odsjek: metalurgija semestar: vi predmet: ljevarstvo materijal/ljevarstvo... · usmeni ispit 4 ....
TRANSCRIPT
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