CS210564B1 - Vysokopevnostní perlitická litina - Google Patents

Abstract

Vynález se týká vysokopevnostní perlitické litiny s červíkovitým grafitem, se zaručenou perlitickou strukturou s vysokými mechanickými vlastnostmi i v nejsilnojších průřezech odlitků. Litina obsahuje 2,8 - 4,2 % hmotnostních uhlíku, 2,0 - 3,8 % hmotnostních křemíku, 0,1 - 1,0 % hmotnostních manganu, 0,001 - 0,3 % hmotnostního fosforu, 0,001 - 0,1 % hmotnostního síry, modifikovaná 0,05 - 1,0 % hmotnostního směsného kovu nu bázi ceru, lanthanu a dalších prvků vzácných zemin a 0,07 - 1,00 % hmotnostního antimonu*

Description

Vynález se týká vysokopevnostní perlitické litiny s červíkovitým grafitem, se zaručenou perlitickou strukturou s vysokými mechanickými vlastnostmi i v nejsilnějších průřezech odlitků.

Převážnou část výroby odlitků představují odlitky z litiny. Vedle klasické šedé litiny (s lupínkovým tvarem grafitu) se běžně vyrábí i litina tvárná (se zrnitým grafitem). Tyto dva základní typy litin se od sebe značně liší svými vlastnostmi. Např. hodnoty pevnosti v tahu dosahují u šedých litin max. 350 MPa (při čistě perlitické struktuře a za cenu zvýšeného sklonu k zákalce) a u tvárné litiny začínají pevnosti v tahu od hodnoty asi 500 MPa (při čistě feritické. struktuře).

^ezi oblastí dosažitelných hodnot pevností u šedé litiny a tvárné litiny existuje tedy mezera. Podobně je tomu i u ostatních vlastností (tažnost, rázová houževnatost, mez únavy, tepelná vodivost, sklon ke staženinám).

Oblast mezi litinou šedou a tvárnou mohou vyplnit litiny s přechodovými tvary grafitu. Jednou z nich je známá litina temperovaná, která má již vymezenou oblast využití. V posledních letech se objevilo několik řešení výroby litiny s přechodovými tvary grafitu (s grafitem červíkovitým). Ta se svými mechanickými vlasnostmi úspěšně zařazuje mezi litinu šedou a tvárnou, přičemž si ponechává řadu příznivých vlastností litiny šedé (vysoká tepelná vodivost, malý sklon ke stahování, jednoduchá výroba).

Jednou z charakteristik litiny s červíkovitým grafitem je vysoký obsah feritu v základní kovové hmotě struktury, a to zejména v silných průřezech. Ferit ve struktuře je žádoucí pouze tehdy, pokud ae jedná o dosažení vysoké hodnoty tažnosti. V případech masivních odlitků (které jsou masivní především proto, že mají být vysoce namáhány) má vznik čistě feritické struktury za následek snížení integrální pevnosti jednotlivých stěn a průřezů a dále nízkou hodnotu tvrdosti proti opotřebení.

Jednou z nevýhod litiny s červíkovitým grafitem je vysoká citlivost tvaru grafitu na rychlost chladnutí. Tvar grafitu se' totiž s rostoucí rychlostí chladnutí mění od červíkovitého až k čistě zrnitému. To má za následek zhoršení slévárenských vlastnos-tí.

Výše uvedené nedostatky litin s červíkovitým grafitem jsou odstraněny litinou dle vynálezu, jehož podstatou je mikrolegování litiny s červíkovitým grafitem, antimonem v hmotnostní!^ množství od 0,07 do 1,0 %.

Základní kovová hmota mikrostruktury materiálu obsahuje 100 % perlitu, a to nezávisle na tloušlce stěny a tychlosti chladnutí (tzn. i v nejsilnějších průřezech, např. stěna v tl. 100 MM). V* důsledku silného deglobulizačního účinku antimonu vzrůstá v mikrostruktuře litiny výrazně podíl grafitu ve formě červíkovité, na úkor grafitu zrnitého, a to i v tenkých, rychle chladnoucích průřezech odlitku. Mikrostruktura litiny dle vynálezu je tedy ve všech průřezech odlitku homogenní. Ve struktuře se nevyskytuje primární cementit.

V důsledku výše uvedených charakteristik mikrostruktury dosahuje litina dle vynálezu mechanické vlastnosti:

- pevnost v tahu = 380 - 430 MPa (ve všech průřezech) á

210 504

- tvrdost HB = 250 - 290} což je oblast hodnot tvrdostí u šedé a tvárné (nelegované) litiny nedosažitelná.

Je známo, že hodnota meze únavy litin je závislá pouze na tvaru grafitu a pevnosti základní kovové hmoty. Proto jsou u litiny dle vynálezu dosahovány hodnoty meze únavy při cyklickém namáhání na úrovni litiny tvárné (tzn. okolo 200 MPa). Přestože tvrdost litiny dle vynálezu je vysoká, je její obrobitelnost dobrá. Je to dáno tím, že se ve struktuře nevyskytuje primární cementit.

Významnou vlastností litiny dle vynálezu je' to, že s rostoucím obsahem antimonu v li· tině grafitizačně neočkované, klesá Velikost zákalky (viz obr.1), a to tak, že při hmotnostním obsahu antimonu nad 0,20 % je velikost zákalky stejná jako u téže litiny grafitizačně očkované 0,5 % PéSi 75.

Velikost zákalky litiny dle vynálezu s hmotnostním obsahem 0,20 % Sb grafitizačně neočkované, činí i s přechodovou částí max. 10 mm, což je hodnota přijatelné i pro poměrně tenkostěnné odlitky. Vzhledem k těmto skutečnostem není potřeba litinu dle vynálezu (s 0,20% Sb) při použití na odlitky s tloušťkami stěn nad 15 mm grafitizačně očkovat. Litina dle vynálezu s 0,20 % Sb se jeví optimální i z hlediska mikrostruktury.

Litina dle vynálezu má i vysokou stabilitu za zvýšených teplot.

Na připojeném obr.1 je znázorněna velikost zákalky (stanovená na mezinárodním zákalkovém tělísku) na obsahu antimonu v litině dle vynálezu.

I ........... závislost pro litinu grafitačně očkovanou 0,5 % PeSi 75.

II . ......... závislost pro litinu grafitačně neočkovanou y ..... . hloubka zákalky

Příklady litiny dle vynálezu:

Příklad 1

Litina obsahuje v hmotnostní koncentraci 3.8 % C, 3,3 % Si, 0,5 % Mn, 0,06 % P,

0,030 % S a 0,08 % antimonu.

Litina je modifikovaná 0,25 % směsného kovu prvků vzácných zemin (99 %) a je grafitizačně očkována 0,5 % PeSi 75 %.

Dosažené vlastností litiny:

- hloubka zákalky = 4 mm

- pevnost v tahu = 390 MPa

- tvrdost = 230 HB jsou důsledkem dosažené čisté perlitické struktury na všech průřezech.

Příklad 2

Litina obsahuje v hmotnostní koncentraci 4,0 % C, 3,3 % Si, 0,4 % Mn, 0,08 % P, 0,025 %

S, 0,20 % antimonu. Litina je modifikována 0,22 % směsného kovu prvků vzácných zemin (99 %).

210 504

Dosažené vlastnosti:

- hloubka zákalky = 8 mm

- pevnost v tahu = 420 MPa

- tvrdost = 270 HB jsou dosaženy ve všech průřezech odlitku.

Příklad 3

Litina obsahuje v hmotnostní koncentraci 4,2 % C, 3,5 % Si, 0,4 % Mn, 0,05 % P, 0,025 % S, 1,0 % antimonu. Litina je modifikována 0,25 % směsného kovu prvků vzácných zemin·(99 %), očkována 0,5 % PeSi 75.

Dosažené vlastnosti:

- hloubka zákalky = 6 mm

- pevnost v tahu = 430 MPa

- tvrdost = 300 HB.

Oblast použití litiny dle vynálezu je dána jejími charakteristickými vlastnostmi. Litina je vhodná pro odlitky vysoce namáhané statickým a cyklickým zatížením, masivní silnostěnné odlitky se zaručenou perlitickou strukturou i v nejsilnějších průřezech, odolné proti opotřebení, odlitky s požadovanou.tvrdostí v rozsahu hodnot 250 - 290 HB, při zaručené obrobitelnosti, s velkými rozdíly tlouštěk stěn, s požadavkem na vyrovnanou perlitickou strukturu a mechanické vlastnosti, odlitky nástrojů pro rovinné a tvarové lapování, odlitky dlouhodobě tepelně namáhané.

Claims (1)

1. Vysokopevnostni perlitioká litina s červíkovitým grafitem obsahující v hmotnostní koncentraci 2,8 až 4,2 % uhlíku, 2,0 až 3,8 % křemíku, 0,1 až 1,0 % manganu, 0,001 až 0,3 % fosforu, 0,001 až 0,1 % síry. modifikovaná 0,05 až 1,0 % směsného kovu na bázi ceru, lanthanu a dalších prvků vzácných zemin, vyznačená tím, že dále obsahuje v hmotnostní koncentraci 0,07 až 1,00 % antimonu.