Liatinaje skupina železo-uhlíkových zliatin s obsahom uhlíka vyšším ako 2 %.Jeho užitočnosť vyplýva z relatívne nízkej teploty topenia.Zložky zliatiny ovplyvňujú jej farbu pri lámaní: biela liatina má karbidové nečistoty, ktoré umožňujú, aby praskliny prešli priamo, sivá liatina má grafitové vločky, ktoré odkláňajú prechádzajúce trhliny a iniciujú nespočetné nové trhliny, keď sa materiál láme, a tvárna liatina má sférický tvar. grafitové „uzlíky“, ktoré zabraňujú ďalšiemu postupu trhliny.

Hlavnými legovacími prvkami liatiny sú uhlík (C) v rozsahu od 1,8 do 4 % hmotn. a kremík (Si) 1–3 % hmotn.Zliatiny železa s nižším obsahom uhlíka sú známe ako oceľ.

Liatina býva krehká, okrem kujnej liatiny.Vďaka svojej relatívne nízkej teplote topenia, dobrej tekutosti, zlievateľnosti, výbornej obrobiteľnosti, odolnosti voči deformácii a odolnosti proti opotrebovaniu sa liatiny stali strojárskym materiálom so širokým spektrom použitia a používajú sa v potrubiach, strojoch a častiach automobilového priemyslu, ako sú valce hlavy, bloky valcov a skrine prevodoviek.Je odolný voči poškodeniu oxidáciou.

Najstaršie liatinové artefakty pochádzajú z 5. storočia pred Kristom a objavili ich archeológovia na území dnešného Ťiang-su v Číne.Liatina sa v starovekej Číne používala na vojnu, poľnohospodárstvo a architektúru.Počas 15. storočia sa liatina začala používať na delo v Burgundsku, Francúzsku a v Anglicku počas reformácie.Množstvo liatiny použitej na delo si vyžadovalo výrobu vo veľkom meradle. Prvý liatinový most postavil v 70. rokoch 18. storočia Abraham Darby III. a je známy ako Železný most v Shropshire v Anglicku.Liatina sa používala aj pri stavbe budov.

Legujúce prvky

Vlastnosti liatiny sa menia pridávaním rôznych legujúcich prvkov alebo legujúcich látok.Vedľa uhlíka je kremík najdôležitejšou legujúcou látkou, pretože vytláča uhlík z roztoku.Nízke percento kremíka umožňuje, aby uhlík zostal v roztoku za vzniku karbidu železa a výroby bielej liatiny.Vysoké percento kremíka vytláča uhlík z roztoku za vzniku grafitu a výroby sivej liatiny.Iné legovacie činidlá, mangán, chróm, molybdén, titán a vanád pôsobia proti kremíku, podporujú zadržiavanie uhlíka a tvorbu týchto karbidov.Nikel a meď zvyšujú pevnosť a opracovateľnosť, ale nemenia množstvo vytvoreného grafitu.Uhlík vo forme grafitu má za následok mäkšie železo, znižuje zrážanie, znižuje pevnosť a znižuje hustotu.Síra, ktorá je vo veľkej miere kontaminantom, ak je prítomná, vytvára sulfid železa, ktorý zabraňuje tvorbe grafitu a zvyšuje tvrdosť.Problém so sírou je v tom, že roztavenú liatinu robí viskóznou, čo spôsobuje defekty.Na potlačenie účinkov síry sa pridáva mangán, pretože tieto dva sa formujú na sulfid mangánu namiesto sulfidu železa.Sulfid mangánu je ľahší ako tavenina, takže má tendenciu vyplávať z taveniny do trosky.Množstvo mangánu potrebné na neutralizáciu síry je 1,7 × obsah síry + 0,3 %.Ak sa pridá viac ako toto množstvo mangánu, vytvorí sa karbid mangánu, ktorý zvyšuje tvrdosť a chladenie, s výnimkou šedej liatiny, kde až 1% mangánu zvyšuje pevnosť a hustotu.

Nikel je jedným z najbežnejších legujúcich prvkov, pretože zjemňuje perlitovú a grafitovú štruktúru, zlepšuje húževnatosť a vyrovnáva rozdiely v tvrdosti medzi hrúbkami profilov.Chróm sa pridáva v malých množstvách na redukciu voľného grafitu, vytvára chlad, a pretože je to silný karbidový stabilizátor;nikel sa často pridáva v spojení.Malé množstvo cínu môže byť pridané ako náhrada 0,5% chrómu.Meď sa pridáva v panve alebo v peci, rádovo 0,5–2,5 %, na zníženie chladu, zjemnenie grafitu a zvýšenie tekutosti.Molybdén sa pridáva rádovo 0,3–1 % na zvýšenie chladu a zjemnenie štruktúry grafitu a perlitu;často sa pridáva v spojení s niklom, meďou a chrómom za vzniku vysoko pevných žehličiek.Titán sa pridáva ako odplyňovač a deoxidátor, ale zároveň zvyšuje tekutosť.Do liatiny sa pridáva 0,15 – 0,5 % vanádu na stabilizáciu cementitu, zvýšenie tvrdosti a zvýšenie odolnosti voči opotrebovaniu a teplu.0,1–0,3 % zirkónu pomáha vytvárať grafit, deoxidovať a zvyšovať tekutosť.

V taveninách kujného železa sa pridáva bizmut v rozsahu 0,002–0,01 %, aby sa zvýšilo množstvo kremíka, ktoré možno pridať.V bielom železe sa bór pridáva na pomoc pri výrobe kujného železa;tiež znižuje zhrubnutie bizmutu.

Šedá liatina

Sivá liatina je charakteristická svojou grafitickou mikroštruktúrou, ktorá spôsobuje, že lomy materiálu majú sivý vzhľad.Je to najpoužívanejšia liatina a najpoužívanejší liaty materiál na základe hmotnosti.Väčšina liatiny má chemické zloženie 2,5 – 4,0 % uhlíka, 1 – 3 % kremíka a zvyšok železo.Sivá liatina má menšiu pevnosť v ťahu a odolnosť proti nárazom ako oceľ, ale jej pevnosť v tlaku je porovnateľná s nízkou a stredne uhlíkovou oceľou.Tieto mechanické vlastnosti sú riadené veľkosťou a tvarom grafitových vločiek prítomných v mikroštruktúre a možno ich charakterizovať podľa smerníc daných ASTM.

Biela liatina

Biela liatina má biele lomové povrchy v dôsledku prítomnosti zrazeniny karbidu železa nazývanej cementit.S nižším obsahom kremíka (grafitizačné činidlo) a rýchlejšou rýchlosťou chladenia sa uhlík v bielej liatine vyzráža z taveniny ako metastabilná fáza cementitu, Fe₃C, skôr ako grafit.Cementit, ktorý sa vyzráža z taveniny, tvorí relatívne veľké častice.Keď sa karbid železa vyzráža, odoberá uhlík z pôvodnej taveniny, čím sa zmes pohybuje smerom k takej, ktorá je bližšie k eutektickej, a zostávajúca fáza je austenit s nižším železom a uhlíkom (ktorý sa pri ochladzovaní môže premeniť na martenzit).Tieto eutektické karbidy sú príliš veľké na to, aby poskytovali výhodu toho, čo sa nazýva precipitačné vytvrdzovanie (ako v niektorých oceliach, kde oveľa menšie precipitáty cementitu môžu inhibovať [plastickú deformáciu] tým, že bránia pohybu dislokácií cez matricu čistého železného feritu).Skôr zvyšujú objemovú tvrdosť liatiny jednoducho na základe ich vlastnej veľmi vysokej tvrdosti a ich podstatného objemového podielu, takže objemovú tvrdosť možno priblížiť pravidlom zmesí.V každom prípade ponúkajú tvrdosť na úkor húževnatosti.Keďže karbid tvorí veľkú časť materiálu, bielu liatinu možno rozumne klasifikovať ako cermet.Biele železo je príliš krehké na použitie v mnohých konštrukčných súčiastkach, ale s dobrou tvrdosťou a odolnosťou proti oderu a relatívne nízkymi nákladmi nachádza využitie v takých aplikáciách, ako sú opotrebiteľné povrchy (obežné koleso a špirála) kalových čerpadiel, plášťových vložiek a zdvíhacích tyčí v guľôčke. mlyny a autogénne mlecie mlyny, guľôčky a prstence v drvičoch uhlia a zuby rýpadlo-kopacieho lopaty (hoci pre túto aplikáciu je bežnejšia liata stredne uhlíková martenzitická oceľ).

Je ťažké ochladiť hrubé odliatky dostatočne rýchlo na to, aby tavenina stuhla ako biela liatina.Rýchle ochladenie sa však môže použiť na stuhnutie plášťa z bielej liatiny, po ktorom sa zvyšok ochladí pomalšie a vytvorí sa jadro zo sivej liatiny.Výsledný odliatok, nazývaný achladený odliatok, má výhody tvrdého povrchu s o niečo tvrdším vnútrom.

Zliatiny bieleho železa s vysokým obsahom chrómu umožňujú odlievanie masívnych odliatkov (napríklad 10-tonového obežného kolesa) do piesku, pretože chróm znižuje rýchlosť chladenia potrebnú na výrobu karbidov cez väčšie hrúbky materiálu.Chróm tiež produkuje karbidy s pôsobivou odolnosťou proti oderu.Tieto zliatiny s vysokým obsahom chrómu pripisujú svoju vynikajúcu tvrdosť prítomnosti karbidov chrómu.Hlavnou formou týchto karbidov sú eutektické alebo primárne karbidy M₇C₃karbidy, kde "M" predstavuje železo alebo chróm a môže sa meniť v závislosti od zloženia zliatiny.Eutektické karbidy sa tvoria ako zväzky dutých šesťhranných tyčiniek a rastú kolmo na šesťhrannú bazálnu rovinu.Tvrdosť týchto karbidov je v rozsahu 1500-1800HV.

Temperovaná liatina

Temperovaná liatina začína ako odliatok z bieleho železa, ktorý sa potom tepelne spracováva jeden alebo dva dni pri teplote približne 950 °C (1 740 °F) a potom sa deň alebo dva ochladí.V dôsledku toho sa uhlík v karbide železa transformuje na grafit a ferit plus uhlík (austenit).Pomalý proces umožňuje, aby povrchové napätie sformovalo grafit do sféroidných častíc a nie do vločiek.V dôsledku ich nižšieho pomeru strán sú sféroidy relatívne krátke a ďaleko od seba a majú nižší prierez vzhľadom na šíriacu sa trhlinu alebo fonón.Majú tiež tupé hranice, na rozdiel od vločiek, čo zmierňuje problémy s koncentráciou stresu, ktoré sa vyskytujú v sivej liatine.Vo všeobecnosti sa vlastnosti kujnej liatiny podobajú skôr vlastnostiam mäkkej ocele.Existuje limit, aký veľký diel možno odliať do kujnej liatiny, pretože je vyrobená z bielej liatiny.

Tvárna liatina