Druhy litiny, klasifikace, složení, vlastnosti, značení a použití

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

V současné době neexistuje téměř žádná oblast lidského života, kde by se nepoužívala litina. Tento materiál je lidstvu znám již poměrně dlouho a z praktického hlediska se výborně osvědčil. Litina je základem široké škály dílů, sestav a mechanismů a v některých případech dokonce soběstačným produktem schopným plnit funkce, které jsou mu přiděleny. Proto se v tomto článku budeme této sloučenině obsahující železo věnovat důkladně. Zjistíme také, jaké druhy litiny jsou, jejich fyzikální a chemické vlastnosti.

Definice

Litina je skutečně unikátní slitina železa a uhlíku, ve které je Fe více než 90 % a C není více než 6,67 %, ale ne méně než 2,14 %. Uhlík lze také nalézt v litině ve formě cementitu nebo grafitu.

Uhlík dodává slitině dostatečně vysokou tvrdost, zároveň však snižuje kujnost a tažnost. V důsledku toho je litina křehkým materiálem. K určitým druhům litiny se také přidávají speciální přísady, které mohou poskytnout sloučenině určité vlastnosti. Role legujících prvků může být: nikl, chrom, vanad, hliník. Index hustoty litiny je 7200 kilogramů na metr krychlový. Z čehož lze usuzovat, žehmotnost litiny je ukazatel, který nelze nazvat malým.

Historické pozadí

Tavicí železo je člověku již dlouho známo. První zmínky o slitině se datují do šestého století před naším letopočtem.

V dávných dobách se v Číně vyráběla litina s poměrně nízkým bodem tání. Litina se v Evropě začala vyrábět kolem 14. století, kdy byly poprvé použity vysoké pece. V té době se takový železný odlitek používal k výrobě zbraní, nábojů, konstrukčních dílů.

V Rusku začala výroba litiny aktivně v 16. století a poté se rychle rozšířila. Za dob Petra I. dokázalo Ruské impérium obejít všechny země světa, pokud jde o produkci železa, ale o sto let později začalo na trhu železné metalurgie opět ztrácet půdu pod nohama.

Litina se používala k vytváření různých uměleckých děl již od středověku. Zejména v 10. století čínští mistři odlévali skutečně unikátní postavu lva, jehož hmotnost přesahovala 100 tun. Od 15. století se v Německu a poté v dalších zemích rozšířilo lití litiny. Byly z něj vyrobeny ploty, mříže, parkové sochy, zahradní nábytek, náhrobky.

V posledních letech 18. století se lití železa nejvíce podílelo na architektuře Ruska. A 19. století bylo obecně nazýváno „dobou litiny“, protože slitina byla velmi aktivně používána v architektuře.

Funkce

Existují různé typylitina, průměrný bod tání této kovové sloučeniny je však asi 1200 stupňů Celsia. Toto číslo je o 250-300 stupňů nižší, než je požadováno pro výrobu oceli. Tento rozdíl je spojen s poměrně vysokým obsahem uhlíku, což vede k jeho méně úzkým vazbám s atomy železa na molekulární úrovni.

V době tavení a následné krystalizace nestihne uhlík obsažený v litině zcela proniknout do molekulární mřížky železa, a proto se litina nakonec ukáže jako značně křehká. V tomto ohledu se nepoužívá tam, kde jsou konstantní dynamické zatížení. Ale zároveň je vynikající pro ty díly, které mají zvýšené požadavky na pevnost.

Výrobní technologie

Naprosto všechny druhy litiny se vyrábějí ve vysoké peci. Ve skutečnosti je samotný proces tavení poměrně pracná činnost, která vyžaduje vážné materiální investice. Jedna tuna surového železa vyžaduje asi 550 kilogramů koksu a téměř tunu vody. Objem rudy vkládané do pece bude záviset na obsahu železa. Nejčastěji se používá ruda, ve které je železo nejméně 70 %. Nižší koncentrace prvku je nežádoucí, protože jeho použití by bylo neekonomické.

První fáze produkce

Tavení železa je následující. Nejprve se do pece sype ruda a také jakosti koksovatelného uhlí, které slouží k natlakování a udržení požadované teploty uvnitř šachty pece. Kromě toho se tyto produkty během procesu spalování aktivně podílejí na probíhajících chemických reakcích vrole redukčních činidel železa.

Současně se do pece vkládá tavidlo, které slouží jako katalyzátor. Napomáhá rychlejšímu tání hornin, což podporuje uvolňování železa.

Je důležité poznamenat, že ruda prochází před naložením do pece speciální předúpravou. Drtí se v drtícím zařízení (drobné částice se rychleji taví). Poté se promyje, aby se odstranily částice bez kovů. Poté je surovina vypálena, díky tomu je z ní odstraněna síra a další cizí prvky.

Druhá fáze výroby

Zemní plyn je přiváděn do pece naplněné a připravené k provozu prostřednictvím speciálních hořáků. Koks ohřívá surovinu. V tomto případě se uvolní uhlík, který se spojí s kyslíkem a vytvoří oxid. Tento oxid se následně podílí na získávání železa z rudy. Všimněte si, že s rostoucím množstvím plynu v peci se rychlost chemické reakce snižuje, a když je dosaženo určitého poměru, zastaví se úplně.

Přebytečný uhlík proniká taveninou a spojuje se s železem, případně tvoří litinu. Všechny tyto prvky, které se neroztavily, jsou na povrchu a jsou nakonec odstraněny. Tento odpad se nazývá struska. Lze jej použít i k výrobě jiných materiálů. Druhy litiny získané tímto způsobem se nazývají slévárenské a surové železo.

Rozlišení

Moderní klasifikace litin umožňuje rozdělení těchto slitin do následujících typů:

• Bílá.
• Polovina.
• Šedá s vločkovým grafitem.
• Vysoce pevný nodulární grafit.
• Tažný.

Podívejme se na každou zvlášť.

Bílá litina

Tato litina je ta, ve které je téměř veškerý uhlík chemicky vázán. Ve strojírenství se tato slitina příliš nepoužívá, protože je tvrdá, ale velmi křehká. Také jej nelze obrábět různými řeznými nástroji, a proto se používá pro odlévání dílů, které nevyžadují žádné zpracování. I když tento typ litiny umožňuje broušení brusnými kotouči. Bílá litina může být obyčejná i legovaná. Svařování zároveň způsobuje potíže, protože je doprovázeno tvorbou různých trhlin při ochlazování nebo zahřívání a také kvůli heterogenitě struktury, která se tvoří v místě svařování.

Bílé litiny odolné proti opotřebení se získávají primární krystalizací kapalné slitiny během rychlého ochlazení. Nejčastěji se používají pro aplikace se suchým třením (např. brzdové destičky) nebo pro výrobu dílů se zvýšenou odolností proti opotřebení a teplu (válce válcovací stolice).

Mimochodem, bílá litina získala svůj název díky skutečnosti, že vzhled jejího lomu je světle krystalický, zářivý povrch. Struktura této litiny je kombinací ledeburitu, perlitu a sekundárního cementitu. Pokud je tato litina legována, pak se perlit přemění natroostit, austenit nebo martenzit.

Polovina litiny

Klasifikace litin by byla neúplná bez zmínky o této rozmanitosti slitin kovů.

Tato litina se vyznačuje kombinací karbidových eutektik a grafitu ve své struktuře. Obecně má plnohodnotná struktura následující formu: grafit, perlit, ledeburit. Pokud je litina podrobena tepelnému zpracování nebo legování, povede to ke vzniku austenitu, martenzitu nebo jehličkovitého troostitu.

Tento typ litiny je poměrně křehký, takže jeho použití je velmi omezené. Slitina samotná dostala své jméno, protože její lom je kombinací tmavých a světlých oblastí krystalické struktury.

Nejběžnější inženýrský materiál

Šedá litina GOST 1412-85 obsahuje asi 3,5 % uhlíku, 1,9 až 2,5 % křemíku, až 0,8 % manganu, až 0,3 % fosforu a méně než 0,12 % síry.

Grafit v takové litině má lamelový tvar. Nevyžaduje speciální úpravy.

Grafitové desky mají silný zeslabující účinek, a proto se šedá litina vyznačuje velmi nízkou rázovou houževnatostí a téměř úplnou absencí prodloužení (méně než 0,5 %).

Šedá litina se dobře opracovává. Struktura slitiny může být následující:

• Ferrit-grafit.
• Ferrit-perlit-grafit.
• Perlit-grafit.

Šedá litina funguje mnohem lépe v tlaku než v tahu. On takésvařuje docela dobře, ale to vyžaduje předehřev a jako přídavný materiál by měly být použity speciální litinové tyče s vysokým obsahem křemíku a uhlíku. Bez předehřevu bude svařování obtížné, protože litina v oblasti svaru vybělí.

Šedá litina se používá k výrobě dílů, které fungují bez rázového zatížení (kladky, kryty, lůžka).

Označení této litiny probíhá podle následujícího principu: SCH 25-52. Dvě písmena označují, že se jedná o šedou litinu, číslo 25 je ukazatelem pevnosti v tahu (v MPa nebo kgf / mm 2), číslo 52 je momentální pevnost v tahu ohýbání.

Tvarná litina

Nodulární litina se od svých ostatních „bratrů“zásadně liší tím, že obsahuje nodulární grafit. Získává se zaváděním speciálních modifikátorů (Mg, Ce) do tekuté slitiny. Počet grafitových vměstků a jejich lineární rozměry se mohou lišit.

Co je dobrého na kuličkovém grafitu? Skutečnost, že taková forma minimálně oslabuje kovovou základnu, která může být perlitická, feritická nebo perliticko-feritická.

Vzhledem k použití tepelného zpracování nebo legování může být litinový základ jehličkovitě-troostitický, martenzitický, austenitický.

Druhy tvárné litiny jsou různé, ale obecně je její označení následující: VCh 40-5. Je snadné uhodnout, že HF je vysokopevnostní litina, číslo 40 je indikátorpevnost v tahu (kgf/mm2), číslo 5 je relativní k prodloužení, vyjádřené v procentech.

Tvarná litina

Struktura tvárné litiny spočívá v přítomnosti grafitu v ní ve vločkovité nebo kulovité formě. Zároveň může mít vločkovitý grafit různou jemnost a kompaktnost, což má zase přímý vliv na mechanické vlastnosti litiny.

Průmyslová tvárná litina se často vyrábí s feritickým základem, který poskytuje větší tažnost.

Lomový vzhled feritické tvárné litiny má černý sametový vzhled. Čím vyšší je množství perlitu ve struktuře, tím lehčí bude lom.

Obecně se tvárná litina získává z odlitků bílé litiny v důsledku dlouhého chřadnutí v pecích zahřátých na teplotu 800-950 stupňů Celsia.

Dnes existují dva způsoby výroby tvárné litiny: evropské a americké.

Americká metoda spočívá v chřadnutí slitiny v písku při teplotě 800-850 stupňů. V tomto procesu se grafit nachází mezi zrny nejčistšího železa. V důsledku toho se litina stává viskózní.

V evropské metodě odlitky chřadnou v železné rudě. Teplota ve stejnou dobu je asi 850-950 stupňů Celsia. Uhlík přechází do železné rudy, díky čemuž se povrchová vrstva odlitků oduhličí a změkne. Litina se stává kujnou, zatímco jádro zůstává křehké.

Označení kujné litiny: KCh 40-6, kde KCh je samozřejmě kujná litina; 40 - index pevnosti v tahu;6 – prodloužení, %.

Další ukazatele

Pokud jde o dělení litin podle pevnosti, platí zde následující klasifikace:

• Typická pevnost: σv až 20 kg/mm2.
• Zvýšená pevnost: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Vysoká pevnost: σv=40 kg/mm2 a více.

Podle tažnosti se litiny dělí na:

• Neflexibilní – protažení menší než 1 %.
• Nízký obsah plastu – od 1 % do 5 %.
• Plast – od 5 % do 10 %.
• Zvýšená plasticita – více než 10 %.

Na závěr bych také rád poznamenal, že vlastnosti jakékoli litiny jsou poměrně výrazně ovlivněny i tvarem a povahou odlitku.