Tvárná litina

Tvárná litina nebo litina s kuličkovým grafitem je slitina železa s uhlíkem a dalšími prvky, v níž je uhlík přítomen především ve formě kuličkových částic grafitu. Oproti litině s lupínkovým grafitem má vyšší obsah uhlíku a křemíku.

Charakteristika

Forma grafitu u tvárné litiny je ovlivněna modifikací taveniny hořčíkem. Chemické složení tvárné litiny leží v následujících mezích: * uhlík 3,2 až 4,0 %, * křemík 1,8 až 3,0 %, * mangan 0,2 až 0,8 %, * síra maximálně 0,05 %, * chrom maximálně 0,10 %, * fosfor maximálně 0,1 %, * hořčík 0,04 až 0,08 %, * měď u perlitických slitin do 1 %.

Kovová základní hmota je v závislosti na chemickém složení feritická až perlitická podle binárního diagramu železo-uhlík. Základní kovovou hmotu je možno, podobně jako u ocelí, tepelně zpracovávat (žíhání, zušlechťování ap. +more) a lze tak ovlivnit základní mechanické vlastnosti tvárné litiny.

Historie

První zprávy o použití tvárné litiny jsou z vykopávek v Číně. Zde byla tvárná litina používána na výrobu zemědělského nářadí již před více než 2000 roky.

V moderní historii vyrobil první tvárnou litinu dr. Adey v roce 1937 (náhodný objev) ve Slévárenském Institutu na Technické Universitě v Cáchách tavením ve vysoce bazickém kelímku. +more Ve stejné době pracovala také skupina metalurgů pod vedením Dr. Morrogh na BCIRA v Anglii na tomto problému a modifikovali taveninu cerem.

Teprve náhodné objevení možnosti modifikace hořčíkem v předslitině s niklem (NiMg) v laboratořích INCO v USA v roce 1942 Keithem Millisem umožnilo ekonomickou průmyslovou výrobu tvárné litiny. S využitím této technologie v průmyslovém měřítku se započalo až v roce 1948 u Ford Motor Co (USA), kde byly vyráběny první zalomené hřídele pro automobilové motory. +more Rozšíření výroby a použití bylo brzděno vysokými licenčními poplatky (INCO). Teprve vývoj předslitin na bázi ferosilicium-hořčík (FeSiMg) v Německu v polovině padesátých let umožnil konkurenceschopnou výrobu tvárné litiny.

Vedle modifikace pomocí předslitin byly vyvinuty také modifikační technologie s použitím kovového hořčíku. To jsou například modifikace v tlakové pánvi (autoklav), Fischerův konvertor atd. +more Odhaduje se, že ca 40 - 50 % světové produkce je současné době modifikováno kovovým hořčíkem. V roce 2003 dosáhla tonáž světové výroby tvárné litiny 15 milionů tun. Z toho pro výrobu tlakových trub cca 4 miliony tun.

Výrobní technologie

Grafit v=1000x Odlitky z tvárné litiny jsou vyráběny ve slévárnách. +more Výchozím materiálem jsou ocelový šrot, surové železo, ferosilicium a přísady jako vápenec, koks, křemenný písek ap. Tyto výchozí suroviny jsou vsazovány buď do elektrických pecí (indukční pece, obloukové pece) nebo do kuploven (je problém s dosažením dostatečně vysoké teploty pro modifikaci - vyžaduje speciální postupy) a zde roztaveny a metalurgicky zpracovány. Chemické složení taveniny je upravováno během tavebního procesu přísadami ferosilicia, feromanganu, nauhličovadel ap. Odpichová teplota taveniny leží mezi 1480 °C a 1540 °C.

Se vsázkovým materiálem mohou do taveniny dostat také škodlivé prvky, které ztěžují nebo dokonce znemožňují vznik kuličkového grafitu. Typické rušivé prvky jsou olovo, arsen, antimon, chrom, síra, fosfor, titan atd. +more Obsah těchto prvků ve vsázkových surovinách je proto třeba pečlivě kontrolovat. V případě, že je obsah síry ve výchozí tavenině (tavenina před modifikováním) pro zvolený druh modifikace příliš vysoký, musí tavenina být odsířena. Obsah síry při použití modifikace předslitinami nemá být vyšší než 0,025 %.

Po pečlivém odstranění strusky z povrchu taveniny je tato převedena do modifikační pánve. Zde je tavenina modifikována buď předslitinou (FeSiMg, FeNiMg), nebo kovovým hořčíkem. +more Hořčík je vysoce reaktivní kov s vysokou afinitou ke kyslíku a síře, tlak jeho par při obvyklých modifikačních teplotách dosahuje cca 1 MPa (10 bar). Tato reakce je provázena tzv. pyrotechnickými efekty, tj. světelnými blesky a vývojem kouře. Obsah hořčíku v odlitcích leží mezi 0,030-0,060 %. Modifikovaná tavenina je potom odlévána do slévárenských (pískových) forem. Vlastnosti taveniny jsou během lití optimalizovány očkováním do proudu kovu. Jako očkovadla se používá FeSi 75 s příměsí kovů vzácných zemin, Očkování ovlivňuje kvalitu a množství krystalizačních zárodků v tavenině a příznivě působí na vznik kuličkového grafitu.

Vlastnosti tvárné litiny

Mechanické vlastnosti jsou definovány v příslušných materiálových normách. V evropských zemích se nejvíce rozšířilo používání DIN 1693 normy. +more V roce 1997 byla tato nahrazena evropskou normou EN 1563, která tvárnou litinu označuje zkratkou GJS. Označení GGG, které pochází z DIN 1693 je v praxi ještě stále nejpoužívanější.

Toto je pouze výtah z příslušné normy. Šedá litina (GG), vermikulární litina (GGV) a bainitická tvárná litina (ADI) jsou zpracovány ve zvláštních normách.

Oblasti použití tvárné litiny

Mimořádně dobré mechanické vlastnosti, ekonomicky výhodná výroba a dobrá opracovatelnost jsou důvody velkého rozšíření použití tvárné litiny v průmyslu. Světová produkce tvárné litiny dosáhla v roce 2003 15 Mt (k porovnání: šedá litina 37 Mt, litá ocel 6,3 Mt a temperovaná litina 0,9 Mt). +more Na výrobu tlakových trub v průměrech 60 až 2400 mm je spotřebováno ca 30 %. GGG trouby se používají na vodní a plynová potrubí. Pro použití na podzemní vedení je nutno je chránit proti korozi.

Přibližně 40-50 % světové výroby je spotřebováno v automobilovém průmyslu. Zde byly v posledních desetiletích postupně nahrazovány výrobně dražší kované, lisované a svařované součásti ekonomicky výhodnějšími odlitky. +more V současných automobilech jsou téměř všechny takzvané bezpečnostní součástky jako závěsy kol, součásti řízení a dále motorové části jako klikové hřídele, ojnice, vačkové hřídele, pístní kroužky atd. vyráběny z tvárné litiny.

Také těžké, tlustostěnné odlitky, které v minulosti byly naprostou doménou lité oceli, jako turbínové skříně ap. o hmotnosti 300 t a více tun jsou vyráběny z GGG. +more Dále je GGG používána ve strojírenském průmyslu, ve výrobě zemědělských strojů atd.

Odkazy

Reference

Externí odkazy

[url=http://ime.fme.vutbr.cz/files/Studijni%20opory/savgl/index.php?chapter=1]Struktura a vlastnosti grafitických litin[/url]

Kategorie:Slitiny Kategorie:Uhlík Kategorie:Železo