ŻELIWA NIESTOPOWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Transkrypt

1 ŻELIWA NIESTOPOWE Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Żeliwo stop żelaza z węglem, zawierający 2,5 4,5% C i inne pierwiastki (Si, Mn, P, S), przeznaczony do wykonywania części maszyn, urządzeń przemysłowych i wyrobów codziennego użytku na drodze odlewania. Żeliwo niestopowe i stopowe Zależnie od postaci węgla wyróżnia się żeliwa: białe (jasny przełom), w których węgiel występuje w postaci cementytu; mają one ograniczone zastosowanie; szare z grafitem (szary przełom), w których węgiel występuje głównie jako grafit i częściowo związanej jako cementyt w perlicie; mają one szerokie zastosowanie; ze względu na kształt wydzieleń grafitu wyróżnia się żeliwo z grafitem płatkowym, sferoidalne i ciągliwe; połowiczne (pstre) węgiel w postaci cementytu i grafitu. 2

3 Wykres układu równowagi fazowej Fe-C układ żelazo-cementyt (linia ciągła), układ żelazo-grafit (linia przerywana) % masy C 3

4 Zmiana energii swobodnej ciekłego stopu (F L ) i mieszaniny austenit + cementyt (F A+C ) oraz mieszaniny austenit + grafit (F A+G ) ze zmianą temperatury 4

5 Wykres Maurera wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna powstać w odlewie żeliwnym o grubości 50 mm w zależności od zawartości węgla i krzemu 5

6 Wykres Greinera-Kingenstein'a wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna powstać w odlewie żeliwnym w zależności od grubości ścianki odlewu oraz sumarycznej zawartości węgla i krzemu 6

7 Żeliwa białe Struktura zgodna z wykresem równowagi fazowej Fe-Fe3C: podeutektyczne i nadeutektyczne Właściwości: twarde i kruche, nie nadają się do obróbki skrawaniem, dobre właściwości odlewnicze i wysoka odporność na ścieranie. Wysoka twardość ( HB) i odporność na ścieranie, są wynikiem obecności w żeliwie białym znacznej ilości cementytu ( HB). Wytrzymałość na rozciąganie niewielka, natomiast znaczna (4 6 razy większa) wytrzymałość na ściskanie. Stosowane są na okładziny sprzęgieł, walce drogowe, kule do młynów, ślimaki mieszalników, przenośniki materiałów sypkich. 7

8 STRUKTURA ŻELIW Z GRAFITEM OSNOWA METALICZNA GRAFIT FAZY ZAWIERAJĄCE FOSFOR I SIARKĘ EUTEKTYKA FOSFOROWA (Fe +Fe 3 P+Fe 3 C) (Fe +Fe 3 P+C) SIARCZKI MnS, FeS 8

9 Rodzaje osnowy metalicznej i wydzieleń grafitu w żeliwach z grafitem 9

10 Podział i znakowanie żeliw szarych żeliwa szare zwykłe i żeliwa modyfikowane (PN-EN 1561:2000): EN-GJL-100 (100 Rm [N/mm 2 ]) EN-GJL-350 (żeliwo modyfikowane) żeliwa sferoidalne (PN-EN 1563:2000) EN-GJS (350 R m [N/mm 2 ], 22 A [%]) EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS EN-GJS

11 Żeliwa szare krzepnące bez regulowania procesu krystalizacji zawierają duże płatki grafitu, których obecność wpływa ujemnie na właściwości mechaniczne (Rm<250 N/mm 2 ). Posiadają dużą zdolność tłumienia drgań. Żeliwa modyfikowane: W celu podwyższenia właściwości wytrzymałościowych przeprowadza się proces modyfikacji żeliw. Modyfikacja polega na wprowadzeniu do ciekłego stopu modyfikatora (np. Fe-Si, Ca-Si) w ilości do 0,5% masy stopu. Modyfikator powoduje zwiększenie ilości zarodków krystalizacji, a tym samym rozdrobnienie płatków grafitu oraz uzyskanie struktury perlitu w osnowie metalicznej. Te dwa czynniki są powodem wyższej wytrzymałości żeliw modyfikowanych (Rm>300 N/mm 2 ). 11

12 Żeliwa sferoidalne (z grafitem sferoidalnym): proces technologiczny wytwarzania żeliwa polega na wprowadzeniu do ciekłego stopu niewielkiej ilości substancji (Cr, Mg, Mg-Ni), które zmieniają napięcie powierzchniowe i powodują utworzenie wydzieleń grafitu w postaci sferoidalnej oraz wprowadzeniu modyfikatora (np. Fe-Si, Ca-Si) w celu zwiększenia ilości zarodków krystalizacji, co sprzyja powstaniu struktury drobnoziarnistej. Struktura osnowy: ferrytyczna, ferrytyczno-perlityczna, perlityczna. Właściwości: wytrzymałość i plastyczność wyższe niż w żeliwach szarych, ale mniejsza zdolność tłumienia drgań. 12

13 Żeliwa połowiczne żeliwa o zróżnicowanej strukturze: typowej dla żeliw szarych i żeliw białych. Węgiel przyjmuje postać grafitu lub występuje w postaci związanej jako cementyt. Zastosowanie: żeliwa te nie są wykorzystywane w sposób bezpośredni, niekiedy stosuje się odlewy zabielone, które po odlaniu początkowo poddawane są chłodzeniu z dużą szybkością, w wyniku czego warstwa wierzchnia ma strukturę żeliwa białego. Zmniejszenie szybkości chłodzenia, po zakrzepnięciu warstwy żeliwa białego, powoduje uzyskanie w rdzeniu struktury żeliwa szarego. Pomiędzy warstwą żeliwa białego a rdzeniem żeliwa szarego tworzy się warstewka żeliwa połowicznego (pstrego). Występują one w takich elementach jak: walce hutnicze, bębny młynków, które wymagają dużej odporności. 13

14 Żeliwa ciągliwe otrzymywane z żeliwa białego w wyniku wyżarzania grafityzującego. W czasie obróbki cieplnej cementyt ulega rozkładowi z wydzieleniem węgla żarzenia w postaci kłaczkowatych skupień. Proces wyżarzania żeliwa przebiega w zakresie temperatur ~ ºC w czasie ~ 100 godzin. Zależnie od przebiegu cyklu wyżarzania i atmosfery procesu otrzymuje się żeliwo o osnowie ferrytycznej lub perlitycznej, o strukturze jednolitej na przekroju elementu (żeliwo ciągliwe czarne, atmosfera obojętna) lub o zmniejszonej zawartości węgla przy powierzchni odlewu (żeliwo ciągliwe białe, atmosfera utleniająca). Kłaczkowa postać grafitu wpływa korzystnie na właściwości mechaniczne żeliwa. 14

15 Podział i znakowanie żeliw ciągliwych żeliwa ciągliwe czarne ENGJMB (osnowa ferrytyczna) ENGJMB (osnowa ferrytyczna) ENGJMB (osnowa perlityczna) ENGJMB (osnowa perlityczna) ENGJMB (osnowa perlityczna) ENGJMB (osnowa perlityczna) żeliwa ciągliwe białe ENGJMW ENGJMW ENGJMW ENGJMW

16 Przebieg wyżarzania odlewów z żeliwa białego w celu uzyskania żeliwa ciągliwego czarnego: a- żeliwo ferrytyczne, b- żeliwo perlityczne 16

17 Właściwości mechaniczne żeliw z grafitem w zależności od osnowy metalicznej i postaci grafitu [N/mm 2 ] Z grafitem płatkowym 17

18 Korzystne właściwości technologiczne żeliw, wynikające z obecności grafitu mała wrażliwość na karby zewnętrzne, np. zmianę przekroju elementu konstrukcji, z uwagi na liczne karby wewnętrzne mały skurcz odlewniczy dobra skrawalność dobre właściwości ślizgowe duża zdolność tłumienia drgań dobra wytrzymałość zmęczeniowa 18

19 Typowe zastosowania żeliw Rodzaj żeliwa Białe Szare z grafitem płatkowym Sferoidalne Ciągliwe Osnowa ferrytyczna Osnowa perlityczna Zastosowanie Odlewy odporne na ścieranie, nie wymagające większej obróbki skrawaniem: wykładziny i ślimaki mieszalników i przenośników materiałów sypkich,kule młynów kulowych, klocki hamulcowe Masowo produkowane odlewy nie przenoszące obciążeń (ruszty, płyty i drzwi pieców, grzejniki, wanny, zlewy), odlewy części maszyn, wlewnice, cylindry samochodowe, tłoki Części samochodowe (wałki rozrządu, korbowody, wały korbowe, części układu kierowniczego), koła zębate i wrzeciona obrabiarek, części armatury przemysłowej, walce hutnicze Odlewy nie wymagające większej wytrzymałości, a przy tym tanie: części maszyn rolniczych,maszyn do szycia, artykułów gospodarstwa domowego Odlewy silniej obciążone: wałki rozrządu, wały korbowe, krzywki, koła zębate, klucze maszynowe, podstawy dział 19