UNIVERZITET U ZENICI MAINSKI FAKULTET U ZENICI KATEDRA ZA METALNE MATERIJALE

Zenica, 18.01.2008. godine

SEMINARSKI RADIz Predmeta: Materijali Tema : Livenje gvoa

Pregledala : v.prof.dr.sc Naija Harai

Predale: Ali Ena Ibrakovi Lejla

1SADR AJ

2. Uvod I Kristalizacija sivog gvoa 3. II Reakcije u sistemu Fe-C Eutektika transformacija u lujevanom eljezu Eutektoidna transformacija u lijevanom eljezu 5. III Kristalne strukture Fe-C legura prema stabilnom dijagramu stanja IV Livena gvoa 6. Bijela livena gvoa 7. Siva livena gvoa 8. Mehanika svojstva sivih livenih gvoa Podjela sivog liva po JUS-u 9. Legirana livena gvoa 10. Odbijeljeno liveno gvoe Temper livena gvoa 11. Crni temperovani liv 12. Mehanika svojstva crnog temperovanog liva Bijeli temperovani liv 13. Mehanika svojstva bijelog temperovanog liva Modularni liv 14. Termika obrada livenih gvoa

2

UVOD I Kristalizacija sivog gvoa Stabilni ravnoteni dijagram Fe-Ce koji odgovara kristalizaciji grafita prikazuje se uvijek skupa sa metastabilnim dijagramom Fe-Fe3C i to isprekidanom linijom. Ovaj dijagram je pomaknut prema viim temperaturama (eutektika sa 1.145-1.153C) S-738 i niim temperaturama. Take se oznaavaju istim slovima samo sa oznakom prim . Kod kristalizacije po stabilnom ravnotenom dijagramu Fe-C umjesto cementita kristalizira grafit, pa prema tome gdje se u metastabilnom dijagramu pojavljuje primarni Fe3C u stabilnom se pojavljuje primarni grafit. Sekundarni Fe3C zamjenjuje sekundarni grafit; ledeburit grafitnim eutektilnim aperlit grafitni eutektoid. Do kristalizacije po stabilnom ravnotenom dijagramu moe doi samo kod vrlo polahkog hlaenja i legiranjem sa grafitatornim elementima. U industriji kristalizacija gvoa obino tee kombinovano po metastabilnom i stabilnom dijagramu. Po stabilnom dijagramu gvoa kristaliziraju samo u temperaturnom podruju do neto ispod eutektike reakcije da bi zatim kod niih temperatura preobraaja tekli po metastabilnom Fe-Fe3C dijagramu. Prema tome e gvoa u uslovima hlaenja u industriji npr.u livnicama, kristalizirati do neto ispod eutektine temperature kao austenit i grafitni eutektikum, a kod daljeg hlaenja e se iz austenita stvarati sekundarni Fe3C dok e na eutektoidnoj temperaturi preostali austenit prei u perlit. Posljedica takve kombinovane kristalizacije su kristalne strukture sivog gvoa u industriji koje se sastoje iz grafitnih lamela u metalnoj osnovi koje sainjavaju perlit(perlitni liv) ili perlit i cementit ili perlit i ferit. Struktura metalne osnove, kao i koliina ugljika izluenog kao grafit zavisi od brzine hlaenja i legirajuih elemenata u gvou. Oznaka take E C S temperatura C 1153 1153 738 %C 2,11 4,26 0,69

3II Reakcije u sistemu Fe-C Eutektika transformacija u lijevanom eljezu Na osnovi Fe-Fe3C faznog dijagrama (crtkana linija), eutektika transformacija se zbiva u Fe-C leguri na 1140 0C: T + Fe3C. Ako mi proizvodimo lijevano eljezo upotrebljavajui legure eljezo-ugljik, ova transformacija stvara bijeli lijev s mikrostrukturom sastavljenom od Fe3C i perlita, Fe-Fe3C sastav je metastabilni fazni dijagram. Pod ravnotenim uvjetima, eutektika reakcija je: T + grafit Fe-C fazni dijagram prikazan je na slici 1. Kod stabilne eutektike reakcije na 1140 C je: T + grafit i nastaje sivi lijev, ilavi lijev i lijev s kompaktnim ugljikom. U legurama Fe-C, taljevina se lako pothladi na 6 C (temperaturna razlika izmeu stabilne i metastabilne eutektike temperature) i formira se bijelo lijevano eljezo. Dodajui oko 2 % Si, eljezo poveava temperaturnu razliku izmeu eutektika, dozvoljavajui vea pothlaenja i due vrijeme za nukleaciju i rast stabilnih eutektikih grafita. Dakle, silicij je stabilizirajui element za grafit. Suprotan efekt imaju krom i bizmut, koji pospjeuju bijelo lijevano eljezo. Takoer se mogu dodavati globulatori, kao to je FeSi legure, da bi se poboljala nukleacija grafita ili se moe reducirati brzina hlaenja odljevka, da bi se omoguilo due vrijeme za rast grafita.15360C 1500 + +T 2,08 1146 C 2,11 1000 9110C + 0,77 0,0218 7270C + Fe3C 1140 0C 4,30

+ T 14930C + Grafit

4,26 + Fe3C

Temperatura (0C)

+ Fe3C 500

Fe3C

Slika 1. Fazni dijagram Fe-C pokazuje relaciju izmeu stabilne eljezo-grafit Maseni % C ravnotee (puna linija) i metastabilne eljezo-cementit transformacije (crtkana linija).

Fe

1

2

3

4

5

6

6,67

4

Silicij takoer smanjuje koliinu ugljika u eutektiku. Moe se definirati ekvivalent ugljika (CE): CE = % C +

% Si + % P 3

Eutektika reakcija je uvijek blizu 4,3 % CE. Visok ugljikov ekvivalent pospjeuje rast ugljinog eutektika. Velika brzina hlaenja i mali ugljikov ekvivalent pospjeuje formiranje bijelog lijeva, dok niska brzina hlaenja i visoki ugljikov ekvivalent pospjeuje sivi lijev. Eutektoidna transformacija u lijevanom eljezu Struktura matriksa i svojstva svake vrste lijevanog eljeza se odreuju transformacijom austenita za vrijeme eutektoidne transformacije. U FeFe3C faznom dijagramu, koji se upotrebljava za elik, austenit se transformira u ferit i cementit, esto u formi perlita. Ipak, silicij pospjeuje stabilnu eutektoidnu reakciju: + grafit. Pod ravnotenim uvjetima, ugljikovi atomi difundiraju iz austenita u egzistirajue partikle estice grafita, ostavljajui ferit s malo ugljika. Transformacijski dijagram prikazan na slici 2. opisuje kako se austenit moe transformirati za vrijeme toplinske obrade. arenje (ili hlaenje u pei) stvara meka feritina matrica. Normalizacija, ili hlaenje na zraku stvara perlitina matrica. Lijevano eljezo se moe kaliti i poboljati da bi se proizveo bainit ili moe biti gaeno u martenzit, a zatim poboljano. Kaljen i poboljan ilavi lijev, s vrstoom do 1380 MPa, se upotrebljava za mjenjae visokih kvaliteta.

+ grafit + Fe3C u Fpoetak Fkraj Otputanje + grafit Bkraj Kaljenje + poputanje bainit + grafit Normaliziranje perlit + grafit

Temperatura (0C)

Ppoetak

Pkraj

Bpoetak Mpoetak Mkraj

Slika 2. Dijagram transformacije austenita u lijevano eljezo

Kaljenje martnzit + grafit Log vrijeme

5III Kristalne strukture Fe-C legura prema stabilnom dijagramu stanja %C Do 0,02 Do 0,69 0,69 do 2,11 2,11 do 4,26 4,26 Vie od 4,26 Struktura Fe F+graf.eutektoid Fe +(Fe -C) Graf.eutektoid Fe +C Graf.eutektoid + Sek.graf. Podeutektiki S.6 Sek.grafit + grafitni eutektoid+e-eutektikum;u praksi lamelarni grafit+perlit +Fe3C ili ferit Eutektiko F.6.graf.eutektikum e+(Fe +C) u praksi lamelarni grafit +perlit +Fe3C Nadeutektiko sivo gvoe Grafitni eutektikum+grafit

IV Livena gvoa Livena gvoa se ne mogu smatrati dvojnim legurama gvoa i ugljika, jer ona sadre i Si i Mn radi regulisanja grafitizacije i pratee elemente S, P, O2 i N2; dok u legirani livenim gvoima imamo jo i legirajue elemente Mo, V, W i druge. Osobine, kao i primjena livenih gvoa zavise od oblika ugljika, koji se nalazi u strukturi gvoa. Ugljik u livenom gvou moe se nalaziti u dva oblika, kao karbid gvoa(Fe3C) ili karbid dobijen vezivanjem ugljika sa drugim elementima i kao slobodan ugljik-grafit. U vezi sa nainim dobijanja i oblikom javljanja ugljika u gvou razlikujemo dvije vrste gvoa i to: Bijela livena gvoa Siva livena gvoa Osim ove dvije vrste razlikujemo i druge vrste livenih gvoa kao to su: Legirana livena gvoa Modificirana siva livena gvoa Temper livena gvoa

6Bijela livena gvoa

Slika 3. Bijelo liveno gvoe

Slika 4. Struktura bijelog livenog gvoa Ugljik se kod bijelih livenih gvoa veinom nalazi vezan u obliku cementita ili drugih karbida. Bijela livena gvoa mogu biti legirana i nelegirana, ali i kod jednih i drugih osnovii strukturni elementi su: cementit, ledeburit i perlit, koji daju prijelomnoj povrini bijelog livenog gvoa sjaj. to se tie mehanikih osobina bijela livena gvoa su uvijek tvrda, otporna na habanje i vrlo teko se obrauju rezanjem zbog ega se obrauju uvijek bruenjem. Nemogu se obraivati deformacijom. Odlikuju se otpornou na koroziju, toplotu i kiseline. Tvrdoa bijelih livenih gvoa kree se od: HB = 300 Kp/ mm pa sve do HB=600 Kp/mm, a kod legiranih bijelih livenih gvoa i do HB=800 Km/mm. Bijela livena gvoa se manje upotrebljavaju u mainstvu od sivih livenih gvoa. Ona se vie koriste kao materijal za preradu u elike i temper livena gvoa. Bijela livena gvoa ne podvrgavaju se termikoj obradi ve se koriste u livenom stanju. Siva livena gvoa

7Prema obliku grafita u sivom livenom gvou razlikuju se: Sivi liv-SL (lamelarni grafit) Nodularni liv NL (zrnasti grafit) Temper liv TeL (grafit oblika snijenih pahuljica)

Slika 5. Podjela sivih livenih gvoa prema obliku grafita Naziv sivi liv potie od tamnog izgleda prelomljenog odlivka. Od ukupne koliine ugljika u sivom livu, najvie 0,8% C vezano je u obliku karbida gvoa (cementit - Fe3C sadran u perlitu), a preostala koliina izluena je u obliku lamelarnog grafita. U sivom livu nema slobodnog cementita, ve samo u vidu eutektoidaperlita. Metalna osnova livenog gvoa, zavisno od % C i % Si moe biti perlitna, perlitno-feritna i feritna.

Slika 6. Metalna osnova livenog gvoa

8Mehanika svojstva sivih livenih gvoa

Odlivci od sivog liva imaju nisku tvrdou, malu jainu na kidanje, ali 3-5 puta veu jainu na pritisak. Razlog tome je to napone zatezanja prenosi samo metalna osnova, a ne i lamele prakastog grafita, dok pri dejstvu pritiska i one uestvuju u raspodjeli napona. Zatezna vrstoa sivog livenog gvoa je vea to mu je tvrdoa vea. Oblik grafita u sivom livenom gvou ima znaajan uticaj. Ako je grafit izluen u obliku zrna to je negativnost mase presijecanja gvoa smanjena, pa se pri dobijanju sivog livenog gvoa tei to sitnijim, zrnastim ukljuinama grafita. Osim ispitivanja zateuom silom siva livena gvoa ispituju se i na savijanje. Vri se tako to se uzorak cilindrinog ili prizmatinog oblika postavlja na dva oslonca, optereuje silom po sredini, koja se poveava sve dok se uzorak ne prelomi. Jaina na savijanje sivog mainskog liva je 1,5 do 2 puta vea od zatene jaine i kree se u granicama od 35 do 50 kp/mm. U pozitivne osobine sivog liva spadaju: relativno jeftina proizvodnja, dobra livkost, dobra mainska obradivost odlivaka i otpornost na abraziju. Podjela sivog liva po JUS-u C.J2.020 Po JUS-u pod sivim livom podrazumijeva se liv sa vie od 1,7% C, kod koga je vei dio ugljika izluen u obliku grafita kroz cijeli presjek. Obian sivi liv SL-00 upotrebljava se za izradu neoptereenih dijelova: odlivci za tednjake, ukrasni dijelovi. Obian sivi liv SL-14 koristi se za malo optereena postolja, kanalizacioni i sanitarni liv, dijelove poljoprivrednih maina, konzole i td. Liv srednje jaine SL-18 koristi se za malo optereene cilindre, klipove klipnih maina, vodovdne cijevi i armature, dijelovi maina za elektroindustriju. Liv srednje jaine SL-22 koristi se za srednje optereena postolja i dijelove maina, doboe konica brzih vozila i dijelova sa poveanim habanjem, poklopce, lokomotivskih cilindara.

9Liv velike vrstoe SL-26 koristi se za cijevi i armature pod pritiskom, jako optereene dijelove maina, cilindre lokomotiva i dizel motora i td. Liv velike vrstoe SL-30 koristi se za naroito optereene odlivke. JUS-om se predvia sivi liv za naroitu uporebu: -Termiki obraeni: Kaljeni KSL Poboljani PSL Mehki MSL Vjetaki ostvareni OSL Kokilni liv KOSL -Vatropostojani: Nisko vatrostalni VSL Hematitni VHSL -Hemijski postojani : HSL -Tvdi liv: Tvdokorni livTTL Bijeli liv BTL

Legirana livena grova Radi poboljanja mehanikih osobina kao to su vrstoa i ilavost, livenom gvou se dodaju u manjim koliinama legirajui elementi: Cr, Ni, Ni-Cr, Ti, Mo, Cu i Al. Legirajui elementi omoguavaju stvaranje sitno zrnatijeg i ravnomjernije rasporeenog grafita. Pravilnim izborom i doziranjem legirajuih elemenata ostvaruje se visoko kvalitetno sivo liveno gvoe sa fino sitnozrnastom perlitnom strukturom i sitno zrnastim ravnomjerno rasporeenim grafitom. Prema sadraju legirajuih elemenata livena gvoa dijelimo na: Niskolegirana sa sadrajem legirajuih elemenata do 3% Srednjelegirana sa sadrajem legirajuih elemenata 3 do 10% Visokolegirana sa sadrajem legirajuih elemenata preko 10% Modificirana siva livena gvoa Dobivaju se dodavanjem specijalnih materija-modifikatora-u liveno gvoe pred izlivanje. Kao modifikator najee slui Si koji se dodaje rastopljenom sivom gvou 75% ferosilicija ili silikokalcija. Modificirati se mogu nelegirana i legirana livena gvoa.

10Za vrlo mehko liveno gvoe primjenjuju se kombinovani modifikatori, kao to su: Silikokalcij Ferosilicij Specijalni modifikator, koji sadri 2 dijela ferosilicija i jedan dio aluminija. Od modificiranih livova izrauju se i odgovorniji dijelovi kao to su : koljenasta vratila, valjaonika vratila itd. Odbijeljeno liveno gvoe Odbijeljivanje livenog gvoa koristi se za dobijanje naroito tvrde povrine odlivka, koji je u radu izloen habanju kao to je to kod vagonskih tokova, valjaka za valjanje metala, matrica za izvlaenje i td. Za dobijanje odlivaka sa odbijeljenim povrinskim slojem osim odgovarajuih brzina hlaenja potreban je i odgovarajui hemijski sastav gvoa. Odbijeljena livena gvoa esto se nazivaju Melirana ili Tvrdim livovima.

Temper livena gvoa Temper livena gvoa spadaju u kvalitetna livena gvoa. Dobijaju se od bijelog livenog gvoa dugotrajnim arenjem na povienim temperaturama radi razlaganja cementita. Prema hemijskom sastavu, nainu dobijanja, strukturi i osobinama razlikujemo dvije vrste Temper livenih gvoa: Crni temper liv(ameriki ) Bijeli temper liv(evropski)

11Crni temperovani liv

Slika 7. Termiki tretman pri dobijanju crnog temperovanog liva Crni temperovani liv dobija se dugotrajnim arenjem bijelog livenog gvoa u zatitnoj atmosferi, pri emu se cementit u strukturi razlae, a ugljik se u potpunosti, ili njegov preteni dio izluuje u obliku temperovanog ugljika. Grafitizacija crnog temperovanog liva se odvija u dvije faze. U prvoj fazi, prva grafitizacija, na temperaturi 900 do 1000 C razlae se cementit na austenit i elementarni ugljik-grafit u obliku temper ugljika. U drugoj fazi, druga grafitizacija, austenit se razlae na ferit i elementarni ugljik.

Slika 8. Bijelo liveno gvoe

Slika 9. Struktura poslije prve grafitizacije

Slika 10. Struktura poslije druge grafitizacije

12U drugoj fazi arenja prezasienog austenita pri T priblino 700C koriste se dvije a nekad i tri varijante hlaenja. Kriva 1 odgovara veoma sporom hlaenju oko temperature A1, tako da se formira feritna metalna osnova, obogaena dodatnim temper ugljikom u toku drugog stadija grafitizacije. Pri znatno veoj brzini hlaenja( kriva 3) dobija se perlitna osnova. Ako se legura podhladi brzinom oko 20C /min do 500C i pri ovoj temperaturi dobie se feritno-perlitna osnova sa dodatnim temper ugljikom izluenim u drugom stadiju grafitizacije po liniji 2 (slika 11.)

Vrijeme, h Mehanika svojstva crnog temperovaog liva data su u slideoj tabeli:

Bijeli temperovani liv Dobija se dugotrajnim arenjem bijelog livenog gvoa u oksidacionoj atmosferi-obinim peima,pri emu nastaje razlaganje cementita na gvoe i temper grafit, kao i manje ili vee razugljenjienje povrinskog sloja. Grafitizacija-postupak razlaganja cementita traje veoma dugo(slika 12.)

13

Slika 12. Grafitizacija Mikrostruktura bijelog temperovanog liva na povrinskom sloju na povrinskom sloju, obzirom na proces razugljenienja je isto feritna, u prelaznoj zoni perlitno ferlitna, a jezgro odlivka ima perlitnu strukturu sa gnjezdastim rasporedom grafita.(prikazan na slici 13).

Mehanika svojstva bijelog temperovanog liva, zavisno od debljine zidova odlivka data su u slijedeoj tabeli:

14Modularni liv Poto obino liveno gvoe sadri grafit u obliku lamela ono je vrlo krto. Modularni liv se dobija dodavanjem cerijuma rastopljenom gvou pred izlivanje. Cerijum se dodaje u takvoj koliini da nakon livenja ostaje u gvou vie od 0,02%. Noduliranju se podvrgava nadeutektino gvoe. Podeutektiko gvoe moe se podvrgnuti noduliranju ako je legirano sa vie od 10% Ni. Nodularni liv je otporan na dejstvo 10% NaOH i na temperaturi od 50% i na kisele rastvore. Termika obrada livenih gvoa Termika obrada vri se u cilju poveanja obradivosti, smanjenju unutranjih naprezanja, poboljanju fizikih i mehanikih svojstava. Za poboljanje fiziko mehanikih svojstava odlivci se podvrgavaju slijedeim termikim obradama: kaljenju, otputanju, normalizaciji i starenju.

15

LITERATURA

1. Ininjerski metalni i nemetalni materijali autorica dr Nadija Harai 2. Livenje gvoa i elika autor ing. Milan B. Pajevi 3. Ispitivanje materijala univerzitetska literatura 4. Mainski materijali predavanja dr Dragan Adamovi 5. Literatura koritena sa interneta