Popis složení slitiny litiny a její odlišnost od oceli. Jak rozlišit litinu od oceli doma bez speciálního vybavení

Litinové a ocelové výrobky z hutního průmyslu se používají jak v každodenním životě, tak ve výrobě. Oba materiály jsou unikátní slitiny železa a uhlíku. Každý ví, že železo se těží z hlubin země v obrovském množství. Je však nemožné jej použít v čisté formě, tento prvek je příliš měkký, a proto nevhodný pro výrobu vysoce pevných výrobků. Pro průmyslové, stavební a domácí účely se proto nepoužívá železo v čisté formě, ale jeho deriváty – litina a ocel. Jaký je rozdíl mezi ocelí a litinou?

Litina a ocel jsou slitiny železa a uhlíku.

Jejich odlišnost se projevuje v mnoha kvalitách a shoda prvků při výrobě nedává materiálu identické vlastnosti.

Stupňování oceli a litiny

Návrat k obsahu

Ocel

K výrobě oceli se železo leguje uhlíkem a různými nečistotami. Předpokladem je, že obsah uhlíku není vyšší než 2 % (zvyšuje pevnost) a obsah železa není nižší než 45 %. Zbytek tvoří legující pojivové složky (chrom, molybden, nikl atd.). Chrom zvyšuje pevnost oceli, její tvrdost a odolnost proti opotřebení. Nikl zvyšuje pevnost, houževnatost a tvrdost, zlepšuje jeho antikorozní vlastnosti a prokalitelnost.

Křemík dodává oceli pevnost, tvrdost a pružnost a snižuje její houževnatost. Mangan zlepšuje svařitelnost a prokalitelnost Metalurgové rozlišují různé druhy oceli. Jsou klasifikovány v závislosti na objemu zbývajících prvků. Například obsah legovaných kovů více než 11 % produkuje vysoce legovanou ocel. K dispozici je také:
Nízkolegovaná ocel – do 4 %.

Středně legovaná ocel - až 11%.

Podle množství uhlíku se ocel dělí na:
nízkouhlíkový kov - do 0,25 % C;
středně uhlíkový kov - do 0,55 % C;

kov s vysokým obsahem uhlíku - do 2 % C.

Složení nekovových prvků (fosfidy, sulfidy) řadí kov do:
pravidelný;
kvalitní;
vysoká kvalita;

zejména vysoce kvalitní ocel.

Návrat k obsahu

Díky tomu jsou všechny druhy oceli pevnou, otěruvzdornou a deformací odolnou slitinou s bodem tání od 1450 do 1520 °C.

Výroba železa také zahrnuje fúzi železa a uhlíku. Hlavním rozdílem mezi litinou a ocelí je obsah posledně jmenované ve směsi. Mělo by to být více než 2 %. Kromě toho směs obsahuje nečistoty: křemík, mangan, fosfor, síru a legující kovy. Litina je křehčí než ocel a láme se bez viditelné deformace. Uhlík v kovu je zastoupen grafitem nebo cementitem, přičemž objem a tvar prvku určují typy slitin:

Bílá litina, ve které je veškerý uhlík zastoupen cementitem. Při rozbití je tento materiál bílý, velmi tvrdý, ale zároveň křehký. Snadno se zpracovává a používá se k výrobě kujné odrůdy.
Šedá - uhlík je zastoupena grafitem, který dodává materiálu plasticitu. Měkký, snadno řezatelný, s nízkým bodem tání.
Kujná, která se získává z bílé litiny speciálním žíháním (dusením) ve speciálních ohřívacích pecích při teplotě 950-1000°C. Současně se výrazně snižuje nadměrná křehkost a tvrdost charakteristická pro bílou litinu. Temperovanou litinu nelze kovat a název pouze naznačuje její tažnost.
Tvárná litina obsahující nodulární grafit vzniklá během procesu krystalizace.

Množství uhlíku ve slitině určuje její bod tání (čím vyšší obsah prvku, tím nižší teplota a vyšší tekutost při zahřívání). Litina je proto tekutý, neplastický, křehký a obtížně zpracovatelný materiál s teplotou tání 1150 až 1250 °C.

Návrat k obsahu

Odolnost proti korozi

Obě slitiny jsou náchylné ke korozi a nesprávné použití tento proces urychlí.

Litina se během používání pokryje suchou rzí. Jedná se o tzv. chemickou korozi. Mokrá (elektrochemická) koroze postihuje litinu pomaleji než ocel. Zpočátku závěr naznačuje, že antikorozní vlastnosti litiny jsou mnohem vyšší. Ve skutečnosti jsou obě tyto slitiny náchylné ke korozi ve stejné míře, jde jen o to, že u litinových výrobků proces trvá kvůli tlustým stěnám déle. To může například vysvětlit rozdíl v životnosti kotlů: ocel - od 5 do 15 let, litina - od 30 let.

V roce 1913 učinil Harry Brearley objev v oblasti metalurgie. Zjistil, že ocel s vysokým obsahem chrómu má dobrou odolnost proti kyselé korozi. Tak se zrodila nerezová ocel. Má také svou vlastní gradaci:

Korozivzdorná ocel je odolná vůči korozi v základních průmyslových i domácích podmínkách (ropa a plyn, lehký průmysl, strojírenský průmysl, chirurgické nástroje, domácí nerezové nádobí).
Žáruvzdorná ocel je odolná vůči vysokým teplotám a agresivnímu prostředí (chemický průmysl).
Žáruvzdorná ocel má zvýšenou mechanickou pevnost při vysokých teplotách.

Návrat k obsahu

Odolnost proti tepelným šokům a nárazům

Při výrobě topných kotlů se často používá litina a ocel. V tomto případě se stává obzvláště důležitá otázka odolnosti vůči tepelným šokům. Pokud se studená voda dostane do nevychladlého litinového kotle, může prasknout. Tepelný šok není pro ocelové výrobky nebezpečný. Ocel je elastičtější a dobře snáší teplotní rozdíly. Velké a časté změny teploty v oceli však přispívají ke vzniku „unavených“ zón a v důsledku toho k prasklinám v místech, která jsou oslabena svařováním.

Díky dobré tažnosti jsou ocelové výrobky odolné vůči mechanickému poškození. Křehkost litiny nevyhnutelně vede k tvorbě trhlin v důsledku nárazů nebo deformací.

Šedá litina má jednotnější strukturu, zvýšenou tažnost a antikorozní vlastnosti a je schopna odolávat velkým teplotním změnám.

Litina je méně odolná a tvrdá než ocel.
Ocel je těžší a má vyšší bod tání.
Nižší obsah uhlíku oceli na rozdíl od litiny usnadňuje její zpracování (vaření, řezání, kování).
Z podobného důvodu se výrobky z litiny vyrábějí pouze odléváním, zatímco výrobky z oceli lze kovat a svařovat.
Výrobky vyrobené z oceli jsou méně porézní než výrobky z litiny, a proto je jejich tepelná vodivost mnohem vyšší.
Výrobky z litiny mají většinou černou barvu a matný povrch, ocelové jsou světlé s lesklým povrchem.

Litina je slitina železa a uhlíku. Procento obsaženého železa je více než 90 %. Množství uhlíku se pohybuje od 2,14-6,67%. Díky tomuto prvku má materiál vysokou tvrdost, ale stává se křehkým. To má za následek zhoršení tažnosti a tažnosti. U některých typů se pro zlepšení vlastností přidávají legující prvky: hliník, chrom, vanad, nikl.

Charakteristika druhů uhlíkových kovů

Schéma železo-uhlík ukazuje, z čeho je litina vyrobena. Kromě železa je uhlík přítomen ve formě grafitu a cementitu.

Složení slitiny litiny má odrůdy:

Jednotlivé vlastnosti kovu

Materiál se vyznačuje určitými vlastnostmi. Patří sem:

V závislosti na přítomnosti nečistot se projevuje rozdíl ve vlastnostech materiálu.

Mezi tyto prvky patří síra, fosfor, křemík, mangan:

Síra snižuje tekutost kovu.
Fosfor snižuje pevnost, ale umožňuje výrobu produktů složitých tvarů.
Křemík zvyšuje tekutost materiálu a snižuje jeho bod tání.
Mangan dodává sílu, ale snižuje tekutost.

Rozdíly mezi litinou a ocelí

Abyste pochopili rozdíl mezi ocelí a litinou, musíte zvážit jejich vlastnosti. Charakteristickým rysem litiny je množství uhlíku. Jeho minimální obsah je 2,14 %. Toto je hlavní ukazatel, podle kterého lze tento materiál odlišit od oceli.

Pouze chemická analýza může určit procento nečistot. Pokud porovnáme bod tání litiny a oceli, pak pro litinu je nižší a činí 1150-1250 stupňů. Pro ocel - kolem 1500.

Chcete-li rozlišit materiál, musíte provést následující:

Produkt se ponoří do vody a stanoví se objem vytěsněné vody. Litina má nižší hustotu. Je to 7,2 g/cm3. Pro ocel - 7,7−7,9 g/cm3.
Na povrch je přiložen magnet, který ocel lépe přitahuje.
Třísky se třou pomocí brusky nebo pilníku. Poté se shromáždí v papíru a otírá se o něj. Ocel nezanechá stopy.

Pro a proti materiálu

Jako každý materiál má i litina kladné a záporné stránky. Mezi pozitivní vlastnosti patří:

Otázka: 28. března 2009
Jaký je rozdíl mezi litinou a ocelí a proč?

Odpověď:
Kupodivu, i přes množství odborné literatury na toto téma, dostáváme často následující otázku: Jak se liší litina od oceli? Stručně a obecně lze říci, že z hlediska složení se litina od oceli liší vyšším obsahem uhlíku, z hlediska technologických vlastností – lepších odlitků a nízké schopnosti plastické deformace. Litina je obecně levnější než ocel.
A když podrobněji, tak si přečtěte klasiku, vážení! Mnoho svazků je věnováno materiálové vědě a metalurgii železných slitin. Jako příklad uvádím výňatek ze základního díla A.P. Guljajeva. "Věda o kovech":
„Ocel je slitina železa a uhlíku obsahující méně než 2,14 % uhlíku. Uvedený limit (2,14 % C) však platí pouze pro dvojité slitiny železo-uhlík nebo slitiny obsahující relativně malý počet nečistot. Otázka hranice mezi ocelí a litinou ve vysokolegovaných slitinách železo-uhlík, tzn. obsahující ještě větší množství prvků jiných než železo a uhlík je kontroverzní.
Ve světle moderních technologií jsou známé a v poslední době rozšířené slitiny na bázi železa, ve kterých je uhlíku velmi málo a je to dokonce škodlivý prvek; takové slitiny se však také nazývají oceli. Aby nedošlo k terminologickému zmatku, je zvykem považovat slitiny obsahující více než 50 % železa za oceli (litinu) a nenazývat je slitinami, ale nazývat slitiny obsahující méně než 50 % železa. Není to vědecky přesné, ale je to technicky jasné."

Výrobky hutního průmyslu často používané v každodenním životě jsou litina a ocel. Oba materiály jsou unikátní slitinou železa a uhlíku. Ale použití identických komponentů ve výrobě nedává materiálům podobné vlastnosti. Litina a ocel jsou dva různé materiály. Jaké jsou jejich rozdíly?

Ocel

K výrobě oceli je třeba tavit železo, uhlík a nečistoty. V tomto případě by obsah uhlíku ve směsi neměl překročit 2 % a obsah železa by neměl být nižší než 45 %. Zbývající procento ve směsi mohou tvořit legující prvky (látky, které směs vážou, např. molybden, nikl, chrom a další). Díky uhlíku získává železo pevnost a extrémní tvrdost. Bez jeho účasti by se získala viskózní a plastická látka.

Díky tomu jsou všechny druhy oceli pevnou, otěruvzdornou a deformací odolnou slitinou s bodem tání od 1450 do 1520 °C.

Železo a uhlík se také taví při výrobě litiny. Pouze obsah posledně jmenovaného ve směsi je více než 2 %. Kromě uvedených složek obsahuje směs trvalé nečistoty: křemík, mangan, fosfor, síru a legovací přísady.

Rozdíly

V metalurgii se rozlišuje poměrně velké množství druhů oceli. Jejich klasifikace závisí na množství jedné nebo druhé složky ve směsi. Například vysoký obsah pojivových prvků produkuje vysoce legovanou ocel (více než 11 %). Kromě toho existují:

nízkolegované – až 4 % pojivových složek;
středně legované - až 11% spojovacích prvků.

nízkouhlíkový kov – do 0,25 % C;
středně uhlíkatý kov – do 0,55 % C;
vysoký obsah uhlíku – až 2 % C.

A konečně, v závislosti na obsahu nekovových inkluzí, které se tvoří v důsledku reakcí (například oxidy, fosfidy, sulfidy), se klasifikace provádí podle fyzikálních vlastností:

zvláště vysoká kvalita;
vysoká kvalita;
kvalitní;
obyčejná ocel.

Toto není zdaleka úplná klasifikace oceli. Typy se dále rozlišují podle struktury materiálu, způsobu výroby a podobně. Ale bez ohledu na to, jak jsou hlavní komponenty srostlé, výsledkem je tvrdý, trvanlivý, otěruvzdorný a deformaci odolný materiál se specifickou hmotností 7,75 (až 7,9) G/cm 3 . Teplota tání oceli je od 1450 do 1520°C.

Litina je na rozdíl od oceli křehčí a vyznačuje se schopností zborcení bez znatelné zbytkové deformace. V tomto případě je samotný uhlík ve slitině přítomen ve formě grafitu a/nebo cementitu, jejich tvar a podle toho množství určují typy litiny:

bílá - veškerý potřebný uhlík je obsažen ve formě cementitu. Materiál je při rozbití bílý. Velmi tvrdé, ale křehké. Dá se zpracovat a používá se hlavně k výrobě kujné odrůdy;
šedá – uhlík ve formě grafitu (plastová forma). Je měkký, snadno zpracovatelný (dá se řezat) a má nízký bod tání;
kujný - získá se po delším žíhání bílého vzhledu, což má za následek tvorbu grafitu. Zahřívání (nad 900°C) a rychlost ochlazování grafitu negativně ovlivňují vlastnosti materiálu. To ztěžuje svařování a zpracování;
vysokopevnostní - obsahuje sférický grafit vzniklý krystalizací.

Webové stránky se závěry

Ocel je pevnější a tvrdší než litina.
Litina je lehčí než ocel a má nižší bod tání.
Ocel je díky nižšímu obsahu uhlíku snadněji zpracovatelná (svařování, řezání, válcování, kování) než litina.
Ze stejného důvodu jsou litinové výrobky vyráběny pouze litím.
Výrobky z litiny jsou poréznější (díky lití) než výrobky z oceli, a proto je jejich tepelná vodivost mnohem nižší.
Umělecké výrobky vyrobené z litiny jsou obvykle černé a matné, zatímco výrobky vyrobené z oceli jsou lehké a lesklé.
Litina má nízkou tepelnou vodivost, zatímco ocel má vyšší tepelnou vodivost.
Litina je primárním produktem metalurgie železa a ocel je konečným produktem.
Litina není kalená, ale některé druhy oceli musí být podrobeny kalení.
Výrobky z litiny se pouze odlévají a výrobky z oceli se kují a svařují.

"Silný jako ocel." Kolikrát jste to slyšeli? Ale nikdy jsme neslyšeli: "Silný jako litina." Staletá historie litiny vedla hutníky, slévárny a konstruktéry k přesvědčení, že litina dobře odolává pouze tlakovému zatížení. Funguje dobře pro kompresi. Tam, kde je potřeba vysoká pevnost v tahu, je litina nevhodná. Důvod nízké pevnosti litiny je vysvětlen její povahou. Litina se totiž od oceli liší vyšším obsahem uhlíku. Jen část se rozpouští v železe. Zbytek tvoří grafitové inkluze. Ve struktuře obyčejné šedé litiny tyto vměstky vypadají jako podlouhlé desky, které řežou železnou základnu (obr. 13, a). Jsou jasně viditelné pod mikroskopem. Inkluze lamelárního grafitu lze přirovnat k trhlinám v kovu vyplněném měkkým materiálem - grafitem. Grafitové inkluze jsou koncentrátory napětí. Jakmile se objeví tažná síla, litinové výrobky se snadno trhají. A důvodem tak slabé pevnosti je zahrnutí vločkového grafitu.

Je možné zmenšit velikost těchto grafitových inkluzí? Neměli bychom jim dát podlouhlý (protáhlý) tvar, ale učinit tyto inkluze kompaktnějšími? Přiblížit je kulatému tvaru?

Temperovaná litina, kterou nelze kovat. Zkušenosti ukázaly, že pokud je výrobek odlit z bílé litiny (ve které je všechen uhlík ve vázaném stavu ve formě karbidu železa) a následně je tento odlitek podroben dlouhodobému žíhání při vysokých teplotách (nad 1000 °C), pak grafitové vměstky dostanou úplně jiný tvar. Jejich tvar se stává vločkovitým (obr. 13.6). Tyto vměstky jsou kompaktnější, méně se zařezávají do kovové základny a taková litina se ukazuje jako mnohem odolnější. Už umí pracovat v napětí. Tento typ litiny se nazývá „kujná“, i když ve skutečnosti ještě není dostatečně kujná, aby mohla být kována.

Nyní udělejme kvantitativní srovnání. Pevnost v tahu se měří v kilogramech na čtvereční milimetr průřezu. Představme si drát o průřezu 1 mm2. Zavěsíme jeden její konec ke stropu a na spodní konec zavěsíme závaží. Jaké maximální zatížení může drát unést, než se zlomí? Čistý železný drát vydrží přibližně 25 a ocel až 70 kgf/mm 2 .

Šedá litina, jak jsme již řekli, nefunguje dobře v tahu a vydrží pouze 12-15 kgf / mm 2. Ale tvárná litina se ukazuje jako silnější - vydrží od 30 do 60 kgf / mm 2. Ale tvárná litina je drahá. Je to drahé kvůli tomu, že odlévané díly je ještě potřeba zabalit do krabic, posypat buď koksem nebo rudou, ponořit do pece a minimálně den uchovávat při teplotě 950-1050 °C. Dříve cyklus žíhání trval 4-5 dní. Nyní se jim to podařilo zkrátit na 24-20 hodin, ale to také výrazně zvyšuje cenu litiny.

Je litina pevnější než ocel? Kvůli čemu se pevnost temperované litiny zvýšila 2-3krát? Pouze změnou tvaru grafitových inkluzí. Namísto dlouhých plátů nabral uhlík po žíhání bílé litiny kompaktnější podobu (ve formě vloček), jejich velikosti se výrazně zmenšily oproti velikostem uhlíkových plátů v šedé litině.

Je možné velikost uhlíkových inkluzí ještě zmenšit a jejich tvar ještě kompaktnější?

Ukázalo se, že to možné je. Toho bylo dosaženo úpravou litiny, tj. zavedením malých přísad látek do tekuté litiny, které zajišťují uvolňování grafitu v litině ve formě drobných kuliček (obr. 13, c). Litina se sférickým grafitem se získává přidáním hořčíku, ceru, yttria a barya. K tomu přispívá křemík, vápník a některé další prvky.