{' '} {' '}
Limited time offer
SAVE % on your upgrade.

Page 15

F e r i t i c ké l i t i ny p r o c y k l i c ké t e p l o t n í n a m á h á n í

Te p e l n é a t e p e l n ě - c h e m i c ké n a m á h á n í m o t o r ov ýc h o d l i t k ů

S l i t i ny p r o p o u ž i t í z a z v ý š e nýc h t e p l o t Litiny typu SiMo Výběr slitin pro odlitky výfukových potrubí a těles turbodmychadel a obecně odlitky s vyšší odolností za vysokých teplot se z uvedených důvodů zaměřuje na následující vlastnosti: – stabilitu základní kovové hmoty v rozsahu procesních teplot, – dostatečné mechanické vlastnosti, odolnost proti creepu, – odolnost proti tepelné únavě, – chemickou odolnost proti působení okolního prostředí. Vzhledem k vysoké tepelné vodivosti a tím minimalizaci teplotních pnutí jsou pro výrobu výfukových potrubí a těles turbokompresorů obecně výhodné grafitické litiny. Litiny s lupínkovým grafitem jsou vhodné pouze pro nejmenší namáhání. Nelegované litiny s kuličkovým grafitem obvykle vyhovují jen pro tepelně méně namáhané odlitky, pro vyšší provozní teploty se používají legované litiny nebo oceli.

700

500 400

zatížení [kN]

normální obsah Si

300 200 100 0

10

5

a) zkušební teplota 20 °C 0

100

200

300

400

500

600

700

800 900

teplota [°C]

0 0

A1,2

820 780

2

3

4

5

5

4

zatížení [kN]

860

1

prodloužení [mm]

Obr. 1. Vliv teploty na pevnost v tahu nelegované LKG a litin SiMo Fig. 1. Influence of temperature on tensile strength of non-alloy GJS and SiMo cast irons

teplota [°C]

pevnost v tahu Rm [MPa]

15

4% Si 2% Mo 4% Si 0% Mo

3

2

b) zkušební teplota 700 °C

1

A1,1

740

0

0

5

10

15

prodloužení [mm]

700 0

0,4

0,8 1,2

1,6 2,0 Si [%]

2,4

2,8

Obr. 2. Vliv křemíku na eutektoidní teplotu Fig. 2. Influence of silicon on eutectoid temperature

Obr. 3. Tahové diagramy litiny SiMo 40-06 při zkušební teplotě 20 a 700 °C Fig. 3. Tensile diagrams of the SiMo 40-06 cast iron under test temperature 20 and 700 °C

Strukturní stabilita litin v oblasti pracovních teplot, tj. zamezení cyklických fázových změn, se zajišťuje legováním, a to buď stabilizací feritu do maximálních provozních teplot, nebo naopak stabilizací austenitu do nízkých teplot. Stabilizace feritu se dosahuje zvýšeným obsahem křemíku na 4–5,5 % Si. Křemík zvyšuje eutektoidní transformační teplotu ferit-austenit (obr. 2), a tím stabilizuje ferit do teplot až kolem 900 °C. Pevnost litiny za vysokých teplot se zvyšuje zejména legováním molybdenem v  rozsahu 0,5–1,5 % Mo. Molybden vytváří karbidické síťoví kolem zrn feritu, a tím zvyšuje odolnost proti creepu. Zvyšování obsahu Mo k  horní hranici tohoto rozmezí vede ke zvýšení pevnosti za tepla a zmenšení intenzity creepu, je však doprovázeno zvýšením obsahu karbidů a snížením plastických vlastností. Litiny legované Si a Mo jsou známy jako litiny SiMo. Litiny typu SiMo jsou normovány podle ČSN EN 16124 [7]. Norma předepisuje celkem 9 druhů těchto litin, které se liší obsahem Si a Mo. U nových typů slitin SiMo se transformační teplota A1 dále zvyšuje legováním hliníku. Souhrnný vliv obou prvků se vyjadřuje tzv. ekvivalentem křemíku určeným podle vztahu Sieq = % Si + 0,8 % Al. Při hodnotách Sieq kolem 5,6–5,8 %

S l é vá re ns t v í . L X V . l e d e n – ú n o r 2017 . 1–2

13

L EG OVA N É L I T I N Y

lotách, ale menší teplotní heterogenitě, jsou teplotní pnutí nižší a dominantními procesy jsou creep, strukturní transformace a koroze. Teplotní namáhání a vysokoteplotní koroze odlitků spalovacích motorů probíhá za intenzivního chemického působení výfukových zplodin. Výfukové plyny obsahují zejména dusík, vodní páru, zbytky kyslíku, oxidy uhlíku a menší množství SOx, NOx a sloučenin HC [3]. Při nízkých teplotách po startu dochází ve výfukovém potrubí ke kondenzaci par H2O, v nichž se rozpouští chemické složky výfukových plynů za vzniku kyselin H2SO 4 a HNO3. Tento kondenzát proniká případnými trhlinkami v oxidické vrstvě do hloubky materiálu, a tím zvyšuje intenzitu hloubkové koroze. Spolu s kyslíkem může do kovu pronikat i dusík a tvořit fáze Si3N4 nebo MgSiN2 [4].

Typickými odlitky pracujícími v podmínkách vysokých teplot a cyklických teplotních změn jsou motorové odlitky, zejména odlitky výfukových potrubí, těles turbokompresorů, částečně také hlav válců. Vedle motorových dílů jsou v průmyslové praxi i jiné typy odlitků, které jsou za provozu vystaveny podobnému, obvykle však méně dramatickému namáhání, např. sklářské formy, součásti žíhacích pecí apod. Aktuálnost použití slitin s vysokou tepelnou odolností v automobilním průmyslu souvisí se současným trendem zvyšování měrného výkonu motorů. Vyššího měrného výkonu se dosahuje zvyšováním procesních teplot a tlaků a s tím spojeným zvyšováním teplot výfukových plynů. Z tohoto hlediska jsou kritickými součástkami odlitky výfukových potrubí a těles turbodmychadel. U dieselových motorů osobních automobilů dosahuje v současnosti teplota výfukových plynů 850–900 °C, u špičkových benzinových motorů závodních strojů dokonce až k 1050 °C [2]. Maximální teploty výfukových elementů a turbodmychadla jsou, v závislosti na konstrukci motorů, asi o 50 až 80 K nižší, než je teplota výfukových plynů [3]. Zvýšení měrného výkonu motorů je doprovázeno celkově vyšším tepelným zatížením agregátu. Pracovní teplotní režim těchto odlitků je vysloveně cyklický s prudkými změnami teplot ze studeného stavu do provozních teplot a rychlým, někdy až šokovým ochlazováním. Při těchto dynamických změnách teplot vzniká velká teplotní heterogenita v různých částech odlitků a strmý teplotní spád v průřezu stěn. Z hlediska vnitřních pnutí je kritická zejména fáze studeného startu a šokového ochlazování, zejména vodou za provozu vozidla. Za plného výkonu, tedy při vysokých tep-

600

J. Roučka

Profile for INA SPORT spol. s r.o.

Slevarenstvi 1-2 2017  

Slevarenstvi 1-2 2017  

Profile for inasport