Bainitická tvárna liatina

Bainitická tvárná liatina (angl. Austempered Ductile Iron – ADI, nem. Bainitisches Gusseisen mit Kugelgrafit) je izotermicky tepelne spracovaná tvárna liatina.
Medzinárodne sa ujala anglická skratka pre bainitickú tvárnu liatinu ADI. Táto bude aj ďalej používaná v texte.

Charakteristika

ADI vyniká veľmi priaznivou kombináciou pevnosti, tažnosti, dynamickej pevností a oteruvzdornosti. Základná hmota v štruktúre ADI je podobná bainitu a pozostáva z ihličkového feritu a uhlíkom nasýteného austenitu. Na rozdiel od bainitu sa tu nenachádzajú karbidy. Táto štruktúra sa v literatúre označuje aj ako ausferit.

Výroba

Východzím materiálom sú odliatky z tvárnej liatiny. Aby bolo možné odliatky tepelne spracovať bez tvorby perlitu, treba ovplyvniť pozíciu tzv. perlitického a bainitického nosu v IRA (izotermický rozpad austenitu) diagrame (pozri obr.1). Z tohto dôvodu je tvárna liatina určená pre ADI spravidla legovaná malými obsahmi medi, molybdénu, mangánu a niklu, ktoré posúvajú perlitický nos doprava a jednoznačne oddeľujú perlitický a bainitický nos od seba.
Úspešné tepelné spracovanie je možné iba za predpokladu, že odliatky vykazujú dobrú makroskopickú a mikroskopickú homogenitu (rovnomerné rozmiestnenie grafitu, minimálny počet grafitovych guľôčok 100/mm², maximálny počet nekovových prímesí 0,5 %, maximálna poréznosť 1 %).
Odliatky, ktoré sú spravidla opracované na mieru, sú v peci s ochrannou atmosférou austenitizované pri teplotách medzi 900 a 950 °C. Doba zotrvania na austenitizačnej teplote závisí na hrúbke stien odliatkov a ich chemickom zložení.
Na obr.1 je vidieť, že pri pomalšom ochladzovaní môže dôjsť k vzniku perlitu, ktorý zhoršuje mechanické vlastnosti ocele, a to aj v malých množstvách. Krivka 3 znázorňuje pomalé ochladzovanie a tu vidíme že sa už blíži k perlitickému mostu. Pomalšie ochladzovanie môže nastať v jadre hrubostenového obrobku, takže bainitovanie je obmedzené len do určitej hrúbky stien obrobkov.
thumb|right|Obr.2 ADI tepelné zpracování
Po úplnom austenitizovaní sú odliatky prudko ochladené na požadovanú teplotu isotermického rozpadu austenitu. Ako ochladzovacie a tiež udržovacie médium je často používaný soľný kúpeľ. Teplota izotermického rozpadu austenitu určuje mechanické vlastnosti ADI a leží medzi 220 – 450 °C. Čím je teplota vyššia, tým je výsledná štruktúra „mäkšia“, t. j. nižšia pevnosť, vyššia ťažnosť. Schematický priebeh tepelného spracovania (žíhací program) je znázornený na obr.2. Izotermická fáza trvá hodiny a jej doba sa určuje podľa príslušných IRA kriviek. Robí sa buď v soľných kúpeloch alebo v (žíhacej) peci.

Oblasti použitia ADI

Výhodná kombinácia mechanických vlastností – vysoká húževnatosť, dobrá tažnosť, vysoká oteruvzdornosť, tvrdosť a vysoká pevnosť v ťahu – predurčuje ADI k použitiu na náročné komponenty v strojárskom a automobilovom prémysle. Typické ADI výrobky sú ozubené kolesá, kľukové hriadele pre ťažké naftové motory, kolesá lokomotív, lisovacie nástroje a pod.
Výhoda tejto procedúry je aj, že netreba potom drahé čistenie ako po kalení v oleji.

Nevýhody

Ako vidieť z ADI TTT grafu, možno spracovať len obrobky do istej hrúbky. Pri úplne najoptimálnejšom legovaní a posune perlitického mostu je maximálna vhodná hrúbka stien obrobkov cca 200 mm (čo je ale často bohato a bohato postačujúce).