KATALOG - Napawanie i regeneracja 2011

15. Odlewnicze stopy żelaza - żeliwo i staliwo
Żeliwo to odlewniczy stop żelaza z węglem o takiej zawartości węgla która zapewnia krzepnięcie z przemianą eutektyczną (praktycznie 2,5 do 4.5%C), zawierający pewne ilości krzemu (do 3,5%), manganu (do 1%), fosforu (do
0,8%) i siarki (do 0,3%) pochodzenia metalurgicznego.
Węgiel w żeliwach (poza osnową) może występować w postaci związanej jako cementyt (ogólnie węgliki) bądź w
postaci wolnej jako grafit w zależności od czego rozróżnia się:
– żeliwa szare - węgiel w postaci grafitu
– żeliwa białe - węgiel związany w cementycie
– żeliwa połowiczne (pstre) z węglem występującym zarówno w postaci wolnej jak i związanej.
102
Pierwiastki występujące w żeliwie można zestawić według ich wpływu na zdolność żeliwa do grafityzacji podczas
krzepnięcia:
- ułatwiające grafityzacje – Al, C, Si, Ni, Cu, P,
- utrudniające grafityzację – W, Mn, Mo, S, Cr, V.
Ważnym składnikiem żeliw jest fosfor, który zwiększa rzadkopłynność, nie oddziałując w istotny sposób na proces
grafityzacji. Fosfor tworzy odrębny składnik strukturalny, potrójną eutektykę fosforową zwaną steadytem, która
powiększa twardość i odporność żeliwa na ścieranie, ale przy większej ilości powoduje również kruchość w
niskiej temperaturze.
Informacje dodatkowe
Napawanie i regeneracja
Struktura żeliw zależy zarówno od składu chemicznego jak i szybkości krystalizacji metalu, co związane jest
z grubością ścianki odlewu.
W wyniku celowych zabiegów technologicznych w czasie procesów metalurgicznych grafit może zostać rozdrobniony w przypadku żeliwa modyfikowanego lub doprowadzony do postaci kulistej – w przypadku żeliwa sferoidalnego. Długotrwała obróbka cieplna niektórych żeliw białych powoduje uzyskanie tzw. węgla żarzenia w
strukturze otrzymanego żeliwa ciągliwego.
15. Odlewnicze stopy żelaza - żeliwo i staliwo
© Elkrem – Wszelkie prawa zastrzeżone.
© Elkrem – Wszelkie prawa zastrzeżone.
15. Odlewnicze stopy żelaza - żeliwo i staliwo
103
Staliwo jest stopem żelaza z węglem (do ok. 1,5%) w stanie lanym, przeznaczonym na odlewy podlegajace dużym obciążeniom dynamicznym. Staliwo ma duży skurcz odlewniczy od 1,6 do 2,1% (a staliwa stopowe często większy) i wymaga temperatury odlewania 1600 - 1700°C. Z powodu dużej gęstopłynności i dużej jamy skurczowej formowanie odlewów staliwnych
wymaga dużych nadlewów i układu wlewowego. Własności fizyczne i chemiczne staliwa praktycznie nie różnią się od własności stali o takim samym składzie. Własności mechaniczne zależą głównie od zawartości węgla i są nieco mniejsze niż w przypadku stali, zwłaszcza plastyczność, natomiast wytrzymałość na pełzanie często jest większa. Stosunkowo mała plastyczność
staliwa wynika ze struktury dendrytycznej (segregacja C,P i pierwiastków stopowych). Wadą staliwa jest silny wpływ grubości
ścianki odlewu (szybkość krzepnięcia) na własności mechaniczne. Własności mechaniczne staliwa można poprawić obróbką
cieplną: ujednorodnienie, normalizowanie, odprężanie a także hartowanie i odpuszczanie.
Staliwa
Informacje dodatkowe
Napawanie i regeneracja
Żeliwami stopowymi nazywa się żeliwa zawierające dodatkowo pierwiastki takie jak chrom, nikiel, molibden, aluminium, tytan,
wanad, miedź, wolfram, bor lub zwiększone ilości krzemu i manganu. Dobór ww. pierwiastków oraz ich wzajemne stosunki
ilościowe decydują o własnościach wytrzymałościowych, odporności na ścieranie i działanie środowisk korozyjnych oraz
oddziaływanie atmosfer utleniających w wysokich temperaturach.
Żeliwa Białe
Żeliwa Stopowe
Strukturę żeliwa białego stanowi ledeburyt przemieniony i ewentualnie - steadyt. Ze względu na bardzo dużą kruchość i złą
skrawalność żeliwa białe nie znajdują bezpośredniego zastosowania. Powierzchniowa warstwa żeliwa białego na żeliwie
szarym, powstająca przez tzw. zabielenie tj. szybkie, lokalne ochłodzenie odlewu, jest stosowana w celu zwiększenia
odporności materiału na ścieranie. Zabielenie żeliwa szarego stosuje się czasem w przypadku mniej odpowiedzialnych
prowadnic korpusów maszyn, bieżni kół wagoników roboczych itp. Żeliwo białe jest materiałem wyjściowym do wytwarzania
żeliwa ciągliwego.
Żeliwa Sferoidalne
Żeliwami ciągliwymi nazywa się żeliwa białe, które ulegają określonemu uplastycznieniu dzięki obróbce cieplnej (grafityzowanie), albo cieplno-chemicznej (odwęglanie) i zawierają grafit w postaci tzw. węgla żarzenia.
Żeliwami sferoidalnymi nazywa się żeliwa, w których grafit powstaje podczas krzepnięcia w postaci kulkowej. Uzyskuje się je
w wyniku procesu modyfikacji, polegającym na wprowadzeniu do metalu (bezpośrednio przed odlaniem) dodatku sferoidyzującego w postaci magnezu, ceru, lantanu, wapnia itp. Dzięki kulistej postaci grafitu, żeliwa sferoidalne mają znacznie
lepsze własności mechaniczne i z powodzeniem zastępują nie tylko staliwo lecz również niektóre odkuwki stalowe. Wytwarza
się z nich takie części silników samochodowych jak wały korbowe, rozrządu, cylindry i pierścienie tłokowe. W budowie obrabiarek żeliwo sferoidalne wykorzystuje się na koła zębate, wrzeciona, korpusy itd. Sferoidyzacja powoduje zmniejszenie zdolności żeliwa szarego do tłumienia drgań. W celu zachowania dobrych własności wytrzymałościowych, jednocześnie nie tracąc
zdolności do tłumienia drgań opracowano żeliwa wermikularne, w których grafit przyjmuje kształt pośredni, kretkowy,
zwichrowany, gwieździsty.
Żeliwa Szare
Żeliwa Ciągliwe
Mają największe zastosowanie przemysłowe. Grafit występuje tu w postaci nieregurlarnych płatków różnej wielkości, tworząc
nieciągłości w osnowie metalicznej. Wytrzymałość grafitu w porównaniu z osnową można przyjąć za równą zeru, stąd też
żeliwa szare odznaczają się niską wytrzymałością na rozciąganie i zginanie, przy dość dobrej wytrzymałości na ściskanie.
Wytrzymałość zmęczeniowa żeliw szarych jest również niewielka ze względu na obecność wspomnianych karbów strukturalnych. Główną zaletą żeliwa szarego są dobre własności odlewnicze: wysoka rzadkopłynność, mały skurcz odlewniczy
(0,6do 1,25%), dobre wypełnianie wnęki form itd. Inne zalety żeliwa szarego związane z obecnością grafitu w strukturze to
dobre własności przeciwcierne, zdolność tłumienia drgań, dobra obrabialność. Odmianą żeliw szarych są żeliwa modyfikowane, zawie-rające bardzo drobny grafit płatkowy, dzięki czemu ich wytrzymałość jest znacznie wyższa niż żeliw zwykłych.
Rozdrobnienie grafitu uzyskuje się przez dodanie do żeliwa przed odlaniem tzw. modyfikatorów, najczęściej w postaci
s
p
r
o
s
z
k
o
w
a
n
e
g
o
żelazokrzemu.