Zápisky z přednášek

1. Tavitelnost, tekutost a zabíhavost slévárenských slitin
Tavitelnost:
Tavení je jednou z nejdůležitějších slévárenských operací. Je p
- Ohřát vsázku na teplotu tavení
- Dosáhnout správného složení slitiny
- Odstranit příměsi
- Omezit reakce s pecí
- Využít efektivně energii

Tavitelnost je měřítkem schopnosti slitiny p
Zjednodušeně se tavitelnost podle teplot tavení slitin:

- S nízkou teplotou tavení - slitiny Sn,Pb,Zn,Al,Mg
- Se střední teplotou tavení – slitiny Cu, Ni, Fe
- S vysokou teplotou tavení – Ti,Mo,Zr
Znečištění směsí:
- Pecní atmosféra (O2,Co2…)
- Produkty spalování (Co2, CO…)
- Vyzdívky (Si,Al…)
- Nečistoty vsázce (Písek,rez,mazadla…)
- Cizí kovy
Tekutost a zabíhavost:
Měřítkem vnitřního pnutí je viskozita p
k viskozitě vody, klesáním teploty klesá i tekutost.
Zabíhavost – schopnost slitiny, vyplnit co nejdokonaleji formu. Ovliv
a) Teplo Q, které lze odebrat, než slitina ztuhne.
Q=V. ρ.c.(Tlicí-Tlikvidu




b) Povrch odlitku, kterým slitina ztrácí teplo
c) Interval tuhnutí slitiny
d) Rychlost pohybu slitiny v=μ.(2g.h)
e) Teplota formy
f) Schopnost formy odebírat teplo
Zabíhavost se měří: Curryho zkouška (odlévání spirály)

2. Interakce tekutých kov
Při odlévání dochází ke styku slitiny s formou:
- Mechanické namáhání formy tlakem a dynamickým ú
- Erozivní působení slitiny na formu (Vymílaní materiálu formy)
- Pronikání taveniny do formy (obr.1)
- Tepelné působení taveniny na formu
- Chemické reakce
- Pronikání plynů z formy do taveniny
SLÉVÁNÍ

ři něm potřeba:

řecházet do tekutého stavu a tvo





řevrácená hodnota je tekutost, kovy se p

ňuje ji:

)+V+ρ+l
V – objem slitiny
ρ=hustota slitiny
c=měrná tepelná kapacita slitiny
l=skupenské teplo tuhnutí slitiny

1/2 μ-součinitel odporu vtokové soust. h-výška vtokové soustavy.

ů s formou a plyny

činkem taveniny. (Rychlost lití, výška lití)

Obr.1


Ostřiva – při výbě
teplotu tavení ostř
teplenou roztažnost formovací sm



řit homogenní slitiny.
ři vysoké teplotě blíží





ru se musí dát pozor na
iva – vznik spečenin a na
ěsi.
Plyny – Vznikají při kontaktu taveniny s
- Vybírat vsázku bez vlhkosti, mastnosti, rzi, nát
- Omezit přístup vzduchu a spalin k
- Vázat plyny na nerozpustné slouč
- Tavit za nízkých teplot
- Zajistit pohyb lázně
- Tavit ve vakuu
- Zajistit vysoký tlak při tuhnutí odlitk

3. Objemové zm
Rozdělení:
- Objemové změny při chladnutí kapalné fáze
- Objemové změny při tuhnutí
- Objemové změny při chladnutí tuhé fáze
- Objemové změny při změnách krystalové m
Většinou se tyto změny vzájemně překrývají (Podle složitosti odlitku) D
vnitřní pnutí v odlitku a tvorba vad.
4. Vznik trhlin, prasklin a odmíšenin
Smršťování odlitků je příčinou vzniku pnutí, deformací, trhlin a prasklin.
odporem formy a jader, po odstranění formy v
dbát na to aby se forma dobře rozpadala aby nedošlo k
Vnitřní pnutí vzniká v odlitcích jako d
tepelná (způsobená rozdílnou rychlostí chladnuti). Vnit

Trhliny: Poruchy souvislosti odlitků
teplotou solidu se netvoří již jiné trhliny
- Velké hodnoty modulu pružnosti
- Velké hodnoty součinitele roztažnosti
- Teplotní rozdíly v odlitku
- Velké odpory při smršťování odlitku
- Nečistoty na hranicích zrn

Praskliny: Vznikají za nízkých teplot. K
mohou vzniknout i po vychladnutí kdy se za
obrábění a podobně).

Odměšovaní: Oddělování jednotlivých složek slitiny p

- Dendritické: Způsobené omezenou dif
- Pásmové: Vytváří rozdíly mezi celými
- Gravitace a rozdíl hustot
- Smršťováním chladnoucího odlitku
- Tlak plynů, pohyb bublin
- Povrchové napětí
formou – odstranění:
ěrů a plastů
hladině lázně (tavidly, struskou…)
eniny, které lze snadno odstranit
ů
ěny při chladnutí a tuhnutí ocelí a litin


řížky
ůsledkem p

Smršťování tekutého kovu p
hladiny ve formě
Objemové změny při tuhnutí:
mřížek a většina kovů má menší objem v
než v kapalné (2%-8%)
Staženiny :
Velikost slitiny je ovlivn
slitiny. Závisí ale na mnoho dalších faktorech (licí
teplota, tvar odlitku a vlastnosti formy)
Vn
ětšinou zaniká. (především tahová a tlaková) P
prasknutí odlitku ale spíše k rozpadu formy, jádra.
ůsledek rozdílných změn objemu při tuhnutí odlitku.
řní pnutí fázová (rozdílné objemové zm
. Vzniká nad teplotou solidu kde sou ještě slabé vazby mezi atomy
ale původní se mohou rozšiřovat. Ovlivňuje je:



jejich vzniku sou náchylné především k
čne obrábět a k vnitřním pnutí se přidá vn
ři tuhnutí. Dělí se na dendritické a pásmové.
ůzi při tuhnutí. Složení se totiž při křivce solidu m
částmi odlitku. Rozdíly vlastností v odlitku.



ůsobení těchto pochodů je
ři chladnutí: Pokles
Dochází k vytváření
pevné fázi

ěna především typem



ější pnutí vzniká především
ři konstrukci se musí

Vnitřní pnutí
ěny při změně fází)
. Pod

řehké slitiny. V podstatě
ější síla (síla nože při

ění.
Hnací silou bývá:
Největší projevy sou u velkých odlitk
přísadami prvků, které sou rozpustné ve všech složkách.

5. Rozdělení litin, metalurgie litin
Rozdělení litin:
- Grafitické (tuhnou podle stabilního diagramu)
- Litiny s lupínkovým grafitem
- Litiny se zrnitým grafitem
- Litiny s červíčkovitým grafitem
- S kuličkovým grafitem
- Bílé litiny (Podle metastabilního digramu)
- Temperované litiny (Ledeburit se m
Metalurgie litin:
Litiny tvoří 80% materiálu pro odlévání. Mají p
vlastností, největší výhodou je však cena, která je podstatn
Obecně se za litiny považuje slitina železa s
prvky ovlivňující rozpustnost v austenitu.

6.
Jedná se především o šedou litinu. Její vlastnosti jsou závislé p
vlastnostech základního kovu. Většina šedých litin se taví se stupn
až slabě nadeutektetické . Přitom litiny s
struktuře pevnost až přes 350 Mpa. Zatímco litiny nadeutektické s
150 Mpa. Pro odhad vlastností se používají:
S klesajícím stupněm eutektičnosti roste teplota tavení a klesá zabíhavost, roste sklon ke vzniku karbid
sklon ke vzniku staženin a vnitřních pnutí
ů. Potlačení pásmového odměšování lze dosáhnout zrychlením tuhnutí,

, strukturní diagramy, faktory ovliv
strukturu





ění teplem na železo a grafit)
říznivé vlastnosti pro odlévání, velká škála mechanických
ě menší než pro jiné materiály.
obsahem uhlíku nad 2,11% tato hodnota se m

Vliv křemíku na „tvar“ diagramu Fe3C
Pro porovnání se
eutektičnosti:

Podeutektické
Eutektické:
Nadeutektické:



Chemickým složením lze litinu široce
ovlivňovat. Ně
grafitizaci a ně
Tepelnými úpravami lze m
Většinou normaliza
s následujícím ochlazením
struktura. 850-950
odstranění karbidů
je změna tvaru grafitu lupínkový vs. gobulární.



Litina s lupínkovým grafitem
ředevším na uspořádání grafitu a až druhot
ěm eutektičnosti Sc=0,75
nízkým stupněm eutektičnosti mají vzhledem k
hrubím primárním grafitem mají pevnost pod




ňující

ění s přidanými

používá stupeň

: Sc < 1
Sc = 1
Sc > 1
které prvky podporují
které jí naopak potlačují.
ěnit strukturu litin.
čním žíháním 750-850
– perlitická
– Grafitické žíhání –
ze struktury. Nejdůležitější
ně na
-1,1 tj. podeutektické
malému podílu grafitu ve
ů a i
Na rozdíl od ocelí, tedy pevnost a tvrdost šedých litin,
Zvláštností šedých litin je silný vliv rychlosti chladnutí odlitku na jeho strukturu a mechanické vlastnosti. P
velmi pomalém tuhnutí tuhne litina dle stabilního diagramu a má ve struktu
rychlostí přibývá perlit na úkor feritu a zjem
karbidy až do ledeburitické struktury.

7. Tavení litin v kuplovn
Kuplovna je válcová šachta, která má v
otvor a u dna otvor pro odpich litiny. Základní
plášť, který je chráněn vyzdívkou (kyselá
magnezit) Užívají se i kuplovny které nemají vyzdívku a jejich
plášť je chlazen vodou, ale mají vyšší energetické nároky ale
nepotřebují tak častou opravu.
Dno kuplovny tvoří dvířka nad kterými se up
pece, dole jsou dvířka kde se pec zapaluje t
dmyšny, které zajišťují dostatečné množství vzduchu
vzduchu)
Skladba kovové vsázky se řídí požadovaným složením
litiny. Jako vsádka lze použít železný šrot i housky drahého
surového železa. Při tavení většiny šedých a bílých litin
surová železa 20-50% vsázky, pro tvárnou litinu 70
vratného materiálu vtoky, zmetky a podobn
zbytek vsázky tvoří ocelový a litinový odpad
Pro dosažení požadovaného složení slitiny se používají
feroslitiny a nebo příměsi čistých kovů.
Tavidla - užívají se pro lepší tekutost strusky (Vápenec)
Koks – používaný v kuplovnách má být pevný a velikosti
10% průměru kuplovny aby docházelo k
Před zahájením tavby se kuplovna naplní asi 1,5 metru
koksem, který se zapálí. Na rozžhavený koks se pak sází odvážené
množství vápence, koksu a kovové vsázky. P
foukat vzduch. Vzniká
C+O2→CO2 v této oblasti je teplota 1650
v redukčním prostředí nestabilní a rozpadá se na Co
Dělení na pásma:
1) Předehřívací pásmo (vsázka e předeh
2) Tavící pásmo (Kde se jednotlivé složky natavují
3) Přehřívací pásmo (Kde stékají kapky kovu, nejvyšší
teplota)
4) Nístějové pásmo (Kde se shromažď

Odpichování se děje postupným odpichováním strusky a litiny, po dokon
kuplovny a půda se propadne společně
použití.

Zdokonalení konstrukce:

1) Předehřev vzduchu
2) Vyvážení kuplovny rozdělením foukaného vzduchu do myšen.
3) Obohacení vzduch kyslíkem
4) Zásaditá vyzdívka a struska pro lepší nau
5) Užívání předpecí pro vyrovnání chemického složení.

Hlavní výhodou kuploven e jednoduchost a nízké náklady na tavení. Nevýhoda je ekologická
Odpady se musí filtrovat což se u malých kuploven nevyplatí a proto se za


s rostoucím obsahem uhlíku klesají
ře hrubozrnný grafit a ferit.
ňují se lupínky grafitu, se zvyšováním rychlosti se za
ě a v elektrických pecích, vsázka, metalurgie
horní části sázecí
část tvoří ocelový
– šamot, zásaditá -
ěchuje půda
ěsně nad ním jsou
. (předehřev
tvoří
-80%. Podíl
ě se požije 20-50%
.

průchodu vzduchu
o naplnění se začne
-1700. Co2 se
2+C→2CO
řívána spalinami)
)
uje litina a struska)
čení se otev
s rozžhaveným koksem. Po vychladnutí se kuplovna

hličení

čali používat elektri
.
ři
S rostoucí
čnou vylučovat i

řou spodní dveře
připraví na další
část výroby.
cké pece.

Tavení litiny v elektrických pecí
kuplovny příliš vhodné a proto se používají pece elektrické. (kuplovna jako p
Indukční pece výhody:
- Přímá přeměna elektrické energie v
- Intenzivní míchání taveniny elektromagnetickými silami
- Neomezená dosažitelná teplota a snadná emulace
- Možnost užití méně jakostních odpad
- Malé změny chemického složení
- Možnost tavení v ochranných atmosférách
Nevýhody:
- Omezená možnost rafinace taveniny struskou

Používají se :
Kanálkové s kapacitou př
jeho části procházející pecí je primární vinutí m
kovem tvořící kolem jádra těsnou smy
Nevýhody:
- Ohřívá se pouze malý podíl taveniny
- Lze užít pouze malí příkon se srovnáním s
- Na začátku musí být nalit tekutý kov
- Kov nesmí v peci nikdy ztuhnout

Kelímkové s kapacitou od n
příkonem do 20MW.Tvoří cívka z
trubky do ní je přiváděn proud a energie se indukuje
v tavenině

Obloukové pece: Používá se tehdy pokud je pot
snižovat obsah síry.
a) Synteticky – vsázku tvoří ocelový odpad a nauhli
b) Přetavováním – bez nauhličení ze surových želez a litinového odpadu

8. Očkování litin, kontrol
Očkováním rozumíme tím přidání malého množství látek tvo
podchlazení pod rovnovážnou eutektickou teplotu. Tím se potla
1) Potlačení sklonu ke vzniku zákalky v
2) Zvýšení počtu eutektických buněk a zjemn
3) Zlepšení mechanických vlastností
K nepříznivým patří zvýšení sklonu litiny ke stahování a zvýšený sklon ke vzniku vm

Jako očkovadla se nejčastěji používá ferosilicia
očkovadla je časově omezený a je třeba sm
1) Očkovat do proudu taveniny před vstupem do formy
2) Umístění očkovadla do licí jamky
3) Umístění očkovadla v podobě pelet

Kontrola natavené litiny
Klínová zkouška- vyhodnocení lomu, velikost zákalky podle toho se ur
Termická analýza – Založena na vyhodnocení pr
doprovázen především uvolňováním tepla. Porovnáním teoretické k
zda dochází k vytváření cementitu a nebo grafitu




- Pro šedé litiny s pevností nad 300Mpa,tvárné a legované nejsou
ředoperace)
teplo s malými ztrátami


ů


es 180t a příkonem do 4MW. Mají ocelové jádro ve tvaru prstence. Na
ěděné cívky. Sekundárním vinutím je kanálek s
čku ve které se indukuje proud ohřívající taveninu. Vysoká ú

pecí kelímkovou


ěkolika kg až přes 50t a
měděné vodou chlazené
řeba dosáhnout nízkých množství síry.
čující přísady

a natavené litiny
řících zárodky pro krystalizaci grafitu p
čí sklon ke vzniku karbid
rychleji tuhnoucích částech odlitku
ění grafitu

. Přidává se do proudu taveniny , když se lije do pánve. Ú
ěs co nejdříve ochladit další postupy očkování:


či briket do vtokové soustavy
čí jakost litiny
ůběhu chladnutí malého odlitku. Nebo
řivky chladnutí a skute


tekutým
činnost
Pomocí zásadové strusky

ři malém
ů. Hlavním přínosem je:
ěstků.
činek


ť vznik nových fází e
čné můžeme usoudit
1Kanálkový
9. Výroba temperované litiny, žíhací diagramy, vlastnosti
Její výroba e energeticky náročná. K
pochodu tak, aby natavená litina tuhla bíle. Tuto podmínku lze zajistit nízkým obsahem uhlíku a k
ale nesmí obsahovat žádné prvky stabilizující karbidy (Cr)
vsázce a potlačit nauhličení:
- Co nejmenší spotřebou koksu
- Malou hloubkou nístěje
- Zvýšení množství foukaného větru
- Nízkou zásaditostí strusky
Temperovaná litina s bílím lomem Vyrábí
se žíháním odlitku při teplotách 950-1050
v kyselém prostředí – Povrch se oduhličuje a
pro dosažení rovnováhy dochází
k rozpouštění karbidů. Difůzí stále do větší
hloubky. K potlačení rozpadu karbidů na
grafit má mít litina co nemenší obsah Si
nízký poměr Mg-S Takže konečná struktura
odlitku odpovídá oceli. Tomu odpovídá
jejich světlí lom.

Temperovaná litina s černým lomem vyrábí se žíháním odlitk
k rozpadu cementitu na vločkový grafit a austenit. P
nevytvořil perli. Struktura je proto feritická

Temperovaná litiny perlitická Podobně
- Přísadami (Mn)který podporuje vznik perlitu
- Rychlím ochlazením z žíhací teploty
- Ohřátím feritické litiny na 850-880 a rychle zchladit
Výhody temperovaných litin: Proti tvárné litin
hodnot. Lepší obrobitelnost než u ocelí. Temperovaná litina s
10. Výroba litiny s kuli
Tvárná litina nahrazuje litou ocel, šedou litinu a
grafit uložený v základní hmotě (feritická, ferito
martenzitická). Mají tažnost až 25% a dobrou houževnatost p
minimálně 2% ale pevnost 700Mpa. Bainiticko
tvrdosti 50HB.
Základní podmínky pro získání požadované struktury
1) Výchozí litina by měla mít eutektické anebo mírn
2) Litina nesmí obsahovat prvky, které brání vytvo
úprava v obloukových pecích.
3) Při splnění výše uvedené podmínky se dosáhne krystalizace grafitu ve tvaru zrn p
v takovém množství, aby výsledný obsah tohoto prvku v
způsobuje problémy:
a. Mg Teplota varu 1103 (natavená litina má 1500)
b. Vysoká afinita k síře
c. Vysoká afinita ke kyslíku
d. Nízká hustota
Po přidání by zůstal tedy hořčík na hladin
Odstranění síry:
- Volba vsázky s nízkým obsahem síry
- Malé množství koksu s nízkým obsahem síry
- Předehřev větru
- Žitím zásadité strusky
Konečným snížením je v licí pánvi s karbidem k

výrobě temperované litiny je třeba volit vsázku a parametry tavícího
Pro výrobu v kuplovně je t


a
ů v zásaditých prostředích 900
ři ochlazování na 727 se musí provád
– černý lom.
jako předešlá ale nepotlačuje se vznik perlitu. Dosáhnutí pomocí :



ě je méně náročná na kvalitu vsázky. Malý roz
bílím lomem je svařitelná a lze ji chránit povlaky.

čkovým grafitem
dokonce ocelové výkovky. Charakteri
-perlitická. Perlitická, austenitická, bainitická anebo
ři pevnosti v tahu 400Mpa. Perlitické mají tažnost
-martenzitická má ještě menší tažnost ale pevnost až 1500Mpa a
:
ě nadeutektické složení
ření zrnitého grafitu. Nízký obsah prvk
litině činil 0,03-0,06Mg. Tento poslední bod ale


ě a shořel by a vypařil by se.Případn


řemíku.

řemíku. Litina
řeba zvýšit podíl oceli ve
-975. Dochází
ět velmi pomalu aby se

ptyl mechanických


stikou je kuličkový
ů. Kvalitní vsázka a
řísadou hořčíku
ě by se vázal se sírou.
Použití hořčíku:
Jako před slitina která se dá do kelímku a p
je použití čistého Mg v uzavřeném prostoru.
11. Výroba speciálních litin (s
Litina s červíkovitým grafitem stojí mezi litin
pevnost a lepší plastické vlastnosti. Ve srovnání s
zabíhavost) Velmi pečlivá kontrola postupu, aby nedošlo k
Nejvíce se uplatňuje u odlitků vystavených vysokým teplotám: Hlavy válc
potrubí, brzdové bubny, kokili, sklářské formy…
Vyrábí s pomocí předslitiny +Ti a Ce. Modifikované grafitické o

12. Taven

Metalurgie ocelí na odlitky
Uplatňují se v automobilovém pr
Strukturou jsou podobné tvářeným ocelím
Uhlíkové oceli 0,1-0,6%C s rostoucím obsahem uhlíku roste mez kluzu,tvrdost a pevnost a snižuje se taž
svařitelnost. Nízko uhlíkové (C0,5%
legované do 10% pro namáhané odlitky pracující za vysokých teplot
nad 10% legujících prvků. Určené pro souč

ně náročná a problematická:



ění plynů rozpuštěných v Fe. Odstranění nekovových vm
ění sýry, dosažení požadovaného složení, dosažení požadované
řlivé reakce, další možnost

:
ětší
(lepší

ětových motorů, výfuková


nost a
)
ásti vystavené opotřebení a


3 typy taveb:

Mateřské
Jednostruskový pochod
Přetavby



ěstků.

13. Tavení slitin Cu, Zn, Ni, Pb, Al a Mg
Mají většinou větší počet složek, větší toleranci složení, větší přípustnost nečistost, Jsou taky dražší a mají
více vnitřních vad a proto se používají jen tam kde je to nutné

Slitiny mědi
Mosazi:
Slitiny mědi se zinkem. Zn je v Cu rozpustný do 38%. S rostoucím obsahem Zn se zvyšuje pevnost i
tažnost. Jednofázové mosazi mají dobrou tvářitelnost za studena, odolnost proti atmosférické korozi, leštitelnost
atd. Tvářitelnost za tepla závisí na dodržení optimálních tvářících podmínek. Mosazi pro tváření za studena
obsahují až 37% Zn.

Slitiny s obsahem: Zn do 20 % (tombaky) lze tvářením za studena zpevnit až na 600 MPa. Vhodné pro
povrchové úpravy. Měřící přístroje, bižuterie.
Hlubokotažné mosazi: (30-33% Zn) pro nábojnice, hudební nástroje. Mechanické vlastnosti výrazně
závisí na velikosti zrna.
Automatové mosazi (37-42% Zn, 1-4% Pb) dvoufázové. Dobře tvářitelné za tepla. Nevýhodou je citlivost
na korozi pod napětím. Výrobky se zvýšeným zbytkovým napětím vystavené koroznímu (především amoniaku)
prostředí samovolně praskají. Žíhají se ke snížení napětí 250-300°C po dobu 1-2 hodiny. Vhodné na výkovky na
armatury.

Speciální mosazi zahrnují mosazi s velmi dobrou korozní odolností (trubky pro výměníky a kondenzátory)
Mosazi s vynikajícími pružinovými vlastnostmi (vysoce namáhané pružiny) Mosazi pro hydrauliku (pro vysoké
tlaky a kluzné rychlosti).

Bronzy:
Slitiny mědi s někt. prvky (Sn, Pb, Al, aj.)

Cínové bronzy: mají až 8 % Sn k tváření a až 12 % Sn na odlitky. Tvářením za studena se dá zvýšit
pevnost až na 800 MPa