Żeliwa niestopowe

ŻELIWA NIESTOPOWEPublikacja współfinansowanaze środków Unii Europejskiejw ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

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

Wykres układu równowagi fazowej Fe-Cukład żelazo-cementyt (linia ciągła), układ żelazo-grafit (linia przerywana)% masy C3

Zmiana energii swobodnej ciekłego stopu (F L ) i mieszaninyaustenit + cementyt (F A+C ) oraz mieszaniny austenit + grafit (F A+G )ze zmianą temperatury4

Wykres Maurera wskazujący rodzaj struktury, jaka powinna powstaćw odlewie żeliwnym o grubości 50 mm w zależności od zawartościwęgla i krzemu5

Wykres Greinera-Kingenstein'a wskazujący rodzaj struktury, jaka powinnapowstać w odlewie żeliwnym w zależności od grubości ścianki odlewu orazsumarycznej zawartości węgla i krzemu6

Żeliwa białeStruktura zgodna z wykresem równowagi fazowej Fe-Fe3C:podeutektyczne i nadeutektyczneWłaściwości: twarde i kruche, nie nadają się do obróbki skrawaniem, dobrewłaściwości odlewnicze i wysoka odporność na ścieranie. Wysoka twardość(300–500 HB) i odporność na ścieranie, są wynikiem obecności w żeliwiebiałym znacznej ilości cementytu (700÷800 HB). Wytrzymałość narozciąganie niewielka, natomiast znaczna (4÷6 razy większa) wytrzymałośćna ściskanie.Stosowane są na okładziny sprzęgieł, walce drogowe, kule do młynów,ślimaki mieszalników, przenośniki materiałów sypkich.7

STRUKTURA ŻELIW Z GRAFITEMOSNOWAMETALICZNAGRAFITFAZYZAWIERAJĄCEFOSFOR I SIARKĘEUTEKTYKA FOSFOROWA(Fe+Fe 3 P+Fe 3 C) (Fe+Fe 3 P+C)SIARCZKIMnS, FeS8

Rodzaje osnowy metalicznej i wydzieleń grafitu w żeliwach z grafitem9

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-350-22 (350 — R m [N/mm 2 ], 22 — A [%])EN-GJS-450-10EN-GJS-500-7EN-GJS-600-3EN-GJS-700-2EN-GJS-800-2EN-GJS-900-210

Żeliwa szare krzepnące bez regulowania procesu krystalizacjizawierają duże płatki grafitu, których obecność wpływa ujemnie nawłaściwości mechaniczne (Rm300 N/mm 2 ).11

Żeliwa sferoidalne (z grafitem sferoidalnym): proces technologicznywytwarzania żeliwa polega na wprowadzeniu do ciekłego stopuniewielkiej ilości substancji (Cr, Mg, Mg-Ni), które zmieniają napięciepowierzchniowe i powodują utworzenie wydzieleń grafitu w postacisferoidalnej oraz wprowadzeniu modyfikatora (np. Fe-Si, Ca-Si) w celuzwiększenia ilości zarodków krystalizacji, co sprzyja powstaniu strukturydrobnoziarnistej.Struktura osnowy: ferrytyczna, ferrytyczno-perlityczna, perlityczna.Właściwości: wytrzymałość i plastyczność wyższe niż w żeliwachszarych, ale mniejsza zdolność tłumienia drgań.12

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

Żeliwa ciągliwe — otrzymywane z żeliwa białego w wyniku wyżarzaniagrafityzującego. W czasie obróbki cieplnej cementyt ulega rozkładowi zwydzieleniem węgla żarzenia w postaci kłaczkowatych skupień.Proces wyżarzania żeliwa przebiega w zakresie temperatur ~1000-700ºCw czasie ~ 100 godzin. Zależnie od przebiegu cyklu wyżarzania iatmosfery procesu otrzymuje się żeliwo o osnowie ferrytycznej lubperlitycznej, o strukturze jednolitej na przekroju elementu (żeliwo ciągliweczarne, atmosfera obojętna) lub o zmniejszonej zawartości węgla przypowierzchni odlewu (żeliwo ciągliwe białe, atmosfera utleniająca).Kłaczkowa postać grafitu wpływa korzystnie na właściwości mechaniczneżeliwa.14

Podział i znakowanie żeliw ciągliwych• żeliwa ciągliwe czarneENGJMB-300-26 (osnowa ferrytyczna)ENGJMB-350-22 (osnowa ferrytyczna)ENGJMB-450-6 (osnowa perlityczna)ENGJMB-550-4 (osnowa perlityczna)ENGJMB-700-2 (osnowa perlityczna)ENGJMB-800-1 (osnowa perlityczna)• żeliwa ciągliwe białeENGJMW-350-4ENGJMW-360-12ENGJMW-400-5ENGJMW-550-415

Przebieg wyżarzania odlewów z żeliwa białego w celu uzyskania żeliwaciągliwego czarnego:a- żeliwo ferrytyczne, b- żeliwo perlityczne16

Właściwości mechaniczne żeliw z grafitem w zależności od osnowymetalicznej i postaci grafitu[N/mm 2 ]Z grafitempłatkowym17

Korzystne właściwości technologiczne żeliw, wynikającez obecności grafitu• mała wrażliwość na karby zewnętrzne, np. zmianę przekroju elementukonstrukcji, z uwagi na liczne karby wewnętrzne•mały skurcz odlewniczy•dobra skrawalność•dobre właściwości ślizgowe•duża zdolność tłumienia drgań•dobra wytrzymałość zmęczeniowa18

Typowe zastosowania żeliwRodzaj żeliwaBiałeSzare z grafitempłatkowymSferoidalneCiągliweOsnowaferrytycznaOsnowaperlitycznaZastosowanieOdlewy odporne na ścieranie, nie wymagające większejobróbki skrawaniem: wykładziny i ślimaki mieszalników iprzenośników materiałów sypkich,kule młynów kulowych,klocki hamulcoweMasowo produkowane odlewy nie przenoszące obciążeń(ruszty, płyty i drzwi pieców, grzejniki, wanny, zlewy),odlewy części maszyn, wlewnice, cylindry samochodowe,tłokiCzęści samochodowe (wałki rozrządu, korbowody, wałykorbowe, części układu kierowniczego), koła zębate iwrzeciona obrabiarek, części armatury przemysłowej,walce hutniczeOdlewy nie wymagające większej wytrzymałości, a przytym tanie: części maszyn rolniczych,maszyn do szycia,artykułów gospodarstwa domowegoOdlewy silniej obciążone: wałki rozrządu, wały korbowe,krzywki, koła zębate, klucze maszynowe, podstawy dział19