PŘ EK L A DY
K. Röhrig
L e g o v a n á l i t i n a – 25 . d í l. V l i v l e g u j í c í c h p r v k ů n a v l a s t n o s t i l i t i ny
např. v tuhém roztoku litiny mnohem nižší než v jednoduché soustavě Fe-Cu. Z tohoto srovnání je zřejmé, jak je nutné být obezřetný při extrapolaci a přenosu výsledků z jednoho systému legování na jiný. Silný účinek křemíku je však v obou případech rozeznatelný. Tvrdost feritu působí přirozeně i na tvrdost perlitu, který sestává z 80 % z feritu. U vícefázových základních kovových hmot je pevnost a tvrdost směsí hodnot jednotlivých fází, resp. součástí struktury, které jsou v ní obsažené. Některé vlastnosti litiny s červíkovitým grafitem s feritickou a perlitickou základní kovovou hmotou jsou na obr. 2. Z obr. 9 je zřejmý vliv podílů feritu a perlitu u litiny s kuličkovým grafitem. Podobně to logicky platí také pro litinu s červíkovitým grafitem. U litiny s lupínkovým grafitem je podle obr. 10 pevnost při stejném obsahu uhlíku a feritické základní kovové hmotě o cca třetinu nižší než s perlitickou nebo perliticko-feritickou základní kovovou hmotou. Feritické litiny s lupínkovým grafitem proto mají, s výjimkou odlévání do kovové formy, jen malý význam. Vedle obou důležitých typů základní kovové hmoty – feritické a perlitické – existuje několik dalších druhů základních kovových hmot: ausferitická, bainitická, martenzitická a austenitická, a také smíšená feriticko-austenitická nebo martenzitická. Všechny základní kovové formy, kromě feritické a perlitické, jsou při produkci příslušných jakostí litiny, která je celosvětově výrazně nižší než 1 mil. t/rok, sice velmi zajímavé, ale mají význam jen pro určité případy použití. Ve většině případů se základní kovová hmota neskládá z jedné fáze, ale je to struktura obsahující více fází nebo součástí struktury. Perlit se skládá z lupínků feritu a cementitu, někdy i ze zrn cementitu. Ausferit se skládá z feritu, austenitu a často martenzitu a jehlicovitých karbidů. Bainit je směs feritu, ausferitu, austenitu a karbidů. Martenzit tvoří v ideální formě tetragonálně deformovaný ferit (metastabilní přesycený tuhý roztok uhlíku v alfa Fe s tetragonální mřížkou), často však obsahuje austenit a v popouštěném stavu je to ferit s uloženými karbidy. Vlastní fáze jsou jen ferit a austenit. V základní kovové hmotě jsou k tomu četné odmíšeniny a fáze, u kterých se jedná především o zvláštní karbidy, nitridy, karbonitridy a sulfidy. V této souvislosti je třeba u litiny s lupínkovým grafitem zvláště uvést sulfid manganu. K tomu se přidávají tzv. nekovové vměstky, především ve formě oxidů a částeček strusky, a konečně také mikropóry. Třetí složkou struktury, která je pro technickou litinu velmi důležitá, jsou hranice zrn. Hranice zrn vznikají při tuhnutí, fázových přeměnách a při vylučování nových fází. Nejdůležitější a nejnápadnější druh hranic u litiny jsou hranice eutektických zrn vznikající při eutektickém tuhnutí taveniny. Procesy probíhající při jejich tvoření jsou probírány v dílech
Obr. 9. Pevnostní vlastnosti GJS v závislosti na obsahu perlitu [11]
34
S l é vá re ns t v í . L X V . l e d e n – ú n o r 2017 . 1–2
[9] a [10]. Díky segregacím mají tyto hranice zrn jiné složení než hlavní část základní kovové masy, což vede k různému chování při austenitické přeměně (srov. díl 13) a také k tvoření dodatečných fází a složek struktury. V hranicích zrn jsou různé karbidy, fosfidy, nitridy a jiné intermetalické fáze, které se často vyskytují ve formě eutektika. Zde je třeba jmenovat především ledeburit z metastabilního diagramu FeC, který se skládá z přeměněného austenitu a cementitu, různá fosforová eutektika s často složitou stavbou, jako např. karbid molybdenu. Protože je austenit, resp. podíl perlitu těchto eutektik často spojen se sousední eutektickou buňkou, hovoří se zde také o volných karbidech. Jelikož hranice zrn prostupují strukturu často jako síť (obr. 3 a 4), resp. prostorově představují jistý druh pórovité (houbovité) struktury, mají velký vliv na mechanické vlastnosti, obzvláště na houževnatost. Ve většině případů je snaha snížit je na únosnou míru různými metalurgickými opatřeními, ke kterým patří především očkování a vyhýbání se prvkům, které se rády segregují. Čtvrtou složkou struktury jsou u podeutektické litiny nebo litiny ztuhlé při podchlazení dendrity z přeměněného primárního austenitu. Ačkoliv mají mít citelný vliv např. na pevnost v tahu [15], [18], [20], [42], o jejich vlivu na vlastnosti litiny neexistují přesnější poznatky. Podstatnou příčinou by mohla být skutečnost, že jsou ve struktuře často špatně rozeznatelné. Jejich množství závisí na stupni nasycení a zdá se, že u litiny s lupínkovým grafitem koreluje jejich stavba úzce s podrobně zkoumanými eutektickými buňkami, takže se jim připisují některé účinky [20]. U litiny s kuličkovým grafitem se eutektické buňky mají dokonce skládat z paketů dendritů austenitu, mezi jejichž rameny se vylučují kuličky grafitu. Změny podílů různých složek struktury a fází v základní kovové hmotě a změny jejich stavby a také u hranic zrn mohou mít podstatný vliv na vlastnosti litiny. Obzvláště nápadné je to u nejdůležitějších složek základní kovové hmoty perlitu a feritu. Perlit má výrazně vyšší pevnost,
Obr. 10. Pevnost GJL s feritickou a perlitickou základní kovovou hmotou při různé tloušťce stěny. Feritická struktura byla vytvořena žíháním původně perlitických zkušebních odlitků. Přitom se ovšem zvýšilo množství grafitu díky rozpadu cementitu o cca 20 % [8]