Tisk
UložitGrafitické litiny
Jak bylo popsáno v předešlé kapitole, hlavními stavebními prvky v litinách jsou železo a uhlík. Uhlík patří mezi nekovy a podle toho v jaké formě se vylučuje, přímo ovlivňuje vlastnosti slitin na bázi železa. V soustavách železo – uhlík tvoří tento prvek samostatnou fázi. Vylučuje se ve formě cementitu (karbid železa Fe3C) v metastabilní soustavě (Fe-Fe3C) nebo ve formě grafitu (čistý uhlík) v soustavě stabilní (Fe-C).
Uhlík v grafitických litinách se vyskytuje ve dvou formách; tzv. uhlík volný a uhlík vázaný. Uhlík volný je grafit a uhlík vázaný je rozpuštěn v základní kovové hmotě (v matrici). Z toho plyne: Ccelk = Cgrafit + Cmatrice.
Cementit je typická intermediární fáze s obsahem 6,68 hm % C. Krystalizuje v orthorombické soustavě (Obr.1). Je velmi tvrdý (800 HV) a křehký a do teploty 217 °C je feromagnetický. Z termodynamického hlediska je fází metastabilní a za vhodných podmínek se rozpadá na železo a grafit podle rovnice (1). Tento proces je znám pod pojmem přímá grafitizace.
Obr. 1 Krystalická mřížka cementitu
Grafit je čistý uhlík a krystalizuje v hexagonální soustavě (Obr. 2). Je měkký a jeho tvárnost a pevnost jsou v porovnaní s čistým železem nepatrné. Z hlediska termodynamického jde o fázi stabilní.
Obr. 2 Krystalická mřížka grafitu
Rozhodujícím parametrem pro základní rozdělení litin dle struktury je eutektická krystalizace.
V bílých litinách probíhá eutektická krystalizace v podmínkách metastabilní rovnováhy a jejich produktem je ledeburit. Strukturu pak tvoří cementit a perlit, a proto mají litiny bílý lom, vysokou tvrdost a dobrou odolnost vůči opotřebení. Na druhou stranu jsou velmi křehké, mají relativně malou pevnost a špatně se obrábí.
V grafitických litinách probíhá eutektická reakce dle stabilní rovnováhy a jejím produktem je grafit. Ten pak zůstává ve struktuře bez ohledu na to, jestli další fázové přeměny probíhají dle metastabilní či stabilní soustavy.
Když proběhne eutektická reakce z části dle stabilní a z části dle metastabilní soustavy vzniká tzv. přechodová litina, která obsahuje ve struktuře jak ledeburit, tak i grafit.
To, jestli bude daná slitina krystalizovat dle stabilní či metastabilní soustavy, závisí na několika faktorech:
- Obsah uhlíku: zvyšování obsahu uhlíku podporuje vylučování grafitu, to se ale projeví při obsazích nad 2 hm%C.
- Rychlost ochlazování: při pomalém ochlazování vznikne stabilní rovnováha a naopak při rychlém ochlazení vznikne cementit.
- Obsah dalších prvků: zvyšující se obsah tzv. grafitotvorných prvků (Si, P, Al) podporuje vylučování grafitu a zase některé prvky (Mn, S) podporují vznik cementitu.
Základním kritériem při rozdělení grafitických litin je tvar vyloučeného grafitu. Grafit může vznikat krystalizací z taveniny nebo grafitizací cementitu v tuhém stavu dle rovnice (1). Krystalizace grafitu se může ovlivnit úpravou taveniny přidáním látek, které ovlivňují počet krystalizačních zárodků (očkování) nebo tvar zárodků (modifikace), viz Obr. 3.
Obr. 3 Základní druhy grafitických litin
Vlastnosti grafitických litin závisí na množství, tvaru a velikosti grafitických částic a na druhu kovové matrice, ve které je grafit rozložený. Matrice může mít různý podíl feritu a perlitu. Litina s vyšším obsahem perlitu v matrici má vyšší pevnost a nižší tažnost. Charakteristické mechanické vlastnosti jednotlivých druhů grafitických litin jsou znázorněné na Obr. 4.
 Obr. 4 Mechanické vlastnosti grafitických litin |
|