LITINY

Litiny Používají se převážně pro konstrukční účely Spojují v sobě úměrnou cenu, dobré technologické vlastnosti a vyhovující mechanické vlastnosti Ve srovnání s ocelemi mají asi o 8% nižší měrnou hmotnost, lepší obrobitelnost, třecí vlastnosti, schopnost tlumení, menší citlivost na vruby

Litiny Litina je slitina Fe, C a dalších prvků s obsahem C větším než 2,11%. Hlavní přísadou je křemík Základní rozdělení může být na: Litiny bílé Litiny grafitické Litiny speciální (legované)

Bílé litiny Uhlík chemicky vázán jako Fe3C, struktura tvořena směsí cementitu a perlitu Jsou velmi tvrdé, odolné proti opotřebení, ale křehké, velmi špatně obrobitelné (pouze broušení) Použití – mlecí koule do kulových mlýnů, lopatky pískometů… Jako polotovar pro výrobu temperované litiny

Struktura bílé litiny Krystalizuje podle metastabilní soustavy

Grafitické litiny Uhlík vyloučen jako grafit Dělení např. podle tvaru grafitu S lupínkovým grafitem – šedá litina S kuličkovým grafitem – tvárná litina S červíkovým grafitem - vermikulární S vločkovým grafitem - temperovaná Grafen – nejnovější modifikace uhlíku – plochá molekula

Závislost pevnosti a tažnosti u grafitických litin 1 – s lupínkovým G 2 – s červíkovým G 3 – se zrnitým G 4 – temperovaná s bílým lomem 5 – temperovaná s černým lomem 6 – temperovaná perlitická

Litina s lupínkovým grafitem základní složení: 2,8 –3,6%C, 1,7 –2,4 % Si, 0,5 –1,0% Mn, 0,2 –0,5% P, Max. 0,15% S Možnost dalších přísad

Struktura litiny s lupínkovým grafitem Grafitové lupínky mohou být uloženy v matrici feritické, perlitické nebo feriticko-perlitické Typ matrice se podílí na mechanických charakteristikách litiny

Struktura litiny s lupínkovým grafitem Strukturu matrice doplňuje fosfidické ternární eutektikum – steadit (Fe-Fe3 C-Fe3P), vyskytuje se na hranici eutektických buněk – Zvyšuje tvrdost, křehkost a odolnost proti opotřebení. Obsah P se pohybuje 0,2-0,5%, u uměleckých litin nad 1% (podporuje zabíhavost)

Litina s lupínkovým grafitem Tato litina je křehký materiál, který nemá skoro žádnou tažnost, pevnost v tlaku je asi 3 – 4x větší než v tahu, pevnost v ohybu je také asi 1,5x větší než v tahu. Tvrdost litiny s feritickou matricí je asi 120 HB, s perlitickou matricí asi 220 HB Má nízkou citlivost k účinkům vrubů, při dynamickém namáhání proto je srovnatelným materiálem s ocelí Modul pružnosti se mění s napětím – neplatí Hookův zákon

Očkovaná litina Pro zvýšení hodnot mechanických vlastností je možno litinu s lupínkovým grafitem očkovat, tj. přidávat v tekutém stavu do pánví očkovadlo = grafitizační zárodky, na kterých rostou lupínky grafitu Tímto způsobem se zvýší mechanické vlastnosti litiny, protože se sníží vliv grafitu jako „vrubů“ v matrici Očkováním dostaneme větší množství menších lupínků

Vliv dalších prvků v litině Křemík je nejdůležitější grafitotvorná přísada. Čím vyšší je jeho obsah, tím hrubší je grafit, roste podíl feritu a klesá perlitu v matrici. Při velké ochlazovací rychlosti (malé tloušťce stěny) je nutný vyšší obsah Si, protože se tím kompenzuje vliv karbidotvorných prvků (Mn, popř.S).

Vliv dalších prvků v litině Pro hodnocení vlivu Si a dalších prvků na polohu eutektického bodu se používá stupeň eutektičnosti Sc. Tato hodnota ukazuje novou polohu eutektického bodu. Sc = %C/(4,26-0,312%Si-0,275%P) Pokud je Sc = 1, znamená to, že litina přesně odpovídá eutektickému složení Znalost Scje důležitá pro dosažení určité struktury matrice a tím i odpovídajících mechanických vlastností

Litina s kuličkovým grafitem Základní složení 3,2 – 4,0 % C 1,8 – 3,0 %Si 0,2 – 0,8 %Mn Max. 0,1% P Max. 0,05 % S 0,04 – 0,08 % Mg Vyšší obsah C i Si ve srovnání s litinou s lupínkovým grafitem

Litina s kuličkovým grafitem Vyrábí se modifikací taveniny čistým Mg nebo jeho předslitinami v pánvi nebo přímo ve formě.Je nutný velmi nízký obsah S. Na průběh krystalizace má vliv rychlost ochlazování – při rychlém chladnutí jsou kuličky menší. V závislosti na požadované struktuře matrice se mění množství Si a Mn

Litina s kuličkovým grafitem Feritická matrice zajišťuje dobrou tažnost (až 25%), ale nižší pevnost. Této struktury se dosahuje zvýšeným obsahem Si a současně nižším Mn (pod 0,4%)

Litina s kuličkovým grafitem U malé tloušťky stěny se někdy nedaří zajistit čistě feritickou strukturu, proto se volí feritizační žíhání Obsahu Mn vyšší než 0,4 % podporuje vznik perlitické matrice, která zajišťuje vyšší pevnost litiny, ale horší tažnost. Litina s kuličkovým grafitem je vysoce jakostní materiál, který spojuje přednosti ocelí na odlitky a litiny s lupínkovým grafitem

Litina s kuličkovým grafitem Hodnoty meze kluzu a pevnosti jsou srovnatelné s ocelí, zachovává si větší schopnost útlumu, menší vrubovou citlivost, lepší slévatelnost, třecí vlastnosti a výbornou obrobitelnost. Příklady použití: součásti silničních vozidel, převodové a ložiskové skříně, klikové a vačkové hřídele, ozubená kola, dynamicky namáhané odlitky

Příklady použití litiny s kuličkovým grafitem Ozubená kola Válce Písty a pístní kroužky Klikové hřídele

ADI litiny (z anglického Austempered Ductile Iron ) Vzniknou izotermickým zušlechtěním litiny s kuličkovým grafitem na litinu s bainitickou matricí. Izotermické zušlechťování se skládá z austenitizace, rychlého ochlazení na teplotu v bainitické oblasti a dochlazení na pokojovou teplotu. Při austenitizaci se materiál ohřeje na teplotu 850 až 1 000 °C (1 - 3 h). Po té následuje rychlé ochlazení na teplotu izotermické přeměny (do bainitické oblasti) v austenitické peci. Následuje přemístění do solné lázně s teplotou 250 až 450 °C.

Tepelné zpracování ADI litiny http://ime.fme.vutbr.cz/files/Studijni%20opory/savgl/index.php?chapter=11#chapter11_izotermicke_zuslechtovani

Struktura ADI litiny s bainitickou matricí http://ime.fme.vutbr.cz/files/Studijni%20opory/savgl/index.php?chapter=11#chapter11_izotermicke_zuslechtovani

Litina s červíkovitým grafitem - vermikulární Tvoří přechod mezi litinou s lupínkovým a kuličkovým grafitem Vzniká přísadou Mg jako kuličkový grafit, ale v množství, které není dostatečné pro vytvoření kuliček nebo se přidávají prvky, které brání vzniku kuličkového grafitu, např.Ti. Může se tavit z levné vsázky i s ocelovým odpadem a s vermikulárním grafitem má lepší pevnost

Litina s červíkovitým grafitem Je vhodná pro tepelně namáhané odlitky jako kokily, bloky válců, čelisti brzd vozidel

Litina s červíkovitým grafitem Vlastnosti litiny s feritickou matricí: Mez pevnosti – cca 320 MPa Mez kluzu – 260 až 300 MPa Tažnost – 3 až 8 % Tvrdost – 135 až 170 HB S perlitickou matricí se pevnost zvyšuje na cca 400 MPa, tvrdost na 190 až 280HB, ale klesá tažnost na 1 až 2 %.

Litina s vločkovým grafitem - temperovaná Vzniká tepelným zpracováním bílé litiny, kdy se karbid železa rozkládá na grafit. Tepelné zpracování se nazývá temperování Rozlišují se dva postupy – v oduhličujícím a neoduhličujícím prostředí Litina žíhaná v oduhličujícím prostředí má bílý lom Litina žíhaná v neoduhličujícím prostředí je litina s černým lomem

Litina s vločkovým grafitem - temperovaná Oba druhy se liší chemickým složením – hlavně obsahem C a Si litina s bílým lomem má 3 – 3,4%C, 0,8až 0,4 %Si, 0,4 - 0,6%Mn, max.0,1%P, 0,12-0,25 %S Litina s černým lomem má 2,3 – 2,6%C, 1,2 – 1,6%Si, 0,4-0,5%Mn, max.0,1 %P, 0,10 – 0,15%S

Temperovaná litina s bílým lomem Temperovací proces probíhá v peci s oduhličující oxidační atmosférou (směs CO,CO2, H2 a vodní pára) při teplotě asi 1050°C. Probíhá grafitizace, tj.rozpad ledeburitických karbidů na austenit a grafit a současně oduhličování povrchu odlitku (atmosféra odebírá odlitku C, který oxiduje, aniž by vznikaly okuje.

Temperovaná litina s bílým lomem

Temperovaná litina s černým lomem Vzniká TZ, při kterém je veškerý uhlík vyloučen jako grafit, proto se volí nižší obsah uhlíku (grafit snižuje mech.vlast) TZ je dvoustupňové, v 1.stupni se rozpadá ledeburitický cementit na grafit a Fe v neutrální atmosféře při teplotě asi 950°C (teplota nižší a doba kratší než u litiny s bílým lomem)

Temperovaná litina s černým lomem 2.stupeň umožňuje získat feritickou nebo perlitickou matrici, ale také strukturu zušlechtěného stavu změnou ochlazovací rychlosti po rozpadu ledeburitických karbidů

Temperovaná litina s černým lomem

Tvrzená litina (skořepová) Cílem je dosáhnout na povrchu vrstvy bílé litiny, která postupně přechází přes makovou litinu do jádra, které je z litiny s lupínkovým nebo kuličkovým grafitem. Toho je možno dosáhnout vhodnou volbou ochlazovací rychlosti (čím rychlejší, tím vyšší sklon k tvorbě litiny bílé)

Legované litiny Legury nesmí ovlivnit vylučování grafitu, mají za cíl především dosáhnout optimální kombinace pevnosti, houževnatosti (bez TZ), případně lepších technologických, fyzikálních či chemických vlastností. Hlavními legurami, které se u litin používají jsou Al, Si, Cr a Ni.

Tepelné zpracování grafitických litin Tepelným zpracováním ovlivňujeme výhradně matrici, TZ nemá vliv na tvar, množství ani rozložení grafitu. Litiny lze žíhat i kalit stejně jako oceli.

Žíhání litin a) žíhání ke snížení vnitřních pnutí, b) sferoidizační, c) feritizační, d) ke snížení tvrdosti (odstranění ledeburitického cementitu), e) normalizační

Žíhání ke snížení vnitřních pnutí Provádí se zejména u tvarově složitých odlitků z litiny s lupínkovým grafitem – úroveň pnutí se snižuje asi o 10 až 20%. Rychlost ochlazování odlitků musí být až do teplot 150 až 100°C dostatečně pomalá (20 až 80 °C/hod.), aby nové pnutí nevznikalo

Žíhání ke snížení tvrdosti Používá se u litin s lupínkovým a kuličkovým grafitem, tehdy, když tvrdost odlitků zhoršuje jejich obrobitelnost (pokud je ve struktuře velmi jemný perlit nebo ledeburitický cementit). K dosažení požadované struktury matrice se volí postup d) pro perlit a d´) pro feriticko perlitickou matrici.

Žíhání sferoidizační, feritizační Pokud chceme lamelární perlit změnit na globulární (zrnitý), používáme sferoidizační žíhání pod teplotou A1 – postup b). Při dalším prodlužování výdrže nastává grafitizace perlitického cementitu, takže výsledná struktura je feritická – postup c) = feritizační žíhání

Žíhání normalizační Postup e) - u grafitických litin se používá ke zvýšení odolnosti proti opotřebení nebo jako výchozí operace pro další TZ, např. povrchové kalení Proti litému stavu se snižuje podíl feritu a lze získat jemnější a tvrdší lamelární perlit

Kalení litin Cílem je dosažení martenzitické nebo bainitické matrice Výsledná tvrdost je u litin nižší než u ocelí, u litiny s lupínkovým grafitem asi 50 HRC, u litiny s kuličkovým grafitem asi 55 HRC Při kalení mají litiny sklon k praskání – vlivem přítomnosti grafitu, proto se mohou kalit termálně a popouštět ke snížení vnitřních pnutí na nízké teploty (do 200°C), litiny s kuličkovým G i na vysoké teploty (550 až 650 °C) k dosažení sorbitické struktury – pro dynamicky namáhané odlitky.

Izotermické zušlechťování Po austenitizaci se litina ochladí na zvolenou teplotu fázové přeměny (250 -400°C a po výdrži (1-3hod) v lázni se dochladí na vzduchu. Výsledkem je bainitická matrice.

Izotermické zušlechťování Cílem je zvýšit pevnost, tvrdost a odolnost proti opotřebení. Proti martenzitickému kalení je výhodou nižší vnitřní pnutí – nižší deformace Provádí se zejména u litin s kuličkovým grafitem. Vlastnosti rozdílné podle teploty izotermické přeměny. Pevnost může dosáhnout hodnoty až 1000MPa při dobré houževnatosti

Martenzitické kalení Kalí se z teplot 50 až 80°C nad A1 (při vyšších teplotách roste podíl ZA a tvrdost klesá) do studené lázně nebo termálně. Po kalení se popouští do cca 200 °C , litiny s kuličkovým G i na vysoké teploty Pro povrchové kalení má být výchozí struktura perlitická s podílem feritu do 15 % bez ledeburitického cementitu, podíl steaditu minimální a lupínky jemné rovnoměrně rozložené.

Z různých podkladů zpracovala: D. Odehnalová