Úloha prvků v litinách a pořadí jejich přídavku

V procesu výroby litin je nutné upravit chemické prvky do požadovaného rozmezí přidaním legujících prvků. Množství každého prvku přidaného do litiny, čas jeho přídavku a pořadí přídavku ovlivňují kvalitu litiny. Pokusíme se analyzovat několik nejčastěji používaných prvků:

I. Role jednotlivých prvků a princip jejich přídavku

(1) Uhlík (C)

Funkce:

Zpevnění matrice: Uhlík je základním prvkem pro zpevnění pevného roztoku v oceli; tvoří s železem cementit (Fe₃C), čímž zvyšuje tvrdost a pevnost.

Řízení tuhnutí: Vysoký obsah uhlíku snižuje tekutost roztavené oceli a zvyšuje sklon k zmenšování objemu.

Princip přídavku: Obsah je třeba upravit podle požadovaných vlastností (obvykle se u nízkolegovaných ocelí udržuje na úrovni 0,15 % až 0,3 %).

Příliš vysoký obsah uhlíku: Při obsahu C > 0,5 % výrazně klesá houževnatost a zhoršuje se svařitelnost.

(2) Křemík (Si)

Funkce:

Odstraňovač kyslíku: Preferenčně reaguje s kyslíkem za vzniku SiO₂, čímž čistí tavící se ocel.

Zpevnění roztavením do pevné fáze: Rozpouští se ve feritu a zvyšuje pevnost (mezní pevnost v tahu se zvyšuje přibližně o 4 MPa na každých 0,1 % přidaného Si).

Princip přídavku: Přidává se v pozdní fázi tavby (v redukčním období), aby se zabránilo oxidativní ztrátě (např. pomocí slitiny železo-křemík).

Riziko nadměrného obsahu: Obsah se udržuje v rozmezí 0,2 % až 0,5 %; příliš vysoký obsah snižuje houževnatost.

(3) Mangan (Mn)

Funkce:

Odstraňování kyslíku a síry: Vytváří MnO (odstraňování kyslíku) s kyslíkem a MnS (odstraňování síry) se sírou.

Zlepšení schopnosti kalitelnosti: Zpomaluje přeměnu na perlit a zvyšuje schopnost vzniku martensitu.

Princip přídavku: přidávejte dávkově během oxidačního období (odkysličování + odsiřování) a během redukčního období (pokud dojde k vyhoření).

Riziko nadměrného obsahu: obsah se řídí v rozmezí 0,8 % až 1,5 %; příliš vysoký obsah může snadno vést k křehkosti po žíhání.

(4) Fosfor (P)

Funkce:

Škodlivé prvky: ve feritu se rozpouštějí ve formě tuhého roztoku a snižují plasticitu a houževnatost (tendence k chladné křehkosti).

Zpevnění roztokem: stopové množství fosforu může zvýšit pevnost, avšak jeho množství je třeba přísně kontrolovat. Přídavek fosforu není doporučen při výrobě v pecích střední frekvence.

Princip řízení: snažte se vybírat suroviny s nízkým obsahem fosforu (např. ocelový šrot) a vyhnout se jeho dodatečnému přídavku během tavby.

Riziko nadměrného množství: obsah musí být nižší než 0,035 % (pro vysoce kvalitní ocel je vyžadován obsah nižší než 0,025 %).

(5) Síra (S)

Funkce:

Škodlivé prvky: tvoří se sloučenina FeS s železem, která způsobuje horkou křehkost (praskání při zpracování za vysokých teplot).

Kontrola včlenění: je třeba kombinovat s Mn za účelem vytvoření MnS (snížení škodlivého účinku).

Princip řízení: odstraňování síry přídavkem Mn (doporučený poměr Mn:S je 2:1 až 3:1).

Riziko nadměrného množství: obsah musí být nižší než 0,035 % (u speciálních ocelí < 0,02 %).

(6) Chrom (Cr)

Funkce:

Zlepšení kalitelnosti: zpomalení rozkladu austenitu a zvýšení tvrdosti martensitu.

Odolnost proti korozi: vytvoření husté oxidové vrstvy Cr₂O₃ (např. u nerezových ocelí).

Jemnozrnnost: potlačení růstu austenitických zrn.

Princip přídavku: přidává se během tavícího období (vyžaduje vysoký bod tání a rozpouštění za vysoké teploty). Obsah je obvykle 0,5 % až 2,0 % (upravuje se podle požadavků na odolnost proti korozi nebo opotřebení). odolnost proti opotřebení).

(7) Molybden (Mo)

Funkce:

Jemnozrnnost: potlačuje zhrubnutí austenitického zrna a zvyšuje houževnatost.

Vysokoteplotní stabilita: zlepšuje červenou tvrdost a odolnost proti creepu.

Zpevnění roztokem v pevném stavu: zvyšuje pevnost matrice.

Princip přídavku: přidává se během tavícího období (podobně jako Cr), aby se zabránilo vysokoteplotní volatilizaci. Obsah je obvykle 0,1 % až 0,3 % (u vysoce molybdenových ocelí vyšší).

iI. Interakce mezi prvky

(1) Synergický účinek C a Si/Mn

Rovnováha odstraňování kyslíku: Si nejprve odstraňuje kyslík, Mn napomáhá odstraňování síry, avšak nadměrný obsah Si potlačuje odstraňovací účinek Mn na síru.

Účinek na fázové přeměny: Při vysokém obsahu C může Mn zpomalit perlitovou přeměnu, což vede ke zvýšení zbytkového austenitu.

(2) Komplementární účinek Cr a Mo

Nasycení zlepšující kalitelnost: Cr a Mo společně zvyšují kalitelnost, což je vhodné pro vysokopevnostní oceli (např. HSLA).

Synergie odolnosti proti korozi: Cr vytváří pasivační vrstvu a Mo zvyšuje odolnost proti bodové korozi (např. kombinace Cr-Mo v nerezové oceli).

(3) Synergická škodlivost P a S

Křehkost za nízkých teplot: P zhoršuje křehkost za studena a S způsobuje křehkost za tepla. Riziko je nutné snížit pomocí Mn a řízení výrobního procesu.

iII. Přizpůsobivost tavení ve středofrekvenční peci

(1) Optimalizace pořadí přídavku

Tavicí období: Přidejte prvky s vysokou teplotou tání, jako je Cr a Mo, aby bylo zajištěno jejich úplné rozpuštění.

Oxidační období: Přidejte Mn dávkově (deoxidace + odstraňování síry). U výrobků s vysokými požadavky lze použít technologii foukání kyslíkem, avšak množství foukaného kyslíku je nutné kontrolovat, aby nedošlo k nadměrné oxidaci.

Redukční období: Přidejte Si (závěrečná deoxidace) a doplňte Mn (pokud došlo k jeho vyhoření).