoidyzatora; 6) Techniki sferoidyzacji; 7) Rodzaju i ilości modyfikatora; 8) Techniki modyfikacji; 9) Sposobu kontroli produkcji. Wpływ pierwiastków stopowych: Krzem- zawartość powinna mieścić się w przedziale 2-2,8 ze względu na konieczność zapewnienia odpowiednio małej skłonności żeliwa do zabieleń. Fosfor: Charakteryzuje się dużą skłonnością do segregacji i tworzenia kruchej eutektyki fosforowej. Dlatego tez obniża właściwości plastyczne żeliwa i w związku z tym jego zawartość nie powinna przekraczać w żeliwie 0,05% ; Mangan: Zawartość manganu jest równoważna ze względu na jego właściwości plastyczne. W żeliwie o osnowie perlitycznej a wiec dobrych właściwościach wytrzymałościowych dopuszcza się zawartość Mn= 0,2-0,5%. Natomiast w żeliwie o osnowie ferrytycznej zawartość Mn jest ograniczona do 0,2% a nawet 0,08%. ; Siarka: Ma najbardziej niekorzystny wpływ na proces sferoidyzacji dlatego dąży się do jej jak najmniejszej zawartości najlepiej poniżej 0,01%. Siarka reaguje bardzo silnie z Mg osłabiając jego zdolności sferoidyzujące. Własności żeliwa sferoidalnego: Gatunek: 60-40-18: Rm=60 ksi; Rm=420 MPa; Rp= 40 ksi; Rp= 280 MPa; A5=18 ; 65-45-12: Rm=65 ksi; Rm=455 MPa; Rp= 45 ksi; Rp= 315 MPa; A5=12 ; 80-50-06: Rm=80 ksi; Rm=560 MPa; Rp= 50 ksi; Rp= 350 MPa; A5=6 ; 100-70-03: Rm=100 ksi; Rm=700 MPa; Rp= 70 ksi; Rp= 490 MPa; A5=3 ; 120-90-02: Rm=120 ksi; Rm=840 MPa; Rp= 90 ksi; Rp= 630 MPa; A5=2 Sferoidyzatory: *Magnez ;*Stopy ceru ;*Lekkie stopy magnezu na bazie Fe-Si ;*ciężkie stopy magnezu na bazie Cu lub Ni ; Zawartość Mg w żeliwie sferoidalnym: Zawartość Mg w żeliwie sferoidalnym zawiera się najczęściej w przedziale od 0,025-0,06%. Korzystnie jest utrzymywać taką najmniejsza zawartość przy której występuje jeszcze grafit sferoidalny. Procentową ilość czystego magnezu jaką należy wprowadzić do kąpieli: wzór: Mgd= {[Mg(kr)+0,75(Sw-Sż)] /η}*100% ; Gdzie: Mgd- ilość magnezu wprowadzona do żeliwa [%]; Mg(kr)- min. ilość Mg jaka ma pozostać w żeliwie [%]; Sw- zawartość S w żeliwie wyjściowym; Sż- zawartość S po sferoidyzacji; η- uzysk magnezu; Metody sferoidyzacji: 1) Metoda dzwonowa; 2) Poprzez zalanie na dnie kadzi; 3) Metoda w kadzi ciśnieniowej z tzw. „kieszenią”; 4) W kadzi umieszczonej w autoklawie; 5) Za pomocą prętów magnezowych lub elektronowych; 6) Wdmuchiwanie strumienia gazu nośnego ; Norma: EN-GJS 350-22, 400-18, 400-15, 450-10, 500-7, 600-3, 700-2, 800-2, 900-2.
Żeliwo ADI- żeliwo sferoidalne poddawane hartowaniu z przemianą izotermiczną jest szczególnym przypadkiem żeliwa z grafitem kulkowym. W procesie wytwarzania odlewów z żeliwa sferoidalnego istotny jest prawidłowy dobór składu chemicznego żeliwa, który musi zapewnić uzyskanie postaci kulkowej grafitu oraz odpowiedniej ( możliwie perlitycznej ) osnowy metalowej dla przygotowania żeliwa do hartowani z przemianą izotermiczną. Czas austenityzowania odlewów zależy od stosunku udziału perlitu do ferrytu w strukturze, jest on tym dłuższy im udział ferrytu jest większy. Do żeliwa ADI wprowadza się takie pierwiastki jak Cr, V w celu poprawienia odporności na ścieranie. Oraz pierwiastki tj. Cu, Mo, Ni w celu zwiększenia hartowności aby zabezpieczyć się przed występowaniem perlitu. Tak przygotowane żeliwo poddaje się ulepszaniu cieplnemu polegającemu na austenityzowaniu w temp od 850°C - 900°C a następnie hartowaniu z przemianą izotermiczną tj. umieszczeniu odlewów w kąpieli solnej o temperaturze w zakresie 250°C - 450°C i wytrzymaniu w tej temperaturze przez określony czas. Wpływ temperatury i czasu na austenitu: Temp: W miarę jej podwyższania temperatury austenityzowania zwiększa sie udział austenitu wysokowęglowego, podwyższenie temp zmniejsza szybkość przemiany bainitycznej wskutek zwiększenia zawartości węgla w austenicie. Czas: Jeżeli w strukturze przeważa martenzyt austenitu zajmuje mniejszy udział natomiast w miarę upływu czasu gdy w strukturze przeważa ferryt austenitu jest o wiele więcej, zaś w ostatniej fazie gdy tworzy się bainit ilość austenitu w strukturze maleje i w przypadku zbyt długiego czasu austenit może ulec rozpadowi. Zabieg sferoidyzacji: Celem tego zabiegu jest otrzymanie grafitu o stopniu sferoidyzacji powyżej 85% oraz minimalizacja efektów piro-dynamiczno-świetlnych. Czas hartowania z przemianą izotermiczną zależy od: *Temperatury w której będziemy przeprowadzać obróbkę; *Czy chcemy uzyskać austenit dolny czy austenit górny; Czas austenityzacji odlewów zależy od: *Temperatury; *Grubości ścianki; *Składu chemicznego; *Liczby kulek grafitu ; Zalety żeliwa ADI: *Duże własności wytrzymałościowe Rm= 1600 MPa ;*Duża plastyczność ok. 15% ;*Gęstość mniejsza niż stal 7,1 g/cm^3 ;*Obecność grafitu co wiąże się z tłumieniem drgań ;*Utwardza się pod wpływem zgniotu; Wady żeliwa ADI: *Nie jest możliwe wykonywanie odlewów o dużych różnicach ścianek ;*Nie jest opłacalny przy produkcji jednostkowej. Zastosowanie żeliwa ADI:1) Przemysł motoryzacyjny: Korbowody, wałki rozrządu, koła zębate, elementy zawieszenia, półosie, zwrotnice, koła pasowe, części napędów ; 2) Przemysł maszynowy: Części do pras, obudowy łożysk, koła łańcuchowe, łańcuchy, części maszyn włókienniczych i wiertniczych, części sprężarek ; 3) Rolnictwo: Części do maszyn rolniczych, pługi, motyki, haki, itp. ; 4) Maszyny drogowe: Gąsienice, chwytaki, czerpaki. Technologia otrzymywania żeliwa ADI: *Dobór składu chemicznego (ważne żeby było jak najmniej zanieczyszczeń) ;*Wytapianie ;*Sferoidyzacja ;*Modyfikacja ;*Zalanie formy ;*Obróbka wstępna odlewu ;*Obróbka cieplna ( austenityzowanie w temp 850°C - 900°C a następnie hartowanie z przemianą izotermiczną w kąpieli solnej w temp 250°C - 450°C i wytrzymanie w tej temp przez określony czas);
Opis Wykresu Temperatury od czasu otrzymywania ADI: W temperaturze austenityzowania przekształcamy osnowę perlityczną w austenit. Po umieszczeniu w kąpieli solnej na czole wydzieleń grafitu zarodkują i wzrastają płytki ferrytu. W dalszym etapie następuje wzrost płytek ferrytu i ich rozgałęzienie i stężenie w austenicie sięga do 2,2%. Uzyskujemy w ten sposób strukturę ausferrytu. Jeżeli dłużej przetrzymamy w kąpieli zwiększa się zawartość C w austenicie i powoduje to powstanie większej ilości ferrytu natomiast nadmiar C powoduje wydzielenia węglików. Taką strukturę nazywamy Bainitem. Właściwości Żeliwa ADI: Rm= 850-1600 MPa ; Wydłużenie do 10% ; Gęstość 7,1 g/cm^3 ; Wytrzymałość względna: 120 - 225 [MNm/T] ; Skład chemiczny ADI: C= 3,5-3,9 %; Si= 2,5-3,0 %; Mg ≥ 0,03 %; P= 0,05 % max; S= 0,015 % max; Cr= 0,1 %max; Mn= 0,7 % max; ( różnica od sferoidalnego: Ni= ok. 2%; Cu= 1,5%; Mo= 0,5% ). Normy: EN-GJS 800-8 ; 1400-1 ; 1200-2 ; 1000-5
Żeliwo Wermikularne- żeliwo w którym grafit występuje w postaci pośredniej między płatkowym a sferoidalnym. Grafit wermikularny (robaczkowy) jest gruby, krótki w formie nieregularnej z zaokrąglonymi krawędziami. Stosunek długości do grubości grafitu wynosi od 2 do 20. [ Otrzymanie żeliwa z grafitem wermikularnym wymaga starannej kontroli całego procesu, z uwagi na bardzo wąski zakres zawartości magnezu gwarantujący wymagany rodzaj mikrostruktury. Jest to możliwe poprzez wykonanie analizy termicznej i przeprowadzając wg. wskazań komputera korekty efektów wermikularyzowania i modyfikowania przy zastosowaniu dwóch oddzielnych urządzeń, wprowadzających do kąpieli w kadzi zabiegowej przewody elastyczne ]. Technologia otrzymywania żeliwa wermikularnego: *Dobór materiałów wsadowych; *Wytapianie żeliwa wyjściowego (skład chemiczny, temp. kąpieli); *Proces odsiarczania żeliwa; *Zabieg wermikularyzacji żeliwa (wybór techniki wermikularyzacji, dobór rodzaju i ilości wermikularyzatora); *Zabieg modyfikacji żeliwa (wybór techniki modyfikacji, dobór rodzaju i granulacji modyfikatora); *Kontrola jakości żeliwa; *Zalewanie formy (próbki do badań wytrzymałościowych i metalograficznych, próbki do analizy chemicznej); Metody do otrzymywania żeliwa wermikularnego: *Za pomocą ziem rzadkich- głównie miszmetalem; *Przez obróbkę ciekłego żeliwa z regulowaną ilością magnezu; *Przez obróbkę ciekłego żeliwa specjalnymi zaprawami zawierającymi pierwiastki sprzyjające sferoidyzacji grafitu (Mg, Ce), jak i pierwiastki utrudniające sferoidyzację grafitu (Ca, Ti, Al); *Przez obróbkę ciekłego żeliwa ( zawierającego 0,07-0,13% S) zaprawą magnezowo-cerową zawierającą niewielkie ilości Al i Ca; *Przez obróbkę ciekłego żeliwa zaprawą magnezowo cyrkonową (5-30% Zr); Zalety żeliwa wermikularnego: *Wysokie właściwości mechaniczne; *Odporność na zmęczenia cieplne; *Bardzo dobre właściwości technologiczne i użytkowe; Właściwości technologiczne: Rm= 300-575 MPa ; Rm0,2= 220-455 MPa ; Amin= 0,5-1,5 % ; HB= 140-260 ; W porównaniu z żeliwem szarym (zwykłym) żeliwo z grafitem wermikularnym wykazuje: 1) Większe właściwości wytrzymałościowe i plastyczne, co lepiej zabezpiecza odlewy przed pękaniem; 2) Mniejszą skłonność do utleniania i pęcznienia przy podwyższonej temperaturze; 3) Mniejszą wrażliwość na szybkość stygnięcia, co pozwala zmniejszyć grubość ścianek a tym samym masę odlewów. W porównaniu z żeliwem sferoidalnym żeliwo z grafitem wermikularnym wykazuje następujące zalety: 1) Mniejszą wartość modułu sprężystości; 2) Mniejszą wartość współczynnika rozszerzalności cieplnej; 3) Większą przewodność cieplna; 4) Mniejszą skłonność do paczenia się odlewów podczas ich eksploatacji w podwyższonej temperaturze; 5) Większą zdolność do tłumienia drgań mechanicznych; 6) Lepsze właściwości odlewnicze i większy dzięki temu uzysk dobrych odlewów; 7) Lepszą skrawalność; Główne obszary zastosowań żeliwa z grafitem wermikularnym: 1) Odlewy części maszyn i urządzeń (np. odlewy obrabiarek poddawane drganiom mechanicznym); 2) Odlewy narażone na zmęczenie cieplne. Normy: EN-GJV 300, 350, 400, 450, 500.
Żeliwo stopowe W celu nadania żeliwom specjalnych własności, np. odporności na korozję, żaroodporności lub podwyższenia ich własności mechanicznych, wprowadza się do nich różne pierwiastki stopowe. W zależności od procentowej zawartości dodatków stopowych, żeliwa dzielimy na: *niskostopowe - do 3% dodatków stopowych, struktura perlityczna *średniostopowe - 3-10% dodatków stopowych, struktura perlityczna lub martenzytyczna *wysokostopowe - powyżej 10% dodatków stopowych struktura austenityczna, ferrytyczna lub inna. Istnieje bardzo duża ilość żeliw stopowych, ich składy są zestawione w normie, która obejmuje żeliwa: krzemowe (do 17%Si), aluminiowe (do 30%Al), chromowe (do 36%Cr), manganowe (do 17%Mn), niklowe (do 35%Ni). Są też produkowane żeliwa antymonowe o zawartości 0,1-0,6%Sb, mające dużą odporność na ścieranie. Żeliwa niklowe zawierające do 35%Ni o osnowie austenitycznej cechuje dobra odporność na korozję w roztworach soli, zasad, rozcieńczonych kwasach nieorganicznych. Żeliwa o niewielkich ilościach dodatków stopowych (do 1,5%), takich jak: nikiel, chrom, molibden, miedź, mają podwyższone własności mechaniczne i antykorozyjne. Większe dodatki pierwiastków takich jak: chrom, aluminium, krzem, nadają żeliwom własności antykorozyjne w ośrodkach agresywnych i własności żaroodporne. Żeliwa manganowe (8-14%Mn) mają osnowę austenityczną i są odporne na ścieranie oraz na działanie ługów w podwyższonych temperaturach. Należy podkreślić, że żeliwa można poddawać obróbce cieplnej podobnie jak stale i w dodatkowy sposób wpływać na ich własności w zależności od potrzeb.
W metodyce badania żeliwa w podwyższonej temperaturze wyróżnia się 3 sposoby pomiaru: 1) określenie właściwości mechanicznych po długotrwałym wytrzymaniu próbki w badanej temperaturze; 2) określenie właściwości mechanicznych po krótkotrwałym wytrzymaniu próbki; 3) Badanie właściwości mechanicznych w warunkach bardzo szybkiego nagrzewania próbki do wyznaczonej temp. Przykładowe żeliwa wysokostopowego: Żeliwo wysokochromowe (do ok. 37%Cr, ρ=7,3÷7,6 g/cm3) ma strukturę składającą się z ferrytu chromowego i fazy węglikowej. Chrom zmniejsza skłonność żeliwa do grafityzacji, zaś sprzyja powstawaniu osnowy perlitycznej. Jest skłonne do pękania na gorąco, odporne na ścieranie (do 28%Cr), korozję, odporne na działanie kwasów utleniających (tworzy się cienka warstwa pasywnych tlenków chromu która ochrania odlew przed kwasem - tworzy się ona powyżej 12%Cr), nieodporne na działanie ługów. Zawartość chromu powinna się zwiększać odpowiednio do zawartości węgla, ponieważ chrom jest w dużym stopniu związany z węglem - koncentruje się w fazie węglikowej (jeżeli będzie za dużo Cr to pogarsza się skrawalność, zaś przy zbyt dużej zawartości C pogarszają się właściwości mechaniczne żeliwa); Żeliwo wysokoaluminiowe Żeliwo aluminiowe można otrzymywać następującymi sposobami:* prze mieszanie ciekłego żeliwa z ciekłym aluminium ;* przez zalewanie ciekłym żeliwem kawałków aluminium ;*przez wytapianie w piecach elektrycznych; Żeliwo wysokoaluminiowe- (do ok.31%Al, ρ=5,3÷6 g/cm3) krystalizuje wg układu stabilnego, niekiedy poddawane sferoidyzacji, skłonne do zanieczyszczeń tlenkowych (np. Al2O3). Aluminium podnosi właściwości żaroodporne żeliwa, zwiększa odporność na korozję gazową. Przy zawartościach 9,5÷19%Al żeliwo aluminiowe krzepnie jako żeliwo białe (ferryt aluminiowy i faza ε), które ma ograniczone zastosowanie ze względu na złą skrawalność i niską wytrzymałość zmęczeniową. Najszersze zastosowanie na odlewy żaroodporne (do 1200ºC) ma żeliwo aluminiowe o zawartości 19÷25%Al. Przy wysokiej żaroodporności ma ono jednak niskie właściwości mechaniczne. Ma strukturę składającą się w zasadzie z ferrytu aluminiowego i grafitu; Żeliwo o zawartości 29÷31%Al i strukturze składającej się z ferrytu aluminiowego i węglika Al4C3 ma bardzo dużą żaroodporność - do ok. 1240ºC. Nie obrabialne skrawaniem, bardzo wrażliwa na zmęczenie cieplne oraz skłonność do samoczynnego rozpadania się. Obniżenie zawartości Al do 26÷28% nieznacznie pogarsza odporność na działanie gazów utleniających, natomiast podnosi skrawalność i Rm; Żeliwo wysokoniklowe (do ok.36%Ni, ρ=7,3÷7,8 g/cm3) ma strukturę złożoną z grafitu i austenitu(wysoka zawartość niklu spowodowała obniżenie temperatury Ms poniżej temperatury pokojowej) często z wydzieleniem węglika eutektycznego. Żeliwo kwasoodporne, odporne na korozję chemiczną, gazową, na działanie wysokiej jak i niskiej temperatury. Dobra skrawalność. W podwyższonej temperaturze Ni sprzyja perlityzacji osnowy - zmniejsza trwałość cementytu eutektoidalnego; Żeliwo wysokokrzemowe (do ok.18%Si, ρ=6,7÷7 g/cm3) o strukturze ferrytu krzemowego i grafitu (do ok.15,2%Si) lub krzemków grafitu (powyżej ok.15,2%Si), odporne na działanie większości agresywnych ośrodków o charakterze kwaśnym. Powyżej 12%Si spada wytrzymałość żeliwa, natomiast podnosi się kwasoodporność, dlatego też żeliwo o zawartości poniżej 12%Si stosuje się tylko wówczas kiedy potrzebna jest wyższa wytrzymałość przy niezbyt dużej kwasoodporności. Ze względu na bardzo dużą kruchość stopów o zawartości powyżej 18%Si nie stosuje się ich, pomimo wysokiej kwasoodporności. Przyczyną ich kruchości jest spadek zawartości węgla wraz ze wzrostem zawartości krzemu.
Właściwości odlewnicze żeliwa- zespół wszystkich cech metalu do wykonania odlewu bez wad ; Rodzaje: *Lejność ;*Skurcz ;*Skłonność do zabieleń ;*Skłonność do tworzenia jam skurczowych i porowatości ;*Skłonność do tworzenia naprężeń własnych ;*Wrażliwość na szybkość chłodzenia ; Lejność- jest to zdolność metalu do zapełniania wnęki formy, zdolność ciekłego metalu do dokładnego odtwarzania kształtu wnęki formy odlewniczej ; Próba technologiczna- Stosuje się próbę typu spiralnego. Długość całej spirali wynosi 1500mm. Na modelu spirali znajduje się 30 występów odległych od siebie o 50mm. Występy te umożliwiają ustalenie długości odlewnej spirali. Lejność można wyznaczyć za pomocą monogramu lub ze wzorów empirycznych: Temp. likwidus: Tγ= 1636-113*(C+0,25*Si+0,5P) ; Stopień przegrzania: P=T0-Tγ ; Lejność: L=P+10/16 ; Stopień nasycenia eutektycznego: Sc= S/CE=C/4,26-0,31*Si-0,36*P ; Równoważnik węgla: ERW=C+0,31*Si+0,36*P ; Wady jakie powoduje:*niedolew ;*fałdy ;*pęcherze ;*zimne krople ; Wpływ parametrów technologicznych (temp zal. skł. chemiczny)- Maksymalną lejność żeliwa uzyskuje się przy składzie. nadeutektycznym. Najsilniejszy wpływ na lejność żeliwa wywierają: C, Si i P. Przy wartości C/Si≈ 1,2 występuje maksimum lejności. Zwiększanie zawartości Si w żeliwie eutektycznym powoduje zmniejszanie się lejności. Przy bardzo dużej zawartości krzemu (6-18%) lejność pogarsza się. W miarę zwiększania temperatury polepsza się lejność. Jak zapobiegać: *Odlewać w wyższej temperaturze ;*Kontrolować skład chemiczny ;*Zwiększyć szybkość zalewania formy przez zmiany w układzie wlewowym ;*Zapewnić wystarczające odprowadzanie powietrza ;*Dostosować temperaturę formy do temperatury metalu (zazwyczaj zwiększenie) ;*Ogrzać niektóre ścianki formy lub dokładniej kontrolować jej temperaturę w miejscach gdzie występuje wada. ;*Ulepszyć układ wlewowy. ; Skurcz- jest to zmniejszenie wymiarów odlewu w stosunku do odpowiednich wymiarów metalu. ; Próba technologiczna- Odlewa się wałek ówcześnie mierząc jego długość od wypustki do wypustki a następnie odlewa się go i po zakrzepnięciu mierzy ponownie wymiar od wypustki do wypustki. Skurcz oblicza się z zależności wymiaru początkowego i końcowego mnożąc razy 100% aby uzyskać wartość w procentach; wzór: εo= (Lmod-Lodl/Lodl) * 100% ; Wady jakie powoduje: *pęknięcia ;*mikrorzadzizny ;*pęcherze; Wpływ parametrów technologicznych (temp zal. skł. chemiczny)- Temperatura odlewania wywiera znaczący wpływ na skurcz żeliwa ponieważ z jej podwyższeniem skurcz zmniejsza się wskutek zmniejszenia się szybkości chłodzenia. Węgiel bardzo powiększa skurcz żeliwa w stanie ciekłym. Silnie na skurcz działa siarka zakresie Mn/S >6 skurcz jest niedostrzegalny jednak poniżej tej wartości skurcz gwałtownie wzrasta. Pierwiastki tj. Cr,Al zmniejszają skurcz odlewniczy. ; Jak zapobiegać:*Należy zwiększać grubości ścianek odlewu ;*należy stosować formy suszone ;*Stosowanie obróbki próżniowej; Skłonność do zabieleń- jest wadą odlewniczą charakteryzująca się tym że w niektórych miejscach odlewu występują wydzielenia eutektyki cementowej ( a w żeliwie nadeutektycznym również wydzielenia cementytu pierwotnego). ; Próba technologiczna- Stosuje się próbę łamania klina. Próbki są odlewane pionowo w otwartych formach skorupowych lub rdzeniowych. Po ostygnięciu próbkę przełamuje się w połowie wysokości. Miarą stopnia zabielenia jest tzw. Liczba klinowa wyznaczana jako szerokość przekroju do której sięga zabielenie „czyste” tj. do której sięga strefa żeliwa białego. ; Wady jakie powoduje:*zabielenia punktowe ;*zabielenia krawędziowe ;*obniżenie własności wytrzymałościowych Czynniki powodujące skłonność do zabieleń: *Rodzaj materiałów wsadowych (a szczególnie udział grafitu i wymiary jego wydzieleń); *Stopień przegrzania żeliwa; *Czas wytrzymania żeliwa w temp. przegrzania ; Skłonność żeliwa do zabieleń jest przede wszystkim funkcją składu chemicznego stopu. Zmniejszają je pierwiastki sprzyjające grafityzacji a zwiększają przeciwdziałające grafityzacji. Na parametr ten znaczny wpływ ma również czas przetrzymywania kąpieli w piecu ;Jak zapobiegać: *Zastosowanie wlewu szczelinowego ;*kontrolować sposób doprowadzenia metalu do wnęki formy ;*Dobierać odpowiedni materiały wsadowe (a w szczególności zwracać uwagę na grafit i jego wydzielenia) ;* kontrolować stopień przesycenia żeliwa ;*kontrolować czas wytrzymywania w temperaturze przegrzania
Skłonność do tworzenia jam skurczowych i porowatości- określa się jako pustkę zazwyczaj kształtu stożkowego lub wrzecionowego o grubokrystalicznej powierzchni dużej chropowatości, najczęściej występującą w grubszych miejscach odlewu w przejściu od grubszej do cieńszej ścianki. ; Próba technologiczna-Stosuje się odlew kuli o średnicy 75mm blok teowy o stojaku grubości ok. 43mm i głowicy grubości ok. 100mm oraz płytki o wymiarach 150x225x8mm z dwoma nadlewami cylindrycznymi. Próbki te Wypełnia się suchym piaskiem a następnie przecina. Wady jakie powoduje: *zmniejszenie wytrzymałości materiału ;*tworzenie ubytku metalu ;*tworzenie porowatości ;*tworzenie obciągnięć ; Wpływ parametrów technologicznych (temp zal. skł. chemiczny)-Krzem i fosfor zmniejszają wartość skurczu co powoduje mniejsze jamy skurczowe. Im wyższa temperatura tym większy skurcz i większe jamy skurczowe. Do zawartości węgla 2% powstawanie jam skurczowych maleje natomiast powyżej tej wartości rośnie występowanie jam skurczowych. ; Powstawanie jam skurczowych zależy od: *składu chemicznego ;*stanu fizykochemicznego ciekłego żeliwa ;*technologii wykonania i zalewania formy ;*konstrukcji odlewu ; Jak zapobiegać- Należy stosować skuteczne układy zasilające. Znając gęstość ciekłego żeliwa w odpowiedniej temperaturze oraz gęstość składników struktury można wyznaczyć minimalny udział masowy eutektyki grafitowej w strukturze która zapewni pełne samozasilanie odlewu. ; Wrażliwość na szybkość chłodzenia- Żeliwo należy do stopów odlewniczych o szczególnej wrażliwości na szybkość chłodzenia co się wyraża zmienną niejednorodnością struktury a tym samym niejednorodnością właściwości mechanicznych w różnych częściach odlewu.
Jest to następstwem przede wszystkim: *szybkości chłodzenia podczas krystalizacji żeliwa ;*na grafityzację ;*na porowatość odlewu żeliwnego ; Próba technologiczna- Wykonuje się próbki typu „ramkowego” i schodkowego pozwalają one określić jedynie różnice struktury i twardości w częściach o ściankach różnej grubości, natomiast próbka z łożona z czterech prętów o różnej średnicy umożliwia określenie Wrażliwości na szybkość chłodzenia (Ws) również w odniesieniu do pozostałych właściwości mechanicznych (Rm,R9 itp.). ; Wpływ parametrów technologicznych (temp zal. skł. chemiczny)- C, Si i P zmniejszają wrażliwość żeliwa na szybkość chłodzenia ; Jak zapobiegać: *Wrażliwość żeliwa szarego na szybkość chłodzenia zmniejsza się w miarę podwyższania gatunku żeliwa, co wynika z wpływu zawartości węgla i krzemu. ;*Ograniczanie zawartości C, Si i P bądź przez wprowadzenie do żeliwa np. Ni, Cu, i Sn. ;*Przez zmniejszenie zawartości gazów w ciekłym metalu oraz przez zmianę zdolności żeliwa do zarodkowania w wyniku modyfikowania. ; Skłonność do tworzenia naprężeń własnych- są to naprężenia występujące w odlewie doprowadzonym do stanu równowagi cieplnej i nie obciążonym siłami zewnętrznymi. ; Czynniki wpływające na wartość naprężeń:*skład chemiczny ;*szybkość chłodzenia ;*konstrukcja odlewu ;*technologia formy ;*warunki odlewania ; Próba technologiczna- Krata naprężeń- Wykonuję się kratę składającą się z 3 prętów ( 2-óch zewnętrznych o średnicy ɸ=15mm i wewnętrznym o śr. ɸ=30mm). Środkowy pręt poddajemy rozciąganiu boczne natomiast ściskaniu. Środkowy pręt tniemy piłką ręczną, aż sam się nie przełamie. Próbki wytaczamy i gwintujemy ponieważ są one jednolite i muszą uzyskać odpowiedni kształt. Stosuje się również próbki o konstrukcji wymuszającej cieplne hamowanie skurczu np. przez połączenie części różnej grubości. ; Wpływ parametrów technologicznych (temp zal. skł. chemiczny)- pęknięcia na gorąco powstają bezpośrednio po zakrzepnięciu odlewu w zakresie temperatury 1150-1000°C ; Jak zapobiegać- *Stosuje się wyżarzanie odprężające (nagrzanie wyrobu do temp. poniżej 650°C wygrzaniu go w niej i następnie powolnym ochłodzeniu na powietrzu. ;*Do częściowego usunięcia naprężeń można zastosować też sezonowanie polegające na pozostawieniu odlewów na wolnym powietrzu przez kilka do kilkunastu miesięcy. Pęknięcia na gorąco: *Prawidłowy dobór konstrukcji i technologii formy pozwala na eliminację pęknięć na gorąco ;*likwidowanie przez międzydendrytyczne zasilanie odnośnych obszarów odlewu ciekłym metalem