Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Obserwacje mikroskopowe struktur żeliwa stopowego i

 ciągliwego

 

Żeliwo, to surówka w gotowym odlewie użytkowym lub po wtórnym przetopieniu w 

żeliwniaku lub innym piecu , najczęściej z dodatkiem złomu żeliwnego lub stalowego oraz 

żelazostopów i odlewaniu go do form .

Z powodu znacznej zawartości węgla , ponad 2 % oraz krzemu i innych domieszek , żeliwo 

jest materiałem kruchym, nie nadającym się do obróbki plastycznej ani na zimno , ani na 

gorąco.

Zależnie od dodatku dodanego podczas przetapiania surówki otrzymuje się żeliwo zwykłe lub 

stopowe , zawierające składniki uszlachetniające jak: nikiel , chrom , wolfram , molibden , 

wanad , aluminium i inne . Żeliwa stopowe , o nazwach w zależności od zawartych 

składników stopowych , stosowane są na odlewy bardziej odpowiedzialne , pracujące w 

specjalnie ciężkich warunkach . Żeliwa zwykłe - węgiel występuje pod postacią grafitu . Do 

polepszenia własności wytrzymałościowych wprowadza się do żeliwa szarego składniki 

stopowe , najczęściej nikiel , chrom , molibden , miedź , aluminium i otrzymuje się tzw. żeliwo 

stopowe . Do żeliw stopowych zalicza się również żeliwa o specjalnej dużej zawartości 

krzemu (powyżej 4,5%) lub manganu (powyżej 7%) .Żeliwa stopowe są stosowane tylko na 

odlewy bardziej odpowiedzialne , pracujące w specjalnie ciężkich warunkach .

Od żeliw stopowych wymaga się własności specjalnych tzn. takich których żeliwo 

zwykłe węglowe nie ma , lub ma je w minimalnym stopniu . Takimi własnościami są :

1/ Odporność na korozję

2/ Odporność na wysoką temperaturę

3/ Odporność na ścieranie

4/ Duża oporność elektryczna właściwa .

Żeliwo węglowe jest mało odporne na działanie czynników chemicznych .

Przez wprowadzenie do niego dodatków stopowych , takich jak krzem , nikiel z chromem , 

chrom z molibdenem i chrom z aluminium można tę odporność powiększyć. Najbardziej 

odpornymi na korozję żeliwami stopowymi , stosowanymi w naszym przemyśle są :żeliwa 

krzemowe , chromowe , aluminiowe i niklowe .

Żeliwa krzemowe są w zasadzie odporne na działanie wszystkich kwasów przede wszystkim 

azotowego i siarkowego . Nieco miej są odporne na działanie kwasu solnego .

Żeliwa zwykłe nie są odporne na działanie wysokiej temperatury , gdyż podczas 

wielokrotnego nagrzewania następuje zwiększenie objętości na sutek dalszej grafityzacji 

cementytu zawartego w perlicie , co łączy się z kolei z powstaniem naprężeń własnych . 

Drugą przyczyną powstawania naprężeń w żeliwach jest ich wielka niejednorodność 

strukturalna . Różna rozszerzalność poszczególnych żeliw wywołuje tak wielkie naprężenia , 

że mogą one doprowadzić do zniszczenia materiału . Niektóre żeliwa stopowe dzięki 

obecności w nich pewnych dodatków uszlachetniających są stosowane jako materiały 

żaroodporne . Jako dodatki wpływające na zwiększenie ognio i żaroodporności żeliw należy 

wymienić przede wszystkim aluminium , chrom i krzem.

Żeliwa o dużej odporności na ścieranie mają szczególnie duże znaczenie w budowie maszyn i 

są przeznaczone na części pracujące w bardzo ciężkich warunkach . Od części takich 

wymaga się również dużej udarności . Takie własności zapewnić może żeliwo o strukturze 

austenitycznej , a więc przede wszystkim żeliwo wysoko manganowe najczęściej z dodatkiem 

niklu . nieznaczna ilość aluminium krzemu lub miedzi własności te polepsza .

Największy wpływ na przewodność elektryczną ma krzem i węgiel , w miarę wzrostu ich 

zawartości przewodność maleje .

Ze względu na swe cenne własności i niską cenę żeliwo znalazło szeroki zastosowanie w wielu 

gałęziach przemysłu . Jest ono jednym z najważniejszych materiałów w budowie maszyn , 

przede wszystkim dzięki dobrej obrabialności dużej odporności na ścieranie dużej zdolności 

do tłumienia drgań i dużej stałości wymiaru .

 

Obróbka cieplna żeliw .

Żeliwa szare są stosowane zazwyczaj bez żadnej obróbki cieplnej . Poddaje się je niekiedy 

wyżarzaniu w celu usunięcia naprężeń odlewniczych zmiękczenia warstwy powierzchniowej 

składającej się z żeliwa białego i polepszenia własności mechanicznych . Natomiast żeliwa 

białe podlegają specjalnej obróbce cieplnej , mającej na celu uzyskanie tzw. żeliwa ciągliwego .

Skład chemiczny żeliw jest jakościowo podobny do składu stali lecz różni się ilościowo . 

Struktury z kolei różnią się dodatkowa zawartością grafitu w żeliwie , eutektyką fosforową i 

zawartością siarczku manganu . Osnowa żeliwa szarego jest zbliżona do struktury zwykłej 

stali - pozwala to na stosowanie do żeliwa prawie wszystkich rodzajów obróbki cieplnej. 

Obróbka cieplna żeliwa może mieć zastosowanie tylko wtedy gdy znajdujący się w nim grafit 

jest drobny , dzięki czemu część może podczas nagrzewania w wysokiej temperaturze przejść 

do roztworu z którego przez chłodzenie otrzymuje się austenit , martenzyt lub inne składniki 

.Obróbka cieplna żeliwa o grubym graficie przeprowadzona w celu polepszenia jego 

własności mechanicznych nie daje pożądanych wyników obecnie najczęściej stosowanymi 

rodzajami obróbki cieplnej żeliwa szarego są :

- wyżarzanie normalizujące , zmiękczające , odprężające ,

- ulepszanie cieplne ,

- hartowanie zwykłe i izotermiczne

a do żeliw białych :

- odwęglanie lub grafityzacja .

 

Uplastycznianie żeliwa .

Do wyrobu przedmiotów często o skomplikowanych kształtach, których nie można wykonać 

z żeliwa szarego ze względu na dużą kruchość , jak również ze staliwa ze względu na jego 

gorszą lejność - stosuje się odlewy z żeliwa białego , które poddaje się obróbce cieplnej lub 

cieplno - chemicznej w celu uplastycznienia żeliwa . W zależności od sposobu 

przeprowadzenia zabiegu otrzymuje się

- żeliwo ciągliwe białe w wyniku żarzenia żeliwa białego w środowisku

utleniającym

przez co zmniejsza się zawartość węgla czyli odwęglanie

- żeliwo ciągliwe czarne na skutek żarzenia żeliwa białego w środowisku

obojętnym ,

podczas którego następuje rozkład cementytu na żelazo i grafit -

czyli grafityzacja .

 

Odwęglanie .

Jest procesem przeciwnym do nawęglania i może być stosowane do stopów bogatych w 

węgiel czyli do żeliwa . Jeżeli przedmiot ma większy przekrój , to odwęglanie nie będzie 

całkowite , a część cementytu znajdująca się na powierzchni przedmiotu ulegnie grafityzacji ( 

ferryt + grafit ) - węgiel żarzenia .

Żeliwo białe odwęglone powierzchniowo i przemienione w środku przestaje być twarde i 

kruche , a staje się ciągliwe oraz łatwo obrabialne mechaniczne .

Wyrób takiego żeliwa ciągliwego odbywa się w następujący sposób: przedmioty odlane z 

żeliwa białego o danym składzie chemicznym , znajdujące się w skrzynkach staliwnych , 

opsypuje się środkiem utleniającym w którym jest mieszanina drobnoziarnistego hematytu ze 

zgorzeliną i poddaje wyżarzeniom w temperaturze 950 - 1050 oC. Proces ten trwa 60 - 120 

godzin.

Podczas takiego żarzenia przedmioty o małych przekrojach odwęglają się całkowicie na 

skutek wypalania się węgla zawartego w cementycie a przedmioty grubsze tylko częściowo 

przy czym środek zostaje nieodwęglony , lecz przemieniony , ponieważ cementyt uległ 

rozpadowi na ferryt i węgiel żarzenia .

Mimo dużych zmian strukturalnych jakie zachodzą w żeliwie , otrzymany złom nawet przy nie 

zupełnym odwęgleniu , jest dość jasny co wiąże się z nazwą żeliwo ciągliwe białe . W 

grubszych przedmiotach struktura żeliwa ciągliwego białego nie jest jednolita , więc jego 

własności w różnych miejscach są niejednakowe . Różnice w strukturze przekroju żeliwa 

powodują duże różnice w twardości i innych własnościach mechanicznych . Jest to główną 

wadą przedmiotów odwęglanych.

 

Grafityzacja .

Stosuje się również do stopów bogatych w węgiel . tu jednak proces ten jest miej uzależniony 

od wielkości przedmiotu , gdyż zachodzi w całej masie równocześnie - gdy uzyska 

odpowiednią i równą temperaturę . Uzyskana struktura jest w każdym miejscu jednakowa , 

co wiąże się również z równością własności . Żeliwo ciągliwe uzyskane tą metodą składa się z 

ferrytu i węgla żarzenia , dlatego też w porównaniu z żeliwem odwęglonym posiada mniejszą 

twardość , ale lepsze własności plastyczne . Odznacz się również obrabialnością mechaniczną 

przez skrawanie . Własności te oraz odporność na uderzenia , łatwość odlewania w formach 

o zawiłych kształtach duża gładkość powierzchni , czynią materiał ten niezastąpionym w 

przemyśle .

Żeliwo białe przeznaczone do uplastycznienia powinno zawierać mało krzemu i węgla , aby 

węgiel w czasie krzepnięcia żeliwa nie wydzielił się jako grafit , lecz pozostał w stopie w stanie 

związanym jako cementyt .

Proces uplastycznienia przeprowadza się w następujący sposób :

Po załadowaniu przedmiotów do skrzynek i obsypaniu ich obojętnym materiałem 

wypełniającym , wkłada się skrzynki do pieca , a następnie szybko doprowadza się do 

temperatury 850 - 900 oC . Temperaturę tę utrzymuje się 40 - 60 godz. Następnie obniża się 

temperaturę stosunkowo szybko , a później powoli spadającą

/ 5 oC /godz/. Po dojściu do 690 oC wyjmuje się skrzynki z pieca , które stygną na 

powietrzu . Po takim zabiegu otrzymane żeliwo ma jednakowe własności , niezależnie od 

grubości odlewu . Żeliwo to ze względu na prawie zupełnie ciemny przełom nosi nazwę żeliwa 

ciągliwego czarnego . Żeliwo ciągliwe odznacza się skrawalnością

Spośród składników stopowych żeliwa ciągliwego dwa mają większe znaczenie , a 

mianowicie molibden i miedź . Molibden zapobiega wydzielaniu się grafitu w czasie 

krzepnięcia żeliwnych odlewów o dużych przekrojach. Najczęściej jest on stosowany z 

miedzią , gdyż daje wtedy żeliwo o dobrych własnościach mechanicznych . Miedź jest w 

żeliwie ciągliwym składnikiem stopowym przyśpiesza grafityzację polepsza własności 

wytrzymałościowe ferrytu i daje możność stosowania obróbki cieplnej - przesycanie i 

starzenie .

 

Zastosowanie żeliwa ciągliwego .

Jest użyte do odlewów małych i większych oraz do wyrobów odznaczających się dużą 

wytrzymałością , plastycznością , obrabialnością i odpornością na uderzenia .Żeliwo ciągliwe 

skutecznie zastępuje droższe stopy nie żelazne . Pod względem własności mechanicznych jest 

ono materiałem pośrednim między żeliwem szarym a staliwem , gdyż łączy w sobie dobre 

własności odlewnicze żeliwa z dobrymi własnościami mechanicznymi staliwa .

 Pytania:

 

1. Jakie znasz żeliwa stopowe oraz jakimi charakteryzują się własnościami i jakie posiadają zastosowanie ?

2. W jaki sposób otrzymujemy żeliwa ciągliwe oraz jakie znamy ich rodzaje ?

3. Jakie własności posiadają żeliwa ciągliwe oraz gdzie są stosowane ?

4. Na czym polega przebieg grafityzacji żeliwa białego ?