Výběr správného lití z tvárné litiny stupeň se sníží na jeden centrální kompromis: tažnost versus pevnost . Pokud vaše součást potřebuje absnebobovat náraz, ohýbat se při zatížení nebo snadno obrábět, zvolte třídu s nižší pevností a vysokou tažností, např. 60-40-18 . Pokud váš díl potřebuje odolat silnému statickému zatížení a opotřebení s menším důrazem na rázové zatížení, zvolte třídu s vyšší pevností, např. 100-70-03 or 120-90-02 . Pro většinu obecných strojírenských aplikací – druh, který by tradičně používal měkkou ocel – 65-45-12 je výchozí výchozí bod.
Výběr jakosti podle ASTM A536 se řídí systémem tří čísel: pevnost v tahu (ksi), mez kluzu (ksi) a procento prodloužení. Pochopení toho, co každé z těchto čísel znamená pro vaši konkrétní aplikaci, je klíčem k tomu, abyste se vyhnuli jak přehnanému inženýrství (placení za sílu, kterou nepotřebujete), tak nedostatečnému inženýrství (určení třídy, která při provozu selže).
ASTM A536 je americká standardní specifikace pro odlitky z tvárné litiny a definuje každou jakost pomocí třídílného čísla: minimální pevnost v tahu (v tisících psi), minimální mez kluzu (v tisících psi) a minimální procento prodloužení. Například stupeň 65-45-12 znamená pevnost v tahu 65 ksi (448 MPa), mez kluzu 45 ksi (310 MPa) a 12 % prodloužení.
Díky tomu, že se tvárná litina chová tak odlišně od běžné šedé litiny, je její mikrostruktura. Definujícím znakem tvárné litiny podle ASTM A536 je mikrostruktura sféroidního grafitu, dosažená přidáním hořčíku nebo ceru během tavení. Tento kulatý tvar nodulárního grafitu – spíše než grafit s ostrými vločkami, který se nachází v šedé litině – minimalizuje koncentraci napětí a iniciaci trhlin, což dává tvárné litině její jmenovitou tažnost a odolnost proti nárazu.
ASTM A536 definuje rodinu standardních jakostí, z nichž každá vyvažuje pevnost a tažnost jinak.
| stupeň | Pevnost v tahu (min) | Mez kluzu (min) | Elongation (min) |
|---|---|---|---|
| 60-40-18 | 60 000 psi (414 MPa) | 40 000 psi (276 MPa) | 18% |
| 65-45-12 | 65 000 psi (448 MPa) | 45,000 psi (310 MPa) | 12% |
| 80-55-06 | 80 000 psi (552 MPa) | 55,000 psi (379 MPa) | 6.0% |
| 100-70-03 | 100 000 psi (689 MPa) | 70,000 psi (483 MPa) | 3.0% |
| 120-90-02 | 120 000 psi (827 MPa) | 90,000 psi (621 MPa) | 2.0% |
Existuje také sekundární skupina jakostí pro speciální aplikace — 60-42-10, 70-50-05 a 80-60-03 — které nabízejí mírně odlišné poměry pevnosti a tažnosti pro projekty se specifičtějšími požadavky, než pokrývají standardní třídy.
Třída 60-40-18 má maximální tažnost, vynikající obrobitelnost a houževnatost při nízkých teplotách díky své plně feritické matrici, která poskytuje vysokou tažnost a rázovou houževnatost. Tato třída normálně vyžaduje úplné feritizační žíhání k dosažení svých vlastností. Je to přirozená volba pro díly vystavené rázovému zatížení, nízkoteplotnímu provozu nebo tam, kde je obrobitelnost prioritou před hrubou pevností.
ASTM A536 stupeň 65-45-12 je tahoun rodiny tvárné litiny a slitina, kterou většina konstruktérů volí při přeměně výroby z měkké oceli na odlitek z tvárné litiny, protože její pevnost v tahu a mez kluzu jsou velmi blízké mez kluzu měkké oceli. Tato třída může být obvykle používána jako litá bez dodatečného tepelného zpracování, což pomáhá kontrolovat výrobní náklady.
Pokud aplikace vyžaduje střední tažnost a odolnost proti nárazu ve spojení s vyšší pevností, je třída 80-55-06 silným kandidátem. Stejně jako 65-45-12 může být obvykle dodáván jako odlitek, což nabízí užitečnou střední cestu mezi nižšími tažnými třídami a tvrdšími, méně shovívavými třídami s vysokou pevností.
Třídy s vyšší pevností, jako je 100-70-03, spoléhají na převážně perlitickou matrici, která poskytuje pevnost a odolnost proti opotřebení za cenu sníženého prodloužení. Třída 120-90-02 má velmi vysokou pevnost a odolnost proti opotřebení, i když není tak odolná proti opotřebení jako specializované chromové bílé žehličky. Tyto nejvyšší třídy obecně vyžadují kalení a temperování, normalizaci a temperování nebo izotermické tepelné zpracování, aby dosáhly svých specifikovaných vlastností, a jsou nejvhodnější pro silně zatížené součásti, kde je tažnost sekundárním problémem.
Požadavky na tepelné zpracování se v rámci rodiny jakostí výrazně liší a přímo ovlivňují dobu výroby a náklady.
| stupeň | Požadované tepelné zpracování |
|---|---|
| 60-40-18 | Full ferritizing anneal |
| 65-45-12 | As-cast (nevyžaduje žádné ošetření) |
| 80-55-06 | As-cast (nevyžaduje žádné ošetření) |
| 100-70-03 | Kalení a temperování, normalizace a temperování nebo izotermická úprava |
| 120-90-02 | Kalení a temperování, normalizace a temperování nebo izotermická úprava |
Výběr jakostního materiálu jako odlévaného typu, jako je 65-45-12 nebo 80-55-06, před tepelně zpracovaným jakostním materiálem, jako je 100-70-03, může významně snížit náklady i dobu realizace – vyplatí se to vzít v úvahu, pokud aplikace striktně nevyžaduje výkon třídy s vyšší pevností.
Rázové vlastnosti tvárné litiny jsou závislé na mikrostruktuře a standardní třídy ASTM A536 standardně nespecifikují požadavky na rázovou houževnatost – rázové zkoušky se řídí samostatnou normou ISO 1083, pokud je to vyžadováno pro konstrukční návrh. Pro nízkoteplotní aplikace nebo aplikace s vysokou rázovou houževnatostí se vyplatí konkrétně požadovat plně feritický stupeň s vyšší tažností, protože nižší obsah perlitu v mikrostruktuře (obecně pod 15 %) umožňuje materiálu splnit náročná kritéria rázu, jako je 12 Joulů při -20 °C.
Pokud vaše aplikace zahrnuje chladné podnebí, rázové zatížení nebo bezpečnostně kritickou odolnost proti nárazu, označte tento požadavek výslovně u vaší slévárny a nepředpokládejte, že jej automaticky pokrývá standardní označení třídy.
Před dokončením jakosti stojí za to nejprve potvrdit, že tvárná litina je správnou skupinou materiálů. Tvárná litina nabízí vynikající rovnováhu mezi pevností, tažností, cenou a slévatelností, díky čemuž je vhodná pro konstrukční a dynamické součásti. Pro srovnání, šedá litina je levnější, ale křehká a není vhodná pro dynamické nebo rázově zatěžované aplikace, zatímco uhlíková ocel poskytuje vyšší pevnost a svařitelnost, ale hůře se odlévá a je dražší na obrábění.
Tvárná litina také vykazuje vynikající charakteristiky tlumení vibrací a zvuku díky své grafitové mikrostruktuře, která často předčí ocel v dynamických aplikacích – což je důležité pro komponenty, jako jsou převodovky, setrvačníky a kryty strojů, kde na kontrole vibrací záleží stejně jako na pevnosti.
Typické aplikace pro rozpětí strojů z tvárné litiny ASTM A536, ventilů, nákladních automobilů, železničních komponentů a převodovek a setrvačníků – což je odrazem toho, jak široce se tato třída škáluje napříč průmyslovými odvětvími. Správný výběr třídy hned od začátku znamená rozdíl mezi komponentou, která spolehlivě funguje po celou dobu své životnosti, a komponentou, která buď předčasně selže při zatížení, nebo je její výroba dražší, než je nutné.
