Sivi lijev je legura željeza i ugljika, gdje se ugljik izlučuje iz legure kao grafit, i to za vrijeme skrućivanja ili pri njenom žarenju (temperiranje), pa se time postiže bolja obradivost i veća sposobnost prigušivanja vibracija. Na izlučivanje grafita utječu kemijski sastav, način skrućivanja i obrada legure. Vrlo je važna količina ugljika i silicija u leguri sa željezom. Što je ta količina veća, to se više izlučuje grafita, i veći su grafitni listići. U osnovnoj strukturi grafit je strano tijelo vrlo male vlačne čvrstoće (20 N/mm2) i tvrdoće. Grafitni listići presijecaju osnovni čelični lijev i imaju zarezno djelovanje. Što ima više grafitnih listića i što su oni grublji, to su i mehanička svojstva lijeva lošija (od 120 – 300 N/mm2). Sastav sivog lijeva može se mijenjati u slijedećim granicama: 2,0 – 4,5% C, 0,5 – 3,5% Si, do 1,3% Mn, do 1% P i 0,06 – 0,15% S. [1]

Ploče od sivog lijeva na klaviru.
Tava od sivog lijeva (lijevano željezo).
Dijagram stanja (fazni dijagram) željezo – ugljik. Sivi lijev je legura željeza i ugljika, te nekih drugih legirnih elemenata, gdje je sadržaj ugljika od 2,0 – 4,5% (maseni udio).
Reljef od sivog lijeva.
Stare peći na drva od sivog lijeva.

Pri jednakoj količini ugljika i pri jednakom udjelu grafita, sivi lijev može imati različita mehanička i fizička svojstva. Do tih razlika dolazi zbog različitog oblika grafita, njegove raspodjele i veličine. Čvrstoća sivog lijeva ovisi više o količini i obliku grafita, nego o osnovnoj strukturi.

Tlačna čvrstoća sivog lijeva je 3 do 6 puta veća od vlačne čvrstoće, dok čelik ima obje te čvrstoće približno jednake. Jedna od odlika sivog lijeva je velika tlačna čvrstoća. Zato se sivi lijev u prvom redu upotrebljava na mjestima veoma opterećenim na tlak, ali se ne smije opteretiti na savijanje. [2]

Utjecaj grafita i ostalih legirajućih elemenata na sivi lijev

uredi

Grafit se ocjenjuje prema obliku, rasporedu i veličini. On može imati lisnat (lamelaran), kugličast i čvorast oblik. Lisnati grafiti svrstavaju se prema rasporedu u 5 klasa (od A do E): tip A ima jednoličan raspored, u tipu B grafit ima oblik gnijezda (rozeta), tip C je nadeutektički, a tipovi D i E su pothlađeni. Prema veličini grafiti čine 8 klasa. U klasu 1 idu grafitni listići koji su, pri povećanju mikroskopa od 100 puta, veći od 100 mm, a u klasu 8 listići veći od 1,5 mm.

Pri promatranju dvodimenzionalne projekcije grafita izgleda da je svaki listić samostalan i odvojen od susjednih listića. Tek trodimezionalnim promatranjem grafita (koje je omogućeno na primjer dubokim nagrizanjem) može se utvrditi da su ti listići međusobno srašćeni i da su izrasli iz zajedničkog središta. U novijoj se literaturi navodi upravo razgranatost kao mjerilo za grafit i njegov utjecaj, a ne više veličina grafita u sivom lijevu. [3]

Silicij je uz ugljik najvažniji kemijski element u sivom lijevu, jer smanjuje topljivost ugljika. Takvo se djelovanje silicija označuje pomoću ekvivalenta ugljika:

Cekv = C + 1/3 Si

Sličan je izraz kojim se uzima u obzir i utjecaj fosfora:

Cekv = C + 1/3 Si + 1/3 P

Eutektička količina ugljika iznosi u faznom dijagramu Fe – C – Si:

Ceu = 4,26 – 1/3 Si

U gornjim jednadžbama su Cekv, Ceu, C, Si i P izraženi u postocima (maseni udjeli).

Mangana ima u sivom lijevu obično od 0,4 do 1,4%. Mangan smanjuje u leguri sumpor i stabilizira cementit. S ugljikom se veže u stabilan karbid Mn3C, koji s cementitom Fe3C, stvara složen spoj, pa prema tome otežava raspadanje cementita. Mangan veže sumpor u MnS, koji ne pogoršava mehanička svojstva sivog lijeva.

Dodatak fosfora smanjuje žilavost i duktilnost, odljevci postaju krhki, a povećava se i njihova tvrdoća. Fosfor odlično olakšava dobro lijevanje slitine.

Utjecaj brzine hlađenja i debljine stijenke

uredi

Različitom brzinom hlađenja postiže se, pri istom kemijskom sastavu sivog lijeva, različito oblikovanje grafita i osnovna struktura. Pri istom kemijskom sastavu, odljevak s tankim stijenkama brže se hladi, pa će više ugljika biti vezano na cementit, dok se u debelim stijenkama, zbog sporijeg hlađenja, izlučuje više grafita. Dešava se da se u istom odljevku, kao posljedica različitih debljina stijenki, pojavljuju različite mikrostrukture, što uzrokuje i različita mehanička svojstva, različito stezanje i unutrašnje napetosti, zbog kojih se odljevak može izobličiti ili može čak puknuti.

Mehanička svojstva sivog lijeva

uredi

Tlačna čvrstoća sivog lijeva je 3 do 6 puta veća od vlačne čvrstoće, dok čelik ima obje te čvrstoće približno jednake. Jedna od odlika sivog lijeva je velika tlačna čvrstoća. Zato se sivi lijev u prvom redu upotrebljava na mjestima veoma opterećenim na tlak, ali se ne smije opteretiti na savijanje.

Vlačna čvrstoća sivog lijeva manje ovisi o kemijskom sastavu, a više o obliku grafita. Grafitni listići imaju zarezno djelovanje, što smanjuje vlačnu čvrstoću (od 120 – 300 N/mm2). Istezanje sivog lijeva s listićima grafita je neznatno, tako da se rijetko i određuje. U feritnom lijevu s finim grafitom istezanje je veće nego u perlitnom lijevu, ali u oba slučaja ne prelazi 0,5%.

Na tvrdoću sivog lijeva utječe manje oblik grafita, a više kemijski sastav i raspodjela grafita. S povećanjem postotka cementita raste i tvrdoća sivog lijeva. Tvrdoća sivog lijeva se kreće u granicama od 120 do 200 HB, a za kvalitetnije ljevove do 250 HB (tvrdoća po Brinellu). [4]

Proizvodnja sivog lijeva

uredi

Sivi lijev se dobiva taljenjem sirovog željeza, uz dodatke lomljevine, kružnog lijeva, čeličnih otpadaka i posebnih dodataka. Ulijeva se u kalupe i obično se zatim toplinski ne obrađuje. Sivi lijev sadrži vise od 2% ugljika, koji je uglavnom u obliku grafita (60 do 90%), a djelomično u obliku cementita.

Primjena sivog lijeva

uredi

Sivi lijev služi za različite namjene. Ako se upotrijebi kao građevni, trgovački ili umjetnički lijev (za izradu stupova, podložnih ploča, peći, radijatora, glačala, kipova, reljefa i slično, tada njegova svojstva čvrstoće nisu propisana. Ali ako služi kao strojni lijev za izradu različitih dijelova strojeva, tada su njegova svojstva propisana prema standardu HRN C.J2.020., i razvrstavaju se u 7 skupina: SL 10, SL 15, SL 20, SL 25, SL 30, SL 35 i SL 40.

Izvori

uredi
  1. "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.
  2. "Tehnička enciklopedija", glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
  3. [1] Arhivirano 2014-07-04 na Wayback Machine-u "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.
  4. [2][mrtav link] "Legure za lijevanje", www.riteh.uniri.hr, 2011.