Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Obserwacje mikroskopowe struktur żeliwa węglowego

- zwykłego , modyfikowanego i sferoidalnego

 

Obserwacje mikroskopowe żeliw węglowych

 

Surówka przetopiona poraz wtóry ze złomem żeliwnym lub stalowym z takimi dodatkami jak 

żelazomagnez lub żelazokrzem nosi nazwę żeliwa . Minimalna zawartość węgla w żeliwie 

wynosi 2%. Praktycznie stosuje się żeliwo o zawartości 2,2 - 3,6 %. Węgiel jest 

najważniejszym składnikiem żeliwa od zawartości którego zależy przede wszystkim ich 

temperatura topnienia i lejność. Węgiel w żeliwach może znajdować się jako wolny pod 

postacią grafitu związany pod postacią cementytu .

Zależnie od tego rozróżnia się :

a/ żeliwa szare w których węgiel występuje pod postacią grafitu i z tego powodu przełom ich 

jest szary ,

b/ żeliwa białe , węgiel występuje pod postacią cementytu , przełom jest jasny ,

c/ żeliwa pstre lub połowiczne , w których węgiel występuje w pewnych skupieniach 

przeważnie jako grafit , w innych jako cementyt i z tego powodu przełom ich jest pstry .

Największy wpływ na budowę żeliwa posiadają - skład chemiczny i szybkość chłodzenia . 

Krzem , nikiel , aluminium sprzyjają wydzielaniu się grafitu, a przez to powstawaniu żeliwa 

szarego. Inne składniki ( mangan, siarka ) sprzyjają wydzielaniu się cementytu, a przez to 

powstawaniu żeliwa białego .

 

Zastosowanie żeliw i własności żeliwa białego.

 

Obecność znacznej ilości cementytu jest przyczyną wysokiej twardości ( 600 HB ) i 

kruchości. Twardość ta uniemożliwia prawie zupełnie obróbkę skrawaniem z tego względu 

jest stosowane dość rzadko. Żeliwo nie jest tworzywem odlewniczym ponieważ posiada małą 

lejność i duży skurcz odlewniczy dochodzący do 2 %. Żeliwo białe jest stosowane przede 

wszystkim do produkcji żeliwa ciągliwego. Z surówki specjalnej odlewa się przedmioty które 

posiadają strukturę żeliwa białego. Po wyżarzeniu otrzymuje się z nich przedmioty o 

strukturze żeliwa ciągliwego. W zależności od zawartości węgla żeliwo białe może być 

podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne. W żeliwie białym podeutektycznym obok 

ledeburytu występuje perlit oraz cementyt drugorzędowy, w nadeutektoidalnym cenentyt 

pierwotny w postaci igieł. W żeliwie eutektycznym występuje ledeburyt przeminiony. Żeliwo 

szare jest to żeliwo w strukturze którego występuje grafit. Czynnikami sprzyjającymi 

powstawaniu grafit w żeliwie są:

a/ dodatek takich pierwiastków jak : Si Ni Cu

b/ wolne studzenie żeliwa

 

Własności żeliw szarych

Obecność grafitu płytkowego w żeliwie powoduje, że własności wytrzymałościowe żeliw z 

wyjątkiem wytrzymałości na ściskanie są gorsze od własności stali o strukturze podobnej do 

struktury osnowy żeliwa. Wtrącenia grafitu znajdujące się w żeliwie działają jak liczne karby 

zmniejszając wytrzymałość na rozciąganie. Również przekrój czynny próbki rozciąganej jest 

mniejszy o powierzchnię płatków grafitu, które praktycznie nie mają żadnej wytrzymałości na 

rozciąganie .

Wytrzymałość na ściskanie żeliw szarych jest równa wytrzymałości na ściskanie stali o 

strukturze osnowy z żeliwa. Liczbowo wytrzymałość żeliw na ściskanie jest 3-5 krotnie 

większa od ich wytrzymałości na rozciąganie .

Żeliwo szare posiada szereg zalet dzięki którym znalazły wielkie zastosowanie :

1/ Żeliwa szare są bardzo dobrym tworzywem odlewniczym. Podwyższona zawartość 

fosforu zwiększa lejność. Odbywająca się w czasie krzepnięcia grafityzacja jest 

przyczyną małego skurczu odlewniczego wynoszącą od 0,5 - 1 %

2/ Żeliwo szare dobrze tłumi drgania .

3/ Obecność grafitu ułatwia skrawanie .

4/ Nie bez znaczenia jest mała wrażliwość szarych żeliw na działanie karbu .Wobec 

dużej ilości karbów jakie tworzą wtrącenia grafitu obecność karbów na powierzchni 

materiału nie odgrywa większej roli .

5/ Dzięki obecności grafitu żeliwo odznacza się dobrymi własnościami przeciw 

ciernymi

Żeliwo szare oznacza się symbolem Zl oraz liczbą , która odpowiada minimalnej 

wytrzymałości żeliwa na rozciąganie. Dla przykładu znak ZL 30 oznacza żeliwo szare o 

minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 30 kG/mm2. Pomiaru dokonuje się na próbce o 

średnicy Lo=20 mm wytoczonej z prętu o średnicy równej 30mm w stanie surowym. Przy 

próbach wytrzymałościowych na rozciąganie ważne jest zachowanie średnicy, ponieważ 

wytrzymałość żeliwa zależy od wielkości badanego przekroju. Żeliwa o niskiej wytrzymałości 

posiadają osnowę z dużą zawartością ferrytu. Żeliwa o wysokiej wytrzymałości na 

rozciąganie posiadają osnowę perlityczną z drobnymi równomiernie rozproszonym grafitem. 

Podwyższone wytrzymałości żeliwa na rozciąganie uzyskuje się z zabiegu zwanego 

modyfikacją. Zabieg ten polega na wprowadzeniu do żeliwa przed odlaniem modyfikatorów, 

którymi są najczęściej sproszkowany żelazokrzem lub żelazomangan w ilości 0,1 - 0,8 % 

ciężarowego wsadu. Skład żeliwa przeznaczonego do modyfikacji - aby bez modyfikowania 

zakrzepło jako połowiczne. Żeliwo to posiada w porównaniu do żeliw szarych o niższej 

wytrzymałości więcej manganu. Dopiero w wyniku modyfikacji zawartość krzemu zwiększa 

się i żeliwo krzepnie jako szare. Wprowadzenie krzemu do żeliwa podczas modyfikacji 

powoduje powstawanie dodatkowych zarodków krystalizacji grafitu, tym samym zwiększenie 

ilości płatków grafitu. Zmniejsza się natomiast ich wielkość co ma korzystny wpływ na 

własności wytrzymałościowe . Żeliwo modyfikowane znajduje zastosowanie na części maszyn 

pracujących na ścieranie np. koła zębate bębny hamulcowe , cylindry maszyn parowych itp. 

Dzięki wyższej zawartości manganu żeliwo modyfikowane jest miej skłonne do zwiększania 

objętości przy podwyższonych temperaturach także po wielokrotnym nagrzaniu. Mangan jest 

pierwiastkiem stabilizującym cementyt w perlicie i zapobiega jego grafityzacji , co zatem idzie 

wzrostowi objętości . Własność ta z podwyższoną odpornością na korozję pozwala na 

stosowanie tych żeliw w urządzeniach , które pracują w podwyższonej temperaturze np. tłoki 

, pierścienie tłokowe itp.

 

Żeliwo sferoidalne : własności i zastosowanie .

Otrzymuje się je przez dodanie do żeliwa przed modyfikacją magnezu lub ceru w ilości 0,3 - 

1,2 % . Ilość ta zależy od wielkości odlewu , przy czym w odlewach dużych procentowe 

zawartości tych pierwiastków są większe . W zależności od struktury osnowy rozróżniamy 

żeliwo sferoidalne ferrytyczne ferrytyczno-perlityczne i perlityczne .

1/ Dodatek magnezu nie tylko zmienia postać występującego grafitu lecz zwiększa 

również wytrzymałość tego żeliwa na rozciąganie .

2/ Jest miej kruche niż żeliwo szare .

3/ Posiada większą odporność na rośnięcie niż żeliwo z grafitem płatkowym .

4/ Zdolność tłumienia drgań jest niższa niż żeliwa szarego ale lepsza niż stali .

Żeliwem sferoidalnym można zastąpić odlewy z żeliwa stopowego , staliwa (lepsze tłumienie 

drgań) , żeliwa ciągliwego . Z żeliwa sferoidalnego wykonuje się części samochodowe np. 

wały korbowe

 

Obróbka cieplna żeliwa.

Obróbkę cieplną stosuje się w celu poprawieniu niektórych własności wytrzymałościowych , 

zmiękczenia , poprawienia skrawalności . Odlewy żeliwne odpręża się , stabilizuje ich 

wymiary poprawia odporność na ścieranie . Wszystkie zabiegi mają na celu poprawienie 

własności wytrzymałościowych . Stosuje się je dla żeliw z drobnymi płatkami grafitu , bądź 

posiadających grafit w postaci kulkowej ponieważ wtedy tylko zabieg jest konieczny . W 

przeciwnym przypadku wzrost własności jest nieznaczne . Obróbka cieplna żeliw w zasadzie 

nie różni się od obróbki cieplnej stali . Pamiętać jednak należy , że obecność grafitu w 

strukturze żeliwa może spowodować szereg odchyleń w parametrach obróbki cieplnej a 

uzyskane wyniki mogą się różnić od wyników po obróbce cieplnej stali do żeliw szarych i 

sferoidalnych stosuję się następujące zabiegi obróbki cieplnej :

 

1/ Wyżarzanie odprężające

Wyżarzanie odprężające odlewów przeprowadza się przy temperaturze

500 - 550 oC w czasie 6 - 8 godz. Poleca się stosować małe szybkości nagrzewania oraz 

studzenia z piecem do temperatury 200 oC . Zabieg ten pozwala na prawie całkowite 

wyeliminowanie naprężeń (90%) stosowanie wyższych temperatur jest nie wskazane ze 

względu na grafityzację cementytu w perlicie .

 

2/ Wyżarzanie zmiękczające lub grafityzujące .

 

Jeżeli zachodzi konieczność zmniejszenia twardości odlewów o osnowie perlitycznej 

przeprowadza się wyżarzanie przy temperaturze 680 - 750 oC. W ciągu 1 godziny . Na 25 

mm w przekroju z następnym wolnym studzeniem z pieca do temperatury ok. 200 oC . 

Podczas tego zabiegu następuje grafityzacja i sferoidyzacja perlitu i cementytu. Żeliwo staje 

się bardziej plastyczne i miękkie .

 

3/ Wyżarzanie normalizujące .

 

Celem tego wyżarzania jest zwiększenie twardości i polepszenie odporności na ścieranie 

żeliwa . Odlewy wygrzewa się przy temperaturze 850 - 950 oC przez 1 godz. ma 25 mm 

przekroju . Podczas tego wyżarzania wzrasta zawartość węgla w austenicie kosztem 

zmniejszania się ilości grafitu . Po następnym chłodzeniu w powietrzu , uzyskuje się 

drobnoziarnisty perlit i grafit . Żeliwo o takiej strukturze jest bardziej odporne na ścieranie i 

posiada lepszą wytrzymałość na rozciąganie , niż przed wyżarzaniem z osnową ferrytyczną lub 

ferrytyczno-perlityczną .

 

4/ Ulepszanie cieplnie

Ulepszanie cieplne stosuje się do żeliw o osnowie perlitycznej i polega na hartowaniu w 

temperaturze 850 - 870 oC , chłodzeniu w oleju i odpuszczaniu w temperaturze 300 - 500 o 

C. Odlewy żeliwne wytrzymuje się przy temperaturze hartowania przez czas potrzebny do 

wyrównania temperatury w całym przekroju . Podczas odpuszczania przedmioty wygrzewa 

się przez kilka godzin . Po ulepszaniu cieplnym uzyskuje się wzrost wytrzymałości na 

rozciąganie i wyraźnie poprawia się ścieralność.

 

5/ Hartowanie izotermiczne .

 

Hartowanie zwykłe żeliw jest kłopotliwe ze względu na dużą skłonność do pękania nawet 

przy chłodzeniu olejem . Korzystniejszym zabiegiem jest hartowanie izotermiczne . Aby 

zahartować odlew izotermiczne należy nagrzać go do temperatury 830 - 870 oC , wytrzymać 

przy tej temperaturze przez 10 - 90 min. w zależności od wielkości przekroju , a następnie 

chłodzić w ciągu 30 - 50 min . w kąpieli solnej o temperaturze 300 - 500 oC w zależności od

żądanych własności wytrzymałościowych . Hartowanie izotermiczne jest najkorzystniejszym 

zabiegiem poprawiającym własności wytrzymałościowe żeliw szarych i sferoidalnych .

 

Pytania:

1. W jakiej postaci występuje węgiel w żeliwach szarych ?

2. Jakie żeliwo ma wyższą wytrzymałość na rozciąganie : ferrytyczne czy perlityczne ?

3. Czy żeliwa szare są obrabialne skrawaniem ?

4. Jakie mamy metody otrzymywania żeliwa ciągliwego ?

5. Jakie własności mają żeliwa ciągliwe i gdzie mają zastosowanie ?

6. Jakie są możliwości spawalnicze żeliw ?

7. Jakie skłonności i zastosowanie posiadają żeliwa białe ?

8. Jakie obróbki cieplne stosuje się dla żeliw oraz co one powodują ?