Kiedy myślimy o solidnych i wytrzymałych materiałach, często na myśl przychodzi nam żeliwo. To materiał znany i ceniony w przemyśle od wieków. Istnieje jednak odmiana, która zrewolucjonizowała inżynierię materiałową, otwierając drzwi do zupełnie nowych zastosowań – mowa o żeliwie sferoidalnym. Jego inna nazwa to żeliwo z grafitem kulkowym. Dlaczego ten materiał jest tak wyjątkowy i gdzie znajduje swoje zastosowanie? Na te i inne pytania odpowiadamy w poniższym artykule.
Tradycyjne odlewy żeliwne (żeliwo szare) charakteryzują się kruchością, co wynika z obecności grafitu w postaci płatków. Choć są wytrzymałe na ściskanie i dobrze tłumią drgania, ich niska odporność na rozciąganie i udarność (podatność na pękanie pod wpływem uderzeń i obciążeń), ogranicza ich zastosowanie w wielu krytycznych aplikacjach. I tu właśnie pojawia się żeliwo sferoidalne, które zachowuje najlepsze cechy żeliwa, jednocześnie eliminując jego główne wady.
Kluczową różnicą, która wyróżnia żeliwo sferoidalne od innych rodzajów żeliwa, jest mikrostruktura grafitu. W przeciwieństwie do żeliwa szarego, gdzie grafit występuje w formie ostrych płatków, w żeliwie sferoidalnym ma on postać kulek (sferoidów). Taka struktura grafityzacji jest efektem specjalnego procesu modyfikacji ciekłego żeliwa, najczęściej poprzez dodanie magnezu lub ceru. Dlaczego to takie ważne? Kulisty kształt grafitu eliminuje efekt koncentracji naprężeń, który występuje przy formach płatkowych. Dzięki temu żeliwo sferoidalne zyskuje znaczną przewagę pod względem właściwości mechanicznych, czyli jest odporniejsze na uderzenia, rozciąganie i obciążenia.
W odlewni ELZAMECH wytapiamy żeliwo sferoidalne do 22 000 kg wg normy PN-EN 1563 o gatunku:
Żeliwo sferoidalne występuje w różnych gatunkach, które różnią się składem chemicznym i obróbką cieplną, a co za tym idzie – właściwościami mechanicznymi.
Jest to rodzaj żeliwa sferoidalnego, które charakteryzuje się bardzo dobrą ciągliwością i udarnością, ale ma niższą wytrzymałość w porównaniu do innych typów. Dzięki dominującej strukturze ferrytycznej materiał jest miękki i plastyczny, co sprawia, że idealnie nadaje się do zastosowań, gdzie liczy się odporność na nagłe obciążenia i deformacje.
Struktura ferrytyczna żeliwa oznacza, że jego osnowa metaliczna składa się głównie z ferrytu, który jest roztworem stałym węgla w żelazie alfa (α Fe). Oprócz ferrytu, w strukturze żeliwa ferrytycznego występują również płatki grafitu, które są charakterystyczne dla żeliwa szarego. W strukturze żeliwa ferrytycznego mogą występować także inne fazy, takie jak siarczki manganu, eutektyka fosforowa oraz inne wtrącenia niemetaliczne.
Ten typ żeliwa sferoidalnego wyróżnia się wyższą wytrzymałością i twardością. Dzięki perlitycznej mikrostrukturze jest twardszy i bardziej odporny na ścieranie, ale kosztem niższej ciągliwości. Jest doskonałym wyborem do produkcji elementów, które muszą wytrzymać duże obciążenia dynamiczne i tarcie, takich jak koła zębate czy wały.
Struktura perlityczna żeliwa to mikrostruktura, w której perlit jest głównym składnikiem osnowy metalicznej. Perlit to mieszanina ferrytu i cementytu tworząca charakterystyczny, lamelarny wzór (naprzemienne warstwy ferrytu i cementytu). W żeliwie, oprócz perlitu mogą występować inne fazy, takie jak grafit (w żeliwie szarym) czy inne fazy międzymetaliczne, w zależności od składu chemicznego i warunków obróbki cieplnej.
To najczęściej spotykany rodzaj żeliwa sferoidalnego. Jego mikrostruktura jest mieszanką ferrytu i perlitu, co zapewnia zrównoważony kompromis między wytrzymałością a ciągliwością. Połączenie tych dwóch faz sprawia, że materiał jest uniwersalny i może być stosowany w szerokim spektrum zastosowań, gdzie potrzebne są zarówno wysokie parametry wytrzymałościowe, jak i pewna odporność na uderzenia.
Żeliwo ADI to specjalny rodzaj żeliwa sferoidalnego, które charakteryzuje się wyjątkowo wysoką wytrzymałością, ciągliwością i odpornością na zmęczenie. Takie właściwości uzyskuje się poprzez unikalny proces obróbki cieplnej, nazywany austenityzacją izotermiczną. W odróżnieniu od tradycyjnego żeliwa, które ma strukturę ferrytyczną lub perlityczną, żeliwo ADI posiada mikrostrukturę ausferrytyczną. Dzięki temu materiał łączy w sobie najlepsze cechy stali (wysoka wytrzymałość) z zaletami żeliwa (dobra skrawalność i właściwości odlewnicze). Jest idealnym zamiennikiem dla staliwa i spieków, szczególnie w zastosowaniach podlegających dużym obciążeniom, takich jak elementy maszyn rolniczych, budowlanych czy samochodowych.
Powstanie żeliwa ADI w wyniku hartowania izotermicznego oznacza, że materiał poddaje się specjalnemu procesowi obróbki cieplnej, który zmienia jego mikrostrukturę, nadając mu unikalne właściwości. Proces ten przebiega w dwóch kluczowych etapach: austenityzacja i hartowanie izotermiczne. Żeliwo najpierw jest podgrzewane do wysokiej temperatury (zwykle 850-950°C) i utrzymywane w niej przez określony czas. W tej fazie węgiel zawarty w graficie rozpuszcza się w żeliwie, a jego struktura staje się austenityczna. Po austenityzacji żeliwo jest szybko schładzane (hartowane) do niższej temperatury (250-450°C) i utrzymywane w niej przez dłuższy czas. W tej fazie, zamiast przekształcać się w kruchy martenzyt (jak w przypadku tradycyjnego hartowania), austenit przekształca się w stabilną i wytrzymałą strukturę ausferrytyczną. Dzięki kontrolowanemu procesowi chłodzenia materiał zyskuje jednocześnie wysoką wytrzymałość i dobrą ciągliwość, co jest niemożliwe do osiągnięcia w przypadku tradycyjnych metod obróbki cieplnej.
Dzięki swoim wyjątkowym właściwościom odlewy z żeliwa sferoidalnego zastąpiły w wielu przypadkach droższe staliwa, oferując równie dobre, a czasem nawet lepsze parametry. Ich zastosowanie jest niezwykle szerokie:
Produkcja żeliwa sferoidalnego to proces wymagający specjalistycznej wiedzy, zaawansowanej technologii i rygorystycznej kontroli jakości. Wybór odpowiedniej odlewni żeliwa jest kluczowy dla uzyskania komponentów o wymaganych właściwościach. Tylko doświadczona odlewnia żeliwa w Polsce, wyposażona w nowoczesne piece, systemy modyfikacji żeliwa, a także zaawansowane laboratorium do kontroli, jest w stanie zagwarantować najwyższą jakość odlewów żeliwnych.
W ELZAMECH rozumiemy złożoność i precyzję wymaganą do produkcji żeliwa sferoidalnego. Nasze wieloletnie doświadczenie w branży, połączone z ciągłym inwestowaniem w nowoczesne technologie i wykwalifikowaną kadrę, pozwala nam dostarczać odlewy żeliwne o niezrównanej jakości i trwałości. Niezależnie od branży, jesteśmy gotowi sprostać oczekiwaniom, oferując materiał, który przetrwa próbę czasu.
Potrzebujesz odlewów żeliwnych o wyjątkowej wytrzymałości i ciągliwości? Zapraszamy do kontaktu – odlewnia żeliwa w Polsce ELZAMECH jest do dyspozycji naszych klientów.
