Tvárná litina: vlastnosti, označení a aplikace

Litina je pevná, korozivzdorná, ale křehká slitina železa a uhlíku s obsahem uhlíku v rozmezí C 2, 4 až 6,67%. Navzdory přítomnosti charakteristických nedostatků existuje řada druhů, vlastností, oblasti použití.

Historie

Tento materiál byl znám od IV. Století před naším letopočtem. e. Jeho čínské kořeny jsou ve století VI. BC. e. V Evropě je první zmínka o průmyslové výrobě slitiny z XIV. A v Rusku - 16. století. Ale technologie výroby tvárné litiny patentované v Rusku v XIX století. Po rozvinutí AD Annosova.

Vzhledem k tomu, že šedá litina jsou omezené použití vzhledem k nízké mechanické vlastnosti a oceli - jsou drahé a mají nízkou tvrdost a odolnost, byla položena otázka, kovu vytvořit spolehlivé, odolné, pevné látky, zatímco se zvýšenou sílu a určitou pružnost.

Kování litiny je nemožné, ale díky svým plastovým vlastnostem je náchylné k určitým typům tlakové úpravy (například razítkování).

Výroba

Hlavní metoda se tání vysoké pece.

Počáteční produkty pro zpracování ve vysokých pecích:

• Shihta - železná ruda, obsahující kov ve formě oxidů fermu.
• Palivo - koks a zemní plyn.
• Kyslík je foukaný přes speciální tužáky.
• Tavidla jsou chemické formace založené na manganu a (nebo) křemíku.

Stupně vysokopecní tavení:

1. Obnova čistého železa chemickými reakcemi železné rudy s kyslíkem přiváděným do trubic.
2. Spalování koksu a tvorba oxidů uhlíku.
3. Karburace čistého železa v reakcích s CO a CO₂.
4. Saturace Fe₃C manganu a křemíku, v závislosti na požadovaných vlastnostech na výstupu.
5. Vypouštění hotového kovu do forem pomocí litinových pásek - vyprázdnění strusky přes troubové pásky.

Na konci pracovního cyklu jsou ve vysokých pecích dodávány litiny, strusky a vysokopecní plyny.

Kovové výrobky z výroby vysokopecních pecí

V závislosti na rychlosti chlazení, mikrostruktuře, saturaci uhlíku a přísadách je možné získat několik druhů litiny:

1. Redistribuce (bílá): uhlík v pojené formě, primární cementite. Používá se jako surovina pro tavení ostatních slitin železa a uhlíku, zpracování. Až 80% všech vyrobených vysokopecních slitin.
2. Slévárna (šedá): uhlík ve formě zcela nebo částečně volného grafitu, jmenovitě jeho desky. Používá se k výrobě malých částí těla. Až 19% vyrobených odlitků.
3. Zvláštní: nasycené feroslitinami. 1-2% z předpokládaného typu výroby.

Tvárná litina se vyrábí tepelným zpracováním surového železa.

Teorie struktur železo-uhlík

Uhlík s ferou může tvořit několik různých druhů slitin podle typu krystalové mřížky, která je zobrazena na verzi mikrostruktury.

1. Pevný roztok penetrace do alfa - železo - ferit.
2. Pevný roztok penetrace do gama - železo - austenit.
3. Chemická tvorba Fe₃C (vázaný stav) - cementite. Primární je tvořena rychlým chlazením z kapalné taveniny. Sekundární - pomalejší pokles teploty z austenitu. Terciární - postupné chlazení z feritu.
4. Mechanická směs zrn z feritu a cementitu je perlit.
5. Mechanická směs zrn z perlitu nebo austenitu a cementitu je ledeburit.

U litiny je charakteristická speciální mikrostruktura. Grafit může být vázaný a tvoří výše uvedené struktury, ale může zůstat ve volném stavu ve formě různých inkluzí. Vlastnosti jsou ovlivněny jak hlavními zrny, tak těmito formacemi. Grafitové frakce v kovu jsou desky, vločky nebo kuličky.

Forma desky je charakteristická pro šedé slitiny železa a uhlíku. Způsobuje jejich křehkost a nejistotu.

Inklusivní vločky mají tvárnou litinu, což pozitivně ovlivňuje jejich mechanické vlastnosti.

Sférická struktura grafitu dále zlepšuje kvalitu kovu, což ovlivňuje zvýšení tvrdosti, spolehlivosti, stárnutí významných zatížení. Tyto vlastnosti jsou vysokopevnostní litina. Vlastnosti tvárné litiny jeho příčin feritové nebo perlitové s přítomností vločkových vloček grafitu.

Výroba feritické tvárné litiny

Vyrábí se z bílé pereutektoidové nízkouhlíkové slitiny žíháním ingotů o obsahu uhlíku 2,4-2,8% a odpovídajících přísadách (Mn, Si, S, P). Tloušťka stěn žíhaných částí by neměla být větší než 5 cm. U odlitků s velkou tloušťkou má grafit tvar desek a nejsou dosaženy požadované vlastnosti.

Aby bylo možné vyrobit temperovanou litinu s feritickou základnou, je kov umístěn do speciálních krabic a nalije se pískem. Těsně uzavřené nádoby jsou umístěny v topných pecích. Během žíhání se provádí následující sled činností:

1. Konstrukce se zahřívají v pecích při teplotě 1000 ° C a nechávají se stát při konstantním ohřevu po dobu 10 až 24 hodin. V důsledku toho se primární cementite a ledeburite rozkládají.
2. Kov se ochladí na teplotu 720 ° C společně s pecí.
3. Při teplotě 720 ° C jsou dlouhodobě uchovávány: od 15 do 30 hodin. Tato teplota zajišťuje rozklad sekundárního cementu.
4. V závěrečné fázi se opět ochladí spolu s pracovním kamenem na 500 ° C a potom se odvedou do vzduchu.

Toto technologické žíhání se nazývá grafitizace.

Po práci je mikrostrukturou materiálu ferit s vločkovými zrny grafitu. Tento typ se nazývá "černý srdce", protože zlomenina je černá.

Výroba perlitové tvárné litiny

Jedná se o druh slitiny železa a uhlíku, který také pochází z pre-eutektoidní bílé, ale obsah uhlíku v ní se zvyšuje: 3-3,6%. K získání odlitků s perličkovým podkladem jsou umístěny v krabicích a nalit se drcenou práškovou železnou rudou nebo stupnicí. Postup samotného žíhání je zjednodušený.

1. Teplota kovu je zvýšena na 1 000 ° C, může vydrží 60-100 hodin.
2. Struktury jsou chlazeny pecí.

Vzhledem k tomu, žloutnutí za působení tepla v kovovém prostředí difunduje: uvolnitelné v grafitu cementitu rozkladu listy částečně žíhaný částí povrchové vrstvy, usazování na povrchu rudy nebo strusky. Získejte měkčí, viskózní a tvárnou horní vrstvu z temperované litiny "bílé srdce" s tvrdým středem.

Takové žíhání se nazývá neúplné. Zajišťuje rozklad cementitu a ledeburitu na perlit s destičkami a odpovídajícím grafitem. V případě, že je vyžadována granulovaná perlitová tvárná litina s vyšší rázovou houževnatostí a tvárností, použije se další předehřívání materiálu až do 720 ° C. V tomto případě jsou zrnky perlitu tvořeny inkluzemi vločkovitého grafitu.

Vlastnosti, značení a použití feritické tvárné litiny

Prodloužení "chátrání" kovu v peci vede k úplnému rozkladu cementitu a ledeburitu na ferit. Díky technickým trikům je vyráběna slitina s vysokým obsahem uhlíku - struktura feritů nízkouhlíkovou ocelí. Samotný uhlík však nezůstává nikde - přechází od státu, který je železem, do volného stavu. Akční teplota změní tvar grafitových inkluzí na vločkovací.

Feritická struktura způsobuje pokles tvrdosti, zvýšení pevnosti, přítomnost takových vlastností nárazovou pevnost a plasticity.

Označení tvárných litinových feritických vrstev: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, kde:

KC - označení odrůdy - tvárné;

30, 33, 35, 37: sigma-_v, 300, 330, 350, 370 N / mm² - maximální zatížení, které může odolat bez poškození;

6, 8, 10, 12 - relativní prodloužení, delta -,% - index plasticity (čím vyšší je hodnota, tím více může být kov zpracován tlakem).

Tvrdost je asi 100-160 HB.

Tento materiál ve svých parametrech zaujímá střední polohu mezi ocelí a slitinou železa a uhlíku. Tvárné litiny s feritickou perlitickou základě horší, pokud jde o odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a odolnosti proti únavě, ale vyšší mechanickou odolnost, tažnost, odlévání vlastnosti. Vzhledem k nízké ceně je v průmyslu široce používán pro výrobu dílů, které pracují při malém a středním zatížení: ozubená kola, vozíky, zadní mosty, instalatérské práce.

Vlastnosti, značení a použití perlitové tvárné litiny

Kvůli neúplnému žíhání mají primární, sekundární cementity a ledeburity čas, aby se zcela rozpustili v austenitu, který se při teplotě 720 ° C změní na perlit. Posledně jmenovaná je mechanická směs zrn z feritu a terciárního cementu. Ve skutečnosti část uhlíku zůstává vázána, určuje strukturu a část - je "uvolněna" do vločkovaného grafitu. Kdy tento perlit může být lamelární nebo granulární. Tak se vytvoří perlitová tvárná litina. Jeho vlastnosti jsou způsobeny nasycenou, tvrdší a méně ohebnou strukturou.

Ty mají ve srovnání s feritem vyšší antikorozní vlastnosti, odolné proti opotřebení, jejich síla je mnohem vyšší, ale charakteristiky odlitku a plasticita jsou nižší. Shoda s mechanickými vlivy se zvyšuje povrchně, při zachování tvrdosti a houževnatosti jádra produktu.

Značení Kované železné perlitické: KCH45-7, KCH50-5, KCH56-4, KCH60-3, KCH65-3, KCH70-2, KCH80-1,5.

První číslice - označení pevnosti: 450, 500, 560, 600, 650, 700 a 800 N / mm² resp.

Druhým je označení plasticity: prodloužení delta -,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 a 1,5.

Perlit tvárné litiny aplikace nalezené ve strojírenství a nástroje pro vzory, které pracují při vysokých zatížení - statické i dynamické: vačkové hřídele, klikové hřídele, spojkové díly, písty, ojnice.

Tepelné zpracování

Materiál získaný tepelným zpracováním, jmenovitě žíhání, může být opakovaně podrobován metodám teplotních vlivů. Jejich hlavním cílem je ještě větší nárůst pevnosti, odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti korozi a stárnutí.

1. Kalení se používá u konstrukcí vyžadujících vysokou tvrdost a viskozitu - vyrábí se zahříváním na 900 ° C, díly se ochlazují při průměrné rychlosti asi 100 ° C / s se strojním olejem. Následuje vysoká dovolená s ohřevem na 650 ° C a chlazení vzduchem.
2. Normalizace se používá pro malé jednoduché detaily zahříváním v peci na teplotu 900 ° C, při této teplotě po dobu 1 až 1,5 hodiny a poté chlazením na vzduchu. Poskytuje trojitý granulovaný perlit, jeho tvrdost a spolehlivost při tření a opotřebení. Používá se k výrobě tvárné tvárné litiny s perleťovou základnou.
3. Žíhání se opakuje při výrobě antifrikčních látek: ohřev - až 900 ˚С, dlouhodobý provoz na tomto ohřevu, chlazení pecí. K dispozici je feritická nebo feriticko-perlitová struktura antifrikční tvárné litiny.

Ohřev litinových výrobků lze provádět lokálně nebo komplexně. Pro místní, vysokofrekvenční proudy nebo acetylenový plamen se používají (kalení). Pro složité topné pece. Při lokálním zahřátí se vytvrzuje pouze horní vrstva, zatímco její tvrdost a síla se zvětšují, avšak plasticita a viskozita jádra zůstávají.

Zde je důležité zdůraznit, že kování litiny je nemožné nejen kvůli nedostatečným mechanickým vlastnostem, ale také kvůli vysoké citlivosti na ostrý pokles teploty, který je při kalení vodou chlazeným nevyhnutelným.

Antifrikční tvárná litina

Tato odrůda se vztahuje na tvárné a legované, jsou šedé (ASF), kované (AFC) a vysoce pevná (AChV). Pro výrobu AFC se používá tvárná litina, která se žíhá nebo normalizuje. Procesy se provádějí za účelem zvýšení mechanických vlastností a vytváření nové charakteristiky - odolnost proti opotřebení při tření s dalšími detaily.

Je označen: AČK-1, AČK-2. Používá se pro výrobu klikových hřídelí, ozubených kol, ložisek.

Vliv přísad na vlastnosti

Vedle železo-uhlíkové báze a grafitu mají také další složky, které také určují vlastnosti litiny: manganu, křemíku, fosforu, síry a některých legujících prvků.

Mangan zvyšuje tekutost tekutý kov, odolnost proti korozi a odolnost proti opotřebení. Podporuje zvýšení tvrdosti a síly, vazbu uhlíku a železa na chemický vzorec Fe₃C, vznik granulovaného perlitu.

Křemík také pozitivně ovlivňuje tekutost kapalné slitiny, podporuje rozklad cementitu a uvolňování grafitových inkluzí.

Síra je negativní, ale nevyhnutelná složka. Snižuje mechanické a chemické vlastnosti, stimuluje tvorbu trhlin. Nicméně racionální korelace obsahu s jinými prvky (například s manganem) umožňuje opravit mikrostrukturní procesy. Takže v poměru Mn-S 0,8-1,2 perlitu se zachovává pro jakékoliv období teplotních vlivů. Při zvýšení poměru na 3 je možné získat potřebnou strukturu v závislosti na zadaných parametrech.

Fosfor mění tekutost k lepšímu, ovlivňuje pevnost, snižuje houževnatost a plasticitu, ovlivňuje trvání grafitizace.

Chrom a molybden obtížně vytvářejí grafitové vločky, některé z nich přispívají k tvorbě granulovaného perlitu.

Wolfram zlepšuje odolnost proti opotřebení při práci ve vysokoteplotních oblastech.

Hliník, nikl, měď podporují grafitizaci.

Korekce počtu chemických prvků, které tvoří slitinu železa a uhlíku, a jejich poměr, je možné ovlivnit konečné vlastnosti litiny.

Výhody a nevýhody

Tvárná litina je materiál široce používaný ve strojírenství. Jeho hlavní výhody jsou:

• vysoké ukazatele tvrdosti, odolnosti proti opotřebení, pevnosti spolu s tekutostí;
• normální charakteristiky nárazové pevnosti a tvárnosti;
• zpracovatelnost při ošetřování tlaku, na rozdíl od šedých litých žehliček;
• různé možnosti pro korekci vlastností pro určitý detail metodami tepelného a chemicko-tepelného zpracování;
• nízké náklady.

Mezi nevýhody patří:

• křehkost;
• přítomnost vměstků grafitu;
• nízký výkon při obrábění;
• významná hmotnost odlitků.

Navzdory stávajícím nedostatkům zaujímá kujná litina rozhodující místo v metalurgii a strojírenství. Vyrábí takové důležité detaily jako klikové hřídele, díly brzdových destiček, ozubená kola, písty, spojovací tyče. S malou paletou značek je individuální výklenkem v průmyslu tvárná litina. Jeho použití je typické pro ty náklady, u nichž je použití jiných materiálů nepravděpodobné.