LITINY

Report
LITINY
1
Litiny
Používají se převážně pro konstrukční účely
Spojují v sobě úměrnou cenu, dobré
technologické vlastnosti a vyhovující
mechanické vlastnosti
Ve srovnání s ocelemi mají asi o 8% nižší
měrnou hmotnost, lepší obrobitelnost, třecí
vlastnosti, schopnost tlumení, menší
citlivost na vruby
2
Litiny
Litina je slitina Fe, C a dalších prvků s
obsahem C větším než 2,11%.
Hlavní přísadou je křemík
Základní rozdělení může být na:
Litiny bílé
Litiny grafitické
Litiny speciální (legované)
3
Bílé litiny
Uhlík chemicky vázán jako Fe3C, struktura
tvořena směsí cementitu a perlitu
Jsou velmi tvrdé, odolné proti opotřebení,
ale křehké, velmi špatně obrobitelné (pouze
broušení)
Použití – mlecí koule do kulových mlýnů,
lopatky pískometů…
Jako polotovar pro výrobu temperované
litiny
4
Struktura bílé litiny
Krystalizuje
podle
metastabilní
soustavy
5
Grafitické litiny
Uhlík vyloučen jako
grafit
Dělení např. podle
tvaru grafitu
S lupínkovým grafitem
Grafen – nejnovější modifikace
uhlíku – plochá molekula
– šedá litina
S kuličkovým grafitem – tvárná litina
S červíkovým grafitem - vermikulární
S vločkovým grafitem - temperovaná
6
Závislost pevnosti a tažnosti u
grafitických litin
1 – s lupínkovým G
2 – s červíkovým G
3 – se zrnitým G
4 – temperovaná s
bílým lomem
5 – temperovaná s
černým lomem
6 – temperovaná
perlitická
7
Litina s lupínkovým grafitem
základní složení:
2,8 –3,6%C,
1,7 –2,4 % Si,
0,5 –1,0% Mn,
0,2 –0,5% P,
Max. 0,15% S
Možnost dalších
přísad
8
Struktura litiny s lupínkovým
grafitem
Grafitové lupínky
mohou být uloženy
v matrici feritické,
perlitické nebo
feriticko-perlitické
Typ matrice se
podílí na
mechanických
charakteristikách
litiny
9
Struktura litiny s lupínkovým grafitem
Strukturu matrice
doplňuje fosfidické
ternární eutektikum –
steadit (Fe-Fe3 C-Fe3P),
vyskytuje se na hranici
eutektických buněk –
Zvyšuje tvrdost, křehkost a odolnost proti
opotřebení. Obsah P se pohybuje 0,2-0,5%,
u uměleckých litin nad 1% (podporuje
zabíhavost)
10
Litina s lupínkovým grafitem
Tato litina je křehký materiál, který nemá
skoro žádnou tažnost, pevnost v tlaku je asi
3 – 4x větší než v tahu, pevnost v ohybu je
také asi 1,5x větší než v tahu.
Tvrdost litiny s feritickou matricí je asi 120
HB, s perlitickou matricí asi 220 HB
Má nízkou citlivost k účinkům vrubů, při
dynamickém namáhání proto je
srovnatelným materiálem s ocelí
Modul pružnosti se mění s napětím – neplatí
Hookův zákon
11
Očkovaná litina
Pro zvýšení hodnot mechanických
vlastností je možno litinu s lupínkovým
grafitem očkovat, tj. přidávat v tekutém
stavu do pánví očkovadlo = grafitizační
zárodky, na kterých rostou lupínky grafitu
Tímto způsobem se zvýší mechanické
vlastnosti litiny, protože se sníží vliv grafitu
jako „vrubů“ v matrici
Očkováním dostaneme větší množství
menších lupínků
12
Vliv dalších prvků v litině
Křemík je nejdůležitější grafitotvorná
přísada. Čím vyšší je jeho obsah, tím hrubší
je grafit, roste podíl feritu a klesá perlitu v
matrici.
Při velké ochlazovací rychlosti (malé
tloušťce stěny) je nutný vyšší obsah Si,
protože se tím kompenzuje vliv
karbidotvorných prvků (Mn, popř.S).
13
Vliv dalších prvků v litině
Pro hodnocení vlivu Si a dalších prvků na
polohu eutektického bodu se používá stupeň
eutektičnosti Sc. Tato hodnota ukazuje
novou polohu eutektického bodu.
Sc = %C/(4,26-0,312%Si-0,275%P)
Pokud je Sc = 1, znamená to, že litina
přesně odpovídá eutektickému složení
Znalost Scje důležitá pro dosažení určité
struktury matrice a tím i odpovídajících
mechanických vlastností
14
Litina s kuličkovým grafitem
Základní složení
3,2 – 4,0 % C
1,8 – 3,0 %Si
0,2 – 0,8 %Mn
Max. 0,1% P
Max. 0,05 % S
0,04 – 0,08 % Mg
Vyšší obsah C i Si ve
srovnání s litinou s
lupínkovým grafitem
15
Litina s kuličkovým grafitem
Vyrábí se modifikací taveniny čistým Mg
nebo jeho předslitinami v pánvi nebo přímo
ve formě.Je nutný velmi nízký obsah S.
Na průběh krystalizace má vliv rychlost
ochlazování – při rychlém chladnutí jsou
kuličky menší.
V závislosti na požadované struktuře
matrice se mění množství Si a Mn
16
Litina s kuličkovým grafitem
Feritická matrice
zajišťuje dobrou
tažnost (až 25%),
ale nižší pevnost.
Této struktury se
dosahuje zvýšeným
obsahem Si a
současně nižším
Mn (pod 0,4%)
17
Litina s kuličkovým grafitem
U malé tloušťky stěny se někdy nedaří zajistit
čistě feritickou strukturu, proto se volí
feritizační žíhání
Obsahu Mn vyšší než 0,4 % podporuje vznik
perlitické matrice, která zajišťuje vyšší
pevnost litiny, ale horší tažnost.
Litina s kuličkovým grafitem je vysoce
jakostní materiál, který spojuje přednosti
ocelí na odlitky a litiny s lupínkovým
grafitem
18
Litina s kuličkovým grafitem
Hodnoty meze kluzu a pevnosti jsou
srovnatelné s ocelí, zachovává si větší
schopnost útlumu, menší vrubovou citlivost,
lepší slévatelnost, třecí vlastnosti a
výbornou obrobitelnost.
Příklady použití: součásti silničních vozidel,
převodové a ložiskové skříně, klikové a
vačkové hřídele, ozubená kola, dynamicky
namáhané odlitky
19
Příklady použití litiny s kuličkovým
grafitem
Ozubená
kola
Válce
Písty
a pístní
kroužky
Klikové
hřídele
20
ADI litiny
(z anglického Austempered Ductile Iron )
Vzniknou izotermickým zušlechtěním litiny s
kuličkovým grafitem na litinu s bainitickou matricí.
Izotermické zušlechťování se skládá
z austenitizace, rychlého ochlazení na teplotu
v bainitické oblasti a dochlazení na pokojovou
teplotu. Při austenitizaci se materiál ohřeje na
teplotu 850 až 1 000 °C (1 - 3 h). Po té
následuje rychlé ochlazení na teplotu izotermické
přeměny (do bainitické oblasti) v austenitické
peci. Následuje přemístění do solné lázně
s teplotou 250 až 450 °C.
21
Tepelné zpracování ADI litiny
http://ime.fme.vutbr.cz/files/Studijni%20opory/savgl/index.php?chapter=11#chapter11_izoter
micke_zuslechtovani
22
Struktura ADI litiny s bainitickou
matricí
http://ime.fme.vutbr.cz/files/Studijni%20opory/savgl/index.php?chapter=11#chapter11_izotermicke_zuslechtovani
23
Litina s červíkovitým grafitem vermikulární
Tvoří přechod mezi litinou s lupínkovým a
kuličkovým grafitem
Vzniká přísadou Mg jako kuličkový grafit,
ale v množství, které není dostatečné pro
vytvoření kuliček nebo se přidávají prvky,
které brání vzniku kuličkového grafitu,
např.Ti. Může se tavit z levné vsázky i s
ocelovým odpadem a s vermikulárním
grafitem má lepší pevnost
24
Litina s červíkovitým grafitem
Je vhodná pro tepelně namáhané odlitky
jako kokily, bloky válců, čelisti brzd vozidel
25
Litina s červíkovitým grafitem
Vlastnosti litiny s feritickou matricí:
Mez pevnosti – cca 320 MPa
Mez kluzu – 260 až 300 MPa
Tažnost – 3 až 8 %
Tvrdost – 135 až 170 HB
S perlitickou matricí se pevnost zvyšuje na
cca 400 MPa, tvrdost na 190 až 280HB, ale
klesá tažnost na 1 až 2 %.
26
Litina s vločkovým grafitem temperovaná
Vzniká tepelným zpracováním bílé litiny,
kdy se karbid železa rozkládá na grafit.
Tepelné zpracování se nazývá temperování
Rozlišují se dva postupy – v oduhličujícím a
neoduhličujícím prostředí
Litina žíhaná v oduhličujícím prostředí má
bílý lom
Litina žíhaná v neoduhličujícím prostředí je
litina s černým lomem
27
Litina s vločkovým grafitem temperovaná
Oba druhy se liší chemickým složením –
hlavně obsahem C a Si
litina s bílým lomem má 3 – 3,4%C, 0,8až
0,4 %Si, 0,4 - 0,6%Mn, max.0,1%P, 0,120,25 %S
Litina s černým lomem má 2,3 – 2,6%C,
1,2 – 1,6%Si, 0,4-0,5%Mn, max.0,1 %P,
0,10 – 0,15%S
28
Temperovaná litina
s bílým lomem
Temperovací proces probíhá v peci s
oduhličující oxidační atmosférou (směs
CO,CO2, H2 a vodní pára) při teplotě asi
1050°C.
Probíhá grafitizace, tj.rozpad
ledeburitických karbidů na austenit a grafit
a současně oduhličování povrchu odlitku
(atmosféra odebírá odlitku C, který oxiduje,
aniž by vznikaly okuje.
29
Temperovaná litina s bílým lomem
30
Temperovaná litina
s černým lomem
Vzniká TZ, při kterém je veškerý uhlík
vyloučen jako grafit, proto se volí nižší
obsah uhlíku (grafit snižuje mech.vlast)
TZ je dvoustupňové, v 1.stupni se rozpadá
ledeburitický cementit na grafit a Fe v
neutrální atmosféře při teplotě asi 950°C
(teplota nižší a doba kratší než u litiny s
bílým lomem)
31
Temperovaná litina
s černým lomem
2.stupeň umožňuje
získat feritickou
nebo perlitickou
matrici, ale také
strukturu
zušlechtěného stavu
změnou ochlazovací
rychlosti po rozpadu
ledeburitických
karbidů
32
Temperovaná litina
s černým lomem
33
Tvrzená litina (skořepová)
Cílem je dosáhnout na povrchu vrstvy bílé
litiny, která postupně přechází přes
makovou litinu do jádra, které je z litiny s
lupínkovým nebo kuličkovým grafitem.
Toho je možno dosáhnout vhodnou volbou
ochlazovací rychlosti (čím rychlejší, tím
vyšší sklon k tvorbě litiny bílé)
34
Legované litiny
Legury nesmí ovlivnit vylučování grafitu,
mají za cíl především dosáhnout optimální
kombinace pevnosti, houževnatosti (bez
TZ), případně lepších technologických,
fyzikálních či chemických vlastností.
Hlavními legurami, které se u litin používají
jsou Al, Si, Cr a Ni.
35
Tepelné zpracování
grafitických litin
Tepelným zpracováním ovlivňujeme
výhradně matrici, TZ nemá vliv na tvar,
množství ani rozložení grafitu.
Litiny lze žíhat i kalit stejně jako oceli.
36
Žíhání litin
a) žíhání ke snížení vnitřních pnutí, b)
sferoidizační, c) feritizační, d) ke snížení
tvrdosti (odstranění ledeburitického cementitu),
e) normalizační
37
Žíhání ke snížení vnitřních pnutí
Provádí se zejména u tvarově složitých
odlitků z litiny s lupínkovým grafitem –
úroveň pnutí se snižuje asi o 10 až 20%.
Rychlost ochlazování odlitků musí být až do
teplot 150 až 100°C dostatečně pomalá (20
až 80 °C/hod.), aby nové pnutí nevznikalo
38
Žíhání ke snížení tvrdosti
Používá se u litin s lupínkovým a
kuličkovým grafitem, tehdy, když tvrdost
odlitků zhoršuje jejich obrobitelnost (pokud
je ve struktuře velmi jemný perlit nebo
ledeburitický cementit).
K dosažení požadované struktury matrice se
volí postup d) pro perlit a d´) pro feriticko
perlitickou matrici.
39
Žíhání sferoidizační, feritizační
Pokud chceme lamelární perlit změnit na
globulární (zrnitý), používáme sferoidizační
žíhání pod teplotou A1 – postup b).
Při dalším prodlužování výdrže nastává
grafitizace perlitického cementitu, takže
výsledná struktura je feritická – postup c) =
feritizační žíhání
40
Žíhání normalizační
Postup e) - u grafitických
litin se používá ke zvýšení
odolnosti proti opotřebení
nebo jako výchozí operace
pro další TZ, např.
povrchové kalení
Proti litému stavu se
snižuje podíl feritu a lze
získat jemnější a tvrdší
lamelární perlit
41
Kalení litin
Cílem je dosažení martenzitické nebo bainitické
matrice
Výsledná tvrdost je u litin nižší než u ocelí, u
litiny s lupínkovým grafitem asi 50 HRC, u litiny s
kuličkovým grafitem asi 55 HRC
Při kalení mají litiny sklon k praskání – vlivem
přítomnosti grafitu, proto se mohou kalit termálně
a popouštět ke snížení vnitřních pnutí na nízké
teploty (do 200°C), litiny s kuličkovým G i na
vysoké teploty (550 až 650 °C) k dosažení
sorbitické struktury – pro dynamicky namáhané
odlitky.
42
Izotermické zušlechťování
Po austenitizaci se
litina ochladí na
zvolenou teplotu
fázové přeměny (250 400°C a po výdrži (13hod) v lázni se
dochladí na vzduchu.
Výsledkem je
bainitická matrice.
43
Izotermické zušlechťování
Cílem je zvýšit pevnost, tvrdost a odolnost
proti opotřebení. Proti martenzitickému
kalení je výhodou nižší vnitřní pnutí – nižší
deformace
Provádí se zejména u litin s kuličkovým
grafitem.
Vlastnosti rozdílné podle teploty
izotermické přeměny.
Pevnost může dosáhnout hodnoty až
1000MPa při dobré houževnatosti
44
Martenzitické kalení
Kalí se z teplot 50 až 80°C nad A1 (při
vyšších teplotách roste podíl ZA a tvrdost
klesá) do studené lázně nebo termálně.
Po kalení se popouští do cca 200 °C , litiny
s kuličkovým G i na vysoké teploty
Pro povrchové kalení má být výchozí
struktura perlitická s podílem feritu do 15 %
bez ledeburitického cementitu, podíl
steaditu minimální a lupínky jemné
rovnoměrně rozložené.
45
Z různých podkladů zpracovala: D. Odehnalová
46

similar documents