Výber správneho odlievanie z tvárnej liatiny stupeň sa zníži na jeden centrálny kompromis: ťažnosť verzus pevnosť . Ak vaša súčiastka potrebuje absalebobovať náraz, ohýbať sa pri zaťažení alebo ľahko obrábať, vyberte si triedu s nižšou pevnosťou a vysokým predĺžením, napr. 60-40-18 . Ak vaša súčiastka potrebuje odolať veľkému statickému zaťaženiu a opotrebovaniu s menším záujmom o nárazové zaťaženie, vyberte si triedu s vyššou pevnosťou, napr. 100-70-03 or 120-90-02 . Pre väčšinu všeobecných strojárskych aplikácií – druh, ktorý by tradične používal mäkkú oceľ – 65-45-12 je predvoleným východiskovým bodom.
Výber triedy podľa ASTM A536 sa riadi trojčíselným systémom pomenovania: pevnosť v ťahu (ksi), medza klzu (ksi) a percento predĺženia. Pochopenie toho, čo každé z týchto čísel znamená pre vašu konkrétnu aplikáciu, je kľúčom k tomu, aby ste sa vyhli nadmernému inžinierstvu (platenie za silu, ktorú nepotrebujete) a nedostatočnému inžinierstvu (určenie triedy, ktorá v prevádzke zlyhá).
ASTM A536 je americká štandardná špecifikácia pre odliatky z tvárnej liatiny a definuje každú triedu pomocou trojdielneho čísla: minimálna pevnosť v ťahu (v tisícoch psi), minimálna medza klzu (v tisícoch psi) a minimálne percento predĺženia. Napríklad stupeň 65-45-12 znamená pevnosť v ťahu 65 ksi (448 MPa), medzu klzu 45 ksi (310 MPa) a 12 % predĺženie.
To, čo spôsobuje, že tvárna liatina sa správa tak odlišne od bežnej šedej liatiny, je jej mikroštruktúra. Charakteristickým znakom tvárnej liatiny podľa ASTM A536 je mikroštruktúra guľôčkového grafitu dosiahnutá pridaním horčíka alebo céru počas tavenia. Tento okrúhly tvar nodulárneho grafitu – skôr než grafit s ostrými vločkami, ktorý sa nachádza v sivej liatine – minimalizuje koncentráciu napätia a iniciáciu trhlín, čo dáva tvárnej liatine jej rovnomennú ťažnosť a odolnosť proti nárazu.
ASTM A536 definuje skupinu štandardných tried, z ktorých každá vyvažuje pevnosť a ťažnosť inak.
| stupňa | Pevnosť v ťahu (min) | Medza klzu (min) | Predĺženie (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 aj sekundárna skupina tried pre špeciálne aplikácie – 60-42-10, 70-50-05 a 80-60-03 – ktoré ponúkajú mierne odlišné pomery pevnosti a ťažnosti pre projekty so špecifickejšími požiadavkami, než pokrývajú štandardné triedy.
Trieda 60-40-18 má maximálnu ťažnosť, vynikajúcu opracovateľnosť a húževnatosť pri nízkych teplotách vďaka plne feritickej matrici, ktorá poskytuje vysoké predĺženie a rázovú húževnatosť. Táto trieda normálne vyžaduje úplné feritizačné žíhanie na dosiahnutie svojich vlastností. Je to prirodzená voľba pre diely vystavené rázovému zaťaženiu, prevádzke pri nízkych teplotách alebo tam, kde je opracovateľnosť prioritou pred surovou pevnosťou.
ASTM A536 stupňa 65-45-12 je ťahúňom rodiny tvárnej liatiny a zliatiny, ktorú väčšina konštruktérov vyberá pri premene výroby z mäkkej ocele na odliatok z tvárnej liatiny, pretože jej pevnosť v ťahu a medza klzu sú veľmi blízke mäkkej oceli. Táto trieda sa môže zvyčajne použiť ako odliata bez dodatočného tepelného spracovania, čo pomáha kontrolovať výrobné náklady.
Ak aplikácia vyžaduje strednú ťažnosť a odolnosť proti nárazu spojenú s vyššou pevnosťou, trieda 80-55-06 je silným kandidátom. Podobne ako 65-45-12 môže byť zvyčajne dodávaný ako odliatok, čo ponúka užitočnú strednú cestu medzi ťažnými nižšími triedami a tvrdšími, menej zhovievavými vysokopevnostnými triedami.
Triedy s vyššou pevnosťou ako 100-70-03 sa spoliehajú na prevažne perlitickú matricu, ktorá poskytuje pevnosť a odolnosť proti opotrebovaniu za cenu zníženého predĺženia. Trieda 120-90-02 má veľmi vysokú pevnosť a odolnosť proti opotrebeniu, aj keď nie tak odolná ako špeciálne chrómové biele žehličky. Tieto triedy najvyššej úrovne vo všeobecnosti vyžadujú kalenie a temperovanie, normalizáciu a temperovanie alebo izotermické tepelné spracovanie, aby dosiahli svoje špecifikované vlastnosti, a sú najvhodnejšie pre vysoko zaťažené komponenty, kde je ťažnosť sekundárnym problémom.
Požiadavky na tepelné spracovanie sa výrazne líšia v rámci rodiny akostí a priamo ovplyvňujú čas výroby a náklady.
| stupňa | Požadované tepelné spracovanie |
|---|---|
| 60-40-18 | Úplné feritizačné žíhanie |
| 65-45-12 | Ako odliatok (nie je potrebné žiadne ošetrenie) |
| 80-55-06 | Ako odliatok (nie je potrebné žiadne ošetrenie) |
| 100-70-03 | Uhasiť a temperovať, normalizovať a temperovať alebo izotermické ošetrenie |
| 120-90-02 | Uhasiť a temperovať, normalizovať a temperovať alebo izotermické ošetrenie |
Voľba odlievanej triedy, ako je 65-45-12 alebo 80-55-06, oproti tepelne spracovanej triede, ako je 100-70-03, môže výrazne znížiť náklady aj dodaciu dobu – oplatí sa to zohľadniť, ak aplikácia striktne nevyžaduje výkon triedy s vyššou pevnosťou.
Vlastnosti rázovej húževnatosti tvárnej liatiny závisia od mikroštruktúry a štandardné triedy ASTM A536 štandardne nešpecifikujú požiadavky na rázovú húževnatosť – nárazové skúšky sa riadia samostatnou normou ISO 1083, ak sa to vyžaduje pre konštrukčný návrh. Pre nízkoteplotné aplikácie alebo aplikácie s vysokou rázovou húževnatosťou sa oplatí špecificky požadovať plne feritickú triedu s vyšším predĺžením, pretože nižší obsah perlitu v mikroštruktúre (všeobecne pod 15 %) umožňuje materiálu spĺňať náročné kritériá rázovej húževnatosti, ako je 12 Joulov pri -20 °C.
Ak vaša aplikácia zahŕňa chladné podnebie, nárazové zaťaženie alebo odolnosť proti nárazom kritickým z hľadiska bezpečnosti, označte túto požiadavku explicitne vo svojej zlievarni namiesto toho, aby ste predpokladali, že ju automaticky pokrýva štandardné označenie triedy.
Pred dokončením triedy sa oplatí potvrdiť, že tvárna liatina je v prvom rade tým správnym materiálom. Tvárna liatina ponúka vynikajúcu rovnováhu medzi pevnosťou, ťažnosťou, cenou a zlievateľnosťou, vďaka čomu je vhodná pre konštrukčné a dynamické komponenty. Na porovnanie, sivá liatina je lacnejšia, ale krehká a nie je vhodná pre dynamické aplikácie alebo aplikácie zaťažené nárazom, zatiaľ čo uhlíková oceľ poskytuje vyššiu pevnosť a zvárateľnosť, ale je ťažšie ju odlievať a je drahšia na obrábanie.
Tvárna liatina tiež vykazuje vynikajúce charakteristiky tlmenia vibrácií a zvuku vďaka svojej grafitovej mikroštruktúre, ktorá často prekonáva oceľ v dynamických aplikáciách – čo je dôležité pre komponenty, ako sú prevodovky, zotrvačníky a kryty strojov, kde na kontrole vibrácií záleží rovnako ako na sile.
Typické aplikácie pre rozpätové stroje z tvárnej liatiny ASTM A536, ventily, nákladné autá, železničné komponenty a prevodovky a zotrvačníky – odzrkadľujú, ako široko sa táto trieda škáluje naprieč odvetviami. Správny výber triedy od začiatku znamená rozdiel medzi komponentom, ktorý spoľahlivo funguje počas celej svojej životnosti, a komponentom, ktorý buď predčasne zlyhá pri zaťažení, alebo jeho výroba stojí viac, ako je potrebné.
