Co to jest żeliwo? Charakterystyka metalu, cechy produkcji i zastosowania

Żeliwo to stop żelaza i węgla, w którym zawartość tego ostatniego wynosi 2,14%. Obecne są również inne składniki.

Właściwości mechaniczne tego stopu zależą od formy, w jakiej występuje węgiel. Może to być cementyt lub grafit, a także produkty rozpadu austenitu. W zależności od tego, jak szybko stop został schłodzony, może być martenzytem, troostytem, sorbytem, perlitem lub ferrytem. Składniki stopowe pozwalają kontrolować proces grafityzacji i kierować właściwościami żeliwa w różne strony.

Zawartość węgla w żeliwie wynosi od 2,14% do 6,67%. Reszta to żelazo, składniki stopowe i cementyt (Fe3C, węglik żelaza). Obecne są również zanieczyszczenia – krzem, siarka, mangan, fosfor.

Główne zastosowanie żeliwa to surowiec wyjściowy do wytopu stali, a także produkcja różnorodnych części.

Klasyfikacja żeliw

Charakterystyka końcowego produktu kształtuje się już na etapie produkcji. W zależności od przemiany eutektycznej żeliwa dzieli się na szare, w których węgiel występuje w postaci grafitu, białe, w których węgiel jest w formie cementytu, oraz połowiczne, które zawierają obie formy węgla.

Rozmiar i konfiguracja wtrąceń określają gatunek żeliwa i jego zastosowanie. Mogą być one lamelarne, kuliste, wermikularne lub łuskowate. Metaliczna baza z kolei dzieli się na:

• perlitową;
• perlitowo-ferrytową;
• ferrytową;
• austenityczną;
• bainityczną;
• martenzytyczną.

Jako składniki stopowe mogą być użyte aluminium, tytan, wanad, wolfram, molibden, chrom, nikiel.

Czym różni się od stali

Główna różnica to zawartość węgla. W stalach jest go znacznie mniej, w granicach 0,025% - 2,14%. Ponadto żeliwo zawiera więcej zanieczyszczeń. Wpływa to na temperaturę topnienia – stale osiągają do 1500°C, podczas gdy żeliwo topi się w zakresie 1150-1250°C.

Z powodu wysokiej zawartości węgla podczas wytopu atomy węgla nie mogą wniknąć w sieć molekularną żelaza, co sprawia, że żeliwo jest bardziej kruche niż wyroby ze stali.

Stal jest jaśniejsza, podczas gdy stopy żeliwa mają ciemny, matowy kolor.

Żeliwo lepiej nadaje się do odlewania, ale gorzej się spawa i ma wyższą przewodność cieplną.

Rodzaje żeliw

1. Żeliwo przerobowe
   Ten stop jest wytwarzany w piecach wielkich. Jego głównym przeznaczeniem jest produkt pośredni do produkcji stali. Może być używany w stanie stałym lub ciekłym. Ma ściśle określone zawartości zanieczyszczeń: krzemu, manganu, siarki i fosforu. W zależności od zawartości krzemu wyróżnia się następujące gatunki:
   • do wytopu stali: P1, P2 (EN-GJMB-350-10);
   • do produkcji odlewniczej: PL1, PL2 (EN-GJL-200);
   • żeliwo fosforowe: PF1, PF2, PF3 (EN-GJMB-450-6);
   • żeliwo wysokiej jakości: PVK-1, PVK-2, PVK-3 (EN-GJS-500-7).


2. Żeliwo białe
   Powstaje w warunkach szybkiego chłodzenia. Jego główna cecha to biały odcień w miejscu przełomu, wysoka twardość i kruchość, nie nadaje się do obróbki narzędziami tnącymi. Węgiel występuje w nim w postaci cementytu.
   Używane do odlewania części odpornych na zużycie: kule mielące, łopatki turbin śrutowniczych, walce walcownicze, do kucia odmian żeliwa. Odporność na zużycie można zwiększyć za pomocą składników stopowych – niklu i molibdenu.


3. Żeliwo szare
   Na przełomie ma charakterystyczny szary kolor. W porównaniu z białym lepiej nadaje się do obróbki mechanicznej, ma niską plastyczność i umiarkowaną wytrzymałość. Powstaje przy wolnym tempie chłodzenia, ma dobre właściwości antyfrykcyjne. Jest mało podatne na defekty skurczowe, dlatego stosuje się je do odlewów o skomplikowanych kształtach o grubości ścianek do 500 mm.
   Zgodnie z normą EN 1561 dzieli się na gatunki od EN-GJL-100 do EN-GJL-350, gdzie liczby oznaczają wytrzymałość na rozciąganie.


4. Żeliwo sferoidalne
   Jego cechą charakterystyczną jest dodatek czystego magnezu lub modyfikatorów sferoidyzujących – ceru i itru. Grafit w tym żeliwie ma formę kulistą. Zawartość magnezu w stopie wynosi od 0,02% do 0,08%.
   Jest to stop o wysokiej wytrzymałości, używany do produkcji kluczowych części odpornych na zużycie. Odporny na agresywne środowiska i wysokie temperatury.
   Norma EN 1563 określa wymagania dotyczące składu chemicznego i właściwości. Zakres gatunków obejmuje EN-GJS-350-22 do EN-GJS-1000-5, gdzie liczba oznacza minimalną wytrzymałość na rozciąganie.


5. Żeliwo ciągliwe
   Produkowane na bazie ferrytów, ferrytowo-perlitów lub perlitów.
   Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością, zwiększoną plastycznością, jednorodnym rozkładem właściwości i dobrą obrabialnością. Stop praktycznie nie ma naprężeń wewnętrznych, nadaje się do produkcji części pracujących przy obciążeniach wibracyjnych i uderzeniowych. Wyróżnia się dwa rodzaje: czarnoserce i białoserce. Jakość i produkcja są regulowane normą EN 1562. Oznaczenia wskazują minimalną wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie, np. EN-GJMW-500-5, gdzie 500 oznacza wytrzymałość w MPa, a 5% wydłużenie.
   Wyróżnia się także specjalne żeliwa, których właściwości uzyskuje się poprzez stopowanie, specjalną technologię wytopu lub chłodzenia. Są to żeliwa żaroodporne, antyfrykcyjne, ferrostopowe, artystyczne oraz o szczególnych właściwościach elektromagnetycznych.

Jak zanieczyszczenia wpływają na żeliwo

Krzem jest głównym pierwiastkiem w żeliwie. Pozytywnie wpływa na wydzielanie grafitu i poprawia właściwości odlewnicze.

Siarka obniża właściwości mechaniczne i powoduje czerwoną kruchość.

Mangan zmniejsza właściwości odlewnicze, przeciwdziała grafityzacji, ale zwiększa twardość i wytrzymałość.

Fosfor zwiększa płynność, ale negatywnie wpływa na wytrzymałość i zwiększa kruchość.

Zalety i wady

Żeliwo jest znane ludziom od XIV wieku. Od tamtej pory technologia produkcji znacznie się zmieniła, podobnie jak jego zastosowania. Ma zarówno zalety, jak i wady.

Wyroby z żeliwa łatwo się myją, długo się nagrzewają i dobrze zatrzymują ciepło. Materiał ten jest ekologiczny i ma stosunkowo prosty proces produkcji metodą kucia. Dzięki swojej ekologiczności często używany jest do produkcji naczyń, nie reaguje z kwaśnymi i zasadowymi środowiskami, jest nieszkodliwy dla zdrowia człowieka i trwały.

Wady obejmują kruchość i podatność na rdzewienie. Wyroby są ciężkie, co wymaga specjalnych warunków transportu i konserwacji.

Technologia produkcji

Żeliwo wytapia się w piecach wielkich i piecach typu wagranek. Źródłem żelaza jest wzbogacona ruda żelaza. Jako surowiec do węgla stosuje się koks, specjalny produkt przetwórstwa węgla kamiennego, a także gaz ziemny i pył węglowy. W wyniku takiego wytopu powstaje żeliwo oraz żużel zawierający niewyodrębnione tlenki, pozostałości topników i popiołu.

Gdzie jest stosowane

Popularne w budowie maszyn i innych gałęziach przemysłu. Głównym obszarem zastosowania jest wytop stali w konwertorach, piecach martenowskich lub łukowych. Ponadto, w zależności od gatunku żeliwa, stosuje się je do produkcji różnych części, wałów korbowych, podstaw pod ciężki sprzęt, elementów mielących, łożysk ślizgowych, tulei wałów korbowych silników w traktorach i samochodach, form prasujących do materiałów ogniotrwałych.

W trudnych warunkach klimatycznych umożliwia bezawaryjną pracę części maszyn nawet w niskich temperaturach.

Z żeliwa produkuje się wiele wyrobów sanitarnych: umywalki, grzejniki, rury, wanny. Doskonałe właściwości odlewnicze pozwalają tworzyć z niego prawdziwe dzieła sztuki, takie jak ażurowe kute bramy i różnorodne zabytki architektury.

Firma "UTMK" pomaga w organizacji dostaw partii wyrobów walcowanych o wadze od jednej tony do dowolnego miasta w Ukrainie oraz na całym terytorium Europy, w tym do Mołdawii, Niemiec, Hiszpanii i Portugalii. Na zasadzie odbioru własnego można zakupić wyroby walcowane w magazynach UTMK w Kijowie, Zaporożu, Dnieprze, Odessie oraz w polskich miastach Łódź, Kraków, Warszawa, Poznań. Współpracujemy z klientami hurtowymi i detalicznymi. Zadzwoń, nasi menedżerowie pomogą w wyborze wyrobów walcowanych i złożeniu zamówienia.