TECHNOLOGIE I (slévání a svařování) Přednáška č. 3: Slévárenské slitiny pro výrobu odlitků, vlastnosti slévárenských slitin, faktory ovlivňující slévárenské vlastnosti, rovnovážné diagramy. Autoři přednášky:
prof. Ing. Iva NOVÁ, CSc. Ing. Jiří MACHUTA, Ph.D. Pracoviště: TUL – FS, Katedra strojírenské technologie
TE I
Materiály pro výrobu odlitků Slitiny železa - litiny: LLG, LKG, LČG - oceli na odlitky Slitiny neželezných kovů: - slitiny hliníku - slitiny hořčíku - slitiny zinku - slitiny mědi - slitiny titanu, dalších kovů.
Přednáška č. 03
TE I Přednáška č. 03
Výroba odlitků na světě v roce 2010
TE I Přednáška č. 03
Výroba odlitků v České republice v roce 2010
TE I
Slévárenské slitiny
Přednáška č. 03
Pro výrobu odlitků se nepoužívají čisté kovy (mají často nevhodné technologické vlastnosti), ale používají se slitiny kovů. • slévárenské slitiny charakterizuje komplexní vlastnost slévatelnost, která je závislá na dalších vlastnostech: 1. Tavitelnost - je schopnost kovů a jejich slitin přecházet ze stavu tuhého do kapalného. Závisí na celkové spotřebě tepla: Q = m [cS(TKR – T20) + LKR +cL (TLITÍ – TKR ) [J] m – hmotnost odlévaného kovu; cS - měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v tuhém stavu; cL – měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v kapalném stavu; T20 – teplota 20 °C; TKR teplota krystalizace odlévaného kovu; TLITÍ – teplota lití kovu. cS, cL – jsou hodnoty, které se pro slitiny kovů špalně zjišťují.
TE I
Slévárenské slitiny
Přednáška č. 03
m – hmotnost odlévaného kovu [kg]; cS - měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v tuhém stavu [J.kg-1.K-1]; cL – měrná tepelná kapacita odlévaného kovu v kapalném stavu [J.kg-1.K-1]; T20 – teplota 20 °C; TKR - teplota krystalizace odlévaného kovu [°C]; TLITÍ – teplota lití kovu [°C]. cS, cL – jsou hodnoty, které se pro slitiny kovů špalně zjišťují. 2. Tekutost - vlastnost, která závisí na pohyblivosti částic taveniny, souvisí s dalšími vlastnostmi (povrchové napětí taveniny a viskozita taveniny). Dobrá tekutost taveniny souvisí s technologickou vlastností zabíhavostí (provádíme různé zkoušky zabíhavosti) – např. Curieho spirála, atd.
TE I Přednáška č. 03
Slévárenské slitiny Tekutost – ovlivňují dvě fyzikální vlastnosti tavenin kovů - povrchové napětí; - viskozita.
Povrchové napětí • je obrazem tvaru kapky kapaliny, resp. taveniny; • povrchové napětí je podíl síly působící na povrchu kapky k délce povrchu kapky; • = F/l [MPa] • tak jako u vody s teplotou taveniny povrchové napětí klesá zvyšuje se zabíhavost taveniny. Povrchové napětí vody
TE I
Slévárenské slitiny
Přednáška č. 03
Viskozita tavenin kovů – vnitřní tření částic kovů • •
vysoká hodnota viskozity vede k nižší tekutosti kovů ohřev tavenin kovů snižuje viskozitu
dynamická kinematická [m-2.s-1]
[Pa.s]
LLG (litina) 1310 °C 2,65.10-3 LKG (litina) 1250 °C 2,10.10-3 Hliník Měd Zinek Cín Železo
750 °C 1150 °C 500 °C 400 °C 1600 °C
2,70.10-3 3,80.10-3 3,67.10-3 1,37.10-3 4,00.10-3
0,30.10-6 0,29.10-6 1,06.10-6 0,45.10-6 0,54.10-6 0,20.10-6 0,53.10-6
Viskozita vody
Viskozita vody
TE I
Slévárenské slitiny
Přednáška č. 03
3. Smršťování – vyplývá z fyzikálních zákonitostí. Souvisí s uspořádáním atomů v kapalném a tuhém stavu. Smršťování tavenin během tuhnutí kovů (tj. mezi TL a TS) se nazývá stahování a v důsledku toho se některé odlitky nálitkují. Nálitek - je zásobník taveniny, která je dodávána při tuhnutí odlitku do dutiny formy, aby v odlitku nevznikla vada „staženina“.
• dále rozlišujeme smršťování lineární – to je smršťování odlitků při jejich chladnutí – proto je model větší o tzv. míru smrštění.
TE I
Slévárenské slitiny
Přednáška č. 03
4. Sklon odlévaného materiálu k trhlinám a prasklinám – jde o náchylnost odlévaného materiálu k porušení během výroby odlitků; • trhliny - vznikají při vysokých teplotách v důsledku např. brzděného smršťování kovu (brání tomu např. pravá jádra); • praskliny - vznikají v důsledku vysokého napětí v odlitku (vzniká např. tím, že jsou velké rozdíly teplot v odlitku). • identifikace trhlin a prasklin je složitá – identifikace na mikroskopu (trhliny po hranici zrn, praskliny přes zrna).
5. Sklon materiálu k odměšování - je přítomnost různého množství strukturních složek v odlitku (bývá v důsledku intervalu teplot krystalizace), bohatší místa na příměs v odlitku.
TE I
Odlitky z litin
Přednáška č. 03
TE I
Odlitky ze slitin hliníku • nízká hmotnost • dobrá slévatelnost
Přednáška č. 03
TE I
Odlitky ze slitin hořčíku
Přednáška č. 03
• tělesa volantů, rámy sedáků, rámy přístrojových desek, tělesa převodovek, disky kol – především pro závodní vozy a formule
TE I
Rovnovážné diagramy
Přednáška č. 03
Nejvhodnější slitiny jsou slitiny eutektického složení (viz rovnovážné diagramy) tavenina tuhne při jedné teplotě; Rovnovážné diagramy • slitiny Fe – C, rovnovážný diagram metastabilní, rovnovážný diagram stabilní; • rovnovážný diagram Al - Si; • rovnovážný diagram Zn - Al; • rovnovážný diagram Mg – Al; • rovnovážné diagramy slitin mědi.
Rovnovážný diagram Fe-C metastabilní
TE I Přednáška č. 03
Rovnovážný diagram Fe-C stabilní
TE I Přednáška č. 03
Pseudobinární diagram Fe-C (2%Si)
TE I Přednáška č. 03
Pseudobinární – jakoby binární, diagram Fe-C, ovlivněn 2 % Si Křemík je grafitotvorným prvkem – je důležitý pro litin, podle tohoto diagramu tuhnou litiny
TE I Přednáška č. 03
Rovnovážný diagram Al - Si
TE I
Rovnovážný diagram Al - Zn
Přednáška č. 03
TE I Přednáška č. 03
Rovnovážný diagram Mg - Al
α+ = (Al12Mg17)
TE I
Rovnovážné diagramy mědi Rovnovážný diagram měď - cín
Přednáška č. 03
Rovnovážný diagram měď - hliník
TE I
Slévárenské slitiny
Přednáška č. 03
Literatura: [1] NOVÁ, I.: Technologie I. [Skripta], FS-TU v Liberci 2006. [2] MICHNA, Š., NOVÁ, I.: Technologie zpracování kovových materiálů. 1. vyd. Adin Prešov, 2008. [3] VETIŠKA, A.: Teoretické základy slévárenské technologie. 1. vyd. Praha 1974.
