Bainitická tvárna liatina

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie

Bainitická tvárná liatina (ang. Austempered Ductile Iron – ADI, nem. Bainitisches Gusseisen mit Kugelgrafit) je izotermicky tepelne spracovaná tvárna liatina.

Medzinárodne sa ujala anglická skratka pre bainitickú tvárnu liatinu ADI. Táto bude aj ďalej používaná v texte.

Charakteristika[upraviť | upraviť zdroj]

ADI vyniká veľmi priaznivou kombináciou pevnosti, tažnosti, dynamickej pevností a oteruvzdornosti. Základná hmota v štruktúre ADI je podobná bainitu a pozostáva z ihličkového feritu a uhlíkom nasýteného austenitu. Na rozdiel od bainitu sa tu nenachádzajú karbidy. Táto štruktúra sa v literatúre označuje aj ako ausferit.

Vlastnosti ADI[upraviť | upraviť zdroj]

Mechanické vlastnosti ADI sú opísané v európskej norme DIN EN 1564.

Označenie Pevnosť v ťahu
Rm v N/mm²
pri 0,2% hranici
Rp 0,2 v N/mm²
Ťažnosť
A v %
EN-GJS-800-8 800 500 8
EN-GJS-1000-5 1000 700 5
EN-GJS-1200-2 1200 850 2
EN-GJS-1400-1 1400 1100 1

Opracovateľnosť odliatkov po vykonanom izotermickom tepelnom spracovaní je obtiažna a v prevažnej väčšine prípadov možná len brúsením. Z tohto dôvodu je nutné odliatky už pred tepelným spracovaním na mieru opracovať. Rozmerovo sa musia brať do úvahy nepatrné zmeny objemu spôsobené zmenou kovovej štruktúry.

Výroba[upraviť | upraviť zdroj]

Východzím materiálom sú odliatky z tvárnej liatiny. Aby bolo možné odliatky tepelne spracovať bez tvorby perlitu, treba ovplyvniť pozíciu tzv. perlitického a bainitického nosu v IRA (izotermický rozpad austenitu) diagrame (pozri obr.1). Z tohto dôvodu je tvárna liatina určená pre ADI spravidla legovaná malými obsahmi medi, molybdénu, mangánu a niklu, ktoré posúvajú perlitický nos doprava a jednoznačne oddeľujú perlitický a bainitický nos od seba.

Úspešné tepelné spracovanie je možné iba za predpokladu, že odliatky vykazujú dobrú makroskopickú a mikroskopickú homogenitu (rovnomerné rozmiestnenie grafitu, minimálny počet grafitovych guľôčok 100/mm², maximálny počet nekovových prímesí 0,5 %, maximálna poréznosť 1 %).

Obr.1. TTT diagram izotermického rozpadu austenitu (IRA)
1. Kalenie na martenzit
2. Kalenie na ADI (izotermické)
3. žíhanie na bainit (v jadre hrubostenového obrobku)
4. Perlit
5. Bainit

Odliatky, ktoré sú spravidla opracované na mieru, sú v peci s ochrannou atmosférou austenitizované pri teplotách medzi 900 a 950 °C. Doba zotrvania na austenitizačnej teplote závisí na hrúbke stien odliatkov a ich chemickom zložení.

Na obr.1 je vidieť, že pri pomalšom ochladzovaní môže dojsť k vzniku perlitu, ktorý zhoršuje mechanické vlastnosti ocele, a to aj v malých množstvách. Krivka 3 znázorňuje pomalé ochladzovanie a tu vidíme že sa už blíži k perlitickému mostu. Pomalšie ochladzovanie môže nastať v jadre hrubostenového obrobku, takže bainitovanie je obmedzené len do určitej hrúbky stien obrobkov.

thumb|right|Obr.2 ADI tepelné zpracování

Po úplnom austenitizovaní sú odliatky prudko ochladené na požadovanú teplotu isotermického rozpadu austenitu. Ako ochladzovacie a tiež udržovacie médium je často používaný soľný kúpeľ. Teplota izotermického rozpadu austenitu určuje mechanické vlastnosti ADI a leží medzi 220 - 450 °C. Čím je teplota vyššia, tým je výsledná štruktúra „mäkšia“, tj. nižšia pevnosť, vyššia ťažnosť. Schematický priebeh tepelného spracovania (žíhací program) je znázornený na obr.2. Izotermická fáza trvá hodiny a jej doba sa určuje podľa príslušných IRA kriviek. Robí sa buď v soľných kúpeloch alebo v (žíhacej) peci.

Oblasti použitia ADI[upraviť | upraviť zdroj]

Výhodná kombinácia mechanických vlastností - vysoká húževnatosť, dobrá tažnosť, vysoká oteruvzdornosť, tvrdosť a vysoká pevnosť v ťahu - predurčuje ADI k použitiu na náročné komponenty v strojárskom a automobilovom prémysle. Typické ADI výrobky sú ozubené kolesá, kľukové hriadele pre ťažké dieselové motory, kolesá lokomotív, lisovacie nástroje apod.

Výhoda tejto procedúry je aj, že netreba potom drahé čistenie ako po kalení v oleji.

Nevýhody[upraviť | upraviť zdroj]

Ako vidieť z ADI TTT grafu, možno spracovať len obrobky do istej hrúbky. Pri úplne najoptimálnejšom legovaní a posune perlitického mostu je maximálna vhodná hrúbka stien obrobkov cca. 200 mm (čo je ale často bohato a bohato postačujúce).