Tvarná litina: vlastnosti, značení a rozsah

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Litina je tvrdá, korozivzdorná, ale křehká slitina železa a uhlíku s obsahem uhlíku C v rozmezí od 2,14 do 6,67 %. Navzdory přítomnosti charakteristických nedostatků má různé typy, vlastnosti, aplikace. Tvárná litina je široce používána.

Historie

Tento materiál je znám již od 4. století před naším letopočtem. E. Jeho čínské kořeny sahají do VI. století. před naším letopočtem E. V Evropě se první zmínka o průmyslové výrobě slitiny datuje do 14. a v Rusku - do 16. století. Ale technologie výroby tvárné litiny byla patentována v Rusku v 19. století. Později vyvinut A. D. Annosovem.

Vzhledem k tomu, že použití šedé litiny je omezeno kvůli nízkým mechanickým vlastnostem a oceli jsou drahé a mají nízkou tvrdost a trvanlivost, vyvstala otázka, jak vytvořit spolehlivý, odolný, tvrdý kov, který má zároveň zvýšenou pevnost. a jistá plasticita.

Kování litiny není možné, ale díky svým tažným vlastnostem se hodí k některým typům tlakového zpracování (například lisování).

Produkce

Hlavní způsob -tavení ve vysokých pecích.

Vstupní suroviny pro vysokopecní zpracování:

• Šarže - železná ruda obsahující kov ve formě oxidů fera.
• Palivo – koks a zemní plyn.
• Kyslík – vstřikován speciálními tryskami.
• Tavidla jsou chemické útvary na bázi manganu a (nebo) křemíku.

Fáze vysoké pece:

1. Získávání čistého železa chemickými reakcemi železné rudy s kyslíkem dodávaným pomocí kopí.
2. Spalování koksu a tvorba oxidů uhlíku.
3. Cuhličování čistého železa při reakcích s CO a CO_2.
4. Nasycení Fe_{3C manganem a křemíkem v závislosti na požadovaných výstupních vlastnostech.}
5. Odčerpávání hotového kovu do forem litinovými odpichovými otvory; vypouštění strusky přes odpichové otvory.

Na konci pracovního cyklu přijímají vysoké pece surové železo, strusku a vysokopecní plyny.

Kovové výrobky z vysoké pece

V závislosti na rychlosti ochlazování, mikrostruktuře, nasycení uhlíkem a přísadami je možné získat několik typů litiny:

1. Zakoupeno (bílá): vázaný uhlík, primární cementit. Používají se jako suroviny pro tavení dalších železo-uhlíkových slitin, zpracování. Až 80 % veškeré vyrobené vysokopecní slitiny.
2. Slévárenský (šedý): uhlík ve formě zcela nebo částečně volného grafitu, konkrétně jeho plátů. Používá se pro výrobu částí karoserie s nízkou odpovědností. Až 19 % vyrobených vysokopecních odlitků.
3. Speciální: bohaté na feroslitiny. 1–2 % uvažovaného typu produkce.

Tvarná litina se získává tepelným zpracováním surového železa.

Teorie železo-uhlíkových struktur

Uhlík s ferem může tvořit několik různých typů slitin podle typu krystalové mřížky, která je zobrazena na volbě mikrostruktury.

1. Pronikání tuhého roztoku do α-železa - feritu.
2. Pronikání tuhého roztoku do γ-železa - austenitu.
3. Chemický vznik Fe_{3C (vázaný stav) – cementit. Primární vzniká rychlým ochlazením z kapalné taveniny. Sekundární - pomalejší pokles teploty, z austenitu. Terciér - postupné ochlazování, z feritu.}
4. Mechanická směs zrn feritu a cementitu - perlit.
5. Mechanická směs zrn perlitu nebo austenitu a cementitu - ledeburitu.

Litiny mají speciální mikrostrukturu. Grafit může být ve vázané formě a tvořit výše uvedené struktury, nebo může být ve volném stavu ve formě různých inkluzí. Vlastnosti ovlivňují jak hlavní zrna, tak tyto útvary. Grafitové frakce v kovu jsou destičky, vločky nebo kuličky.

Lamelový tvar je charakteristický pro slitiny šedé litiny a uhlíku. Díky tomu jsou křehké a nespolehlivé.

Vločkovité vměstky mají kujné litiny, které mají pozitivní vliv na jejich mechanické vlastnosti.

Sférická struktura grafitu je ještě vícezlepšuje kvalitu kovu, ovlivňuje zvýšení tvrdosti, spolehlivosti, vystavení značnému zatížení. Tyto vlastnosti má vysokopevnostní litina. Temperovaná litina určuje své vlastnosti feritickými nebo perlitickými bázemi s přítomností vločkovitých grafitových inkluzí.

Výroba feritické tvárné litiny

Vyrábí se z bílé prasečí hypoeutektoidní nízkouhlíkové slitiny žíháním ingotů s obsahem uhlíku 2,4-2,8 % a přítomností jim odpovídajících přísad (Mn, Si, S, P). Tloušťka stěn žíhaných dílů by neměla být větší než 5 cm. U odlitků značné tloušťky má grafit tvar desek a požadovaných vlastností není dosaženo.

Pro získání tvárné litiny s feritickým základem se kov umístí do speciálních krabic a posype pískem. Těsně uzavřené nádoby se vkládají do ohřívacích pecí. Během žíhání proveďte následující sekvenci akcí:

1. Struktury se zahřejí v pecích na teplotu 1 000 ˚C a nechají se stát za stálého tepla po dobu 10 až 24 hodin. V důsledku toho se primární cementit a ledeburit rozpadají.
2. Kov je ochlazen na 720 ˚С společně s pecí.
3. Při teplotě 720 ˚С jsou uchovávány po dlouhou dobu: od 15 do 30 hodin. Tato teplota zajišťuje rozklad sekundárního cementitu.
4. V závěrečné fázi jsou opět ochlazeny společně s pracovním sporákem na 500 ˚С a poté odstraněny na vzduch.

Takové technologické žíhání se nazývá grafitizace.

Po provedené práci je mikrostruktura materiáluferit s vločkovitými grafitovými zrny. Tento typ se nazývá „černosrdečný“, protože zlom je černý.

Výroba perlitické tvárné litiny

Jedná se o druh slitiny železo-uhlík, která také pochází z podeutektoidní běloby, ale obsah uhlíku v ní je zvýšený: 3-3,6%. Pro získání odlitků s perlitovým základem se umístí do krabic a posypou drcenou práškovou železnou rudou nebo okujemi. Samotný postup žíhání je zjednodušen.

1. Teplota kovu se zvýší na 1 000 ˚C a udržuje se po dobu 60-100 hodin.
2. Designy cool s troubou.

Vlivem malátnosti pod vlivem tepla dochází v prostředí kovu k difúzi: grafit uvolněný při rozpadu cementitu částečně opouští povrchovou vrstvu žíhaných dílů a usazuje se na povrchu rudy nebo okují. Získá se měkčí, tažnější a tažnější horní vrstva "bílé" tvárné litiny s tvrdým středem.

Takové žíhání se nazývá neúplné. Zajišťuje rozpad cementitu a ledeburitu na lamelární perlit s odpovídajícím grafitem. Pokud je požadována granulovaná perlitická tvárná litina s vyšší rázovou houževnatostí a tažností, aplikuje se přídavný ohřev materiálu až na 720 ˚С. To má za následek tvorbu perlitových zrn s vločkovitými grafitovými inkluzemi.

Vlastnosti, značení a aplikace feritické tvárné litiny

Dlouhé „chřadnutí“kovu v peci vede k úplnému rozpadu cementitu a ledeburitu na ferit. Díkytechnologickými triky se získá slitina s vysokým obsahem uhlíku - feritická struktura charakteristická pro nízkouhlíkovou ocel. Samotný uhlík však nikam nemizí – přechází ze stavu vázaného na železo do stavu volného. Teplotní efekt mění tvar grafitových inkluzí na vločkovité.

Ferritická struktura způsobuje pokles tvrdosti, zvýšení hodnot pevnosti, přítomnost takových charakteristik, jako je rázová houževnatost a tažnost.

Značení tvárných litin feritické třídy: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, kde:

KCh – označení odrůdy – tvárná;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 N/mm^{2 – maximální zatížení že vydrží, aniž by se zhroutil;}

6, 8, 10, 12 – relativní prodloužení, δ, % – index tažnosti (čím vyšší hodnota, tím více lze kov zpracovat tlakem).

Tvrdost – asi 100–160 HB.

Tento materiál, pokud jde o jeho výkon, zaujímá střední pozici mezi ocelí a slitinou šedé litiny a uhlíku. Tvárná litina s feritickým základem je horší než perlitická z hlediska odolnosti proti opotřebení, korozi a únavové pevnosti, ale vyšší z hlediska mechanické odolnosti, tažnosti a odlévacích charakteristik. Díky své nízké ceně je široce používán v průmyslu pro výrobu dílů pracujících při nízkém a středním zatížení: ozubená kola, klikové skříně, zadní nápravy, potrubí.

Vlastnosti, značení a aplikace perlitické tvárné litiny

Primární, sekundární cementity a ledeburit mají v důsledku neúplného žíhání čas na úplné rozpuštění v austenitu, který se při teplotě 720 ˚С mění v perlit. Ten je mechanickou směsí zrn feritu a terciárního cementitu. Ve skutečnosti část uhlíku zůstává ve vázané formě, určuje strukturu a část se „uvolňuje“do vločkovitého grafitu. V tomto případě může být perlit lamelární nebo zrnitý. Vzniká tak perlitická tvárná litina. Jeho vlastnosti jsou dány jeho nasycenou, tvrdší a méně poddajnou strukturou.

Tyto ve srovnání s feritickými mají vyšší antikorozní vlastnosti, odolnost proti opotřebení, jejich pevnost je mnohem vyšší, ale nižší licí vlastnosti a tažnost. Ohebnost vůči mechanickému namáhání je povrchově zvýšena při zachování tvrdosti a viskozity jádra produktu.

Značení temperované litiny perlitické třídy: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

První číslice je označení síly: 450, 500, 560, 600, 650, 700 a 800 N/mm2.

Za druhé - označení plasticity: prodloužení δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 a 1, 5.

Perlitická kujná litina se používá ve strojírenství a přístrojové technice pro konstrukce pracující pod vysokým zatížením – statickým i dynamickým: vačkové hřídele, klikové hřídele, díly spojky, písty, ojnice.

Tepelné zpracování

Materiál získaný tepelným zpracováním, konkrétně žíháním, lze přepracovatbýt vystaven teplotním vlivům. Jejich hlavním cílem je dále zvyšovat pevnost, odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a stárnutí.

1. Kalení se používá pro konstrukce vyžadující vysokou tvrdost a houževnatost; vyrobené zahřátím až na 900 ˚С, díly jsou ochlazovány průměrnou rychlostí asi 100 ˚С/s pomocí strojního oleje. Následuje vysoké temperování s ohřevem až na 650˚С a chlazení vzduchem.
2. Normalizace se používá pro středně velké jednoduché díly zahřátím v peci na 900 ˚С, udržováním na této teplotě po dobu 1 až 1,5 hodiny a následným ochlazením na vzduchu. Poskytuje troostitový granulovaný perlit, jeho tvrdost a spolehlivost při tření a opotřebení. Používá se k získávání tvárné litiny proti tření s perlitickou základnou.
3. Žíhání se při výrobě antifrikce opakuje: ohřev - až 900 ˚С, dlouhodobé udržení na tomto žáru, chlazení společně s pecí. Je zajištěna feritická nebo feriticko-perlitická struktura z tvárné litiny proti tření.

Ohřev litinových výrobků lze provádět lokálně nebo v kombinaci. Pro místní použití vysokofrekvenční proudy nebo acetylenový plamen (kalení). Pro komplexní - topné pece. Při lokálním ohřevu je vytvrzena pouze horní vrstva, přičemž její tvrdost a pevnost roste, ale plasticita a viskozita jádra zůstávají.

Zde je důležité upozornit, že kování litiny je nemožné nejen kvůli nedostatečné mechanickévlastnosti, ale také kvůli vysoké citlivosti na prudký pokles teploty, který je nevyhnutelný při kalení vodním chlazením.

Tukční litinové žehličky

Tato odrůda platí pro kujné i legované, jsou šedé (ASF), kujné (ASC) a vysokopevnostní (ACS). Pro výrobu ACHK se používá tvárná litina, která se žíhá nebo normalizuje. Procesy se provádějí za účelem zvýšení jeho mechanických vlastností a vytvoření nové charakteristiky - odolnosti proti opotřebení při tření s jinými díly.

Označeno: AChK-1, AChK-2. Používá se k výrobě klikových hřídelí, ozubených kol, ložisek.

Vliv přísad na vlastnosti

Kromě železo-uhlíkové báze a grafitu obsahují i další složky, které rovněž určují vlastnosti litiny: mangan, křemík, fosfor, síra a některé legující prvky.

Mangan zvyšuje tekutost tekutého kovu, odolnost proti korozi a odolnost proti opotřebení. Pomáhá zvyšovat tvrdost a pevnost, váže uhlík se železem v chemickém vzorci Fe_{3C, vzniká zrnitý perlit.}

Křemík má také pozitivní vliv na tekutost tekuté slitiny, podporuje rozklad cementitu a uvolňování grafitových vměstků.

Síra je negativní, ale nevyhnutelná součást. Snižuje mechanické a chemické vlastnosti, stimuluje tvorbu trhlin. Racionální poměr jeho obsahu s ostatními prvky (například s manganem) však umožňujesprávné mikrostrukturální procesy. Takže při poměru Mn-S 0,8-1,2 je perlit zachován při jakémkoliv teplotním ovlivnění. Když se poměr zvýší na 3, bude možné získat jakoukoli potřebnou strukturu v závislosti na specifikovaných parametrech.

Fosfor mění tekutost k lepšímu, ovlivňuje pevnost, snižuje rázovou houževnatost a tažnost, ovlivňuje dobu trvání grafitizace.

Chrom a molybden brání tvorbě grafitových vloček, u některých obsahů přispívají k tvorbě granulovaného perlitu.

Tungsten zlepšuje odolnost proti opotřebení v oblastech s vysokou teplotou.

Hliník, nikl, měď přispívají ke grafitizaci.

Úpravou množství chemických prvků tvořících slitinu železo-uhlík a také jejich poměru je možné ovlivnit výsledné vlastnosti litiny.

Výhody a nevýhody

Tvarná litina je materiál, který je široce používán ve strojírenství. Jeho hlavní výhody:

• vysoká tvrdost, odolnost proti opotřebení, pevnost spolu s tekutostí;
• normální charakteristiky houževnatosti a tažnosti;
• vyrobitelnost při tváření, na rozdíl od šedé litiny;
• různé možnosti korekce vlastností pro konkrétní díl metodami tepelného a chemicko-tepelného zpracování;
• nízká cena.

Nevýhody zahrnují individuální vlastnosti:

• křehkost;
• přítomnost grafitových inkluzí;
• špatný řezný výkon;
• značná hmotnost odlitků.

I přes stávající nedostatky zaujímá tvárná litina zodpovědné místo v metalurgii a strojírenství. Vyrábějí se z něj tak důležité díly jako klikové hřídele, díly brzdových destiček, ozubená kola, písty, ojnice. Vzhledem k nevýznamné rozmanitosti jakostí zaujímá tvárná litina v tomto odvětví individuální mezeru. Jeho použití je typické pro takové zátěže, u kterých je použití jiných materiálů nepravděpodobné.