Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Staliwa i żeliwa stopowe

No description
by

Janusz Grabowski

on 29 August 2017

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Staliwa i żeliwa stopowe

właściwości i zastosowania
Żeliwo stopowe
Jest to żeliwo, do którego w celu modyfikacji jego własności fizycznych i chemicznych dodawane są dodatki stopowe takie jak krzem, nikiel, chrom, molibden, aluminium i inne.

Wyróżnia się następujące typy żeliw stopowych:

Żeliwo odporne na korozję: z dodatkiem niklu i molibdenu, które stabilizują odporny na korozję austenit poprzez dodatek krzemu, chromu lub aluminium, które tworzą odporną na korozję warstwę na powierzchni odlewu.
Żeliwo kwasoodporne: najczęściej z dużym dodatkiem krzemu, odporne na kwasy: azotowy, fosforowy, siarkowy i octowy.
Żeliwo żaroodporne
Żeliwo
Wysokowęglowy stop żelaza z węglem, zazwyczaj także z krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami. Zawiera od 2,11 do 6,67% węgla w postaci cementytu lub grafitu. Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości chłodzenia i składu chemicznego stopu. Chłodzenie powolne sprzyja wydzielaniu się grafitu. Także i dodatki stopowe odgrywają tu pewną rolę. Według obowiązującej normy żeliwo definiuje się jako tworzywo, którego głównym składnikiem jest żelazo i w którym zawartość węgla przekracza 2% (obecność dużych zawartości składników węglikotwórczych może zmienić podaną zawartość węgla)
Staliwa i żeliwa stopowe
Przykłady pierwiastków stopowych
W procesie metalurgicznym produktem wyjściowym
wielkiego pieca jest stop żelaza z węglem określany w praktyce jako
SURÓWKA
. Zawiera ona 3 - 4,3 % węgla. Surówka przetopiona ponownie ze złomem żeliwnym ,
stalowym i dodatkami nosi nazwę
ŻELIWA.
Żeliwo charakteryzuje się niewielkim - 1,0% do 2,0% skurczem odlewniczym, łatwością wypełniania form, a po zastygnięciu obrabialnością. Wyroby odlewnicze po zastygnięciu, by usunąć ewentualne ostre krawędzie i pozostałości formy odlewniczej, poddaje się szlifowaniu. Odlew poddaje się także procesowi sezonowania, którego celem jest zmniejszenie wewnętrznych naprężeń, które mogą doprowadzić do odkształceń lub uszkodzeń wyrobu. Żeliwo dzięki wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozję
Żeliwo dzieli się na następujące kategorie:
żeliwo szare:
-szare zwykłe (zawiera grafit płatkowy różnej wielkości)
-żeliwo sferoidalne – zawiera grafit sferoidalny
-żeliwo modyfikowane – zawiera drobny grafit płatkowy
-żeliwo wermikularne
żeliwo białe
-żeliwo połowiczne
-żeliwo ciągliwe – zawiera grafit postrzępiony (grafit kłaczkowy)
-ŻELIWO STOPOWE – zawiera dodatki stopowe, takie jak krzem, nikiel, chrom, molibden, aluminium i inne.
Silal – przeznaczony na odlewane elementy do pracy w temperaturach dochodzących do 600–800 °C, o podniesionej zawartości manganu 0,7-0,8% i krzemu 5-7%. Wadą silalu jest wysoka kruchość.
Nicrosilal – podobny do silalu z dodatkiem 16-20% niklu. Charakteryzuje się większą żaroodopornoscią i lepszymi charakterystykami wytrzymałościowymi.
Niresist – cechuje się wysoką żaroodpornością, a zarazem odpornością na korozję. Zawiera 2,5% krzemu, do 2,0% manganu, 11 do 16% niklu, do 4,0% chromu i do 8% miedzi.
Krzem ma wpływ zarówno na proces modyfikowania grafitu, jak i na sam proces grafityzacji. W procesie modyfikowania dodawany najczęściej w postaci stopu, żelazokrzemu, do ciekłego żeliwa, wpływa na zarodkowanie grafitu, w wyniku czego płatki grafitu stają się drobniejsze i bardziej równomiernie rozmieszczone. Podczas procesu grafityzacji pierwiastek ten, działając podobnie jak węgiel, zwiększa skłonność do tworzenia grafitu, a nie cementytu podczas krystalizacji i przemiany eutektoidalnej. Krzem występuje w żeliwie w ilościach od 0,5 do 5%, ale najczęściej jego zawartość wynosi od 1,0 do 3,0%.
Mangan wykazując większe powinowactwo do węgla niż żelazo, tworzy bardziej trwałe niż cementyt węgliki Mn3C lub (Fe, Mn)3C. W rezultacie mangan zapobiega grafityzacji. Dodatkowo łatwo wiąże się z siarką, usuwając jej niekorzystny wpływ w żeliwie.
Siarka jest domieszką szkodliwą. Jej obecność powoduje pogorszenie właściwości odlewniczych żeliwa przez zmniejszenie rzadkopłynności i zwiększenie skłonności do tworzenia się pęcherzy gazowych.
Fosfor stosuje się w ilości od 0,2 do 1,8%. Nie wpływa w istotny sposób na proces grafityzacji, jednak tworzy eutektykę fosforową (steadyt), która charakteryzuje się niską temperaturą topnienia (około 950 °C) i bardzo dużą twardością (około 500 HB).
Staliwo
Staliwo to stop żelaza z węglem
w postaci lanej (czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej
. W odmianach użytkowych zawartość węgla nie przekracza 1,5%, suma typowych domieszek również nie przekracza 1%. Właściwości mechaniczne staliwa są nieco niższe niż własności stali o takim samym składzie po obróbce plastycznej. Wynika to z charakterystycznych dla odlewów: gruboziarnistości i pustek międzykrystalicznych. Staliwo ma natomiast znacznie lepsze właściwości mechaniczne od żeliwa, w szczególności - jest plastycznie obrabialne, a odmiany o zawartości węgla poniżej 0,25% są również dobrze spawalne. Staliwo krzepnie bez przemiany eutektycznej i otrzymywane jest bezpośrednio po odlaniu z formy, bez poddania obróbce plastycznej.
Ze względu na własności fizyczne i związane z nimi możliwości praktycznego zastosowania, wyróżnia się staliwa:
węglowe
zwykłej jakości
wyższej jakości
najwyższej jakości

Jakość wyznaczona jest określonymi w normach parametrami.
Ze względu na skład chemiczny rozróżnia się staliwa:

węglowe - zawierające tylko składniki zwykłe i zanieczyszczenia z przerobu hutniczego
STOPOWE
- zawierające dodatkowo wprowadzone celowo domieszki stopowe


Staliwo, w którym oprócz węgla występują inne dodatki stopowe o zawartości do kilku procent, zmieniające w znaczny sposób charakterystyki staliw. Wprowadzenie do staliwa dodatków stopowych może mieć na celu:

uzyskanie określonych własności wytrzymałościowych,
wywołanie pożądanych zmian strukturalnych,
uzyskanie specjalnych własności chemicznych lub fizycznych,

Staliwo stopowe
Przykładowe staliwa stopowe :

manganowe
manganowo-krzemowe
chromowe
chromowo-molibdenowe
chromowo-manganowo-krzemowe
żaroodporne
odporne na korozję (nierdzewne i kwasoodporne)
konstrukcyjne do pracy w podwyższonych temperaturach
Właściwości i zastosowanie staliw stopowych
Staliwa stopowe zawierają dodatki stopowe o stężeniu przekraczającym wartości
graniczne takie same jak dla stali stopowych. Ze względu na zastosowanie, staliwa stopowe
dzieli się na konstrukcyjne, odporne na ścieranie, odporne na korozję, żaroodporne i
żarowytrzymałe oraz narzędziowe. Gdy łączne stężenie dodatków stopowych nie przekracza
2,5%, staliwo jest uważane za niskostopowe, gdy zawarte jest w przedziale 2,5-5% - za
średniostopowe, a przy stężeniu większym niż 5 % - za wysokostopowe.

Do żeliw stopowych, wprowadzane są dodatki stopowe, występujące oprócz domieszek.
Pierwiastki te są dodawane w celu polepszenia własności użytkowych żeliw a w
szczególności:
- zwiększenia własności mechanicznych,
- zwiększenia odporności na ścieranie,
- polepszenia odporności na działanie korozji elektrochemicznej,
- polepszenia odporności na działanie korozji gazowej w podwyższonej temperaturze,
- polepszenia własności fizycznych.

Skład chemiczny żeliw jest tak dobierany, aby w wyniku dodania pierwiastków
stopowych nie zmienić niekorzystnie ich struktury i własności. Z tego względu należy
dobierać odpowiednio dodatki o działaniu grafityzującym i zabielającym.
Wśród licznej grupy żeliw stopowych możemy wyróżnić:
- żeliwa stopowe o podwyższonej odporności na ścieranie,
- żeliwa stopowe żaroodporne i żarowytrzymałe,
- żeliwa stopowe odporne na korozję,
- żeliwa stopowe do pracy w niskiej temperaturze,
- żeliwa stopowe o specjalnych własnościach fizycznych.

Właściwości i zastosowanie żeliw stopowych
Pierwiastki dodawane do żeliw mają na celu polepszenie własności użytkowych w tym:
zwiększenie odporności na ścieranie
zwiększenie własności mechanicznych
polepszenie własności fizycznych np. magnetycznych lub elektrycznych
polepszenie odporności na działanie korozji elektrochemicznej
polepszenie odporności na działanie korozji gazowej o podwyższonej temperaturze
Wyróżniamy żeliwa stopowe:
aluminiowe
chromowe
krzemowe
manganowe
miedziowe
molibdenowe
niklowe
tytanowe
wanadowe
oraz ich połączenia
Żeliwa o podwyższonej odporności na ścieranie.
Odporność żeliwa na ścieranie jest zwiększana przez dodatki stopowe, które powodują:
wzrost twardości osnowy,
zmianę ilości, postaci, wymiarów i rozmieszczenia wydzieleń grafitu
całkowite wyeliminowanie tego składnika strukturalnego (tylko w niektórych gatunkach)
Żeliwa stopowe żaroodporne i żarowytrzymałe.
Niestopowe żeliwo szare odznacza się niewielką żaroodpornością, którą można polepszyć poprzez wprowadzenie dodatków stopowych. Korzystny wpływ mają Si oraz Cr. Nikiel polepsza żarowytrzymałość oraz plastyczność żeliwa, natomiast słabiej od Si i Cr podnosi odporność na utlenianie. Żarowytrzymałość ulega powiększeniu przez dodatek Mo.
Żeliwa stopowe odporne na korozję Zarówno żeliwo stopowe jak i niestopowe, wykazuje większą odporność na korozję niż stale bądź staliwa niestopowe. Polepszanie odporności na korozję powodują pierwiastki stopowe, z których najintensywniej działają Si, Cr oraz Ni, w mniejszym stopniu natomiast Mn i Cu.
W żeliwach niskostopowych obecność jednego lub kilku dodatków stopowych decyduje o wystąpieniu drobnej struktury perlitu, co powoduje zwiększenie własności wytrzymałościowych, w tym twardości oraz odporności na ścieranie. Żeliwa średniostopowe, zawierające Si lub Al., wykazują ferrytyczną strukturę osnowy. Żeliwa chromowe cechują się strukturą ledeburytyczną. Przy niewielkim stężeniu Ni, w obecności Mo i praktycznie przy braku innych pierwiastków stopowych, żeliwa w stanie surowym mają osnowę bainityczną.
Osnową białych żeliw niklowych, niklowo – chromowych i chromowo – molibdenowych jest martenzyt z bainitem i austenitem szczątkowym. Wysokostopowe żeliwa chromowe, krzemowe i aluminiowe wykazują strukturę ferrytyczną. Żeliwa wysokoniklowe i niklowo – chromowe oraz żeliwa średnio- i wysokomanganowe cechują się austenityczną strukturą osnowy. Ponieważ kształt i wielkość ziarn grafitu decyduje o własnościach żeliw stopowych, żeliwa szare często są modyfikowane.
Żeliwo odporne na ścieranie - dzięki odpowiedniemu skomponowaniu składu chemicznego i zastosowaniu modyfikacji uzyskano żeliwo z grafitem płatkowym odznaczające się zdecydowanie wyższymi, w porównaniu do standardowego żeliwa, właściwościami mechanicznymi w zakresie wysokich wartości eutektycznego równoważnika węgla - CE = 4,0 - 4,6%
Właściwości te są stabilne w szerokim zakresie grubości ścianki odlewu gdyż pomimo istotnego zmniejszania szybkości stygnięcia rozmiary płatków grafitu nie powiększają się istotnie a struktura osnowy pozostaje perlityczna nawet przy zawartości krzemu przekraczającej 3,5%.
Właściwości tego żeliwa, zwłaszcza podwyższona twardość, wskazują na możliwość jego zastosowania na części maszyn współpracujące w warunkach smarowania (tuleje, panewki, koła zębate) oraz elementy hamulców pracujące w warunkach tarcia suchego (bębny, tarcze, klocki). Taka przydatność tworzywa została potwierdzona jego zastosowaniem na elementy cierne w hamulcu pojazdów gąsienicowych.
Stabilność właściwości mechanicznych w dużych przekrojach jest przesłanką do wykonywania z tego żeliwa odlewów ciężkich i o zróżnicowanej grubości ścianek. Możliwości zastosowań są bardzo szerokie: tubingi, korpusy ciężkich maszyn i obrabiarek, odlewy walców oraz tulei cylindrowych do silników okrętowych.
Odporność żeliwa na ścieranie jest zwiększana przez dodatki stopowe powodujące wzrost twardości osnowy oraz zmianę ilości, postaci, wymiarów i rozmieszczenia wydzieleń grafitu, a w niektórych gatunkach zupełne wyeliminowanie tego składnika strukturalnego.
Działanie dodatków stopowych w żeliwach o podwyższonej odporności na ścieranie polega również na zapewnieniu jednolitej struktury na całym przekroju odlewów, niezależnie od cech geometrycznych, głównie grubości ścianek odlewu. Wraz ze zwiększeniem grubości odlewu do żeliwa wprowadza się w coraz większym stężeniu pierwiastki z dopuszczalnego dla danego gatunku zakresu
Całkowicie stabilny austenit otrzymuje się również przez wprowadzenie Mn, częściej łącznie z Ni. Nikiel, polepszają żarowytrzymałość oraz plastyczność żeliwa, słabiej od Si i Cr podnosi odporność na utlenianie.
Żarowytrzymałość ulega znacznemu zwiększeniu przez dodatek Mo. Dodatek Al, zmniejszając własności mechaniczne żeliwa w temperaturze pokojowej, znacznie podwyższa żaroodporność, a przy tym także podatność żeliwa na pęcznienie. Zjawisko to jest związane z trwałym zwiększeniem objętości żeliwa i występuje w wyniku długotrwałego wygrzewanie odlewu w warunkach pracy w temperaturze wyższej od ok. 400oC lub w wyniku wielokrotnego podgrzewania odlewu do tej temperatury z następnym chłodzeniem do temperatury pokojowej.
Pęcznienie jest związane z grafityzacją żeliwa w stanie stałym, utlenianiem wewnętrznym oraz rozszerzaniem się i kurczeniem żeliwa w czasie nagrzewania i chłodzenia w zakresie temperatury krytycznej. W wysokiej temperaturze następuje utlenianie wewnętrzne, związane z wypalaniem wolnego grafitu, Fe lub Si przez gazy penetrujące wzdłuż płatkowych wydzielin grafitu w głąb odlewu. Z tego względu znacznie większą żaroodporność od żeliwa szarego wykazuje żeliwo białe, nieulegające pęcznieniu.
Własności fizyczne żeliw, w tym głównie własności magnetyczne i elektryczne, są zależne od struktury stopu. Własności niemagnetyczne wykazują żeliwa o strukturze austenicznej, zawierające Ni lub Mn. Żeliwa o strukturze austenicznej cechują się również bardzo dużą elektryczną opornością właściwą, mniejszą jednak niż żeliwa aluminiowe. Elektryczna oporność właściwa rośnie wraz ze zwiększeniem grubości płatkowych wydzieleń grafitu oraz zwiększeniem stężenia C, Si, Ni i Al. w żeliwie. Zmniejszenie oporności właściwej powodują Cr, Mo i V oraz wydzielenia cementytu i węglików stopowych.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
Full transcript