V. K a ň a V ý r o b a a v l a s t n o s t i a u s t e n i t i c k ý c h l i t i n
L EG OVA N É L I T I N Y
Výroba a vlastnosti austenitických litin Production and properties of austenitic cast irons Received: 29.11.2016 Received in revised form: 13.12.2016 Accepted: 16.12.2016 669.15-196 : 539.3/.5 alloyed cast iron—mechanical properties
Austenitic cast irons are an interesting group of materials characterized by specific proper ties with which they are approaching the austenitic stainless steels and with favourable foundr y charac teristics approaching the common graphitic cast irons. Among their advantages are e.g. the excellent corrosion resistance, refrac toriness and creep proper ties or some of the notable physical charac teristics. Austenitic cast irons are counted among the high-alloy cast irons, where the main alloying element is nickel. Struc ture is made up of a homogeneous austenitic matrix in which the graphite is located most of ten separated in the form of balls. In addition to it the grades with chromium content have carbides in their struc ture. In the assor tment of austenitic cast irons there are also grades with graphite separated in the form of lamellae; they used to be alloyed besides nickel with copper too.
Ú vo d Austenitické litiny jsou zajímavou skupinou materiálů vyznačující se specifickými vlastnostmi, jimiž se blíží austenitickým korozivzdorným ocelím, a přitom s výbornými slévárenskými vlastnostmi blížícími se běžným grafitickým litinám. Mezi jejich přednosti patří např. výborná korozivzdornost, žárovzdornost i žáropevnost či některé význačné fyzikální vlastnosti. Austenitické litiny patří mezi vysokolegované litiny, kde hlavním legujícím prvkem je nikl. Struktura je tvořena homogenní austenitickou matricí, v níž je uložen grafit vyloučený nejčastěji ve formě kuliček. U značek s obsahem chromu jsou navíc ve struktuře obsaženy karbidy. V sortimentu austenitických litin jsou i značky s grafitem vyloučeným ve formě lupínků, ty bývají legovány vedle niklu i mědí. Tento příspěvek si klade za cíl v krátkosti seznámit čtenáře se základními druhy vyráběných austenitických litin, s jejich vlastnostmi, použitím a také nastínit hlavní problémy při výrobě odlitků z tohoto zajímavého materiálu. H i s t o r i e a u s t e n i t i c k ýc h l i t i n Nikl byl objeven v roce 1751. První pokusy o zlepšení vlastností litin legováním niklem byly prováděny na konci 18. století. Na začátku 19. století byly provedeny detailnější studie zabývající se vlastnostmi litin legovaných niklem, nicméně studiu struktury ani její klasifikaci nebyla věnována pozornost. Základní výzkum austenitických litin byl prováděn v letech 1925 až 1930 v USA a v Anglii. Bylo zjištěno, že litiny s vysokým obsahem niklu mají i při pokojové teplotě austenitickou matrici. Dále byl zkoumán vliv křemíku na strukturu a také možnost náhrady části niklu mědí [1]. Vlastní výrobu austenitické litiny zavedla americká společnost International Nickel právě v letech 1925 až 1930, a to pod obchodním názvem Ni-Resist [2]. Austenitické litiny jsou normovány prakticky ve všech vyspělých státech světa. V Německu dle DIN 1694, v Británii dle BS 3468, ve Francii dle NF A32-301, v Austrálii dle AS-1833, v Japonsku dle JIS G 5510 a také dle mezinárodní normy ISO 2892. V České republice je v platnosti evropská norma ČSN EN 13835, Slévárenství – Austenitické litiny. Nejstarší normou zabývající se austenitickými litinami je americká ASTM A 439. I v našich slévárnách je velmi často užíváno značení dle této normy a je použito i v tomto příspěvku. C h e m i c ké s l o ž e n í a u s t e n i t i c k ýc h l i t i n
Ing. Václav Kaňa, Ph.D. V U T v B r n ě, F S I , Ú S T, o d b o r s l é v á r e n s t v í B r n o U n i v e r s i t y of Te c hn o l o g y, Department of Foundry Engineering k a n a @ f m e.v u t b r.c z
6
S l é vá re ns t v í . L X V . l e d e n – ú n o r 2017 . 1–2
Austenitické litiny jsou legovány především niklem a dále je vždy obsažen uhlík a křemík. Vedle těchto hlavních legur bývají v jednotlivých vyráběných značkách austenických litin obsaženy i jiné legující prvky. Na obr. 1 je zachycena typická struktura austenitické litiny bez obsahu karbidotvorných prvků a na obr. 2 pak struktura materiálu legovaného chromem. Níže jsou uvedeny nejdůležitější legující prvky spolu s krátkým popisem jejich vlivu na mechanické, fyzikální či jiné vlastnosti austenických litin. Nikl – jako hlavní legující prvek je obsažen vždy. Jeho obsah se pohybuje v rozmezí cca 12 až 37 % (dle ASTM A 439 viz tab. I). Nikl zvyšuje pevnost a tažnost, zatímco mez kluzu a tvrdost ovlivňuje jen málo. Změnou koncentrace niklu lze měnit tepelnou roztažnost litiny. Část niklu může být nahrazena jinými austenitotvornými prvky, jako je měď či mangan [3]. Jak již bylo uvedeno, ve struktuře austenických litin je požadována homogenní austenitická matrice. Pouze u některých
