L EG OVA N É L I T I N Y
J . S u c h á n e k Tr e n d y v ý v o j e b í l ý c h o t ě r u v zd o r ný c h l i t i n
Trendy vývoje bílých otěruvzdorných litin Development trends of abrasion-resistant white cast irons Received: 28.11.2016 Received in revised form: 13.12.2016 Accepted: 03.01.2016 669.131.2 : 539.56 white cast iron—abrasion resistance
White cast irons are widely used in many applications, where func tional sur faces of machine par t s and tools interac t with hard par ticles. Their high abrasion and erosive resistance is achieved when the microstruc ture contains a great por tion of fine hard carbides uniformly dispersed in tough metallic matrix. Current research ac tivities are concentrated on achieving the higher wear resistance and frac ture toughness of the high chromium white cast irons by modification of their chemical composition, conditions of solidification and heat treatment.
prof. Ing. Jan Suchánek, CSc. ČV U T v Praze, Fakulta strojní, Ústav strojírenské technologie | CTU Prague, FME, D e p a r t m e n t o f M a n u f a c t u r i n g Te c h n o l o g y jan.suchanek@fs.cvut.cz
16
S l é vá re ns t v í . L X V . l e d e n – ú n o r 2017 . 1–2
Ú vo d Bílé otěruvzdorné litiny se s úspěchem používají do podmínek erozivního opotřebení tvrdými částicemi nesenými proudem kapaliny nebo proudem plynu. Lze je použít ve formě masivního odlitku, sdruženého odlitku nebo návaru. Typickými součástmi, kde se používají bílé litiny, jsou nárazové lišty drtičů, rotory a skříně kalových a bagrovacích čerpadel, lopatky a obložení komor tryskačů, hydrocyklóny, kolena potrubních tras na dopravu hydrosměsí apod. Bílé litiny se začaly používat pro odlitky, které mají odolávat abrazivnímu opotřebení, již v době, kdy byly vyvinuty bílé litiny použitelné pro výrobu temperované litiny. Tyto bílé litiny se používaly v litém stavu [1]. Později byly zdokonaleny pro abrazivzdorné odlitky nelegované bílé litiny s vyšším obsahem uhlíku a nižším obsahem Si, které však nejsou vhodné pro temperování. Základními fázemi v jejich struktuře jsou tvrdý karbid Fe3C (cementit) a relativně měkký perlit nebo ferit. Nelegované nebo nízkolegované bílé litiny se v některých případech kluzné abraze bez dynamických účinků používají dodnes, protože jsou laciné. Jejich odolnost proti abrazivnímu účinku částic je poměrně nízká. Ve 30. letech se začaly používat legující přísady do bílých litin, což vedlo k vývoji tzv. martenzitických bílých litin, u nichž byla perlitická nebo feritická matrice nahrazena martenzitem a zbytkovým austenitem. Při vhodném složení bílé litiny se vytváří směs martenzitu a austenitu již při ochlazování odlitků ve formě nebo na vzduchu. Dobře známé litiny tohoto typu jsou Ni-Hard (typ 1 nebo 2), které jsou v principu nízkokřemíkové bílé litiny legované 3–5 % Ni a 1–3,5 % Cr [2]. Různým tepelným zpracováním se snižuje vnitřní pnutí nebo transformuje zbytkový austenit na martenzit nebo dolní bainit. Martenzitické bílé litiny mají obecně podstatně lepší odolnost proti abrazivnímu opotřebení než nelegované nebo nízkolegované perlitické bílé litiny. Předpokládá se, že tvrdé karbidy ve struktuře jsou lépe ukotveny relativně tvrdou a nedeformující se matricí. Martenzitické bílé litiny mají pevnost v ohybu lepší než perlitické litiny. Zlepšenou houževnatost má litina Ni-Hard 4, která je legována 3 % C, 9 % Cr, 5 % Ni a 2 % Si. Destabilizačním a podkritickým tepelným zpracováním je možné snížit vnitřní pnutí nebo transformovat zbytkový austenit na martenzit. Tepelným zpracováním martenzitických bílých litin se matrice při ohřevu transformuje na austenit a po zakalení pak na martenzit. Docílí se tak výsledná mikrostruktura s menším podílem zbytkového austenitu než ve stavu po odlití. Větší podíl martenzitu v matrici zajišťuje výbornou odolnost proti abrazivnímu opotřebení ve většině aplikací. Martenzit je také méně citlivý na vydrolování a praskání při opakovaných nárazech typických pro koule a vyložení kulových mlýnů. Bylo však zjištěno, že za určitých podmínek abrazivního působení částic přítomnost zbytkového austenitu může být žádoucí, aby se dosáhla struktura matrice s určitým stupněm houževnatosti nebo schopnosti plasticky se deformovat v omezeném rozsahu při lokálním vysokém pnutí [3]. Další skupinu bílých otěruvzdorných litin představují vysokochromové litiny. Obvyklý obsah chromu v bílých chromových litinách je v rozmezí 11–35 %. Chrom částečně nahrazuje Fe v orthorhombickém cementitu (Fe,Cr)3C nebo tvoří komplexní karbidy – trigonální (Fe,Cr)7C3 a kubický (Fe,Cr)23C6. Komplexní karbidy Cr jsou tvrdší než legovaný cementit, což se projeví zvýšením otěruvzdornosti a pevnosti litin. Typická složení bílých otěruvzdorných litin podle EN 12513 jsou uvedena v tab. I. Vysokochromové litiny mají 4 rozmezí obsahu Cr