Litina

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox materiál Litina je slitina železa s vysokým obsahem uhlíku – typicky nad 2,14 % hmotnosti. Právě tento vysoký obsah uhlíku odlišuje litinu od oceli, která ho obsahuje méně. Kromě uhlíku obsahuje litina i další doprovodné prvky, jako jsou křemík, mangan, fosfor a síra. Díky svému chemickému složení má litina nižší teplota tání než ocel a vynikající tekutost v roztaveném stavu, což ji činí ideálním materiálem pro odlévání do složitých tvarů.

Mezi její klíčové vlastnosti patří vysoká pevnost v tlaku, dobrá schopnost tlumit vibrace a v případě šedé litiny i výborná obrobitelnost. Naopak její hlavní nevýhodou je nízká pevnost v tahu a značná křehkost, což omezuje její použití v aplikacích vyžadujících odolnost proti nárazům. Existuje však několik druhů litin (např. tvárná litina), které tyto nevýhody částečně eliminují. Pro své vlastnosti a relativně nízkou cenu je litina jedním z nejpoužívanějších konstrukčních materiálů v průmyslu.

📜 Historie

Historie litiny sahá až do starověké Číny. První důkazy o její výrobě pocházejí z 5. století př. n. l. z období dynastie Čou. Číňané dokázali dosáhnout dostatečně vysokých teplot ve svých pecích k roztavení železa, což jim umožnilo odlévat z něj nástroje, zbraně i zemědělské nářadí. Technologie výroby litiny se postupně šířila po Asii, například do Koreje a Japonska.

🏛️ Vstup do Evropy

Do Evropy se znalost výroby litiny dostala výrazně později. První kusové výroby se objevují ve 14. století v oblastech dnešního Švédska a Německa. Zpočátku se litina používala především k výrobě dělových koulí a později i samotných děl. Významným milníkem byla konstrukce prvního litinového mostu na světě, The Iron Bridge, který byl postaven v roce 1779 přes řeku Severn v Anglii. Tento most se stal symbolem průmyslové revoluce.

🏭 Průmyslová revoluce a moderní doba

Během 19. století se litina stala klíčovým materiálem pro strojírenství, stavebnictví a dopravu. Vyráběly se z ní rámy strojů, parní stroje, kolejnice, sloupy pro budovy, potrubí pro vodovody a kanalizace i dekorativní prvky, jako jsou ploty a zábradlí.

Ve 20. století byly vyvinuty nové druhy litin s vylepšenými vlastnostmi. Objev tvárné litiny v roce 1943 znamenal revoluci, protože tento materiál kombinoval dobrou slévatelnost litiny s mechanickými vlastnostmi blížícími se oceli, zejména s vyšší tažností a houževnatostí. Dnes je litina stále nepostradatelným materiálem v mnoha odvětvích, zejména v automobilovém průmyslu.

🔬 Vlastnosti

Vlastnosti litiny jsou primárně určeny obsahem uhlíku a křemíku a formou, v jaké je uhlík ve struktuře přítomen. Uhlík se může vyskytovat buď jako volný grafit (v různých tvarech), nebo chemicky vázaný v karbidu železa, známém jako cementit (Fe₃C).

Mechanické vlastnosti

Pevnost v tlaku: Litina má vynikající pevnost v tlaku, která je často 3 až 5krát vyšší než její pevnost v tahu. Proto je ideální pro základy a rámy strojů.
Pevnost v tahu: Obyčejná šedá litina má nízkou pevnost v tahu a je křehká. Tvárná a temperovaná litina však dosahují podstatně lepších hodnot.
Křehkost: Většina druhů litin je křehká a má nízkou odolnost proti rázovému zatížení. Výjimkou je tvárná litina.
Tlumení vibrací: Díky grafitovým částicím ve své struktuře (zejména u šedé litiny) má litina vynikající schopnost pohlcovat vibrace a hluk. To je důvod, proč se používá na výrobu bloků motorů a základů těžkých strojů.
Odolnost proti opotřebení: Zejména bílá litina, která obsahuje tvrdý cementit, je extrémně odolná proti abrazivnímu opotřebení.

Fyzikální vlastnosti

Teplota tání: Litina taje při teplotě kolem 1150–1250 °C, což je o přibližně 200–300 °C méně než u oceli. To usnadňuje a zlevňuje její tavení a odlévání.
Slévatelnost: V roztaveném stavu je velmi tekutá, dobře vyplňuje formy a má relativně malé smrštění při tuhnutí, což umožňuje výrobu složitých a přesných odlitků.
Tepelná vodivost: Má dobrou tepelnou vodivost, což je výhodné například u kuchyňského nádobí nebo brzdových kotoučů.

⚙️ Druhy litin

Litiny se dělí do několika základních skupin podle mikrostruktury, konkrétně podle tvaru a rozložení grafitu nebo přítomnosti cementitu.

Šedá litina

Je nejběžnějším a nejlevnějším druhem litiny. Uhlík je zde vyloučen ve formě grafitových lupínků. Tyto lupínky působí jako vnitřní vruby, což způsobuje nízkou pevnost v tahu a křehkost. Na lomu má charakteristickou šedou barvu.

Vlastnosti: Výborná slévatelnost, skvělá obrobitelnost (grafit působí jako mazivo), vynikající tlumení vibrací.
Použití: Bloky a hlavy spalovacích motorů, tělesa čerpadel a převodovek, brzdové kotouče a bubny, radiátory, poklopy kanalizace.

Bílá litina

Vzniká při rychlém ochlazení taveniny, kdy se uhlík nestačí vyloučit jako grafit a zůstává chemicky vázán v podobě velmi tvrdého a křehkého cementitu (Fe₃C). Na lomu má světlou, stříbřitě bílou barvu.

Vlastnosti: Extrémní tvrdost, vysoká odolnost proti otěru, velmi obtížná obrobitelnost, velká křehkost.
Použití: Mlecí koule v cementárnách, obložení drtičů, tryskací kola, součásti odolávající abrazi.

Tvárná litina (nodulární litina)

Vyrábí se přidáním malého množství hořčíku nebo ceru do taveniny těsně před odlitím. Tím se grafit vyloučí v kulovitém (nodulárním) tvaru namísto lupínků. Kulovitý tvar grafitu eliminuje vrubový účinek, což dává litině mnohem vyšší pevnost v tahu a tažnost.

Vlastnosti: Dobrá pevnost a houževnatost (blíží se oceli), dobrá slévatelnost a obrobitelnost.
Použití: Klikové hřídele, ozubená kola, součásti náprav, vodovodní a plynovodní potrubí, ventily.

Temperovaná litina

Vyrábí se dlouhodobým tepelným zpracováním (temperováním) odlitků z bílé litiny. Během tohoto procesu se tvrdý cementit rozkládá na železo a grafit, který se shlukuje do tvaru vloček (tzv. temperovaný uhlík).

Vlastnosti: Lepší tažnost a houževnatost než šedá litina, dobrá obrobitelnost.
Použití: Dnes je z velké části nahrazena tvárnou litinou, ale stále se používá na fitinky potrubí, malé strojní součásti a díly zemědělských strojů.

Vermikulární litina (litina s kompaktním grafitem)

Je přechodem mezi šedou a tvárnou litinou. Grafit má červíkovitý (vermikulární) tvar. Kombinuje výhodné vlastnosti obou typů.

Vlastnosti: Vyšší pevnost než šedá litina, lepší tepelná vodivost a tlumení než tvárná litina.
Použití: Hlavy válců vysoce výkonných dieselových motorů, výfukové svody, brzdové kotouče pro vysokorychlostní vlaky.

🏭 Výroba

Výroba litinových odlitků je komplexní proces, který zahrnuje několik kroků:

Tavení: Surovinou je obvykle směs surového železa, ocelového šrotu a vratného materiálu (zmetkové odlitky, vtokové soustavy). Tavení probíhá nejčastěji v kupolových pecích nebo v elektrických indukčních či obloukových pecích.
Legování a ošetření taveniny: Do roztaveného kovu se přidávají legující prvky (např. křemík, mangan, měď, nikl) pro úpravu výsledných vlastností. U tvárné litiny se provádí tzv. očkování hořčíkem.
Odlévání: Tavenina se lije do forem, které dávají výrobku požadovaný tvar. Nejčastěji se používají pískové formy, ale pro sériovou výrobu se využívají i formy kovové (kokily).
Tuhnutí a chladnutí: Po odlití kov ve formě tuhne a chladne. Rychlost chladnutí zásadně ovlivňuje výslednou mikrostrukturu (např. rychlé chladnutí vede ke vzniku bílé litiny).
Čištění a dokončovací operace: Po vyjmutí z formy se odlitek čistí od zbytků formovací směsi (např. tryskáním) a odstraňuje se vtoková soustava.
Tepelné zpracování (volitelné): Některé odlitky se dále tepelně zpracovávají (např. žíhání, kalení, popouštění) pro dosažení specifických mechanických vlastností.

🏗️ Použití

Litina je díky své všestrannosti a cenové dostupnosti používána v široké škále aplikací napříč průmyslem i v každodenním životě.

Automobilový průmysl: Bloky motorů, hlavy válců, klikové a vačkové hřídele, brzdové kotouče a bubny, skříně převodovek a diferenciálů.
Strojírenství: Rámy a lože obráběcích strojů, tělesa čerpadel, kompresorů a elektromotorů, ozubená kola, setrvačníky.
Infrastruktura a stavebnictví: Tlakové potrubí pro vodu a plyn (z tvárné litiny), kanalizační poklopy a mříže, sloupy historického osvětlení, ozdobná zábradlí.
Domácnost: Kuchyňské nádobí (pánve, hrnce, grily), kamna a krbové vložky, starožitné radiátory ústředního topení.
Zemědělství: Díly pluhů, traktorové součásti, tělesa zemědělských strojů.

💡 Pro laiky

Představte si litinu jako staršího a robustnějšího příbuzného oceli. Oba jsou ze železa a uhlíku, ale litina má uhlíku mnohem více. Tento přebytečný uhlík se v ní chová trochu jako písek v betonu – dělá ji pevnou v tlaku (můžete na ni hodně naložit), ale zároveň křehkou (když do ní silně udeříte, praskne, místo aby se ohnula jako ocel).

Díky vysokému obsahu uhlíku se litina také taví při nižší teplotě a v roztaveném stavu je tekutá skoro jako voda. To je skvělé pro slévače, protože ji mohou snadno nalít do složitých forem a vyrobit tak třeba motor auta, poklop od kanálu nebo vaši oblíbenou těžkou pánev na steaky. Právě ta schopnost dobře držet a rozvádět teplo a odolnost dělají z litinového nádobí ceněný kuchyňský nástroj. Různými úpravami (jako když pekař mění recept na chleba) umí metalurgové vytvořit různé druhy litiny – některé jsou super tvrdé, jiné zase překvapivě pružné.

Šablona:Aktualizováno