predavanja 1-3

1

Odsjek: Metalurgija

Semestar: VI

Predmet: LJEVARSTVO

Nastavnik: Prof.dr.sc. Hasan Avdušinović

1 - 3 čas

Sadržaj predmeta

Osnovni pojmovi u ljevarstvu

Podjela livova

Izrada taline i agregati za topljenje

Livenje i ulivni sistemi

Analiza i razrada tehnologije livenja

Pregled postupaka proizvodnje odlivaka

Jednokratni kalupi

Trajni kalupi

Izrada jezgri

Gravitaciono livenje

Livenje pod pritiskom

Centrifugalno livenje

2

3

Literatura

Z. Glavaš, Osnove lijevanja metala, Sisak, 2014

I. Kerekeš, Osnovi livarstva, Novi Sad, 1972

H. Avdušinović, Željezni liv-knjiga I, Zenica 2015

Z. Glavaš, F. Unkić, Lijevanje željeznih metala, Sisak, 2008

F. Unkić, Z. Glavaš, Osnove lijevanja metala-Zbirka riješenih zadataka,

Sisak, 2009

S. Marković, Principles of Metalcasting, Beograd, 1999

Grupa autora, Ljevački priručnik, Zagreb 1985

M. Pajević, Livenje gvožđa i čelika, Beograd, 1974

M. Ostojić, A. Beroš, Nodularni liv, Zenica, 2008

Internet, stručni časopisi i ostala stručna literatura

Studentske obaveze

Prisustvo predavanjima i vježbama

Izvještaji nakon posjete proizvodnim

pogonima

Seminarski rad

Pismeni ispit

Usmeni ispit

4

Osnovni pojmovi

Odlivak – proizvod od metala dobijen

postupkom livenja metala

Talina – tečni metal

Kalupna šupljina – šupljina koja odgovara

obliku predmeta koji proizvodimo

Kalup – alat za proizvodnju odlivaka

(prihvatanje tečnog metala)

Jednokratni kalup

Trajni kalup

5

Model – kopija odlivka konstruisna i izrađena

prema određenim pravilima

Kalupnik (okvir)

Kalupna mješavina

Jezgro – alat za dobivanje šupljina u odlivku

Ulivni sistem – mreža kanala za dovod

tečnog metala do kalupne šupljine

Hranitelji

Gravitacijsko livenje-livenje pod pritiskom

Kontrola kvaliteta-Greške na odlivku

6

Osnovni pojmovi

Šematski prikaz osnovnih

komponenti sistema odlivak/kalup

7

Slika 1. Šematski prikaz osnovnih kompoonenti sistema odlivak/kalup

Proizvodnaj odlivaka u svijetu u

2014 godini

8

Kratak istorijski pregled razvoja

Pronalazak vatre i kremena

Metoda pokušaja i pogreške

Izrada alata, oruđa i nakita

Pretpostavka da se metali prvi put pojavljuju

u upotrebi oko 8000 g pne (bakar)

3000 g pne bronzano doba

1200 g pne počeci upotrebe gvožđa

9

Kratak istorijski pregled

10

Kratak istorijski pregled

Upotreba zlata kao jedinog metala koji se

javlja samorodno u prirodi

Migracije naroda, Mesopotamija

Počeci izrade prvih dijelova tehnologijom

livenja u šupljine u glini ili kamenu

Nastariji odlivak na svijetu

Žaba- odlivena od bakra u Mesopotamiji 3200 g

pne

11

Kratak istorijski pregled

12

Slika 2. najstariji odlivak na svijetu

Žaba od bakra 3200 g pne

Slika 3. Prvi kalupi radjeni u kamenu

Kratak istorijski pregled

13 Slika 4. Razvoj metalurških peći

a) Slobodni plamen

b) Peć od gline

c) Peć sa rešetkom

d) Šahtna peć sa duvnicama

Značaj metala znatno se povećava

ovladavanjem tehnologijom topljenja i livenja

komplikovanih oblika

Transfer tehnologije obrade metala u Kinu i

Indiju i njen dalji razvoj

Blizina rudnih ležišta bakra i kalaja povoljno

uticalo na razvoj tehnologije proizvodnje

bronze

Vrhunac proizvodnje bronze u periodu

dinastije Shang 1766-1122 g pne 14

Kratak istorijski pregled

Kratak istorijski pregled

Usmjeravanje pažnje na proizvodnju željeza

Vraćanje zaboravljene tehnologije obrade metala

ponovo na područje Mediterana (Egipat, Grčka, Rim,

...)

Jedno od prvih djela u kome se detaljnije opisuju

metali autora Plinija (oko 400 g pne)

Aristotel i drugi

Ponovno istraživanje na polju metala nakon srednjeg

vijeka u periodu renesanse

Livenje topova i metalnih kugli – 1300-1400 godine

Vanoccio Biringuccio (1480-1539) De La Pirotechnia

Prvo pisano djelo iz oblasti livenja metala 15

16

Kratak istorijski pregled

Slika 5. veliko zvono od bronze

216 tona, visina 6,14m, promjer 6,6m,

Kremlj, Rusija

Slika 6. Veliki Buda, Japan 1252 g.

Primjeri

17

Slika 7. Top sa najvećim kalibrom na svijetu

(890 mm)

Rusija, 1586 g.

Slika 8. Prvi most izrađen od livenog željeza,

Engleska, Rijeka Severn, 1779 g.

18

Osnovne faze tehnologije izrade odlivaka

KUPAC LIVNICA

Priprema modela

Izrada crteža

Izrada alata

Sklapanje modela

Izrada kalupa

Priprema kaluparskog materijala

Priprema kalupnika

Sklapanje kalupa

Izrada taline

Odabir materijala za

topljenje

Topljenje

Obrada taline i

kontrola sastava

Livenje taline u kalupe

Cijepljenje taline

Kontrola kvaliteta odlivka

Vizuelna i dimenziona

Metalografska

Mehaničke osobine

Isporuka kupcu

Fe-C dijagram stanja - stabilni

19

20

Fe-Fe3C dijagram - metastabilni

Podjela livova

Livovi na bazi željeza

Čelični livovi

Željezni livovi

Livovi na bazi obojenih metala

Livovi na osnovi aluminija

Livovi na osnovi bakra

Livovi na osnovi zinka

Livovi na osnovi magnezija

.......

21

Livovi-podjela

22

Podjela livova

Livovi na bazi željeza

Fe – C dijagram

Fe – Fe3C dijagram

Prisustvo pratećih i legirajućih elemnata

Si, Mn, P, S, Ni, Cu, Cr, Mo......

23

Čelični livovi

Nelegirani (ugljenični) čelični liv

Niskolegirani čelični liv

Visoko legirani čelični liv

24

Konstrukcijski čelični liv

Alatni čelični liv

Svojstva čeličnil livova (komparacija sa željeznim

livovima)

Proizvodnja u svijetu

25

Čelični livovi-upotreba

Slika 9. proizvodnja pojedinih vrsta

livova u svijetu u 2013 godini

26

Slika 10. Primjer pojedinih

čeličnih odlivaka

Primjeri

Ugljenični (nelegirani) čelični livovi

Odljevci od kojih se zahtijeva trajnost i

čvrstoća (povoljna mehanička svojstva)

Ne zahtijevaju se specijalna svojstva

(otpornost na koroziju, povišene temperature i

sl)

Udio pratećih elemenata

Si 0,25 do 0,8%, Mn 0,5 do 1,5%

Nizak sadržaj fosfora i sumpora ispod 0,025%

27

Čelični livovi

Podjela ugljeničnih čeličnih livova

Niskougljenični čelični liv (sadržaj C ispod 0,2%)

Sadržaj Si od 0,35-0,8, Mn od 0,5-1,5%

Visoka temperatura topljenja

Loša livkost

Sklonost ka oksidaciji i toplim pukotinama

Pogodni za termički treman (površinsko otvrdnjavanje)

28

Čelični livovi

Srednjeugljenični čelični liv (sadržaj C od 0,2 do

0,5%)

Termička obrada za poboljšanje mehaničkih svojstava

(eliminisanje livenog stanja)

Odlivci za brodogradnju, željeznice, utomobile i

poljoprivredne mašine, alati, strojevi, idr

Bolja livkost od odlivaka rađenih od niskougljeničnih

čelika

Niža temperatura topljenja

29

Čelični livovi

Visokougljenični čelični livovi (sadržaj C iznad 0,5%)

Viši sadržaj ugljika pogoduje termičkom tretmanu

odlivaka

Za komponente koje zahtijevaju visoke vrijednosti

zatezne čvrstoće

Niža tačka topljenja u odnosu na prethodne dvije

klase livova

Bolja livkost

30

Čelični livovi

Nisko legirani čelični livovi

Za odlivke sa posebnim zahtjevima u odnosu na

nelegirane čelične livove

Smanjenje mase komponenti

Udio ugljika do 0,45%

Ukupan udio legirajućih elemenata do 8,0%

31

Čelični livovi

r. br. Legirajući element Udio veći od

%

1 Mangan 1,0

2 Silicij 0,8

3 Nikl 0,5

4 Bakar 0,5

5 Krom 0,25

6 Molibden 0,1

7 Vanadij 0,05

8 Volfram 0,05

Osnovna svojstva niskolegiranih čeličnih livova

Povišena čvrstoća na sobnoj i povišenim

temperaturama (1,5% Mn)

Povećana otpornost na trošenje

Povećana otpornost na udarno opterećenje

Bolja otpornost na oksidaciju

Bolja duktilna svojstva a sobnim i niskim

temperaturama (Ni, Ni+V)

Bolja prokaljivost uslijed prisustva Cr, Ni, Mo, Mn i

dr

32

Čelični livovi

Primjena niskolegiranih čeličnih livova

Izrada zupčanika, valjaka, komponenti za

drobilice, koljenaste osovine, dijelovi za

cementare, operma za naftnu industriju, dijelove

za automobile, dijeove za željeznice

Klasifikacija niskolegiranih čeličnih livova prema

primjeni

Livovi za strukturne komponente povišene

čvrstoće, duktilnosti i prokaljivosti

Livovi za odlivke od kojihe se traži povišena

otpornost na trošenje, abraziju, koroziju....

Ne postoji oštra granica primjene pojedinih skupina

33

Čelični livovi

Visokolegirani čelični livovi

Udio legirajućih elemenata viši od 8%

Glavni legirajući elemenit Cr i Ni

Livovi za primjenu u specifičnim uslovima

(povišena temperatura i otpornost na koroziju)

Primjena

Visokolegirani čelični liv otporan na koroziju

Visokolegirani čelični liv otporan na visoke

temperature

Visokolegirani čelični liv otporan na trošenje 34

Čelični livovi

Visokolegirani čelični liv otporan na koroziju

Cr –Ni livovi(od 12-30%)

Ni –Cr livovi (do 30% Ni)

sa manjim udjelom Mo, Cu, N i dr.

Jednofazna mikrostruktura (fert, austenit,

martenzit) bez karbida, oksida, ili drugih faza

Nizak sadržaj ugljika (C<0,08%) u protivnom

opasnost od nastajanja karbida

35

Čelični livovi

Visokolegirani čelični liv otporan na visoke

temperature

Za temperaturno područje od 650 do 1300 °C

Odsustvo mikrostrukturnih transformacije u

radu (feritna ili austenitna mikrostruktura)

Viši sadržaj ugljika (karbidi koji poboljšavaju

čvrstoću na povišenim temperaturama)

Fe-Cr livovi (8-30%Cr i do 8% Ni)

Feritna mikrostruktura, slaba duktilnost na sobnim

temperaturama

36

Čelični livovi

Fe-Cr-Ni livovi (Cr>18%, Ni>8%)

Austenitna mikrostruktura bolja čvrstoća i

duktilnost od feritne skupine livova

Fe-Ni-Cr livovi (Ni>23% i Cr>10%)

Potpuna austenitna mikrostruktura

Otporni na izmjenu temperaturnih ciklusa i

agresivne sredine (oksidativne i reduktivne)

Slaba otpornaost na okruženje sa visokim

sadržajem sumpora

37

Čelični livovi

38

Čelični livovi

Visokolegirani čelični livovi otporni na

trošenje

1-1,4% C i 10-14% Mn

Omjer %Mn/%C > 10

Austenitna mikrostruktura

Hadfildovi čelici

Sposobnost otvrdnjavanja hladnom

deformacijom u toku ekspolatacije (austenit u

martenzit)

Željezni livovi

Željezni livovi sa grafitom

Željezni livovi bez prisustva grafita

Livovi prema izgledu preloma

Sivi željezni livovi

Bijeli željezni livovi

39

Željezni livovi

Željezni livovi sa grafitom

Liv sa lamelarnim grafitom

Liv sa nodularnim grafitom

Liv sa vermikularnim grafitom

Liv sa temper grafitom

Sadržaj C 3-3,5%, Si 1,8-2,5%

Cijepljenje liva

Uticaj legirajućih elemenata

Grafitizatori Si, Ni, Cu

Karidotvorci Cr, V, Mn

Uticaj brzine hlađenja, pojava odbjela

40

Željezni livovi

Hemijski sastav

C 3,0-3,5%, Si 1,8-2,5%, Mn 0,4-0,8%, S do 0,15%, P

do 0,2%

Sadržaj Mn=1,7x%S + 0,3

41

Željezni livovi-liv sa lamelarnim

grafitom

Slika 11. Mikrostruktura liva sa lamelarnim grafitom

a) prije i b) poslije nagrizanja

a) b)

Željezni liv sa lamelarnim grafitom

Liv koji je najstariji materijal iz skupine

željeznih livova

Najveća proizvodnja u svijetu

Svojstva

Niska vrijednost zatezne čvrstoće i duktilnosti

Dobra mašinska obradivost

Dobra sposobnost prigušenja vibracija

Dobra toplotna provodivost

Dobra livkost

Niski troškovi proizvodnje 42

Željezni livovi