Druhy liatiny, klasifikácia, zloženie, vlastnosti, značenie a použitie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Dnes už takmer neexistuje oblasť ľudského života, kde by sa nepoužívala liatina. Tento materiál je ľudstvu známy už pomerne dlho a z praktického hľadiska sa výborne osvedčil. Liatina je základom veľkého množstva dielov, zostáv a mechanizmov a v niektorých prípadoch dokonca sebestačným výrobkom, ktorý je schopný vykonávať funkcie, ktoré sú jej pridelené. Preto v tomto článku budeme venovať veľkú pozornosť tejto zlúčenine obsahujúcej železo. Dozvieme sa tiež, aké sú druhy liatiny, ich fyzikálne a chemické vlastnosti.

Definícia

Liatina je skutočne unikátna zliatina železa a uhlíka, v ktorej je Fe viac ako 90% a C nie je viac ako 6,67%, ale nie menej ako 2,14%. Uhlík možno nájsť aj v liatine vo forme cementitu alebo grafitu.

Uhlík dodáva zliatine dostatočne vysokú tvrdosť, zároveň však znižuje kujnosť a ťažnosť. V dôsledku toho je liatina krehkým materiálom. Do určitých tried liatiny sa tiež pridávajú špeciálne prísady, ktoré môžu poskytnúť zlúčenine určité vlastnosti. Úlohou legujúcich prvkov môže byť: nikel, chróm, vanád, hliník. Index hustoty liatiny je 7200 kilogramov na meter kubický. Z čoho možno usudzovať, žehmotnosť liatiny je ukazovateľ, ktorý nemožno nazvať malým.

Historické pozadie

Tavica železa je ľudstvu známa už dlho. Prvá zmienka o zliatine pochádza zo šiesteho storočia pred naším letopočtom.

V staroveku Čína vyrábala liatinu s pomerne nízkou teplotou topenia. Liatina sa začala v Európe vyrábať približne v 14. storočí, kedy sa začali používať vysoké pece. V tom čase sa takýto železný odliatok používal na výrobu zbraní, nábojov, konštrukčných dielov.

V Rusku sa výroba liatiny aktívne začala v 16. storočí a potom sa rýchlo rozšírila. Za čias Petra I. dokázalo Ruské impérium obísť všetky krajiny sveta, pokiaľ ide o produkciu železa, no o sto rokov neskôr začalo na trhu železnej metalurgie opäť strácať pôdu pod nohami.

Liatina sa používa na vytváranie rôznych umeleckých diel už od stredoveku. Najmä v 10. storočí odliali čínski majstri skutočne unikátnu postavu leva, ktorej hmotnosť presahovala 100 ton. Od 15. storočia sa v Nemecku a potom v iných krajinách rozšírilo odlievanie liatiny. Boli z neho vyrobené ploty, mreže, parkové sochy, záhradný nábytok, náhrobné kamene.

V posledných rokoch 18. storočia sa odlievanie železa najviac podieľalo na architektúre Ruska. A 19. storočie sa všeobecne nazývalo „doba liatiny“, pretože zliatina sa veľmi aktívne používala v architektúre.

Funkcie

Existujú rôzne typyliatina, priemerná teplota topenia tejto kovovej zlúčeniny je však asi 1200 stupňov Celzia. Toto číslo je o 250 – 300 stupňov nižšie, ako sa vyžaduje pri výrobe ocele. Tento rozdiel je spojený s pomerne vysokým obsahom uhlíka, čo vedie k jeho menej blízkym väzbám s atómami železa na molekulárnej úrovni.

V čase tavenia a následnej kryštalizácie uhlík obsiahnutý v liatine nestihne úplne preniknúť do molekulárnej mriežky železa, a preto sa liatina nakoniec ukáže ako dosť krehká. V tomto ohľade sa nepoužíva tam, kde sú konštantné dynamické zaťaženia. Zároveň je však výborný pre tie časti, ktoré majú zvýšené požiadavky na pevnosť.

Výrobná technológia

Absolútne všetky druhy liatiny sa vyrábajú vo vysokej peci. Samotný proces tavenia je v skutočnosti dosť namáhavá činnosť, ktorá si vyžaduje vážne materiálne investície. Na jednu tonu surového železa je potrebných asi 550 kilogramov koksu a takmer tona vody. Objem rudy naloženej do pece bude závisieť od obsahu železa. Najčastejšie sa používa ruda, v ktorej je železo najmenej 70%. Nižšia koncentrácia prvku je nežiaduca, pretože jeho použitie by bolo neekonomické.

Prvá fáza produkcie

Tavica železa je nasledovná. V prvom rade sa do pece sype ruda, ako aj druhy koksovateľného uhlia, ktoré slúžia na natlakovanie a udržanie požadovanej teploty vo vnútri šachty pece. Okrem toho sa tieto produkty počas spaľovacieho procesu aktívne podieľajú na prebiehajúcich chemických reakciách vúloha činidiel redukujúcich železo.

Súčasne sa do pece zavádza tavivo, ktoré slúži ako katalyzátor. Pomáha horninám rýchlejšie sa topiť, čo podporuje uvoľňovanie železa.

Je dôležité poznamenať, že ruda sa pred vložením do pece podrobuje špeciálnej predúprave. Drví sa v drviarni (drobné častice sa rýchlejšie topia). Potom sa premyje, aby sa odstránili častice bez kovov. Potom sa surovina vypáli, vďaka čomu sa z nej odstráni síra a iné cudzie prvky.

Druhá fáza výroby

Zemný plyn sa do pece dodáva naložený a pripravený na prevádzku prostredníctvom špeciálnych horákov. Koks ohrieva surovinu. V tomto prípade sa uvoľňuje uhlík, ktorý sa spája s kyslíkom a vytvára oxid. Tento oxid sa následne podieľa na získavaní železa z rudy. Všimnite si, že so zvýšením množstva plynu v peci sa rýchlosť chemickej reakcie znižuje a keď sa dosiahne určitý pomer, úplne sa zastaví.

Prebytočný uhlík preniká taveninou a spája sa so železom, prípadne vytvára liatinu. Všetky tie prvky, ktoré sa neroztopili, sú na povrchu a nakoniec sú odstránené. Tento odpad sa nazýva troska. Dá sa použiť aj na výrobu iných materiálov. Druhy liatiny získané týmto spôsobom sa nazývajú zlievarenské a surové železo.

Diferenciácia

Moderná klasifikácia liatiny umožňuje rozdelenie týchto zliatin do nasledujúcich typov:

• Biela.
• Polovica.
• Sivá s vločkovým grafitom.
• Vysoko pevný nodulárny grafit.
• Ťažné.

Pozrime sa na každú zvlášť.

Biela liatina

Táto liatina je tá, v ktorej je takmer všetok uhlík chemicky viazaný. V strojárstve sa táto zliatina veľmi nepoužíva, pretože je tvrdá, ale veľmi krehká. Tiež sa nedá opracovať rôznymi reznými nástrojmi, a preto sa používa na odlievanie dielov, ktoré nevyžadujú žiadne spracovanie. Hoci tento typ liatiny umožňuje brúsenie brúsnymi kotúčmi. Biela liatina môže byť obyčajná aj legovaná. Zváranie zároveň spôsobuje ťažkosti, pretože je sprevádzané tvorbou rôznych trhlín počas chladenia alebo zahrievania a tiež kvôli heterogenite štruktúry, ktorá sa vytvára v mieste zvárania.

Biele liatiny odolné voči opotrebovaniu sa získavajú primárnou kryštalizáciou tekutej zliatiny počas rýchleho ochladzovania. Najčastejšie sa používajú na aplikácie so suchým trením (napr. brzdové doštičky) alebo na výrobu dielov so zvýšenou odolnosťou voči opotrebovaniu a teplu (valce valcovacej stolice).

Mimochodom, biela liatina dostala svoj názov vďaka tomu, že vzhľad jej lomu je svetlokryštalický, žiarivý povrch. Štruktúra tejto liatiny je kombináciou ledeburitu, perlitu a sekundárneho cementitu. Ak je táto liatina legovaná, potom sa perlit transformuje natroostit, austenit alebo martenzit.

Polovičná liatina

Klasifikácia liatiny by bola neúplná bez uvedenia tejto odrody kovovej zliatiny.

Táto liatina je charakteristická kombináciou karbidových eutektík a grafitu vo svojej štruktúre. Vo všeobecnosti má plnohodnotná štruktúra nasledujúcu formu: grafit, perlit, ledeburit. Ak je liatina podrobená tepelnému spracovaniu alebo legovaniu, povedie to k tvorbe austenitu, martenzitu alebo ihličkovitého troostitu.

Tento typ liatiny je dosť krehký, takže jeho použitie je veľmi obmedzené. Samotná zliatina dostala svoje meno, pretože jej lom je kombináciou tmavých a svetlých oblastí kryštalickej štruktúry.

Najbežnejší inžiniersky materiál

Sivá liatina GOST 1412-85 obsahuje asi 3,5 % uhlíka, od 1,9 do 2,5 % kremíka, do 0,8 % mangánu, do 0,3 % fosforu a menej ako 0,12 % síry.

Grafit v takejto liatine má lamelový tvar. Nevyžaduje špeciálnu úpravu.

Grafitové dosky majú silný zoslabujúci účinok, a preto sa sivá liatina vyznačuje veľmi nízkou rázovou húževnatosťou a takmer úplnou absenciou predĺženia (menej ako 0,5 %).

Sivá liatina je dobre opracovaná. Štruktúra zliatiny môže byť nasledovná:

• Ferrit-grafit.
• Ferrit-perlit-grafit.
• Perlit-grafit.

Sivá liatina funguje oveľa lepšie v tlaku ako v ťahu. On tiežzvára celkom dobre, vyžaduje si to však predhriatie a ako prídavný materiál treba použiť špeciálne liatinové tyče s vysokým obsahom kremíka a uhlíka. Bez predohrevu bude zváranie ťažké, pretože liatina v oblasti zvaru vybieli.

Sivá liatina sa používa na výrobu dielov, ktoré fungujú bez nárazového zaťaženia (kladky, kryty, lôžka).

Označenie tejto liatiny prebieha podľa nasledujúceho princípu: SCH 25-52. Dve písmená označujú, že ide o sivú liatinu, číslo 25 je indikátorom pevnosti v ťahu (v MPa alebo kgf / mm 2), číslo 52 je momentálna pevnosť v ťahu ohýbania.

Tvárna liatina

Nodulárna liatina sa od svojich ostatných „bratov“zásadne líši v tom, že obsahuje nodulárny grafit. Získava sa zavedením špeciálnych modifikátorov (Mg, Ce) do tekutej zliatiny. Počet grafitových inklúzií a ich lineárne rozmery môžu byť rôzne.

Čo je dobré na guľôčkovom grafite? Skutočnosť, že takáto forma minimálne oslabuje kovovú základňu, ktorá môže byť perlitická, feritická alebo perliticko-feritická.

Vzhľadom na použitie tepelného spracovania alebo legovania môže byť liatinový základ ihličkovo-troostitický, martenzitický, austenitický.

Druhy tvárnej liatiny sú rôzne, ale vo všeobecnosti je jej označenie nasledovné: VCh 40-5. Je ľahké uhádnuť, že HF je vysoko pevná liatina, číslo 40 je indikátorpevnosť v ťahu (kgf/mm2), číslo 5 sa vzťahuje na predĺženie, vyjadrené v percentách.

Tvárna liatina

Štruktúra tvárnej liatiny spočíva v prítomnosti grafitu v šupinovej alebo guľovej forme. Zároveň môže mať vločkovitý grafit rôznu jemnosť a kompaktnosť, čo má zase priamy vplyv na mechanické vlastnosti liatiny.

Priemyselná tvárna liatina sa často vyrába s feritickou základňou, ktorá poskytuje väčšiu ťažnosť.

Zlomový vzhľad feritickej tvárnej liatiny má čierny zamatový vzhľad. Čím vyššie je množstvo perlitu v štruktúre, tým ľahší bude zlom.

Vo všeobecnosti sa tvárna liatina získava z odliatkov z bielej liatiny v dôsledku dlhého chradnutia v peciach vyhrievaných na teplotu 800-950 stupňov Celzia.

Dnes existujú dva spôsoby výroby tvárnej liatiny: európsky a americký.

Americká metóda je nechať zliatinu chradnúť v piesku pri teplote 800-850 stupňov. V tomto procese sa grafit nachádza medzi zrnami najčistejšieho železa. V dôsledku toho sa liatina stáva viskóznou.

Pri európskej metóde odliatky chradnú v železnej rude. Teplota je súčasne asi 850-950 stupňov Celzia. Uhlík prechádza do železnej rudy, vďaka čomu sa povrchová vrstva odliatkov oduhličí a zmäkne. Liatina sa stáva kujnou, zatiaľ čo jadro zostáva krehké.

Označenie kujnej liatiny: KCh 40-6, kde KCh je samozrejme kujná liatina; 40 - index pevnosti v ťahu;6 – predĺženie, %.

Iné ukazovatele

Pokiaľ ide o delenie liatiny podľa pevnosti, platí tu nasledujúca klasifikácia:

• Typická pevnosť: σv do 20 kg/mm2.
• Zvýšená pevnosť: σv=20 - 38 kg/mm2.
• Vysoká pevnosť: σv=40 kg/mm2 a viac.

Podľa ťažnosti sa liatiny delia na:

• Neflexibilné – predĺženie menej ako 1 %.
• Nízky obsah plastov – od 1 % do 5 %.
• Plast – od 5 % do 10 %.
• Zvýšená plasticita – viac ako 10 %.

Na záver by som ešte rád poznamenal, že vlastnosti akejkoľvek liatiny dosť výrazne ovplyvňuje aj tvar a charakter odliatku.