1

LIVOVI NA BAZI ŽELJEZA

17-18 čas

Nodularni liv

Ugljik izlučen u obliku grafita (S 0,008-0,015)

Grafitne nodule/sfere

Visoke vrijednosti zatezne čvrstoće, istezanja, duktilnosti,

mašinska obradivost, livkost

Zamjena za čelični liv

Za izradu vodovodnih cijevi, dijelova za automobile i

poljoprivredne mašine, ostali konstrukcijski odlivci

2

Slika 1

Nenagriženo

stanje

Slika 2.

Nagriženo

stanje

Nodularni liv

3

Nodularni liv

4

Nodularni liv

5

6

Nodularni liv

7

Nodularni liv

Nodularni liv

Klasifikacija i standardizacija nodularnog liva

Nodularni grafit tipa VI (morfologija grafita)

8

Slika 3. Tipovi izlučenog grafita

Nodularni liv

Standardizacija prema EN, ASTM, BS, DIN, BAS

Podjela prema vrijednostima zatezne čvrstoće,

Podjela prema vrijednostima udarne žilavosti,

Podjela prema vrijednostima tvrdoće, i dr.

9

Nodularni liv

Solidifikacija nodularnog liva

Fe-C dijagram, eutektička reakcija, sadržaj Si

Stabilni i metastabilni Fe-C dijagram

C-ekvivalent CE = %C + 1/3(%Si + %P)

10

Slika 4. Fe-C-2,5 Si Dijagram

Nodularni liv

Kriva hlađenja

Pothlađenje

Temperatura rekalescencije, entalpija

solidifikacije (latentna toplota)

Eutektičke ćelije (različita brzina rasta austenitne i

grafitne faze)

11

Slika 5. Kriva hlađenja podeutektičkog liva

Nodularni liv

Nukleacija grafitne faze

Teorija sulfid/oksid

Prisutnost uključaka kao preduslov za nukleaciju

grafita

A tip uključaka (Mg, Ca, S, Si) – dupleks

struktura Jezgro - MgS ili CaS

Ovojnica -MgOSiO2 ili 2MgO SiO2

B tip uključaka (Mg, Si) Jednofazna čestica - MgOSiO2

C tip uključaka (Mg, P) Mg3P2

12

Slika 6. Snimak A tipa uključka

Transmisionim elektronskim mikroskopom

Slika 7. Snimak A, B, C tipa uključaka

Skenirajućim elektronskim mikroskopom

Nodularni liv

Modifikacija površine uključaka

FeSi cjepivo sa određenim količinama Sr, Ba, Ca, Al

MgO SiO2(s) + X = XO SiO2(s) + Mg

2(2MgO SiO2) + X + 2Al = XO Al2O3 2SiO2 + 4Mg

Ostvaldovo sazrijevanje (ogrubljenej) uključaka

13 I faza - nastajanje uključaka II faza - modifikacija uklučaka

Slika 8. Shematski prikaz nastajanja uključaka

Nodularni liv

Mehanizam rasta grafitne faze

Grafit-kristal sa facetiranim površinama

Heksagonalna mreža ugljika sa slojevitom

konfiguracijom

Međufazna energija površina i rast granične

površine (uticaj prisutnih elemenata/nečistoća

na smanjenje površinske energije)

Potrebno veće pothlađenje (čistija talina/manje

pratećih elemenata koji utiču na površinsku

energiju )

14

Nodularni liv

15

Slika 9. Grafički prikaz rasta grafita

Nodularni liv

Uticaj Mg na rast grafitne faze

Spiralni rast grafita (brzina rasta manja od brzine

rasta austenitne faze

16

Slika 10. Rast kristala grafita

Nodularni liv

Teorija površinske napetosti

Uklanjanje otopljenog S u vidu MgS i povećanje

površinske napetosti

Rezultat povećanja površinske napetosti – nodula

stabilnija od lamelarnog grafita

Rast faze u smjeru a-ose i c-ose

Konične spirale sa zajedničkim centrom

17 Slika 11. Shematski prikaz

nastajanja koničnih spirala Slika 12. SEM snimak grafitne nodula

pri različitim povećanjima (2000 i 5000x)

Nodularni liv

Transformacije u čvrstom stanju/eutektoidne

transformacije

Grafitne nodule + metalna osnova

Metalna osnova – ferit + perlit

18

Slika 14. Eutektoidna transformacija

Nodularni liv

Grafitne nodule okružene feritom ostatak perlit (uobičajena

mikrostruktura)

Količina perlita ovisi od hemijskog sastava, brzine hlađenja,

debljine stijenke, nodularnosti i dr.

FeC-Si dijagram – trofazno područje eutektoidne transformacije

19

Slika 14. Shematski prikaz modela

eutektoidne transformacije u nodularnom livu

Nodularni liv

Uticaj hemijskog sastava na količinu

izlučenog perlita

Mn, Cu, Cr, Ni

Snižavaju temp. eutekt. transf.

Nukleacija perlita na granicama

austenitnih zrna

Nukleacija perlita na graničnim

površinama ferit/austenit i

grafit/austenit

Brzina rasta perlitne faze veća od

rasta feritne faze i dominira procesom

transformacije austenita

Sn, Sb-Postizanje potpune perlitne

strukture metalne osnove 20

Slika 15. Uticaj sadržaja bakra na krivu

hlađenja u eutektoidnom tem. intervalu

Nodularni liv

21

Povećanje: 1000x

Nodularni liv

22

Povećanje: 1000x

Nodularni liv

23

Povećanje: 1000x

Nodularni liv

Eutektoidna transformacija – difuzijski kontrolisan

proces - SAŽETAK

I faza – nastajanje ferita (stabilna faza koja nastaje

transformacijom austenita po dostizanju temperature

eutektoidne transformacije

II faza – nastajanje perlita (metastabilna faza

nastaje transformacijom austenita po dostizanju

temperature eutektoidne transformacije

24

Nodularni liv

Uticaj hemijskog sastava na osobine

Ugljik i Silicij Hendersenov dijagram

Više vrijednosti ugljika za tanje stijenke, niže vrijednosti za

deblje stijenke (problem flotacije grafita)

ć25

Slika 16. Hendersonov

dijagram

Nodularni liv

Silicij smanjuje topivost ugljika u austenitu i pospješuje difuziju

(feritizator), podiže temperaturu stabilne solidifikacije a snižava

temperaturu metastabilne solidifikacije

Proširuje trofazno područje eutektoidne transformacije

Uticaj Si na duktilne osobine (sa povećanjem sadržaja iznad

potrebne količine za nastajanje feritne metalne osnove utiče na

sniženje duktilnih svojstava odlivka)

26

Slika 17. Uticaj sadržaja Si na

duktilne osobine odlivka

Nodularni liv

Mangan

Snižava temperature stabilnog i

metastabilnog očvršćavanja

(pospješuje stvaranje odbjela)

Promovira stvaranje perlita

Izdvaja se u zadnje očvrsloj fazi

(opasnost od povećanja sadržaja na

granicama eutektičkih ćelija i

stvaranje karbida)

Proširuje austenitno područje i

smanjuje trofazno područje

eutektoidne transformacije

Stabilizuje austenit povećavajući

topivost ugljika

27

Slika 18. Uticaj sadržaja Si

i debljine stijenke na dopušteni

Sadržaj mangana

Nodularni liv

Sumpor

Snižava temerature stabilne i metastabilne solidifikacije

(pospješuje stvaranje odbjela)

Potreban nizak sadržaj S (troši Mg u reakciji Mg i S)

Optimalan sadržaj S u talini za dobijanje nodularnog

liva:0,008–0,015 %

Fosfor

Segregira na granicama zrna

Niskotopivi fosfidni eutektik

Krtost materijala

28 Slika 19 uticaj sadržaja fosfora i silicija

na duktilna svojstva

Nodularni liv

Magnezij

Obrada taline za proizvodnju nodularnog liva

Dezoksidira i odsumporava talinu

Ciljani sadržaj Mg u livu nakon obrade 0,030 – 0,050%

Suviše nizak ili suviše visok sadržaj magnezija rezultuje

nastajanjem nepravilnih oblika grafita

29

Slika 20. Nodularni liv

stanje prije nagrizanja