TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

FAKULTA STROJNÍ KATEDRA MATERIÁLU

Studijní program: B2341 Strojírenství Studijní obor: Materiály a technologie Zaměření: Materiálové inženýrství

Rozložení struktury v přesných litinových odlitcích litých na vytavitelný model

KMT – B – 209

JIŘÍ SUCHOMEL

Vedoucí práce: doc. Ing. Břetislav Skrbek, CSc Konzultant: Karel Policar, IEG Jihlava

Počet stran: 59

Počet tabulek: 21 Počet grafů: 2

Počet obrázků: 57

30. 4. 2013

Katedra materiálu Studijní rok: 2012/2013

ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE

Jméno a příjmení

Jiří SUCHOMEL

studijní program 2341 B Strojírenství

obor Materiály a technologie

zaměření Materiálové inženýrství

Ve smyslu zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách se Vám určuje bakalářská práce na téma:

1.

Rozložení struktury v přesných litinových odlitcích litých na vytavitelný model

Zásady pro vypracování:

(uveďte hlavní cíle bakalářské práce a doporučené metody pro vypracování)

1. Seznamte se s technologií přesného lití a s obecnými vztahy síly stěn a užitnými vlastnostmi litin, možnostmi jejich ovlivnění.

2. Prostudujte metody používané k sledování metalurgické kvality při lití – termická analýza, aktivita kyslíku, měření vodivosti a rychlosti zvuku.

3. Seznamte se s konkrétní výrobou slévárny přesného lití IEG Jihlava a proveďte experimentální měření na površích a v řezech vhodných odlitků v tenkých a silných stěnách, s extrémní pozicí na stromečku. Stanovte strukturu, tvrdost, vady, doporučené fyzikální vlastnosti.

4. Diskutujte výsledky měření. Formulujte poznatky a doporučení metody dle bodu 2.

ke zlepšení metalurgické kvality odlitků.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI | Fakulta strojní | Studentská 1402/2 | 461 17 Liberec 1 tel.: +420 485 353 116 | petr.loudai@tul.cz | www.fs.tul.cz | IČ: 467 47 885 | DIČ: CZ 467 47 885

Forma zpracování bakalářské práce:

- průvodní zpráva v rozsahu 25 - 40 stran - přílohy

Seznam literatury (uveďte doporučenou odbornou literaturu):

[1] PTÁČEK, L. a kol. Nauka o materiálu. 1. vydání. Nakladatelství CERM s. r. o.: Brno 1999. ISBN 80 – 7204 – 130 – 4.

[2] HAMPL Jiří. Hodnocení metalurgické kvality litin. Habilitační práce, VŠB Ostrava, 2009.

[3] Skrbek, B., Policar, K. : Problematics of material quality and precision casting manufacturing from c. iron with graphite by investment casting technology.

TRANSACTIONS of the VŠB – Technical University of Ostrava, 2009, Metallurgical Series No.2., LII., ISBN 978-80-248-1991-4.

[4] Skrbek, B. Problémy aplikace grafitických litin u vznětových motorů a nákladních vozů.

Habilitační práce s komentářem. Liberec 2000.

Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Břetislav Skrbek, CSc.

Konzultant bakalářské práce: Karel Policar, IEG Jihlava

L.S.

prof. Ing. Petr LOUDA, CSc. doc. Ing. Miroslav MALÝ, CSc.

vedoucí katedry děkan

V Liberci dne 05.09.2012

___________________________________________________________________________

Platnost zadání bakalářské práce je 15 měsíců od výše uvedeného data (v uvedené lhůtě je třeba podat přihlášku ke SZZ) .Termíny odevzdání bakalářské práce jsou určeny pro každý studijní rok a jsou uvedeny v harmonogramu výuky.

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

Datum: 30. 4. 2013

Poděkování

Chtěl bych poděkovat svému školiteli Doc. ing. Břetislavu Skrbkovi CSc. za odbornou pomoc a přátelský přístup a paní Čílové za cenné rady a pomoc při určování struktury jednotlivých zkoušených vzorků.

ANOTACE

Předmětem bakalářské práce je porovnat metalurgii litin litých do pískových forem a do skořepin ve firmě IEG Jihlava a z toho plynoucí rozdíly ve strukturách tenkých a silných stěn odlitků. Dále se v této práci zabýváme zkoumáním a experimentálním měřením na površích a v řezech vhodných odlitků v tenkých a silných stěnách. Jedná se o lití litiny s lupínkovým grafitem /šedá litina/ a o lití litiny s kuličkovým grafitem /tvárná litina/. Pomocí ultrazvukové strukturoskopie a naměřených hodnot…tloušťky stěn, měření zbytkového magnetismu a rychlosti zvuku a pomocí výpočtů určíme mechanické a fyzikální vlastnosti. Na závěr diskutujeme výsledky měření, formulujeme poznatky a doporučené metody ke zlepšení metalurgické kvality odlitků.

KLÍČOVÁ SLOVA:

Přesné lití, nedestruktivní strukturoskopie, metalurgická kvalita, litina

ANNOTATION

The subjekt of this thesis is to compare the metalurgy, of iron část in sand moulds and schells in the company IEG Jihlava and the resulting differences in the structures of thin and wall castings. This bachelor’s thesis deals with investigations and experimental measurements on surfaces and in sections of appropriate castings in thin and thick walls. It involves a decomposition of the structure in precision cast iron castings for a smeltable model. It involves the casting of iron with lamellar graphite (gray cast iron) and with spheroidal graphite (ductile iron). Using ultrasound structuroscopy and measured values, i.e. wall thickness, results residual magnetism and sound velocity and calculations we determine the mechanical and physical properties. Finally, we discuss the measurement results, and formulate the findings and recommended methods to improve the metallurgical quality of castings.

KEY WORDS:

Precision casting, non-destructive structuroscopy, metallurgical quality, cast irons

Obsah bakalářské práce

1. Úvod

2. Teoretická část

2.1 Litiny

2.1.1 Základní rozdělení litin………... 10

2.1.2 Litina s lupínkovým grafitem LLG……… 11

2.1.3 Litina s kuličkovým grafitem LKG……… 14

2.1.4 Kovová matrice v litinách………... 17

2.2 Technologie přesného lití na vytavitelný model

2.2.1 Popis technologie přesného lití………... 18

2.2.2 Přelévací metoda FLOTRET……….. 26

2.3 Metody používané ke sledování metalurgické kvality

2.3.1 Termická analýza………... 27

2.3.2 Aktivita kyslíku………. 27

2.3.3 Měření vodivosti……… 28

2.3.4 Měření rychlosti zvuku……….. 28

2.3.5 Defektoskopie……… 28

2.4 Slévárna přesného lití IEG Jihlava

2.4.1 Ukázka výrobků slévárny IEG………... 30

3. Praktická část

3.1 Přehled litin ve výrobním programu IEG

3.1.2 Přehled měřených vzorků / odlitků / z firmy IEG……….. 32

3.1.2 Měření rychlosti zvuku………. 34

3.1.3 Měření tvrdosti HV……… 35

3.1.4 Měření zbytkového magnetism Hr……….. 35

3.1.5 Výpočet na zakřivené ploše u vzorku č.21………. 36

3.1.6 Tabulka výsledků měření odlitků……… 38

3.1.7 Počáteční modul pružnosti Eo………. ... 39

3.1.8 Mez pevnosti v tahu Rm……….. 40

3.1.9 Metalografická struktura litin……….. 40

3.2 Ultrazvuková kontrola množství vyloučeného grafitu

3.2.1 Metalografický rozbor………. 41

3.2.2 Vybrané odlitky pro metalografický rozbor……… 42

3.2.3 Struktura měřených vzorků………. 43

3.3 Diskuse výsledků……… 48

3.3.1 Tvrdost a pevnost v odlitcích……….. 48

3.3.2 Zbytkový magnetismus………53

3.3.3 Rychlost zvuku a tvar grafitu………... 55

4. Závěr

5. Seznam použité literatury

9

2. Úvod

Předmětem bakalářské práce je nahlédnout do vztahu struktury a vybraných fyzikálních vlastností k průtočnosti a tloušťce stěn přesných litinových odlitků litých na vytavitelný model. Určení těchto vztahů je výhodné, pokud chceme předpovídat strukturu výrobků či polotovarů, aniž by bylo nutné odlitky poškodit.

Vztah struktury k průtočnosti a tloušťce stěn do písku litých litinových odlitků je znám.

Obecně se promítá v normách ČSN i EN. Slévárenská technologie lití na vytavitelný model však připravuje ve stěnách litinovým odlitkům naprosto odlišné podmínky chladnutí, krystalizace. Konstruktéři při predikci užitných vlastností ve stěnách odlitků litých na vytavitelný model dle ČSN a EN by se pravděpodobně dopustili nepřípustných chyb.

Měření vybraných odlitků probíhalo vždy nejméně na dvou místech - v místě stěny při vtoku a nejtenčí stěně na vhodných odlitcích z litin s kuličkovým a lupínkovým grafitem, které byly odlity ve slévárně IEG .

Nedestruktivní testování míst spočívalo v měření tvrdosti HV, mechanické L a ultrazvukové tloušťky Lu, měření zbytkového magnetického pole Hr přístrojem DOMENA B3. Od práce kategorie bakalářské nelze očekávat vyčerpávající komplexní výsledky. Naznačuje pouze cestu dalšímu podrobnějšímu výzkumu predikce vlastností přesných litinových odlitků.

10

3. Teoretická část

2.1 Litiny

Litiny jsou slitiny Fe s C a některými dalšími prvky /křemík, mangan, fosfor, síra, atd./, kdy obsah C je větší než 2,11%C. Konkrétní obsah prvků je závislý na druhu litiny.

Používají se převážně pro konstrukční účely. Spojují v sobě úměrnou cenu, dobré technologické vlastnosti a vyhovující mechanické vlastnosti. Ve srovnání s ocelemi mají asi o 8% nižší měrnou hmotnost, lepší obrobitelnost, třecí vlastnosti, menší citlivost na vruby.

Hlavní přísadou litiny je křemík Si.

2.1.1 Základní rozdělení litin

Bílé litiny-zde je uhlík C chemicky vázán jako karbid železa Fe3C, struktura je tvořena směsí cementitu a perlitu. Jsou velmi tvrdé a odolné proti opotřebení, ale křehké, velmi špatně obrobitelné /pouze broušení/. Dříve byla bílá litina základem pro výrobu temperované litiny. V dnešní době se již temperovaná litina moc nepoužívá. Temperování je dlouhodobé žíhání odlitků, jehož účelem je rozklad ledeburického cementitu bílé litiny na železo a grafit. Vyloučený grafit má tvar nepravidelných zrn /zvaný temperovaný grafit vločkový grafit/ jejichž účinek je podobný účinku zrn v tvárné litině /litina s kuličkovým grafitem /. V bakalářské práci již o této litině nebude zmíňka, neboť zkoušky a měření struktur litin byl proveden na tzv. grafitických litinách LLG a LKG.

Grafitické litiny-zde je uhlík C vyloučen jako grafit. Tento grafit se může v grafitických litinách vyskytovat jako lupínkový, kuličkový, červíkový, nedokonale nebo pravidelně zrnitý. Hodnotí se rovněž velikost a rozložení části grafitu. Přítomnosti grafitu v základní kovové hmotě litiny se snižuje efektivní nosný průřez odlitku. Při namáhání odlitku dochází ke vzniku místních koncentrací napětí, jehož špičky mohou /podle geometrie částice/ 10x až 20x převýšit hodnotu jmenovitého napětí. Nejsilněji se vrubový účinek projevuje LLG /šedá litina/, kde je grafit vyloučen ve tvaru hrubých lupínků. Nejvýhodnější grafit zrnitý /kuličkový/ v LKG /tvárná litina/. Grafitické litiny mají nízkou výrobní cenu a dobré technologické vlastnosti. Tavitelnost litin je velmi dobrá, teplotu tání kolem 1147st.C.

11

Také je velmi dobrá zabíhavost, lze odlévat odlitky s tloušťkou stěny několik mm. Smrštění v tuhém stavu je 1%.

2.1.2 Litina s lupínkovým grafitem LLG

Dříve také známá pod názvem šedá litina. Značení podle ČSN 42 24XX-poslední dvojčíslí udává min. pevnost v tahu. Chemické složení: 2,8-3,6% uhlíku C, 1,4-2,8% křemíku Si, /0,5-1% manganu Mn, 0,2-0.6% fosforu P, max. síra S=0,15%. Vyrábí se v kuplovnách přetavováním surového železa, vratného materiálu ze sléváren. Jako palivo slouží slévárenský koks.

Přehled značení litin LLG dle EN a ekvivalent v litinách normalizovaných v ČR.

Tab.1-značení litin LLG (šedá litina)

Značky a čísla litin podle EN Značky litin normalizovaných v ČR

Značka Číslo

EN-GJL-100 EN-JL1010 ČSN 42 2410

EN-GJL-150 EN-JL1020 ČSN 42 2415

EN-GJL-200 EN-JL1030 ČSN 42 2420

EN-GJL-250 EN-JL1040 ČSN 42 2425

EN-GJL-300 EN-JL1050 ČSN 42 2430

EN-GJL-350 EN-JL1060 ČSN 42 2435

Použití a mechanické vlastnosti LLG

- Litiny pro běžné použití (typu EN GJL-100 a EN GJL-150), jsou vhodné na tenkostěnné odlitky s tloušťkou stěny od 4 do 30 mm, nebo na odlitky, u kterých se nepožaduje záruka mechanických vlastností.

- Litiny se zaručenými mechanickými vlastnostmi (typu EN GJL-200 a EN GJL- 250) jsou obvykle očkované 75% ferosiliciem. Je u nich záruka pevnosti v tahu a tvrdosti.

- Litiny s vysokou pevností, označují se jako jakostní litiny (typu EN GJL-300 a EN GJL-350), používají se na velká ozubená kola, pastorky, armatury, stojany atd.

12

Litina s lupínkovým grafitem má ve struktuře lupínkový (lamelární) grafit. Kromě grafitu i kovovou matrici, která obsahuje ferit, perlit nebo jejich směs. Mechanické vlastnosti LLG jsou ovlivněny kromě tvaru, velikosti a množství grafitu, především složením a rychlosti ochlazování. Tyto dva faktory určují zejména konečnou podobu matrice litiny (podíl feritu a perlitu, nebo vznik ledeburitu. Litina LLG má díky svému tvaru grafitu nejhorší plastické vlastnosti (téměř žádnou tažnost) v porovnání s ostatními litinami. Způsobuje to vysoká koncentrace napětí, která se hromadí na ostrých hranách lupínků. Na druhé straně se lupínky grafitu projevují pozitivně ve struktuře zvýšením schopnosti útlumu a tím snížením citlivosti na účinek vrubů. Protože grafit je téměř spojitý rozvětvený útvar, projevuje se kladně na slévárenských vlastnostech jako je zabíhavost s relativně malým sklonem k smršťování. Mají také lepší tepelnou vodivost než oceli. Kromě tvaru grafitu je také velmi důležitá velikost grafitických částic. Čím více máme částic a jsou menší, tím se zvyšuje pevnost litiny. Ke zlepšení pevnostních charakteristik používáme tzv. očkování litin tj. technologická operace, při které se do tekutého kovu vnáší malé množství vhodně zvolené substance (očkovadla) a tím se zvýší množství krystalizačních zárodků určité fáze-počet krystalizačních zárodků grafitu.

Metoda výroby LLG a její chemické složení jsou ponechány volbě výrobce, který musí zajistit, aby materiál předepsaný v objednávce vyhovoval požadavkům této normy.

Objednávka by měla jednoznačně specifikovat, zda je charakteristickou vlastností buď pevnost v tahu naměřená na odděleném litém zkušebním kusu nebo tvrdost podle Brinela naměřená na odlitku.

Měření tvrdosti může být provedeno na odděleně litých zkušebních kusech. Zkušební kusy musí být vyrobeny z kovu použitého k výrobě příslušných odlitků a odlity během odlévání odlitků. Měření tvrdosti může být také alternativně provedeno po dohodě mezi výrobcem a odběratelem na zkušebním tělese. Poloha tělesa a jeho rozměry a tvar musí být dohodnuty mezi výrobcem a odběratelem při přijímání objednávky.

Pro měření tvrdosti podle Brinella se těleso odřízne od odlitku, řezná plocha se zbrousí a pak se na zbroušené ploše provede měření. V případě požadavku se měření tvrdosti provádí na dohodnutém místě odlitku v souladu s požadavky EN 10003-1.

13

Tabulka pevnosti v tahu v závislosti na tloušťce stěny. [4]

Tab. 2- předpokládaná pevnost v tahu litin s lupínkovým grafitem (šedá litina) v odlitku dle EN platných v r.2012

Značky a čísla litin podle EN Směrodatná tloušťka stěny (mm) Pevnost v tahu Rm (MPa)

EN-GJL-100 EN-JL1010 5 - 40 -

EN-GJL-150 EN-JL1020

2,5 – 5 5 – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 80 80 – 150

180 155 130 110 95 80

EN-GJL-200 EN-JL1030

2,5 – 5 5 – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 80 80 - 150

230 205 180 155 130 115

EN-GJL-250 EN-JL1040

5 – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 80 80 - 150

250 225 195 170 155 EN-GJL-300 EN-JL1050

10 – 20 20 – 40 40 – 80 80 - 150

270 240 210 195 EN-GJL-350 EN-JL1060

10 – 20 20 – 40 40 – 80 80 - 150

315 280 250 225

Chemické složení – hlavními legujícími prvky jsou vanad, chrom, molybden, měď, nikl, popř. hliník, titan. Některé z těchto prvků jsou karbidotvorné (V,Cr) a musíme dávat pozor na množství přísady, aby nedošlo ke vzniku ledeburitu ve struktuře. Tyto prvky musí být omezeny nebo kompenzovány prvky grafitotvornými (Cu, Ni).

Litiny s jemnozrnným perlitem mají nejlepší mechanické vlastnosti. Obsah perlitu a jeho disperzita je závislá nejen na legování, ale hlavně na rychlosti ochlazování. Čím je vyšší rychlost ochlazování, tím je větší podíl s jemnozrnnější strukturou.

14

Tabulka (jakostí litin podle HB) tvrdosti v závislosti na tloušťce stěny. [4]

Tab.3-tvrdost podle Brinella u litin s lupínkovým grafitem (šedá litina)

Značky a čísla litin podle EN Směrodatná tloušťka stěny (mm)

Tvrdost podle Brinella (HB)

min. max.

EN-GJL-HB155 EN-JL1010

2,5 – 5 5 – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 80

–

210 185 170 165 155

EN-GJL-HB175 EN-JL1020

2,5 – 5 5 – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 80;

170 140 125 110 100

260 225 205 185 175

EN-GJL-HB195 EN-JL1030

4 – 5 5 – 10 10 – 20 20 – 40 40 – 80

190 170 150 135 120

275 260 230 210 195 EN-GJL-HB215 EN-JL1040

5 – 10 10 – 20 20 – 40 40 -80

200 180 160 145

275 255 235 215 EN-GJL-HB235 EN-JL1050

10 – 20 20 – 40 40 – 80

200 180 165

275 255 235 EN-GJL-HB255 EN-JL1060 20 – 40

40 – 80

200 185

275 255

2.1.3 Litina s kuličkovým grafitem LKG

Dříve známá pod názvem tvárná litina obsahuje ve struktuře grafit vyloučený v podobě kuliček, dále matrici se strukturou perlitickou se směsi perlitu a feritu a se strukturou čistě feritickou. Značení podle ČSN 42 23XX-poslední dvojčíslí udává min.

pevnost v tahu. Chemické složení těchto litin se pohybuje okolo 3,2 až 4,2% C, 1,5 až 4% Si, 0,4 až 0,8% Mn, pod 0,1% P, pod 0,02% S.

15

Přehled značení litin LKG dle EN a ekvivalent v litinách normalizovaných v ČR. [5]

Tab. 4- značení litin LKG (tvárná litina)

Značky a čísla litin podle EN Značky litin

normalizovaných v ČR

Značka Číslo

EN-GJS-350-22 EN-JS1010 ČSN 42 2303

EN-GJS-400-15 EN-JS1030 ČSN 42 2304

EN-GJS-400-18 EN-JS1020 ČSN 42 2314

EN-GJS-500-7 EN-JS1050 ČSN 42 2305

EN-GJS-600-3 EN-JS1060 ČSN 42 2306

EN-GJS-700-2 EN-JS1070 ČSN 42 2307

EN-GJS-800-2 EN-JS1080 ČSN 42 2308

Částice grafitu ve formě kuliček jsou složité polykrystaly. Existuje několik teorií, jak litina s kuličkovým grafitem krystalizuje. Tou nejznámější je přidávání látek do tekutého kovu, které zvyšují povrchové napětí na rozhraní grafit-tavenina a vyvolávají tak krystalizaci do tvaru s nejmenším povrchem (koule). Z toho plyne, že aby vznikl kuličkový grafit, nestačí jen železo, uhlík a křemík, ale musí se do taveniny dodávat skupina prvků, které ovlivňují růst zárodků do požadovaného tvaru. Tato technologie se nazývá modifikování a látka, kterou modifikujeme, je modifikátor. Ty jsou nejčastěji na bázi hořčíku. Hořčík však zvyšuje stabilitu karbidů, proto je nutné, aby po modifikaci následovalo grafitizační očkování.

Modifikátor (Mg a jeho slitiny) se vnáší do tekutého kovu nejrůznějšími metodami např.

metodou přelévací v otevřené pánvi, ponornou metodou, nebo průtokovými metodami modifikování čistým hořčíkem v konventoru. Za minimální obsah Mg, který je potřeba na vznik kuličkového grafitu se považuje 0,02%, když je hořčík použitý samotný.

Někdy po chybách v modifikaci, po nesprávných ochlazovacích rychlostech může dojít ke vzniku odchylek od kulovitého tvaru grafitu. Mohou vzniknout tyto tvary grafitu:

- Červíkovitý (vermikulární) grafit, vzniká v litině po nedostatečné modifikaci, např.

při malém množství modifikační přísady.

16

- Rozpadnutý, explodovaný grafit se může vyskytnout při velmi pomalých ochlazovacích rychlostech.

- Lupínkový mezibuňkový grafit…prvky podporující vylučování tohoto grafitu segredují do naposled tuhnoucích míst ve kterých dosahují vysokou koncentraci.

Nejčastěji k tomu dochází ve velcích odlitcích.

- Chunky grafit se tvoří uvnitř buněk, přičemž buňkové hranice mohou obsahovat i kvalitní kuličkový grafit. Není ovlivněn jedním faktorem, ale jejich kombinací.

Nejčastěji k němu dochází při nízkých ochlazovacích rychlostech (velká tloušťka stěny odlitku.

Použití a mechanické vlastnosti:

Vlastnosti litiny s kuličkovým grafitem závisí na množství, velikosti a druhu grafitu (dokonale a částečně zrnitý) a od složení základní matrice (poměr mezi feritem a perlitem). Množství a velikost grafitu závisí u nelegovaných litin na množství uhlíku, křemíku a manganu, dále na rychlosti ochlazování (tloušťka stěny, materiál formy).

V porovnání s litinami s lupínkovým grafitem má litina LKG větší pevnost, modul pružnosti, tvrdost (perlitické matrice), tažnost a nárazovou práci (feritická matrice).

Tyto litiny se legují převážně proto, abychom zlepšili konkrétní mechanické vlastnosti, zvýšila odolnost vůči oxidaci a byla spolehlivě dosažena požadovaná struktura v litém stavu, popř. po tepelném zpracování.

ADI litiny-max. pevnost (struktura perlitická, sorbitická či bainitická) je doporučeno legovat mědí Cu a to od 1 do 1,5%, nebo cinem Sn do 0,1% a také provést tepelné zpracování tzv. izotermické zušlechťování na bainit.

Patří sem např: EN-GJS-800-8- mez pevnosti v tahu…800MPa, tvrdost 260-320HB

EN-GJS-1000-5- mez pevnosti v tahu..1000MPa, tvrdost 300-360HB EN-GJS-1200-2- mez pevnosti v tahu..1200MPa, tvrdost 340-440HB EN-GJS-1400-1- mez pevnosti v tahu..1400MPa, tvrdost 380-480HB

17

Tab. 5- Vlastnosti litiny s kuličkovým grafitem (tvárná litina) [5]

Značka EN

ČSN Charakteristika Tloušťka stěny (mm)

Rm min.

(MPa) HB max.

GJS350-22

42 2303 Feritická 5 až 100 mm 370 184

GJS400-15

42 2304 Feritická 5 až 100 mm 400 204

GJS600-3 42 2306

Perliticko-

feritická 5 až 100 mm 600 270

GJS700-2

42 2307 Perlitická 5 až 75 mm 700 300

GJS800-2 42 2308

Perliticko-

sorbitická 5 až 75 mm 800 348

2.1.4 Kovová matrice v litinách

Struktura základní kovové hmoty závisí na: (chemickém složení, rychlosti ochlazování v průběhu tuhnutí a chladnutí, závisí na tloušťce stěny odlitku a materiálu formy, stavu krystalizačních zárodků, tepelném zpracování.

Základní kovovou hmotu tvoří v nelegovaných litinách ferit, perlit, případně ledeburit.

Legováním nebo tepelným zpracováním lze získat matrici, která obsahuje austenit, martenzit, bainit, nebo komplexní karbidy.

Ferit – je měkký, tvárný, dobře obrobitelný, v litinách je nositelem houževnatosti.

Všechny přísady zvyšují tvrdost a pevnost feritu.

Perlit – je eutektoid vzniklý rozpadem austenitu podle metastabilního systému. Jeho vznik podporuje měď. Ve srovnání s feritem má vyšší pevnost a tvrdost, horší plastické vlastnosti, horší obrobitelnost, vyšší odolnost proti opotřebení. V litinách je nositelem pevnosti a tvrdosti. Čím hustější je perlit, tím vyšší jsou jeho mechanické vlastnosti.

Austenit – je měkký a tvárný, odolný vůči korozi a proti působení vysokých teplot. Za normálních teplot se vyskytuje pouze v niklem legovaných litinách nebo jako zbytkový austenit po tepelném zpracování.

18

Cementit – u nelegovaných ocelí tvořen karbidem železa Fe3C, V legovaných litinách můžou být atomy Fe nahrazeny Mn, Cr, W, V, nebo Mo. Je velmi tvrdý a křehký. Při vyšším obsahu ve struktuře se litina stává neobrobitelnou.

Ledeburit – je eutektikum v metastabilní soustavě Fe-Fe3C. Je tvořeno austenitem a ledeburickým cementitem. Je jednou ze základních složek bílých litin. V grafitických litinách vzniká v místech s rychlým odvodem tepla, kterým se říká zákalka.

Martenzit – vzniká bezdifúzním rozpadem austenitu při kalení nelegovaných nebo legovaných litin. V legovaných litinách vzniká někdy přímo v litém stavu. Je velmi tvrdý a křehký.

Bainit – vzniká jako struktura v litinách legovaných zejména molybdenem Mo, a niklem Ni nebo po tepelném zpracování. Tyto litiny mají vysokou pevnost a tvrdost a poměrně dobré plastické vlastnosti.

2.2 Technologie přesného lití na vytavitelný model

Metoda vytavitelného modelu, také “LOST WAX”zastává klíčovou pozici na poli moderních technologií lití kovů. Lze ji začlenit mezi technologie-produkty blízké hotovým výrobkům.

Při výrobě se stale prosazují vyšší požadavky na jakost, kvalitu povrchu, rozměrovou přesnost, vnitřní čistotu, vyšší funkční parametry a to vše při silném tlaku na výrobní náklady.

Tato metoda patří mezi progresivní způsoby, jež při efektivním uplatnění umožňuje podstatné úspory material a snižuje použití dokončovacích výrobních operací. Používá se hlavně tam, kde se zřetelem na složitý tvar a obtížně obrobitelný material je výroba součásti jinou technologií mimořádně nákladná, nebo dokonce nemožná.

2.2.1 Popis technologie přesného lití

Výrobní proces je rozdělen :

-Výroba forem na modely, - výroba voskových modelů, - sestavování modelů do stromečků, -výroba skořepin, namáčení voskových modelů do keramické břečky, posypání voskových modelů žáruvzdorným materiálem, - vytavování voskových modelů, -vypalování skořepin, - tavení a odlévání, - dokončovací operace (odstraňování keramiky,oddělování odlitků z vtokové soustavy, řezání, oddělování vtoků z odlitků, tryskání, broušení, kontrola)

19

Jednotlivé fáze jdou takto za sebou a nelze je přeskakovat nebo zaměňovat.

Výroba forem na modely:

Obr 1. – Výroba forem na modely

Hlavním předpokladem pro výrobu přesného odlitku je přesný model s dokonalým povrchem a přesně dodrženými rozměry. Pro takový přesný model je potřeba velmi přesně vyrobená forma. Tvar dutiny je shodný s budoucím tvarem součástky. Modelové zařízení je velmi důležitým faktorem mezi výrobcem a jeho zákazníkem

Nejvíce se používají formy vyráběné obráběním, jsou vhodné pro velkosériovou produkci a dlouhou životnost a pro výrobu odlitků vyžadující nejvyšší přesnost. Používá se hlavně ocel a slitiny Al.mu IEG Jihlava vyrábí tyto formy 5firem z ČR. Tyto formy se převážně vyrábějí na CNC strojích.

Výroba voskových modelů:

Obr. 2. – Výroba voskových modelů

Směsi pro výrobu voskových modelů dělíme na: měkké vosky – směs přírodních vosků ( většinou parafin , stearin ) doplněná o montážní vosk pro zvýšení tvrdosti směsi.

tvrdé vosky: sloučeniny více komponentů jako syntetický vosk, syntetické uhlovodíky, vosk-estery, syntetické –pryskyřice a organická plniva.

IEG Jihlava používá vosk vlastního složení.

20

Sestavování modelů do stromečků:

Modely se vyrábějí ve formách většinou po jednotlivých kusech a pak se musí připojit na vtokovou, popř. rozváděcí soustavu.

- Sestavy jednotlivých modelů, sestavy modelů do stromečků.

Obr. 3. - Sestavování modelů do stromečku

Stromeček se skládá z většího počtu modelů, spojených jednotlivými vtoky s vtokovou soustavou buď lepením, nebo pájením. Při lepení se používá pistole, které ke spojení modelu a vtokového systému používá roztavené lepidlo, které je nanášeno na stykové plochy, nebo namáčení vtoku modelu přímo do roztaveného lepidla.

Při pájení ( používáno v IEG jsou modely lepeny na vtokové nebo rozváděcí soustavy za pomocí elektrické odporové pájky s plochým hrotem. )

Z hlediska obalování mají být modely na stromečku přilepeny dutinami dolů. Obalová hmota musí stékat, aby nedocházelo ke zvětšování tloušťky obalu v dutinách, která ovlivňuje nepříznivě posunutí tepelné osy následkem nahromadění žhavé keramiky.

Výroba skořepin a namáčení voskových modelů:

Obr. 4. – Výroba skořepin – namáčení voskových modelů do keramické břečky

21

Keramická skořepina dává této metodě možnost vyrábět širokou škálu odlitků a dá se použít k výrobě velkého výběru slitin. Voskové směsi mají vysoký koeficient tepelné roztažnosti, zatímco keramika má nízký koeficient roztažnosti. Hodnota koeficientu tepelné roztažnosti slitiny je uprostřed mezi voskem a keramikou. Tyto rozdíly vytváří ve výrobě odlitků nerovnováhu, kterou je potřeba kontrolovat.

- Formovací hmoty pro výrobu skořepin se obecně skládají z plniva a pojiva.

Základní vlastností keramických skořepin - plniva jsou dány charakterem žáruvzdorné materiálové obalové hmoty, méně již kapalným pojivem. Základem keramických pojiv je koloidní roztok křemíku buďto v lihu ( alkosol ), nebo ve vodě ( hydrosol ). IEG používá alkosol.

Posypávání voskových modelů:

Obr. 5.– Výroba skořepin – posypávání voskových modelů žáruvzdorným materiálem

Obalováním modelových stromečků spočívá v opakovaném namáčení modelových stromečků do obalové hmoty, posypávání žáruvzdorným materiálem o vhodné zrnitosti a sušení jednotlivých obalů. Tento cyklus se opakuje několikrát, dokud nemá obal požadovanou tloušťku. IEG Jihlava používá pro obalování mechanizovanou linku vlastní konstrukce.

Vytavování voskové hmoty ze skořepin:

Obr. 6. – Vytavování voskových modelů

Ohřev vosku musí být proto rychlý, aby se zamezilo rozměrové dilataci modelu, která by způsobovala praskání skořepin.

22

Vytavování voskových modelů lze provést - za vysoké teploty v peci 900 až 1000st.C takže se spojí vytavení vosku s vypálením skořepiny.

Vypalování skořepin:.

Obr. 7. – Vypalování skořepin

Je potřebné keramické formy před odléváním vypálit. Pak jsou teprve formy schopny odolávat velmi vysokým teplotám.

Důvody pro vypalování forem před odléváním:

- Odstranění zbytků voskových mat. a těkavých látek zbylých po vytavování - Zhutnění struktury keramiky-dosažení potřebné pevnosti skořepiny

- Předehřátí formy před litím na stanovenou teplotu.

Minimální teplota při vypalování by měla být 500st.C. nejlépe kolem 800st.C.

k rychlému odstranění zbytků. U plynových pecí je problém dodržení přijatelné atmosféry kyslíku při vyšších vypalovacích teplotách. Používá se dvoufázového vypalovacího procesu…při nižší teplotě odstranit zbytky, ochladit a znovu ohřát na vyšší teplotu požadovanou pro odlévání. Při druhém vypalování není vyžadována okysličovací atmosféra a může proběhnout v jednoduché peci. Vypalování na dvakrát / s ochlazováním/ má výhodu v možné visuální kontrole skořepiny, pro kontrolu prasklin se používá kapilární barevná metoda

Trhliny mohou zůstat po vytavení vosku a po prvním vypálení se mohou otevřít. A po odlití způsobit trhliny na odlitku.

Většinou se vypalují formy při teplotách 950st.C. pro dosažení inertnosti a vysoké stability.

Ovšem při vypalování okolo 1500st.C. se používá v procesu usměrného tuhnutí, kde

23

roztavený kov musí zůstat po určitou dobu tekutý. Použití keramiky je na základě křemičitanů omezeno teplotou 1550st.C, která se blíží bodu tavení křemičitanu. Žíhání skořepin ve firmě IEG Jihlava, používají se vozokomorové pece ZEZ Praha /závody el. zařízení/.

Tavení a odlévání:

Obr. 8. – Tavení a odlévání

Je to jeden z nejdůležitějších procesů celé technologie. Odlévá se většinou hned do žhavých skořepin, bezprostředně po vytažení z vypalovací /žíhací/ pece. Tím se zmenší teplotní šok při lití a omezí se vznik vnitřních pnutím skořepinách a sníží se nebezpečné praskání. Nejvíce se ve slévárnách používají el. indukční pece, nebo vakuové pece pro odlévání slitin s nejvyššími požadavky. Ve firmě IEG Jihlava se používají indukční pece ISTOL, tyristorové zdroje firmy Indukce sro. Nelegované oceli a tvárná a šedá litina jsou odlévány v peci s kyselou vyzdívkou firmy EKW. Legované oceli jsou taveny v peci s neutrální vyzdívkou firmy LUSIMA-LUNGMS. Z taveniny vezmou taviči před- vzorek…chemický rozbor před-vzorku. Po odlití tavby dělá závěrečný rozbor kontrola.Před litím se do žhavých skořepin většinou vkládají keramické filtry předehřáté na teplotu skořepiny. Ve vakuových pecích se odlévají zejména vysokolegované materiály.

Tavení a odlévání v IEG:

Základní vsázkou pro výrobu LLG a LKG je ve firmě IEG používáno surové železo PIG NOD o směrném chemickém složení C 4,2-4,6%, Mn pod 0,2%, Si 0,2-0,3%. Další součástí vsázky je vratný ocelový odpad a vratný materiál z příslušného druhu litiny. Jako perlitotvorný prvek se do litin LLG a LKG používá měď.

Litina s kuličkovým grafitem /tvárná litina/ je vyráběna přelévací metodou systém FLOTRET s očkováním do proudu kovu.

24

Dokončovací operace:

Jsou jedny z nejpracnějších operací v technologii přesného lití na vytavitelný model.

Dokončovací operace je následné:

- Odstranění keramické skořepiny, většinou mechanicky, odstranění odlitků z vtokové soustavy, odstranění zbytků keramiky (mechanicky nebo chemicky).

odstranění vtoků odlitků, tryskáni, popř. broušení a leštění.

- . Dle požadavků odběratelů se provádí rovnání a kalibrování za studena.

Obr. 9. – Dokončovací operace

25

Obr. 10- Princip technologie vytavitelného modelu

26

2.2.2 Přelévací metoda, systém FLOTRET

Teplota taveniny v indukční peci před modifikací je 1500-1510st.C. Licí teplota po modifikaci je 1300-1370st.C v závislosti na hmotnosti odlitku. Vzniká zde nepřímá úměra, že čím je těžší odlitek, tím je nižší licí teplota.

Princip přelévací metody FLOTRET ve firmě IEG:

Obr. 11. – Přelévací metoda FLOTRET

Jako modifikátor se ve firmě IEG používá Fe Si Mg522 a očkovadlo SL Ba841.

Technologie modifikování litin je vysvětleno v teoretické části o litinách s kuličkovým grafitem. (2.1.3)

2.3 Metody používané ke sledování metalurgické kvality lití litin

Se vsázkovým materiálem se mohou dostat do taveniny také škodlivé prvky, které ztěžují nebo dokonce znemožňují vznik kuličkového grafitu. Typické rušivé prvky jsou olovo, arsen, antimon, chrom, síra, fosfor, titan. Obsah těchto prvků ve vsázkových surovinách je proto třeba pečlivě kontrolovat. V případě, že obsah síry ve výchozí tavenině (tavenina před modifikací) pro zvolený druh modifikace je příliš vysoký, musí být tavenina odsířena.

27

Obsah síry při použití modifikace předslitinou nesmí být vyšší než 0,025%. Tavenina je modifikována buď předslitinou (Fe Si Mg) nebo kovovým hořčíkem. Obsah hořčíku v odlitcích leží mezi 0,030-0.060%. Modifikovaná tavenina je potom odlévána do slévárenských forem. Vlastnosti taveniny jsou před nebo během lití optimalizovány očkováním. Očkování ovlivňuje kvalitu a množství krystalizačních zárodků v tavenině a příznivě působí na vznik kuličkového grafitu. S ohledem na vznik vad odlitků musí být brány v úvahu všechny možné variace a okolnosti zahrnující tavení, zpracování modifikátorem, očkování, odlévání, licí teploty apod. Ke sledování metalurgické kvality lití se používají tyto metody.

2.3.1 Termická analýza

Termická analýza využívá telurem natřené kelímky a je použitelná pro stanovení uhlíkového ekvivalentu % uhlíku a % křemíku. Avšak nic nevypovídá o tom, jak tavenina ztuhne po odlití do formy. Precipitace grafitu z taveniny a ne chemické složení je faktor, který z velké míry určuje chování taveniny.

2.3.2 Aktivita kyslíku

Obsah kyslíku v tavenině se vyjadřuje buď hodnotou aktivity nebo jako kyslík vázaný na oxidy. Aktivita kyslíku ovlivňuje chemické složení krystalizačních zárodků grafitu a tím i způsob jeho růstu z taveniny. Rozpustnost kyslíku v litině při pokojové teplotě je velmi malá a proto je možno považovat kyslík vázaný na oxidy jako kyslík celkový. Zvláště důležitou roli hraje atmosférický kyslík při metalurgických pochodech. Se vzrůstající teplotou ohřevu roztavené litiny za přítomnosti kyslíku vzrůstá v tavenině jeho obsah. Naopak platí, že tatáž tavenina při chladnutí rozpuštěný kyslík vylučuje, neboť s poklesem teploty rozpustnost kyslíku klesá. V tavenině je kyslík pravděpodobně vázán pouze se železem a nikoliv již s dalšími v tavenině obsaženými legujícími prvky. (např. Si, Mn, Al), které však v závislosti na teplotě a obsahu mohou rozkládat oxid železa (např. SiO2, MnO, Al2O3). Podle výsledků různých měření nebyl mezi celkovým obsahem kyslíku a teplotou tavení nalezen žádný vztah.

28

2.3.3 Měření vodivosti

Tepelná vodivost je schopnost přenášet kinetickou energii neuspořádaného pohybu mezi atomi nebo molekulami, tedy bez přenosu hmoty. Hodnoty tepelné a elektrické vodivosti jsou v litinách LLG a litinách LKG značně ovlivněny morfologií grafitu. Vodivost v litinách s lupínkovým grafitem je v důsledku částečné spojitosti grafitových lupínků vyšší než v litinách s kuličkovým grafitem. V důsledku vlivem lupínků grafitu na vodivost hraje u nich též roli jejich podíl oproti zrnitému grafitu. Elektrický měrný odpor LKG je v důsledku rozložení grafitových zrn nižší než u LLG. Primárním prvkem který ovlivňuje elektrický měrný odpor je křemík a nikl. Oba zvyšují odpor LKG za pokojové teploty. Se stoupající teplotou elektrický odpor roste.

2.3.4 Měření rychlosti zvuku

Parametry grafitu (tvar a velikost současně) dobře popisují akustické vlastnosti grafitických litin. Ultrazvuková diagnostika ve slévárenství nalézá uplatnění v oblasti strukturoskopie pro hodnocení podílu strukturních složek a v defektoskopii vad. Přímé šíření akustické vlny litinou je po několika odrazech od útvarů grafitu vyčerpáno a rozptýleno.

Velikost dráhy akustické vlny matricí závisí na labyrintu grafitických útvarů. Čím více útvary matrici oslabují (čím jsou štíhlejší) tím větší je hodnota akustické dráhy Lu ve srovnání s přímou dráhou (tloušťkou prozvučené stěny L). Rychlost zvuku tak klesá. Litiny mají široké rozmezí rychlostí od 3500 do 5600 (m/s) a to je způsobené množstvím a tvarem grafitu.

Jednotlivé měření ultrazvukem bude popsáno v praktické části této práce na vybraných vzorcích z firmy IEG. Kontrola účinku modifikace ultrazvukem měřením rychlosti zvuku na zvlášť odlitém vzorku ve tvaru klínku byla vyvinuta a uplatňována v IEG.

2.3.5 Defektoskopie

Je to nauka, která využívá fyzikální principy k podání informací o vnitřním stavu materiálu. Ve strojírenské výrobě mají defektoskopické zkoušky tzv. zkoušky bez porušení materiálu největší význam. Zjišťují skryté povrchové i vnitřní vady, které porušují celistvost materiálu. Hlavní význam těchto zkoušek je v odhalení a zjištění skrytých vad již během výrobního procesu před dalšími výrobními operacemi. Pro expedici vnitřně zdravých odlitků musí slévárny aplikovat radiografické (označeno RT) nebo ultrazvuk. (UT) metody kontroly.

29

2.4 Slévárna přesného lití IEG Jihlava

Firma IEG Jihlava datuje svůj vznik od roku 1957, jako součást výroby dílců pro mateřskou firmu Motorpal s.p. Důvodem zavedení této technologie-lití na vytavitelný model bylo snížení pracnosti a ceny vyráběných dílců pro vstřikovací čerpadla naftových motorů, jež jsou finálním výrobkem této firmy. V roce 1993 byla (z důvodu ukončení výroby u některých dodavatelů klasických odlitků) zavedena výroba tvárné litiny metodou FLOTRET. V roce 2003 slévárnu odkupuje strategický investor Transa, s.r.o. člen světové skupiny SUN OIL- SUNOCO. Současný stav ve firmě IEG je 32 zaměstnanců, firma vlastní certifikace 9001, a 14001- životní prostředí. Kapacita slévárny je 150t/rok.

Okruh zákazníků: Automobilový průmysl, textilní průmysl, zemědělské stroje, transportní a skladovací zařízení, nářadí apod.

Odlévané materiály: Převážně litiny, LLG, LKG, v menší míře uhlíkové a legované oceli. Firma je největším výrobcem v České republice litiny s kuličkovým grafitem litým na vytavitelný model.

Technické parametry: Hmotnost odlitků 10-1000g, po dohodě až 3000g, tloušťka stěny od 1mm, rozměry 10-150 mm, max. 220 mm. Mezní úchylky rozměrů dle ČSN 01 4470 Druhy odlitků: Tenkostěnné, s otvory a dutinami, složitých tvarů, s jakostním povrchem, s malými tolerancemi.

Dodávky odlitků: Surové odlitky, odlitky obrobené na hotovo, odlitky a dílce tepelně zpracované, (normalizačně žíhané, žíhané na měkko, chemicko tepelně zpracované, zušlechtěné), hotové dílce s povrchovou úpravou.

Obr. 12 – Voskový model (Křížový kohout 32)

30

2.4.1 Ukázka výrobků slévárny IEG

Obr. 13 – odlitek Páka Obr. 14 – odlitek Držák

Obr. 15 – odlitek Vodící hlava Obr. 16 – odlitek Palička

Diagram průběhu procesu:

Jsou popsány jednotlivé procesy od objednávky až po expedici odlitků IEG Jihlava. Je napsán ve formě vývojového diagramu a vytváří určitý algoritmus procesů, který zahrnuje nákup služeb – výběr dodavatele, výchozí materiály, formy, opravy apod. Tento diagram je přímo použitelný ve firmě a bude každý jiný pro určitý odlitek ( název odlitku ). Diagram je přiložen v přílohové části práce. (Příloha č.3)

31

1. 3. Praktická část

Cílem praktické části této práce je zjistit rozložení struktury v přesných litinových odlitcích litých na vytavitelný model. Měl jsem k dispozici 24 ks.

různých vzorků /odlitků/ vyráběných ve firmě IEG. (Příloha č.1). Většinou se jedná o litinu LKG /litina s kuličkovým grafitem/ a o litinu LLG /litina

s lupínkovým grafitem/. Každý vzorek je označen pořadovým číslem s názvem odlitku a materiálem odlitku. Měření nedestruktivní metodou se u každého vzorku provádělo v místě A /vtok taveniny/ a v místech B, popř. C. Jde nám tedy o rozložení grafitu u vtoku na odlitku a na opačné straně /tenká či silná stěna odlitku/. Jednotlivé fotky vzorků s místem měření /A,B,C/ jsou vyfoceny v příloze této práce. V těchto označených místech se změřila rychlost

prozvučení vL, dále tvrdost HV a zbytkový magnetismus Hr. Jednotlivé

naměřené údaje jsou zapsány ke každému vzorku a místa měření do přehledné tabulky. Z vybraných vzorků se z výbrusu v laboratoři TU v Liberci zjistila struktura tj. rozložení grafitu a jeho tvar, perlit a licí kůra. Rozdíly v morfologii grafitu v souvislosti s tloušťkou stěn a průtočností jsou proto významné. Tyto rozdíly a naměřené hodnoty u odlitků na vytavitelný model porovnáme se stejným materiálem a tloušťkou u odlitků litých do pískových forem. Tyto poznatky z měření a metalografie jsou důležité pro slévárnu, která je vyrábí.

Slévárny obecně mají tendenci co nejméně kontrolovat na výstupu odlitky.

Většinou se dodávce odlitků přiřazuje jakost přiloženého atestu. Mechanické vlastnosti v odlitku se však často liší od pevnosti, tvrdosti deklarované atestem na zkušební tyči. Uživatel odlitků by měl mít také zařízení, kterým je schopen eliminovat výskyt materiálově nevyhovujících odlitků a vést zpětnou vazbu dodavateli.

32

2. 3.1 Přehled litin ve výrobním programu IEG Jihlava

Tab. 6 - značení litin LKG (tvárná litina)

Tab. 7- značení litin LLG (šedá litina)

33

Přesný obsah jednotlivých prvků v litinách tohoto označení nejdeme v příloze této práce. (Příloha č.2)

3. 3. 1. 1 Přehled měřených vzorků (odlitků) z firmy IEG

Nejvíce používanou a litou litinou ve firmě IEG Jihlava je LKG / mat: 42 2304 EN-GVS-350-22, EN-JS1030

Z tohoto materiálu je zde zkoušeno 15 různých vzorků.

34

Vzorek č.1. název….VSUVKA Vzorek č.3. název….DRŽÁK

Vzorek č.5. název….VODÍCÍ HLAVA /vyražené číslo na odlitku 20- 001-Vzorek č.6. název….PÁKA /vyražené číslo na odlitku CV 3253/

Vzorek č.8. název….PŘÍLOŽKA Vzorek č.9. název….ČEP

Vzorek č.11.název….VLOŽNÝ KROUŽEK Vzorek č.13.název….PÁKA

Vzorek č.15.název….KLÍČ Vzorek č.16.název….DRŽÁK

Vzorek č.17.název….DRŽÁK JEHELNÍ TYČE Vzorek č.18.název….PALIČKA

Vzorek č.19. název….ÚSTNÍK Vzorek č.20. název….KONCOVKA Vzorek č.23. název….KŘÍDLO

35

Mat: 42 2304E /LKG/ legováno molybdenem

Vzorek č.22. název….STOJAN /největší a nejtěžší odlitek/

Mat: 42 2306 /LKG/ EN-GJS-600-3, EN-JS1060 Vzorek č.2. název….PÁKA

Vzorek č.12. název….PODLOŽKA

Mat: 42 2420 /LLG/ EN-GJL-200, EN-JL1030 Vzorek č.7. název….KŘÍŽOVÝ KOHOUT Vzorek č.21. název….HVĚZDICOVÝ KOHOUT

Vzorek č.14. název….TĚLESO ZDVIHÁTKA VSTŘIK. ČERPADLA

36

Mat: 42 2425 /LLG/ EN-GJL-250, EN-JL1040 Vzorek č.4. název….VIDLICE

Mat: 42 2499 /LLG/ GJLA-X Ni Cu Cr 15-6-2, odolná kyselinám Vzorek č.10. název….ZÁPADKA /velmi tvrdý materiál/

Mat: 42 2305 EN-GJS-500-7, EN-JS1050

Vzorek č.24. název….ARETAČNÍ ČLEN /číslo výkresu: 150.4073/

4. 3.1.2 Měření rychlosti zvuku

Měření rychlosti je důležité při zjišťování tvaru grafitu v litině, protože se zná závislost mezi těmito parametry. Rychlost ultrazvukové vlny v litině s hrubým lupínkovým grafitem je nejmenší (4300m/s) a s globulárním (s kuličkovým grafitem) je největší (5600m/s). Znamená to, že je možné určovat stupeň sferoidizace grafitu, protože závislost mezi těmito dvěma krajními hodnotami je lineární. Kontrola tvaru grafitu (nodularity) je

37

důležitá zvláště u automobilových odlitků, kde musí být stoprocentní jistota, že zkoušený odlitek má požadovaný tvar grafitu. Kontrola nodularity se provádí ultrazvukem. Pro naše měření jsme použili odrazovou impulsovou metodu. Podá nejvíce informací o vyšetřovaném materiálu, o jeho struktuře, tloušťce, necelistvostech a rozměrech. Pro naše měření jsem použil ultrazvukový defektoskop DIO 562 Starmans. Použití jednoduché sondy, které nemá dělítko a je typu: 10L 0st. 6C /není úhlová sonda/ Používá se hlavně pro měření větších tloušťek matriálu. Akustická vazba je místo mezi sondou a kontrolovaným materiálem.

Špatné vazebné místo prostředí může snížit spolehlivost ultrazvukového měření. Provádí se obvykle mazacími tuky., kapalinovými vrstvami nebo speciálními pastami. Při našem měření jsme použili mazací tuk. Indikátor při měření se použila obrazovka-displej. Pro měření menších tloušťek vzorků jsme použili ultrazvukový tloušťkoměr DIO 570.

Neznámá rychlost zvuku ve zkoušeném vzorku vL pro litinu se vypočítá ze vztahu:

vL = vLo x L/Lu kde L…tloušťka zkoušeného vzorku (m) měřeno posuvným měřítkem

(1) Lu…akustická dráha (m)

v_Lo…konstanta pro šíření zvuku v oceli v_Lo=5920 (m/s)

Rychlost ultrazvuku je důležitá pro stanovení mechanických vlastností měřeného vzorku tzv. elastických konstant. Litiny mají široké rozmezí rychlostí, což je způsobené

38

množstvím a tvarem grafitu. Jednotlivá měření a vypočtené hodnoty jsou zapsané v tabulce.

(Tab.8)

5. 3.1.3 Měření tvrdosti HV

Měření tvrdosti na jednotlivých vzorcích jsem provedl ve firmě Chotěbořské strojírny a služby na tvrdoměru Brinell-Vickers HECKER-WPM Leipzig typ:HPO-250. Tvrdost se měřila na každém vzorku v místě A(vtok), místě B, popř.C, tj.silná nebo tenká stěna odlitku.

Jednotlivá místa měření byla upravena, zabroušena a začištěna, vyleštěna, aby naměřené hodnoty byly co nejpřesnější. Měření tvrdosti HV se používá jak pro měkké, tak tvrdé materiály. Indentorem u této zkoušky je diamantový čtyřboký jehlan jehož vrcholový úhel je 136st. Použil jsem pro naše měřené vzorky zatížení 30 kg a čas 10 až 15s.Výsledky měření jsou zapsané v přehledné tabulce. (Tab.8)

39

6. 3.1.4 Měření zbytkového magnetismu Hr

Strukturu litin tvoří ocelová matrice a v ní lupínkový nebo kuličkový grafit. Charakter grafitu hodnotami rychlosti zvuku a modulu pružnosti specifikují ultrazvuková měření a matrici měření tvrdosti či podílu perlitu magnetická měření. U našich vzorků jsme provedli měření zbytkového magnetismu na přístroji DOMENA B3. Magnetizace nastavena na stupeň č.4. a průměr snímače (sondy) je 24mm. Měření se provádělo u každého vzorku na každém měřeném místě ve dvojím měření (M1,M2) a výsledky se zapsaly do tabulky všech výsledků pro zkoušené vzorky. Kalibrace se provedla na kalibračním válečku (nastavení 200 A/m).

Opět zapsáno do tabulky (měření M10) (Tab.8)

Obr. 19. – Přístroj řady DOMENA B2,B3

7. 3.1.5 Výpočet na zakřivené ploše u vzorku č.21

Tento odlitek je jako vzor z vybraných odlitků slévárny IEG pro výpočet prozvučení.

40

Obr. 20. – Vzorek č. 21 Hvězdicový kohout

Vzorek č.21 HVĚZDICOVÝ KOHOUT mat: 42 2420 IEG Jihlava A..Měřené

místo /vtok/

B..Měřené místo

Při měření tloušťek stěn na zakřivených plochách odlitků je výpočet rychlosti prozvučení poněkud složitější. Jednak samotné měření na vypouklé nebo vyduté ploše je měření skutečného rozměru Lodl. /tloušťka odlitku/ posuvným měřítkem velmi nepřesná.

Toto měření jsem provedl na měřícím stroji DEA GAMMA 3D v kontrolním středisku v nástrojárně Chotěbořských strojíren. Ve výpočtu ale musíme zohlednit i tloušťku mazacího gelu nebo vazelíny, která je v zakřivené ploše mezi měřeným materiálem a měřící sondou.

Rychlost zvuku v mazacím gelu (vazelíně) je 1500(m/s). Pro měření tloušťek pomocí ultrazvuku použijeme podle měřené tloušťky buď ultrazvukový defektoskop DIO 562

41

Starmans nebo ultrazvukový tloušťkoměr DIO 570. Jednotlivé výsledky jsou opět zapsané v přehledné tabulce výsledků. (Tab.8)

Obr. 21. – Měřící stroj DEA GAMMA 3D

42

43

44

8. 3.1.6 Tabulka výsledků měření jednotlivých odlitků (vzorky č.1 až 24)

Tab. 8 – Přehled změřených a vypočtených hodnot

45 v

zorek číslo

název odlitku

Mat eriál

ČSN

mís to měření

skuteč ná tloušťka L

/mm/

tloušťka ultrazvukem Lu

/mm/

rych lost zvuku

vL (m/s)

t vrdost

HV /vickers/

HB /brinell/

zbytkový magnetismus (A/m)

M 1

M 2

M O

1 Vsuv

ka

42 2304

A

/VTOK/ 6,95 7,3

56 36

2 50 HV

2 69

2 66

2 00

B 4,2 4,45

55 87

2 40 HV

2 05

2 00

2 00

C 1,98 2,1

55 81

2 21 HV

1 75

1 70

2 00

2 Páka 42

2306

A

/VTOK/ 18 19

56 08

2 48 HV

1 65

1 55

B 10,1 10,4

57 49

3 09 HV

3 02

2 94

3 Držá

k

42 2304

A

/VTOK/ 4,38 4,8

54 02

2 72 HV

9 4,4

8 8,5

1 91

B 13,2 14,1

55 42

1 93 HV

8 9,2

8 6,3

1 91

4 Vidli

ce

42 2425

A /VTOK/

101,

7 134,2

44 84

2 75 HV

2 79

2 60

B 4,6 5,4

50 43

2 87 HV

3 47

3 30

5 Vodí

cí hlava

42 2304

A

/VTOK/ 15 15,8

56 20

2 75 HV

8 3,3

8 1

B 5 5,2

56 92

2 42 HV

1 17

1 13

6 Páka 42

2304

A

/VTOK/ 12,1 12,9

55 53

1 95 HV

5 7,1

5 2,5

2 03

B 7,4 7,8

56 16

2 01 HV

1 09

1 07

2 03

7 ^KŘÍŽ 42

A /VTOK/

33,8

5 43,5

46 06

1 96 HV

2 30

2 08

46

9. 3.1.7 Počáteční modul pružnosti Eo

S použitím ultrazvukových měření se vypočítá hodnota počátečního modulu pružnosti dle vztahu:

Eo = (K . L/Lu)² ( MPa) (2)

Poměr L/Lu závisí na rychlosti šíření ultrazvuku a konstanta K se zjistí výpočtem z měření na štíhlých tyčích a závisí na konkrétním typu prozvučovaného matetiálu. Hodnota počátečního modulu pružnosti číselně charakterizuje množství a velikost grafitu v prozvučované stěně odlitku. Její zjištění je rychlý a účinný kontrolní způsob jak určovat jakosti litin přímo na odlitku.

06 24 HV 83 77

2 4

Aret

ační člen IV A

15,2

7 16,29

55 49

2 11 HV

1 54

1 51

B 3,22 3,41

55 90

2 09 HV

1 32

1 33

2 4

Aret

ační člen V A

15,2

7 16,29

55 42

2 18 HV

1 71

1 68

B 3,23 3,4

56 24

2 70 HV

2 33

2 29

47

Pro výpočty pro Eo jsme použili vzorec pro litinu LLG….. Eo=(452,2 . L/Lu) ² (MPa)

kde ….k = 452,2 / konstanta /

Pro výpočty pro Eo jsme použili vzorec pro litinu LKG…..Eo=(432,6. L/Lu) ² (MPa)

kde ….k = 432,6 / konstanta/ [8].

Tab. 9 – Jakostní třída šedé litiny LLG Jakos

t ČSN

42 2410

42 2415

42 24 20

42 24 25

42 2430 Eo

(GPa) 85 97 110 125 144

Tab. 10 – Rozdělení grafitických litin podle tvaru grafitu

Název litiny Z

kratka

Počáteční modul pružnosti Eo (GPa)

S lupínkovým grafitem L

LG 87-144

S červíkovým grafitem L

ČG 145-160

S kuličkovým grafitem L

KG 165-175

48

10. 3.1.8 Mez pevnosti v tahu Rm

Pro výpočty Rm litin jak LLG tak LKG jsou opět rozdílné vzorce vytvořené v rámci [8].

Pro litinu LLG…..Rm=1,37.[7,211. x ] – 64,25 (3) Pro litinu LKG…..Rm= 8,54 . [ . ] (4)

11. 3.1.9 Metalografická struktura litin

Hodnocením metalografické struktury litin se zabývá norma ČSN EN 1560. Zabývá se hodnocením grafitu, perlitu,cementitu apod.

Vyobrazení normalizovaných tvarů grafitu:

Etalon grafitu I II III IV V VI

Název grafitu Lupínkový Pavoučkový Červíkový Temperový Zrnitý Kuličkový

Podle EN 1516 se litiny značí G-litý materiál, J-litiny

Třetím písmenem je typ grafitu L-lupínkový, S-kuličkový, V-červíkový, M- temperový

N-bílá litina, Y-zvláštní tvar

49

Kontrola kuličkového grafitu se provádí podle: GVI = A . L/Lu-B (%) Který je pro každou slévárnu odlišný, A,B jsou různé konstanty.

Pokud je množství GVI ≥80% a GIII≤20%, odlitek vyhovuje a prochází kontrolou.

Velikost grafitu se udává číselným značením velikosti od čísla 1 do čísla 8. Čím je vyšší číslo, tím je grafit, kuličky grafitu menší. (Např: 6VI80+V20)

6…velikost grafitu, třída …30-60µm VI80…80% kuličkový grafit

V20…20% zrnitý grafit

Rozložení lupínkového grafitu dle etalonu

Označení rozložení: A…Rovnoměrné, B…Růžicové, C…Smíšené, D…Mezidendritické neusměrněné , E…Mezidendritické usměrněné.

Tvar perlitu

P1…Lamelární perlit P2…Zrnitý perlit