Żeliwo sferoidalne

Saint-Gobain PAM

Żeliwo sferoidalne

Termin „żeliwo” obejmuje szereg stopów żelaza, węgla i krzemu.  Odkryte w latach 40. ubiegłego wieku, żeliwo sferoidalne to prawdziwa innowacja technologiczna.

Odkrycie żeliwa sferoidalnego

Określenie „żeliwo” obejmuje szeroką gamę stopów Fe-C, uporządkowanych między innymi w zależności od postaci, w jakiej występuje w danym stopie węgiel.

W żeliwie szarym węgiel występuje w postaci swoistych płytek grafitowych, przez co jest materiałem kruchym, ponieważ płytki grafitu powodują nieciągłość struktury żeliwa, i w wyniku tego pęknięcia następują wzdłuż linii ułożenia się płytek.

W 1943 dokonano ważnego odkrycia: wprowadzenie niewielkich ilości magnezu do  żeliwa szarego  spowodowało, iż węgiel nie krystalizował w postaci płatków, lecz w postaci sfer grafitowych. Tak powstał nowy materiał: żeliwo sferoidalne. Grafit sferoidalny nadaje żeliwu doskonałe właściwości mechaniczne, tzn. bardzo wysoką odporność na rozciąganie, działanie sił tarcia i uderzenia. Cechy te mają ogromne znaczenie dla montażu sieci wodociągowej oraz kanalizacyjnej.

Żeliwo sferoidalne jest materiałem o całkowicie innych, lepszych własnościach wytrzymałościowych w porównaniu z żeliwem szarym i posługiwanie się słowem „żeliwo” bez rozróżnienia tych materiałów jest niewłaściwe. Wszystkie własności mechaniczne żeliwa sferoidalnego, znacznie przewyższają własności mechaniczne żeliwa szarego – na przykład wytrzymałość na rozciąganie 1,68 razy większa, czy udarność ponad 10 razy większa niż w przypadku żeliwa szarego.

Niewielki pręt skręconego żeliwa sferoidalnego o zadziwiających właściwościach sprowadził w 1949 ze Stanów Zjednoczonych Jean CAVALLIER, członek rodziny, która założyła fabrykę Pont-­à-­Mousson. Proces produkcyjny żeliwa sferoidalnego wprowadzono do praktyki przemysłowej w roku 1960, a od 1970 roku całkowicie produkcja z żeliwo szarego została zastąpiona żeliwem sferoidalnym.

 

System rur z żeliwa sferoidalnego Saint-Gobain PAM

Żeliwo sferoidalne jako materiał przejawia wszystkie cechy klasycznych materiałów konstrukcyjnych. W pewnych zakresach naprężeń jest sztywny i sprężysty, a po przekroczeniu granicy plastyczności staje się elastyczny. Twardość i udarność jest dla żeliwa sferoidalnego bardzo wysoka w całym zakresie występujących naprężeń.

Wykorzystując właściwości mechaniczne żeliwa sferoidalnego oraz elastycznych połączeń na uszczelki z modyfikowanej gumy EPDM, Saint-Gobain PAM stworzył niezawodne systemy rur, które jednocześnie łatwo adaptują się do wszelkich warunków terenowych i eksploatacyjnych. Rury z żeliwa sferoidalnego stanowią dziś najlepsze techniczne rozwiązanie na rynku w zakresie średnic od DN 60 do DN 200 mm. Niezaprzeczalną zaletą żeliwa sferoidalnego jest fakt, że właściwości mechaniczne tego materiału są niezmienne w czasie – nawet za 100 lat, wciąż będzie posiadał wytrzymałość na rozciąganie Rm = 420 MPa.

Żeliwo sferoidalne, otrzymywane w wyniku specjalnej obróbki magnezem, nabiera zaskakujących właściwości mechanicznych:

  • Udarność: żeliwo sferoidalne jest bardzo odporne na uszkodzenia będące skutkiem uderzeń (np. podczas rozładunku, układania, tąpnięć gruntu),
  • Wytrzymałość na rozciąganie: żeliwo sferoidalne ma bardzo wysoką wytrzymałość na rozciąganie oraz umowną granicę plastyczności, porównywalną z wytrzymałością stali konstrukcyjnej,
  • Owalizacja: rury z żeliwa sferoidalnego, dzięki dużej sztywności obwodowej nie ulegają deformacji pod wpływem obciążeń statycznych i dynamicznych.

Powyższe parametry wytrzymałości mechanicznej żeliwa sferoidalnego przyczyniają się do znacznej redukcji nakładów finansowych na prace ziemne podczas układania rurociągów z materiałów o niskiej granicy plastyczności.

Dzięki dużej wytrzymałości mechanicznej materiałów i złączy, wykopy i zagęszczanie gruntu przy zasypce wymagają mniejszej uwagi, bez uszczerbku dla żywotności rurociągu.

Zalety mechaniczne a warunki środowiskowe

Zasypana rura może być narażona w terenie niestabilnym na znaczne naprężenia, spowodowane przemieszczeniem się gruntu, czy też wymywaniem się podłoża rur. Elastyczność żeliwa sferoidalnego umożliwia systemom rur neutralizowanie zmian, które zachodzą w ich bezpośrednim otoczeniu, bez pęknięć i rozszczelnień.

Zakopane rury poddawane są również silom pionowym: statycznym (ciężar gruntu nasypowego) oraz dynamicznym (ruch kołowy). Siły te działają deformująco. Dlatego ważny jest wybór rur dostatecznie sztywnych, posiadających wysoki współczynnik bezpieczeństwa. Dzięki takiemu podejściu unika się możliwości wystąpienia kosztownych w usunięciu awarii w postaci pęknięć, wygięć czy nadmiernej owalizacji, doprowadzającej od utraty szczelności złączy.

 

Obrazki

Proces produkcji żeliwa sferoidalnego w Saint-Gobain PAM
Proces produkcji żeliwa sferoidalnego w Saint-Gobain PAM
Makro widok żeliwa sferoidalnego