Litinaje skupina železo-uhlíkových slitin s obsahem uhlíku větším než 2 %.Jeho užitečnost vyplývá z jeho relativně nízké teploty tání.Složky slitiny ovlivňují její barvu při lomu: bílá litina obsahuje karbidové nečistoty, které umožňují přímý průchod trhlin, šedá litina má grafitové vločky, které odklánějí procházející trhlinu a iniciují bezpočet nových trhlin, když se materiál láme, a tvárná litina má kulovité grafitové „uzlíky“, které zabraňují dalšímu postupu trhliny.

Hlavními legujícími prvky litiny jsou uhlík (C) v rozmezí 1,8 až 4 % hmotn. a křemík (Si) 1–3 % hmotn.Slitiny železa s nižším obsahem uhlíku jsou známé jako ocel.

Litina bývá křehká, kromě kujné litiny.S relativně nízkým bodem tání, dobrou tekutostí, slévatelností, vynikající obrobitelností, odolností proti deformaci a odolností proti opotřebení se litiny staly strojírenským materiálem s širokým spektrem použití a používají se v trubkách, strojích a součástech automobilového průmyslu, jako jsou válce hlavy, bloky válců a skříně převodovek.Je odolný proti poškození oxidací.

Nejstarší litinové artefakty pocházejí z 5. století před naším letopočtem a byly objeveny archeology na území dnešního Ťiang-su v Číně.Litina se používala ve starověké Číně pro válčení, zemědělství a architekturu.Během 15. století se litina začala používat pro dělo v Burgundsku, Francii a v Anglii během reformace.Množství litiny používané pro dělo vyžadovalo výrobu ve velkém měřítku. První litinový most postavil v 70. letech 18. století Abraham Darby III. a je známý jako Železný most v Shropshire v Anglii.Litina se používala i při stavbě budov.

Legující prvky

Vlastnosti litiny se mění přidáním různých legujících prvků nebo slitin.Vedle uhlíku je nejdůležitější slitinou křemík, protože vytlačuje uhlík z roztoku.Nízké procento křemíku umožňuje, aby uhlík zůstal v roztoku za vzniku karbidu železa a výroby bílé litiny.Vysoké procento křemíku vytlačuje uhlík z roztoku tvořícího grafit a výrobu šedé litiny.Další legovací činidla, mangan, chrom, molybden, titan a vanad působí proti křemíku, podporují zadržování uhlíku a tvorbu těchto karbidů.Nikl a měď zvyšují pevnost a obrobitelnost, ale nemění množství vytvořeného grafitu.Uhlík ve formě grafitu má za následek měkčí železo, snižuje smrštění, snižuje pevnost a snižuje hustotu.Síra, je-li přítomna z velké části kontaminant, tvoří sulfid železa, který zabraňuje tvorbě grafitu a zvyšuje tvrdost.Problém se sírou je v tom, že dělá roztavenou litinu viskózní, což způsobuje vady.Aby se zabránilo účinkům síry, přidává se mangan, protože tyto dva se tvoří na sulfid manganu místo na sulfid železa.Sulfid manganu je lehčí než tavenina, takže má tendenci vyplavovat z taveniny do strusky.Množství manganu potřebné k neutralizaci síry je 1,7 × obsah síry + 0,3 %.Pokud se přidá více než toto množství manganu, vytvoří se karbid manganu, který zvyšuje tvrdost a chladnutí, s výjimkou šedé litiny, kde až 1 % manganu zvyšuje pevnost a hustotu.

Nikl je jedním z nejběžnějších legujících prvků, protože zjemňuje strukturu perlitu a grafitu, zlepšuje houževnatost a vyrovnává rozdíly v tvrdosti mezi tloušťkami průřezu.Chrom se přidává v malých množstvích, aby se snížil volný grafit, vytvořil chlad, a protože je to silný karbidový stabilizátor;nikl se často přidává ve spojení.Malé množství cínu lze přidat jako náhradu za 0,5 % chrómu.Měď se přidává v pánvi nebo v peci v řádu 0,5–2,5 %, aby se snížil chlad, zjemnil grafit a zvýšila tekutost.Molybden se přidává v řádu 0,3–1 % pro zvýšení chladu a zjemnění struktury grafitu a perlitu;často se přidává ve spojení s niklem, mědí a chromem za vzniku vysoce pevných želez.Titan se přidává jako odplyňovač a deoxidátor, ale také zvyšuje tekutost.Do litiny se přidává 0,15–0,5 % vanadu pro stabilizaci cementitu, zvýšení tvrdosti a zvýšení odolnosti proti opotřebení a teplu.0,1–0,3 % zirkonia pomáhá tvořit grafit, deoxidovat a zvyšovat tekutost.

Do tavenin kujného železa se přidává vizmut v rozsahu 0,002–0,01 %, aby se zvýšilo množství křemíku, které lze přidat.V bílém železe se přidává bor, aby pomohl při výrobě kujného železa;také snižuje hrubovací účinek vizmutu.

Šedá litina

Šedá litina je charakteristická svou grafitickou mikrostrukturou, která způsobuje, že lomy materiálu mají šedý vzhled.Je to nejpoužívanější litina a nejrozšířenější litý materiál podle hmotnosti.Většina litin má chemické složení 2,5–4,0 % uhlíku, 1–3 % křemíku a zbytek železo.Šedá litina má menší pevnost v tahu a rázovou odolnost než ocel, ale její pevnost v tlaku je srovnatelná s nízkou a středně uhlíkovou ocelí.Tyto mechanické vlastnosti jsou řízeny velikostí a tvarem grafitových vloček přítomných v mikrostruktuře a lze je charakterizovat podle směrnic daných ASTM.

Bílá litina

Bílá litina má bílé prasklé povrchy v důsledku přítomnosti sraženiny karbidu železa zvaného cementit.S nižším obsahem křemíku (grafitizační činidlo) a rychlejší rychlostí ochlazování se uhlík v bílé litině vysráží z taveniny jako metastabilní fáze cementitu, Fe.₃C, spíše než grafit.Cementit, který se vysráží z taveniny, tvoří relativně velké částice.Jak se karbid železa vysráží, odebírá uhlík z původní taveniny, čímž se směs pohybuje směrem k té, která je blíže eutektickému stavu, a zbývající fází je austenit s nižším obsahem železa a uhlíku (který se při ochlazení může přeměnit na martenzit).Tyto eutektické karbidy jsou příliš velké na to, aby poskytovaly výhodu toho, čemu se říká precipitační kalení (jako u některých ocelí, kde by mnohem menší precipitáty cementitu mohly bránit [plastické deformaci] tím, že brání pohybu dislokací skrz matrici čistého železného feritu).Spíše zvyšují objemovou tvrdost litiny jednoduše na základě jejich vlastní velmi vysoké tvrdosti a jejich podstatného objemového podílu, takže objemovou tvrdost lze přiblížit pravidlem směsí.V každém případě nabízejí tvrdost na úkor houževnatosti.Vzhledem k tomu, že karbid tvoří velkou část materiálu, lze bílou litinu rozumně klasifikovat jako cermet.Bílé železo je příliš křehké pro použití v mnoha konstrukčních součástech, ale s dobrou tvrdostí a odolností proti otěru a relativně nízkými náklady najde použití v takových aplikacích, jako jsou opotřebitelné povrchy (oběžné kolo a spirála) kalových čerpadel, skořepinových vložek a zvedacích tyčí v kuličkách mlýny a autogenní drtící mlýny, koule a prstence v uhelných drtičích a zuby rypadlo rypadlo lopaty (ačkoli litá středně uhlíková martenzitická ocel je pro tuto aplikaci běžnější).

Je obtížné zchladit silné odlitky dostatečně rychle, aby tavenina ztuhla jako bílá litina.Rychlé ochlazení však může být použito ke ztuhnutí pláště z bílé litiny, po kterém se zbytek ochladí pomaleji a vytvoří jádro z šedé litiny.Výsledný odlitek, nazývaný achlazený odlitek, má výhody tvrdého povrchu s poněkud tužším vnitřkem.

Slitiny bílého železa s vysokým obsahem chrómu umožňují odlévání masivních odlitků (například 10tunové oběžné kolo) do písku, protože chrom snižuje rychlost chlazení potřebnou k výrobě karbidů přes větší tloušťky materiálu.Chrom také produkuje karbidy s působivou odolností proti oděru.Tyto slitiny s vysokým obsahem chrómu připisují svou vynikající tvrdost přítomnosti karbidů chrómu.Hlavní formou těchto karbidů jsou eutektické nebo primární M₇C₃karbidy, kde "M" představuje železo nebo chrom a může se lišit v závislosti na složení slitiny.Eutektické karbidy se tvoří jako svazky dutých šestihranných tyčinek a rostou kolmo k šestihranné bazální rovině.Tvrdost těchto karbidů je v rozmezí 1500-1800HV.

Temperovaná litina

Temperovaná litina začíná jako odlitek z bílé litiny, který je poté den nebo dva tepelně zpracován při teplotě asi 950 °C (1 740 °F) a poté jeden nebo dva dny ochlazen.V důsledku toho se uhlík v karbidu železa přeměňuje na grafit a ferit plus uhlík (austenit).Pomalý proces umožňuje povrchovému napětí formovat grafit do sféroidních částic spíše než do vloček.Vzhledem ke svému nižšímu poměru stran jsou sféroidy relativně krátké a daleko od sebe a mají nižší průřez ve srovnání s šířící se trhlinou nebo fononem.Mají také tupé hranice, na rozdíl od vloček, což zmírňuje problémy s koncentrací napětí, které se vyskytují v šedé litině.Obecně se vlastnosti temperované litiny více podobají vlastnostem měkké oceli.Existuje omezení toho, jak velký díl lze odlévat do temperované litiny, protože je vyrobena z bílé litiny.

Tvárná litina