Download LIVENJE-2010 PDF

TitleLIVENJE-2010
File Size2.9 MB
Total Pages22
Document Text Contents
Page 1

LIVENJE


Definicija: Pod livenjem se podrazumeva punjenje prostora određenog oblika tečnim metalom, tako
da po završetku procesa očvršćavanja (kristalizacije) metal zadržava oblik tog prostora.

Očvrsnuti metal se naziva odlivak, a prostor koji se puni tečnim metalom i u kome dolazi do
očvršćavanja - kalup.


Popunjavanje šupljine rastopljenim metalom (levo) i ručna stega izrađena livenjem i rezanjem desno)

U zavisnosti od vrste kalupa (peščani, metalni školjkasti, itd) kao i od načina ulivanja tečnog metala u
kalup (gravitacijom, odozgo, odozdo, centrifugalno, pod pritiskom, itd.) razlikuje se više vrsta livenja
, npr.:

livenje u peščane kalupe,
kokilno livenje,
gravitaciono livenje,
sifonsko livenje,
mešovito (odozdo pa odozgo) livenje,
centrifugalno livenje i
livenje pod pritiskom.


Otvoren i zatvoren kalup

Page 2

Livenjem je moguće dobiti odlivke različitih oblika, mase - od nekoliko grama do 300 t, dužine od
nekoliko centimetara do 20 m, sa debljinom zida od 0,5-500 mm, kao što su blokovi cilindara, klipovi,
tela i segmenti reduktora, zupčanici, postolja mašina, postolja valjačkih stanova, lopatice turbina, itd.


Odlivci različite geometrije



1. POJAM LIVKOSTI

Odlivci različitih metalnih materijala dobijeni livenjem treba da zadovolje mnogobrojne zahteve -
sastav i struktura treba da budu takvi da odlivak poseduje tražene fizičke, mehaničke i hemijske
osobine. Stoga, legure koje se koriste za livenje treba da se odlikuju svojstvom livkosti. Livkost je
kompleksno svojstvo materijala koje pokazuje njegovu pogodnost za dobijanje kvalitetnog odlivka. O
livkosti metala i legura sudi se na osnovu njihove tečljivosti, skupljanja pri očvršćavanju, sklonosti ka
likvaciji, sklonosti ka apsorpciji gasova, temperaturi topljenja, sklonosti ka pojavi unutrašnjih napona
i sklonosti ka obrazovanju prslina.
Pod pojmom tečljivost se podrazumeva sposobnost rastopljenog metala da dobro popuni kalup i da u
potpunosti odslika njegove unutrašnje površine. Tečljivost zavisi od fizičkih osobina metala/legure,
hemijskog sastava, temperature topljenja, fizičkih osobina i stanja kalupa. Tako npr., povećan sadržaj
ugljenika, silicijuma i fosfora u gvožđima, kao i povišenje temperature livenja (temperatura livenja je
obično 60- 100°C viša od temperature topljenja) utiču na povećanje tečljivosti. Ako se u liv (rastop)
doda izvesna količina površinski aktivnih elemenata, kao što su Bi, Te i dr., smanjuje se površinski
napon rastopa što, takođe, utiče na povećanje tečljivosti.
Likvacija je hemijska i strukturna nehomogenost legure u različitim delovima odlivka, a može da
bude dendritna i zonalna. Dendritna likvacija je posledica specifičnog očvršćavanja legure i
nedostatka vremena za difuziju u cilju izjednačavanja hemijskog sastava u zrnu pri očvršćavanju.
Ovaj tip likvacije je utoliko izrazitiji ukoliko je veća brzina očvršćavanja liva u kalupu. Zonalna
likvacija se javlja kada u procesu očvršćavanja dolazi do raslojavanja legure još u tečnoj fazi, zbog
različitih gustina komponenti.

2. LIVENJE U PEŠČANIM KALUPIMA

Livenje u peščanim kalupima (livenje u pesku) je jedan od najviše korišćenih postupaka za dobijanje
odlivaka - 70-75% svih odlivaka koji se koriste u mašinskoj industriji su dobijeni ovim načinom

Page 11

odlivka, ali se istovremeno poboljšavaju uslovi za međusobnu reakciju metala i kalupa uz pojavu
prigaranja na površini odlivka.


Sl. 7. Razlivanje tečnog metala kašikom (a) i naginjanjem lonca (b)

Kalup se popunjava tečnim metalom kroz niz kanala povezanih u jednu celinu koji se nazivaju ulivni
sistem, Sl. 8. Po konstrukciji i rasporedu u kalupu ulivni sistem može da bude postavljen na različite
načine, Sl. 9, pa punjenje može da bude odozgo, odozdo, ili kombinovano. Tačno izračunat i odmeren
ulivni sistem mora da obezbedi najpovoljnije uslove za sprovođenje rastopa u šupljinu kalupa i da
osigura nepromenjenu brzinu priticanja metala u kalup za određeno vreme.
Brzina ulivanja metala u kalup utiče na toplotni gubitak metala. Pri brzom popunjavanju smanjuje se
toplotni gubitak čime se ostvaruje ravnomemo hlađenje i očvršćavanje, odnosno dobijanje odlivka sa
ravnomernom strukturom i osobinama. Ulivanjem, struja tečnog metala vrši dinamičko opterećenje na
zidove kalupa, čija veličina zavisi od brzine ulivanja i pritiska metala. U toj fazi livenja zidovi kalupa
i njegov donji deo mogu da budu razoreni usled čega dolazi do promene oblika i dimenzija kalupa.
Kao posledica razaranja kalupa dobija se odlivak netačnih dimenzija i oblika.


Sl. 8. Ulivni sistem za odlivke od sivoga liva

Page 12

Sl. 9. Načini popunjavanja kalupa tečnim metalom

Tečni metal se uliva u kalup pošto je prethodno zagrejan na 60-100°C iznad temperature topljenja.
Temperatura livenja se određuje prema temperaturi osnovnog metala, koja može da bude umanjena za
određen broj stepeni u zavisnosti od vrste i količine legirajućih elemenata.
2.4.4. Očvršćavanje i hlađenje odlivka
Tečni metal, koji je uliven u kalupnu šupljinu, zauzima njenu konfiguraciju i počinje da se hladi.
Nakon dostizanja likvidus temperature započinje prelaz tečnog metala u čvrsto stanje. Brzina
očvršćavanja određena je brzinom odvođenja toplote i karakterom porasta udela čvrste faze tokom
vremena. Očvršćavanje odlivka je posledica kristalizacije legure, tj. stvaranja i rasta kristala. U tom
periodu obrazuje se primarna struktura legure, javlja se sklonost ka hemijskoj nehomogenosti,
skupljanje, obrazuje se površinski sloj odlivka. Posle potpunog hlađenja odlivak treba da ima zadatu
gustinu i homogenost, minimalne unutrašnje napone, glatku i čistu površinu.


Sl.10. Šema procesa očvršćavanja odlivka

Pri očvršćavanju toplota se predaje kalupu kroz niz zona, kao što su rastop, sloj očvrslog metala i
granična površina metal-kalup, Sl. 10, pri čemu u razmeni toplote učestvuju dve sredine - odlivak koji
se hladi i kalup koji se zagreva

Page 21

Sl. 16. Livenje pod pritiskom u uređaju sa horizontalnom hladnom kompresionom komorom. 1 -

matrica; 2 - jezgro
Kod uređaja sa toplom kompresionom komorom, Sl. 17, sama kompresiona komora je smeštena u
tiglu, sa rastopljenim metalom, koji se zagreva. Kada se klip (3) nalazi u gornjem položaju, rastopljen
metal kroz otvor (4) ulazi u kompresionu komoru. Kretanjem klipa nadole, tečni metal pod pritiskom
od 10-30 MPa popunjava kalup (5). Posle očvršćavanja, klip se vraća u prvobitan gornji položaj,
ostatak rastopa se sliva u komoru, a odlivak se vadi (6). Masa odlivaka, koji se dobijaju livenjem pod
pritiskom, se kreće od nekoliko grama do 25 kg. Pri livenju pod pritiskom, temperatura tečnog metala
treba da je za 10-20°C viša od likvidus temperature. Minimalna debljina zida odlivka, koja može da se
dobije ovim postupkom, sa visokim kvalitetom površina, je 0,8 mm. Zbog složenosti samog postupka
livenja i u cilju produžetka radnog veka kalupa za presovanje, najekonomičnije je ovim postupkom liti
legure sa niskom temperaturom topljenja (kao što su legure na bazi Cu, Mg, A1 i Zn), koje toplotno ne
utiču na zidove kalupa i krivljenje njegovih radnih površina. Ovaj postupak livenja je ekonomski
isplativ samo u masovnoj proizvodnji, kada se jednim kalupom za presovanje može da dobije na
desetine hiljada složenih odlivaka sa visokom tačnosti dimenzija i malom hrapavosti površina bez
naknadne mehaničke obrade. Poslednjih godina se ovaj postupak primenjuje i za livenje teže topljivih
materijala, npr., čelika.


Sl. 17. Livenje pod pritiskom u uređaju sa toplom kompresionom komorom

Postojanost kalupa se održava postavljanjem vatrootpornih umetaka od legura na bazi Mo. Ulogu
jezgra u takvim kalupima za presovanje imaju specijalni umeci koji se u kalup za presovanje fiksiraju
specijalnim gnezdima. Posle kristalizacije odlivka jezgro ostaje u odlivku. Visokotemperaturnim
žarenjem odlivka, jezgro se topi i otiče u prostor koji po konfiguraciji odgovara umetku (jezgru).
Postupak livenja pod pritiskom ima niz karakterističnih osobenosti. Proces može da se prikaže u tri
etape. U prvoj etapi rastopljen metal velikom brzinom (do 50 m/s) za kratko vreme (0,01-0,6s)
popunjava šupljinu kalupa za presovanje. Rastop se intenzivno meša sa vazduhom i parama premaza

Page 22

koji se nalaze u kalupu. U takvim uslovima samo deo vazduha, para i gasova može da se udalji iz
kalupa, a ostatak se meša sa rastopom obrazujući smešu metal - vazduh.
U drugoj etapi livenja, u momentu završetka popunjavanja kalupa za presovanje, javlja se
kratkovremeno i snažan hidrostatički udar, koji pokazuje i negativan i pozitivan uticaj na formiranje
odlivka. Pozitivno dejstvo hidroudara sastoji se u tome da metal dolazi u blizak kontakt sa površinom
kalupa i oštro ocrtava njegovu konfiguraciju. Na taj način se dobija tačna i glatka površina odlivka, s
tim što površinski sloj (0,2 mm) ima veliku gustinu i sitnozrnastu strukturu.
Treća etapa livenja završava se kristalizacijom odlivka velikom brzinom, što kao posledicu može da
ima i pojavu grešaka skupljanja, pre svega pora.
Nedostatak livenja pod pritiskom je visoka cena uređaja za livenje i samog kalupa, ograničenost u
dimenzijama i masi odlivka i prisustvo vazdušnih pora kod masivnih delova odlivka.

3.4 Livenje odbeljivanjem

Valjci, kao masivni elementi valjačkih stanova, se po pravilu dobijaju livenjem a obično se izrađuju
od različitih vrsta gvožđa ili nelegiranih i legiranih čelika. Da bi zadovoljili svoju upotrebnu funkciju
valjci u površinskom sloju treba da se odlikuju visokom tvrdoćom, otpornošću na habanje i
postojanošću osobina na povišenim temperaturama, dok u isto vreme unutrašnja oblast treba da bude
žilava, sa dobrom čvrstoćom i dinamičkim karakteristikama. Ovakva kombinacija osobina kod
valjaka može da se postigne ako se primeni postupak livenja sa odbeljivanjem površinskog sloja
gvožđa. Pošto su gvožđa veoma osetljiva na brzinu hlađenja, njihova struktura i mehaničke osobine
mogu da se menjaju od površine ka unutrašnjosti ako se u površinskom sloju obezbedi povećana
brzina hlađenja dok se istovremeno unutrašnji slojevi hlade malom brzinom.


SI. 18. Šematski prikaz livenja odbeljivanjem 1 - kokila, 2, 5 - peščani kalup, 3 - levak, 4 - ulivni kanal
Različite brzine hlađenja po poprečnom preseku valjka postižu se primenom dve vrste kalupa pri
livenju, od kojih kalup od peska obezbeđuje malu brzinu hlađenja, a metalni kalup povećanu brzinu
hlađenja, kao što je šematski prikazano na Sl. 18. Zbog povećane brzine hladenja, u površinskom sloju
valjka pri očvršćavanju, ugljenik se izdvaja u vidu cementita, dok se u unutrašnjim zonama, zbog male
brzine hlađenja, ugljenik izdvaja u vidu grafita. Stoga se po poprečnom preseku valjka posle
očvrščavanja mogu da uoče tri strukturne zone; po obodu struktura belog gvožđa (perlit i cementit),
zatim prelazni sloj meliranog gvožđa (perlit, cementit i grafit) i u sredini sivo gvožđe bez uključaka
strukturno slobodnog cementita. Opšte karakteristike čvrstoće i žilavosti valjka s jedne strane,
odnosno tvrdoće i otpornosti na habanje s druge strane, su u funkciji debljine odbeljenog sloja i
prelazne zone, zbog čega je neophodno kontrolisati parametre livenja da bi se postigao optimalan
odnos. Debljina odbeljenog sloja, zavisno od toga da li se valjci koriste za toplo ili hladno valjanje,
iznosi 10 - 40 mm.

Similer Documents