Druhy litinových odlitků
Druhy litinových odlitků
Tato kapitola pojednává o různých typech litinových odlitků.
Odlitek ze šedé litiny
Charakteristickým znakem šedé litiny je grafická mikrostruktura, která je schopna způsobit lomy materiálu a má šedý vzhled. Jedná se o nejběžněji používaný typ litiny a také běžně používaný litý materiál podle hmotnosti. Většina šedých litin má chemický rozklad 2,5 procenta až 4 procenta uhlíku, 1 procenta až 3 procenta silikonu a zbytek tvoří železo.
Tento typ litiny má ve srovnání s ocelí menší pevnost v tahu a menší odolnost proti nárazu. Jeho pevnost v tlaku je srovnatelná s nízkou a středně uhlíkovou ocelí.
Všechny tyto mechanické vlastnosti jsou řízeny tvarem grafitových vloček a velikostí grafitových vloček, které jsou přítomny v mikrostruktuře šedé litiny.
Odlitek z bílého železa
Tento typ železa má rozbité povrchy, které jsou bílé kvůli přítomnosti sraženiny karbidu železa zvaného cementit. Uhlík, který je obsažen v bílé litině, se z taveniny vysráží spíše jako cementit ve stabilní fázi než jako grafit. Toho je dosaženo nižším obsahem křemíku jako grafitizačního činidla a rychlejší dodávanou rychlostí chlazení. Po tomto vysrážení se cementit tvoří jako velké částice.
Během precipitace karbidu železa sraženina čerpá uhlík z původní taveniny, čímž se směs posouvá směrem k té, která je blíže eutektickému. Zbývající fází je redukce železa na uhlíkový austenit, který se po ochlazení přemění na martenzit.
Tyto obsažené eutektické karbidy jsou příliš velké na to, aby poskytovaly výhodu precipitačního vytvrzování. V některých ocelích mohou být mnohem menší precipitáty cementitu, které mohou nést deformaci plastu tím, že brání pohybu dislokací skrz matrici čistého železného feritu. Mají výhodu, protože zvyšují objemovou tvrdost litiny jednoduše díky své vlastní tvrdosti a objemovému podílu. To má za následek, že objemovou tvrdost lze aproximovat pravidlem směsí.
Tato tvrdost je v každém případě nabízena na úkor houževnatosti. Bílou litinu lze obecně klasifikovat jako cement, protože karbid tvoří větší část materiálu. Bílé železo je příliš křehké na to, aby mohlo být použito v konstrukčních součástech, ale díky své dobré tvrdosti, odolnosti proti otěru a nízké ceně může být použito jako otěrový povrch kalových čerpadel.
Je těžké chladit tlusté odlitky rychleji, což stačí k ztuhnutí taveniny jako bílé litiny, nicméně rychlé ochlazení lze použít k ztuhnutí sakra bílé litiny a poté z ní zůstane zbytek. ochlazovat pomaleji, čímž tvoří jádro ze šedé litiny. Tento výsledný odlitek se nazývá chlazený odlitek a má výhody tvrdého povrchu, ale s tužším vnitřkem.
Slitiny bílého železa s vysokým obsahem chrómu měly schopnost umožnit masivní odlévání oběžného kola o hmotnosti asi 10 tun, které bylo odléváno do písku. To je způsobeno skutečností, že chrom snižuje rychlost chlazení potřebnou k výrobě karbidů přes větší tloušťky materiálu. Karbidy s vynikající odolností proti otěru produkují také prvky z chromu.
Lití z tvárné litiny
Temperovaná litina začíná jako odlitek z bílé litiny, poté se tepelně zpracovává při teplotách asi 950 °C po dobu dvou nebo jednoho dne a poté se po stejnou dobu ochladí.
Uhlík v karbidu železa se pak přemění na grafit a ferit plus uhlík v důsledku tohoto procesu zahřívání a chlazení. Tento proces je nízký, ale umožňuje povrchovému napětí přeměnit grafit na sféroidní částice spíše než na vločky.
Sféroidy jsou relativně krátké a dále od sebe kvůli jejich nízkému poměru stran. Obsahují také spodní průřez, šířící se trhlinu a foton. Na rozdíl od vloček obsahují tupé hranice, které se podílejí na zmírnění problémů s koncentrací napětí, které se vyskytují v šedé litině. Celkově vzato jsou vlastnosti tvárné litiny podobné vlastnostem oceli, která je svou povahou mírná.
Lití z tvárné litiny
Tato litina, někdy označovaná jako tvárná litina, má svůj grafit ve formě velmi drobných uzlů, přičemž grafit má podobu vrstev, které jsou soustředné a tvoří tak noduly. Vzhledem k tomu vlastnostitvárná litinajsou vyrobeny z houbovité oceli, která nemá žádné účinky koncentrace napětí produkované vločkami grafitu.
Množství obsaženého uhlíku je asi 3 až 4 procenta a křemíku asi 1,8 až 2,8 procenta. Malá množství 0,02 procenta až 0,1 procenta hořčíku a pouze 0,02 procenta až 0,04 procenta ceru, když se do těchto slitin přidají, zpomaluje rychlost, s jakou narůstá precipitace grafitu prostřednictvím vazby na okraje grafitových drah.
Uhlík může mít šanci se oddělit jako sféroidní částice, když materiál tuhne, díky pečlivé kontrole ostatních prvků a správnému načasování během procesu. Výsledné částice jsou podobné kujné litině, ale díly lze odlévat s většími sekcemi.
Legující prvky
Vlastnosti litiny se mění a přidávají v různých legujících prvcích nebo legovacích látkách v litině. V souladu s uhlíkem je prvek křemík, protože má schopnost vytlačit uhlík z roztoku. Menší procento křemíku nemůže být schopno toho plně dosáhnout, protože umožňuje, aby uhlík zůstal v roztoku, čímž se tvoří karbid železa a také se vyrábí bílá litina.
Větší procento nebo koncentrace křemíku je schopno vytlačit uhlík z roztoku a následně vytvořit grafit a také vyrobit šedou litinu. Mezi další legovací činidla, která nejsou uvedena, patří mangan, chrom, titan a poté vanad. Ty působí proti křemíku, podporují také zadržování uhlíku a tím i tvorbu karbidů. Nikl a prvek měď mají výhodu, protože zvyšují pevnost a obrobitelnost, ale pak nejsou schopny změnit množství vytvořeného uhlíku.
Uhlík, který je ve formě grafitu, má za následek měkčí železo, čímž se snižuje účinek smrštění, snižuje se pevnost a snižuje se obsažená hustota. Síra je většinou kontaminant, když je obsažena a tvoří sulfid železa, který zabraňuje tvorbě grafitu a také zvyšuje tvrdost.
Nevýhodou síry je, že činí roztavenou litinu viskózní, což způsobuje vady. Pro zajištění a odstranění účinků síry se do roztoku přidává mangan. To se děje proto, že když se tyto dva spojí, vytvoří sulfid manganu místo sulfidu železa. Výsledný sulfid manganu je lehčí než tavenina a má tendenci vyplavovat z taveniny a dostat se do strusky.
Přibližné množství manganu potřebné k odstranění účinků síry je 1,7 jednotek obsahu síry a dalších 0,3 procenta přidaných navrch. Přidání více než tohoto množství manganu má za následek tvorbu karbidu manganu a to zvyšuje tvrdost a chladnutí s výjimkou šedé litiny, kde až 1 procento manganu může zvýšit pevnost a obsaženou hustotu. Nikl je jedním z nejobecnějších legujících prvků, protože má tendenci zjemňovat perlit a strukturu grafitu, čímž zlepšuje houževnatost a vyrovnává rozdíl v tvrdosti mezi tloušťkami průřezu.
Chrom se přidává v malých množstvích, aby se snížil volný grafit a vytvořil se chlad. Je to proto, že chrom je silný karbidový stabilizátor a v některých případech může fungovat ve spojení s niklem. Pro chrom lze také přidat malé náhradní množství cínu. Měď se přidává do pánve nebo pece v množství řádově 0,5 až 2,5 procenta, aby se dosáhlo snížení chladu, rafinace grafitu a zvýšení tekutosti. Molybden lze také přidat v řádu 0,3 procenta až 1 procento, aby se také zvýšil chlad, zjemnil grafit a zjemnila struktura perlitu.
Obvykle se přidává v souladu s niklem, mědí a chromem, aby se vyrobila vysoce pevná železa. Prvek titan se přidává, aby fungoval jako odplyňovač a deoxidátor a zvýšil tekutost. Podíl 0,15 procenta až 0,5 procenta prvku vanadu se přidává do litiny a pomáhá stabilizovat cementit, zvyšuje tvrdost a odolává opotřebení a tepelným účinkům.
Zirkonium napomáhá tvorbě grafitu a přidává se v poměru asi 0,1 procenta až 0,3 procenta. Tento prvek také pomáhá při deoxidaci a zvýšení tekutosti. Do tavenin kujného železa se pro zvýšení množství křemíku nalévá vizmut v měřítku 0,002 procenta až 0,01 procenta. V bílém železe se přidává prvek bór, který napomáhá výrobě železa, které je kujné, a snižuje hrubovací účinek prvku vizmut.