Żeliwo ciągliwe

Ciągliwego ( łacińska temperare , umiarkowane " ) jest z żeliwa ustawienia typu, że ze względu na ich skład chemiczny, a proces krzepnięcia według systemu metastabilny żelazo-węgiel schemat zestala grafitu, jak na razie twarde , kruche powstaje Temperrohguss w formie . Późniejsza obróbka cieplna , hartowanie , powoduje przekształcenie strukturalne . Cementytu w strukturze odlewu jest wykonany tylko rozpadają po szczególnie długo wyżarzania czasie. Powstały grafit jest znany jako węgiel temperowany i charakteryzuje się charakterystycznym sferoidalnym kształtem. Dzięki takiemu kształtowi odpuszczone płatki węgla nie zaburzają relacji pomiędzy metaliczną masą bazową iz potencjalnym efektem karbu jak lamele grafitowe w żeliwie z grafitem płytkowym . Jest to główny powód, dla którego żeliwo ciągliwe ma lepsze właściwości mechaniczne niż zwykłe żeliwo z grafitem płytkowym i dlatego może być określane jako wytrzymałe i łatwe w obróbce. Żeliwo ciągliwe dzieli się na żeliwo ciągliwe czarne i białe w zależności od wyglądu pęknięcia.

Żeliwo ciągliwe

Struktura żeliwa ciągliwego składa się z perlitu i ledeburytu. Osiąga się to poprzez dostosowanie składu chemicznego w zależności od grubości ścianek odlewanych elementów. Dla wszystkich rodzajów żeliwa ciągliwego suma zawartości węgla i krzemu od 3,7 do 3,8% jest decydująca. Przy wysokiej zawartości krzemu oraz w mocnych, wolno stygnących częściach grafit często wytrąca się podczas krzepnięcia. Te blaszki, ułożone jak gniazda, prowadzą do nieprzyjemnych pęknięć. Temperatura spustu ma taki wpływ na makrostrukturę, ponieważ im jest ona wyższa, tym więcej rodzimych lub obcych drobnoustrojów ulega stopieniu, a stop krzepnie egzogennie . Wysoka zawartość węgla (2,6%) powoduje również egzogenne krzepnięcie austenitu pierwotnego.

Żeliwo ciągliwe białe

normalizacja

Żeliwo ciągliwe białe jest znormalizowane w DIN 1692 (stare) i DIN EN 1562 (nowe od 09.97). Stara krótka nazwa to GTW, a nowa to GJMW. Skrót składa się z (EN-) GJ dla żeliwa, M dla ( żeliwo ciągliwe: żeliwo do wyżarzania ) i W dla ( biały: biały), do skrótu należy dodać między innymi właściwości mechaniczne i/lub skład chemiczny. W razie potrzeby można określić dodatkowe wymagania, na przykład EN-GJMW-350. W normie DIN EN 1562 zapisano pięć typów:

^* Ze względu na trudności w określeniu granicy plastyczności na małych próbkach wartości i sposób pomiaru muszą być uzgodnione pomiędzy producentem a nabywcą.

^** Najbardziej odpowiedni do spawania

^*** Informacje w nawiasach zgodnie ze starą normą DIN 1692

Skład chemiczny

Wytyczne dotyczące składu chemicznego żeliwa ciągliwego

• Węgiel : 2,8-3,4% (stosunkowo wysoki)
• Krzem : 0,4-0,8% (stosunkowo mało)
• Mangan : 0,4-0,6%
• Siarka : 0,12-0,25%
• Fosfor : 0,1%

Węgiel i krzem muszą być do siebie dopasowane (suma węgla i krzemu nie powinna przekraczać 3,8%), aby nawet najgrubsze przekroje żeliwa ciągliwego miały po zastygnięciu białą, pozbawioną grafitu strukturę.

Produkcja (hartowanie)

W celu uzyskania białego żeliwa ciągliwego, żeliwo ciągliwe (białe żeliwo hipoeutektyczne ) jest wyżarzane ("wyżarzanie"). To znacznie zmniejsza zawartość węgla w odlewie. To sprawia, że ​​rzut jest nieco twardszy w obszarze krawędzi. Surowy odlew jest wyżarzany w temperaturze 1000°C przez około 60-120 godzin w atmosferze utleniającej (odpuszczany w strumieniu gazu). Zachodzą następujące reakcje:

• Reakcja 1 (wewnątrz odlewu):

  Fe ₃ C → 3Fe + C

• Reakcja 2 (na powierzchni odlewu):

  C + O ₂ → CO ₂

• Reakcja 3 (rzeczywiste odwęglenie - proces samoczynny)

  CO ₂ + C → 2CO do tego dochodzi znowu O ₂ + 2CO → 2CO ₂

Cementytu (Fe ₃ C) odlewu dzieli się na trzy żelaza i jeden atomów węgla w pierwszej reakcji. Węgiel ten reaguje z tlenem na powierzchni odlewu i jest w ten sposób usuwany z odlewu (reakcja 2). W trakcie dążenia do wyrównania stężenia węgiel z odlewu nadal dyfunduje do krawędzi odlewu i łączy się z tlenem w otaczającym powietrzu. Powoduje to stopniowe odwęglenie obrabianego przedmiotu (reakcja 3). Jednocześnie pozostały węgiel w rdzeniu odlewu aglomeruje się, tworząc grudki węgla hartowanego. Odwęglenie przedmiotu obrabianego jest silnie uzależnione od czasu trwania procesu odpuszczania i grubości ścianki odlewu. Jednolite odwęglenie występuje tylko przy grubości ścianki 2-3 mm, przy grubszych odlewach następuje tylko odwęglenie krawędzi i rozkład cementytu (Fe ₃ C) na żelazo i węgiel odpuszczony.

Tworzenie struktury

Żeliwo ciągliwe białe V = 100:1

Struktura żeliwa ciągliwego białego o grubości ścianki poniżej 3 mm składa się z osnowy ferrytycznej i bardzo małej ilości lub żadnych bryłek węgla odpuszczonego (w środku). Przy grubościach ścian powyżej 3 mm struktura żeliwa ciągliwego białego podzielona jest na trzy obszary:

• Odwęglona strefa brzegowa, składająca się z ferrytu. Powierzchnia często zawiera granicę przeplataną tlenkami.
• Obszar przejściowy, składający się z podstawowej osnowy ferrytyczno - perlitycznej i kilku hartowanych bryłek węgla.
• Strefa rdzenia, składająca się z perlitycznej matrycy bazowej i małych hartowanych bryłek węgla.

Głębokość odwęglania określa się za pomocą wyżarzonej próbki klina. Ich polerowana metalograficznie sekcja dostarcza informacji o powstawaniu struktury. W przypadku niewłaściwego odpuszczania mogą wystąpić wady konstrukcyjne. Na przykład gniazda grafitowe mogą prowadzić do tak zwanego „pęknięcia faulowego”, powstały one w surowym odlewie. Może również wystąpić odwęglenie, w wyniku którego na krawędzi ferrytu osadzają się węgliki w postaci wtórnego cementytu, prawdopodobnie ledeburytu .

Właściwości i zastosowanie

Materiały z żeliwa ciągliwego są preferowane ze względu na kolejność procesów stosowanych w produkcji odlewów. Ograniczenie wagi sztuki od kilku gramów do 100 kilogramów wynika z procesu produkcyjnego. To samo dotyczy maksymalnej grubości ścianki 20-30 mm. Że wytrzymałość na rozciąganie zwiększa się wraz z grubością ścianki, gdy wzrasta zawartość perlitu. Odpowiednie obróbki odpuszczające dostosowują właściwości decydujące o jakości z dużą dokładnością i wysoką jednorodnością (np. ciasne, najtwardsze obszary, dobra skrawalność , wysoka wytrzymałość i dobra lejność , również spawalność i cynkowanie ).

Właściwości żeliwa ciągliwego białego zależą od grubości ścianki. Dzielą się na:

• właściwości mechaniczne takie jak:
  • dobre wydłużenie przy zerwaniu (w zależności od grubości ścianki)
  • dobra wytrzymałość na rozciąganie (wzrasta wraz z procentem perlitu)
  • dobra wytrzymałość zmęczeniowa
  • łatwo podrabialny, plastyczny
  • wysoka wytrzymałość
• właściwości fizyczne, takie jak:
  • dobra obrabialność
  • dobre zachowanie podczas spawania
  • łatwy do cynkowania
  • wysoka jakość powierzchni
  • dobra odporność na korozję (dzięki warstwom tlenków w strefie brzegowej)
  • można utwardzać termochemicznie ( nawęglanie )

podanie

Odlewy cienkościenne o dobrej wytrzymałości zmęczeniowej do obróbki na liniach transferowych; Ze względu na swoją plastyczność stosuje się go do elementów narażonych na obciążenia dynamiczne (oscylujące lub szarpane) i wytrzymujących duże siły mechaniczne (elementy podwozia i układu kierowniczego pojazdów mechanicznych, elementy bezpieczeństwa wymagające dokumentacji, elementy regulacyjne i mocujące do budowy obwodów) ; Armatura i armatura do budowy rurociągów, liczne komponenty dla przemysłu elektrycznego ze względu na ich właściwości termiczne, elektryczne i magnetyczne; elementy nośne linii wysokiego napięcia i napowietrznych; Elementy przełączające, sterujące i transmisyjne w budowie maszyn i maszyn rolniczych; Ze względu na dobrą lejność i możliwość wykonania bardzo cienkościennych konstrukcji z powtarzalną dokładnością należy wymienić właściwości; Do produkcji zamków i okuć; Obrabiane elementy z żeliwa ciągliwego oferują szeroki zakres opcji tworzenia określonych właściwości, szczególnie w obszarze komponentów, w których są wymagane (zastąpiły wiele innych materiałów).

Żeliwo ciągliwe czarne

normalizacja

Czarne żeliwo ciągliwe jest również znormalizowane w normie DIN EN 1562. Stary skrót GTS również został zastąpiony i brzmi GJMB, GJ oznacza żeliwo, M oznacza „żeliwo ciągliwe”, a B oznacza „czarny”.

Skład chemiczny

Żeliwo ciągliwe ma na ogół skład podeutektyczny. Ze względu na metastabilne krzepnięcie żeliwa ciągliwego węgiel występuje w postaci związanej jako cementyt (Fe ₃ C) i dlatego jest wolny od grafitu. Żeliwo ciągliwe ma srebrzystobiałą strukturę spękań, jest twarde i kruche, przez co praktycznie nie nadaje się do zastosowań technicznych. Odpuszczanie powoduje rozpad cementytu i rozpuszczenie go w strukturze podstawowej, którą w temperaturze wyżarzania stanowi austenit. Stopione żeliwo używane do produkcji czarnego żeliwa ciągliwego ma następujący skład:

• Węgiel: 2–2,9%
• Krzem: 1,2-1,5% (stosunkowo wysoki)
• Mangan: 0,4-0,6%
• Siarka: 0,12-0,18%
• Fosfor: ok. 0,1%

Zawartość węgla jest niższa, a zawartość Si wyższa niż w żeliwie ciągliwym białym.

Produkcja

Do produkcji surówka , złom stalowy, żelazostopy i materiał obiegowy (z systemu odlewniczego i bramowego odlewów) są najpierw podawane do pieca żeliwiakowego (z gorącym dmuchem) w celu wstępnego topienia . W celu ustawienia wymaganej temperatury odlewania i składu chemicznego, dołączony jest elektryczny piec łukowy lub piec indukcyjny (proces duplex).
Wyżarzanie odbywa się w dwóch etapach w atmosferze obojętnej. Ze względu na neutralną atmosferę żeliwo nie ulega odwęgleniu. Ze względu na wysoką zawartość węgla i krzemu cementyt rozkłada się całkowicie na ferryt i węgiel odpuszczony: Fe ₃ C → 3Fe + C.

Węgiel hartujący powstaje w wyniku wytrącania węgla pierwiastkowego podczas wyżarzania w postaci sęków lub płatków. Wygląd tych węzłów zależy od stosunku manganu do siarki. Dzięki temu materiał uzyskuje plastyczność zbliżoną do stali.
Pierwszy etap tej obróbki cieplnej nazywany jest również pierwszym etapem grafityzacji. Węgliki eutektyczne rozpadają się i rozpuszczają w strukturze podstawowej (austenicie) w temperaturze 940–960 °C w czasie ok. 20 godzin. Jak wspomniano powyżej, węgiel pierwiastkowy jest również wytrącany jako sęki wyżarzane. Struktura składa się teraz z austenitu i odpuszczonego węgla.

W drugim etapie, zwanym również drugim etapem grafityzacji, określana jest struktura podstawowa. W celu zainicjowania drugiego etapu temperatura zostaje obniżona do ok. 800°C. Jeśli temperatura zostanie następnie powoli obniżona (w tempie 3–5°C na godzinę) między 800 a 700 °C lub temperatura będzie utrzymywana między 760 a 680 °C przez kilka godzin, nastąpi stabilna transformacja eutektoidalna. γ → α + C
Węgiel ma zatem możliwość dyfundowania z austenitu do już istniejącego odpuszczonego węgla i stania się jego częścią. Struktura składa się wtedy z ferrytu (matrycy) i grafitu oraz wszelkich pozostałości perlitu. Węgiel hartujący jest równomiernie rozłożony na całym przekroju próbki. Materiał jest bardzo miękki i składa się z ferrytu i grafitu. Przykład: GJMB - 350 Podczas gwałtownego chłodzenia między 800 a 700°C w powietrzu obszar eutektoidalny szybko przechodzi przez obszar i powstaje metastabilna, zakrzepła struktura eutektoidalna perlitu.

Szybkie chłodzenie tworzy strukturę martenzytyczną. Po hartowaniu nadal można go hartować . Na przykład w temperaturze 600 ° C wytwarza się GJMB - 700, w 700 ° C GJMB - 450. W temperaturze 620 ° C powstaje perlit (cementyt kulisty).

Cechą charakterystyczną czarnego żeliwa ciągliwego jest to, że struktura jest niezależna od grubości ścianki, z wyjątkiem wąskiej strefy krawędziowej o głębokości 0,2 mm bez odpuszczonego węgla ze względu na wyżarzanie bez odwęglania.

Tworzenie struktury

W pierwszym etapie wyżarzania cementyt ledeburytu rozpada się w temperaturze 950°C na austenit i węgiel odpuszczony. Podczas drugiego etapu wyżarzania austenit rozpada się na ferryt i odpuszczony węgiel. Podstawowa struktura zależy od szybkości chłodzenia w obszarze eutektoidalnym.

• Ferrytyczna struktura podstawowa
  Poprzez powolne chłodzenie między 700 a 800 ° C (szczegóły patrz produkcja) transformacja eutektoidalna zachodzi w stabilnych warunkach. γ → α + C
  Ferryt tworzy matrycę, a węgiel do odpuszczania jest równomiernie rozłożony, jeśli w przybliżeniu takie same warunki chłodzenia są stosowane we wszystkich obszarach próbki. Im mniej manganu i siarki, tym bardziej zwarty jest węgiel hartowany. Mangan i siarka zapobiegają aglomeracji grafitu w kulistym kształcie, co powoduje postrzępione i kulkowate tworzenie odpuszczonego węgla.
• Perlityczna struktura podstawowa
  Po podgrzaniu do 700-800 ° C, szybkim schłodzeniu (poprzednie hartowanie, patrz produkcja) materiał zestala się metastabilny do perlitu. γ → α + Fe ₃ C. Tutaj perlit tworzy podstawową strukturę. Nawet przy takim zestaleniu węgiel do temperowania można zaprojektować inaczej.
• Podstawowa struktura martenzytyczna
  Przy bardzo szybkim schłodzeniu powstaje struktura martenzytyczna. Dyfuzja jest tłumiona przez bardzo dużą szybkość chłodzenia. Częściowe zapadnięcie się sieci przestrzennej tworzy sieć, która jest zniekształcona i naprężona przez węgiel, i powstaje martenzyt. Strukturę odpuszczającą tworzy się przez odpuszczanie struktury martenzytycznej lub przez kontrolowane chłodzenie tej struktury.
• Struktura mieszana
  może również powstać w strukturze ferrytyczno-perlitycznej. Dzieje się tak, gdy krzepnięcie eutektyki jest częściowo stabilne i metastabilne. Stopić → γ + C (stabilny) i stopić → γ + Fe ₃ C (metastabilny).

Transformacja eutektoidalna jest znowu metastabilna. Należy spodziewać się struktury o różnej zawartości perlitu i ferrytu oraz odpuszczonego węgla, w zależności od szybkości chłodzenia. Węgiel drzewny hartujący może mieć różne kształty, rozmiary i układy.

Właściwości i zastosowanie

Kształtka rurowa z czarnego żeliwa ciągliwego (GJMB)

Ogólnie rzecz biorąc, czarne żeliwo ciągliwe ma dobrą lejność, jest również łatwiejsze w obróbce niż GJMW (patrz Obrabialność żeliwa ), utwardzalne, obrabialne cieplnie i utwardzalne powierzchniowo (do hartowania płomieniowego i indukcyjnego). Stosowany jest między innymi do tłoków, kół zębatych, części silników oraz elementów grubościennych, takich jak obudowy silników.

• Ferrytyczny GJMB-350
  Chociaż ta struktura ma umiarkowaną ciągliwość, ma dobrą ciągliwość i doskonałą skrawalność. Ten materiał jest używany tam, gdzie są wymagania dotyczące skrawalności. Nadaje się do hartowania termofizycznego po podwójnym podgrzaniu. Twardość materiału odpowiada ≤ 150 HBW 30, co odpowiada ≤ 160 HV10.
• Perlityczny GJMB-450
  Ten materiał ma lepszą wytrzymałość i podobną twardość jak GJMB-350. Hartowanie do 600 HV10 jest możliwe po uprzednim podwójnym podgrzaniu. Twardość materiału odpowiada 150-200 HBW 30, co odpowiada 160-210 HV10.
• GJMB-550 Obrabialność
  tego materiału nie jest tak dobra jak poprzednich konstrukcji. Ale jeśli porównasz to z kutą stalą o tej samej wytrzymałości, jest doskonała. Utwardzanie termofizyczne jest tutaj możliwe nawet bez wcześniejszego podwójnego nagrzewania. Twardość materiału odpowiada 180-230 HBW 30, co odpowiada 190-240 HV10.
• GJMB-650
  Siła jest tutaj głównym wymaganiem. Ten materiał ma krótkie kruche wióry. Alternatywnie może być stosowany do stali kutych. Twardość materiału odpowiada 210-260 HBW 30, co odpowiada 220-270 HV10.
• Struktura hartowania GJMB-700 Te
  same właściwości i zastosowania jak dla GJMB-650. Twardość materiału odpowiada 240-290 HBW 30, co odpowiada 250-300 HV10.

literatura

• Żeliwo ciągliwe - materiał z żeliwa sferoidalnego. Federalne Stowarzyszenie Niemieckiego Przemysłu Odlewniczego, publikacja techniczna, 2011 r.
• Hermann Schumann, Heinrich Oettel: Metalografia. Wydanie 14, Wiley-VCH Verlag.

linki internetowe

• Portal internetowy Federalnego Związku Niemieckiego Przemysłu Odlewniczego