Az ötvözők hatása az acélok tulajdonságaira Anyagismeret Dr. Orbulov Imre Norbert Anyagtudomány és Technológia Tanszék
Az ötvözők hatása az acélok tulajdonságaira
Anyagismeret
Dr. Orbulov Imre NorbertAnyagtudomány és Technológia Tanszék
Az előadás fő pontjai
• Alapötvözők és ötvözők• Szennyezők• A karbon hatása• Az ötvözők hatása a
– Szövetszerkezetre– Szemcseméretre– Megeresztés állóságra– Megeresztési ridegedésre– Az átmeneti hőmérsékletre– A rekrisztallizációs hőmérsékletre– A ferrit mechanikai tulajdonságaira– A karbid- és nitridképződésre
Az acél alapötvözői és szennyezői
• Alapötvözők
– C – elsődleges ötvöző
– Mn – ausztenitképző
– Si – ferritképző
• Fő szennyezők
– S – eutektikuma vöröstörékenységet okoz
– P – eutektikuma vöröstörékenységet okoz
– O – gázzárványképződést okoz (CO2)
– N – „öregít”, az ütőmunkát csökkenti
A karbon hatása – lágyított állapot
A karbon hatása – edzett állapot
0,2 0,4
C (%)
HV, RmKV
Edzett állapot
Lágy állapotRm
KV
Az allotrop átalakulás előnyei
0,2 0,4
C (%)
HV, Rm
Edzett állapot
Lágy állapotHV, Rm
Az ötvözők hatása az acél tulajdonságaira
1. Oldódás – ferrit, vagy ausztenit képző
2. A nemegyensúlyi γ α átalakulásra
3. Ausztenit szemcsenövekedésre
4. Megeresztésállóságra
5. Megeresztési ridegedésre
6. Képlékeny-rideg átmeneti hőmérsékletre
7. Újrakristályosodási hőmérsékletre
1. Oldódik az ötvöző az acélban?
• Nem oldódik
– Zárvány lesz belőle, nem kedvező
– S, As, Pb…
• Oldódik
– Ferritben oldódik jobban – ferritképző
• Cr, Al, Si, W, Mo, V, Ti
– Ausztenitben oldódik jobban – ausztenitképző
• Ni, Mn, C, N, Cu
A szövetszerkezet C és ötvöző függése
Az átalakulási hőmérséklet változása
2. Az ötvözők hatása a nemegyensúlyiátalakulásra
• A Co és Al kivételével minden ötvöző csökkenti az Ms és Mf hőmérsékletet
• A visszamaradó (reszt) ausztenit mennyisége nő
– Szükség esetén mélyhűtés
• A nemegyensúlyi átalakulási görbék jobbra és lefelé tolódnak el
– A kritikus lehűlés sebesség csökken
• Edzhetőség – átedzhetőség (kitérő)
Az edzés feltételei
• Az edzés nagyon fontos, mert nemesítéssel (edzés+megeresztés), allotróp átalakulással a tulajdonságok tág határok között befolyásolhatók
• Feltételek
– Hevítés A3 + ~50°C hőmérsékletre
– Hőntartás teljes ausztenitesítésig
– Lehűtés a kritikus lehűtési sebességnél gyorsabban
– Gyakorlati feltétel: C>0,2%
A gyakorlati feltétel
Az ötvözők csökkentik a kritikus lehűlési sebességet és a MS
hőmérsékletet
vkritf
vvíz
Az edzhetőség gyakorlati határa
volaj
C10
C45
C (%)
MS = 480 °C
MS = 340 °C
0,22
Az átedzhető szelvényátmérő
• Fontos kérdés, hogy az acél milyen mélységben, milyen átmérőben edződik meg?
– Az eltéréseket a hővezetés jelensége okozza
• Ha a hűtési sebesség a darab minden pontjában nagyobb a kritikus hűtési sebességnél, akkor a darab teljes egészében átedződik
– Martenzit + bainit, a gyakorlatban 50% martenzit
• Mérés és számítás
Az átedzhető átmérő értelmezése
T
Hőmérséklet eloszlás
vle
Lehűlési sebesség eloszlás
vkritf
Hűtés
Megedződött réteg
Az átedzhető szelvényátmérő definíciója
• Az átedzhető szelvény-átmérő az az átmérő,amelynél az adott hűtőközegesetében, a darab legbelsőpontja is legalább a kritikus(felső) lehűlési sebességgelhűl le.
vkritf
vlehűlés
Adott hűtőközegre
• D=D(kémiai összetétel, hűtőközeg, szemcseméret, kívánt martenzit mennyiség)
Az ötvözők hatása az átedzhető szelvényátmérőre
D
Ötvöző (%)
SiNi
CrMoMn
V 950 és 1100 °C ausztenitesítésnél
Co
Számítás
• Grossmann szerint az ideális átedzhető szelvényátmérő 50% martenzit tartalomnál
• Ahol:
– C a karbontartalom (t%)
– n: szemcsefinomsági mérőszám
– Mei: az i-dik fém mennyisége (t%)
– fMei: az i-dik fém állandója
• A reális átedzhető szelvényátmérő
m
i
Mei
n
id ifMeCD
1
8108,18
25,0
5,0
75,0
levegő
olaj
víz
közegidre DD
• ηvíz=0,75
• ηolaj=0,5
• ηlevegő=0,25
Számítási konstansokElem vegyjele fMei
Mn 4,10
Cr 2,33
Si 0,64
Cu 0,27
Mo 3,14
Ti 5,70
Ni 0,52
P 2,83
V 1,73
S -0,62
Mérés
• Véglapedzési próba, vagy Jominy-próba
• Szabványosított
– Próbatest
– Hűtési feltételek
• Menete
– Ausztenitesítés
– Hűtés véglapról
– Keménységmérés
– Kiértékelés
Ausztenitesítés
• Az acél szabványában előírt hőmérsékleten
• 30 perc hőntartással
• Redukáló atmoszférában
Szabványos hűtési feltételek
Keménységmérés
Példa: mérési eredmény
0 2 4 6 8 10 12 14
200
250
300
350
400
Material : 52D
l , distance from end face [mm]
HV10
Véglaptól mért távolság (mm)J 300-3,4
Közelítő kiértékelés
ASM szerinti kiértékelés
További alkalmazások
• Alapanyag ellenőrzés– Adott keménységnél a mért távolságnak a
szabvány szerinti sávba kell esnie• Pl.: J45-6/18, vagy J350-6/18
– Adott távolságnál a szabvány szerinti keménységértékek közé kell esnie a mért keménységnek
• Pl.: J38/45-15, vagy J340/590-15
• Technológiai információk– Edzéssel elérhető maximális/minimális keménység
– Keménységeloszlás a keresztmetszetben
Példa – Jominy görbék
Példa – Jominy görbék
3: Ötvözők hatása az ausztenitszemcseméret növekedésre
• Mn, Si és B növeli a szemcsedurvulási hajlamot
• Szemcsefinomító hatásúak a Ti, V, Nb, Al, Zr
– Finom, egyenletes karbonitrideket alkotnak, amelyek szemcsecsíraként funkcionálnak, növelik a szemcsehatár mozgás energiaigényét is
• A többi ötvöző lényegében nincs hatással a szemcsedurvulásra
4: Ötvözők hatása a megeresztésállóságra
5: Ötvözők hatása a megeresztési ridegedésre
• Cr, Mn 500-650°C-on megeresztve, lassan hűtve ridegséget (ütőmunka csökkenést) okoz
• Más tulajdonságok nem változnak
• Ok: karbidok, nitridek, foszfidok, ötvöző elemek dúsulása a szemcsehatáron
• P ront a helyzeten
• Ni önmagában nem gond, de Cr és Mn-nal nem jó
• 0,2…0,3% Mo vagy 0,5-0,7% W és gyors hűtés segít
6: Ötvözők hatása a képlékeny-rideg átmeneti hőmérsékletre
• A Ni ötvözés a KV(T) diagramot balra tolja– 1% Ni ötvözés ~20°C eltolás
• A komplex szemcsefinomítás is segítséget jelent– Nb, V, Ti, Al, Zr, N mikroötvözés ~40°C hatás
• A KV(T) diagramot jobbra tolja (ront)– C, 0,1% C ~25°C
– P, 0,1% P ~55°C
– N, 0,01% N ~300°C (oldott állapotban)
– O, 0,01% O ~200°C (oldott állapotban)
7: Ötvözők hatása az újrakristályosodási hőmérsékletre
• A melegszilárdságot, az újrakristályosodási hőmérsékletet az ötvözők növelik
– W, Mo ~110°C/at%
– V ~55°C/at%
– Cr~30°C/at%
Az acélok csoportosítása
Anyagismeret
Dr. Orbulov Imre NorbertAnyagtudomány és Technológia Tanszék
Az előadás fő pontjai
• Vegyi összetétel szerint
• Minőségi csoportok szerint
• Gyártási mód szerint
• Dezoxidálási mód szerint
• Szövetszerkezet szerint
– Egyensúlyi állapotban
– Nem egyensúlyi állapotban
• JELÖLÉSI MÓDOK, SZABVÁNYOK
• Felhasználási mód szerint
Vegyi összetétel szerint
• Ötvözetlen acél
– Karbonon kívül más, szándékosan bevitt ötvözőt nem tartalmaz
• Ötvözött acél
– A gyártástechnológiában előírt, mindig megtalálható ötvözőkből többet, vagy szándékosan bevitt ötvözőket tartalmaz
• Gyengén ötvözött (Σötvöző < 5%)
• Ötvözött (5% < Σötvöző < 10%)
• Erősen ötvözött (Σötvöző > 10%)
Minőségi csoportok szerint
• Alapacél– Amelyekre nincs előírva olyan minőségi követelmény,
amely az acélgyártás során különleges gondosságot igényelne
• Minőségi acél– Az alapacélok és a nemesacélok közti előírások
érvényesek rájuk, különleges gondossággal gyártandók (szemcseméret, kéntartalom, felületi minőség stb.)
• Nemesacél– Különleges gondossággal kell gyártani őket, lehetnek
ötvözetlenek és ötvözöttek, például az összes hőkezelési célra alkalmas acél
Gyártási mód szerint
• Konverteres acél
– (Bessemer)
– Linz-Donavitz (LD)
– AOD (Argon Oxygen Decarburization)
• Elektroacél
– Ívfényes kemence
– Indukciós kemence
• Siemens-Martin acél
• Átolvasztott (finomított acél)
– Vákuumkezelt stb.
A dezoxidálási módszer alapján
• Csillapítatlan acél– Jó kihozatalú, felületi minősége jó, hidegen jól
alakíthatók, gyorsan öregszenek, < 0,2-0,25% C
• Csillapított acél– Az oxigént szilárd állapotban kötik meg (Si, Mn,
Al), egy része zárványként visszamaradhat, rosszabb kihozatal, gázzárványok nincsenek
• Különlegesen csillapított acél– Nitrogént is megkötik és szemcsefinomító ötvözök
(Al, V, Nb, Ti), öregedésállóbbak, ridegtörési hajlamuk kisebb
Szövetszerkezet alapján - egyensúlyi
• Ferrites
– Ferritképzők!
• Félferrites
• Hipoeutektoidos
• Hipereutektoidos
• Ledeburitos
• Félausztenites
• Ausztenites
– Ausztenitképzők!
Szövetszerkezet alapján – nemegyensúlyi
• Perlites
• Martenzites
• Ausztenites
• Ferrites
• Bénites
Felhasználás szerint
• Szerkezeti acélok– Gépgyártás, járműgyártás, acélszerkezetek
– Szilárdság mellett a nyúlás és szívósság is követelmény
– C<0,6%
• Szerszámacélok– Forgácsolószerszámok és alakítószerszámok
– Kopásállóság, merevség, keménység (szívósság)
– Nemesíthető, kiválásosan keményíthető ötvözetek
• Különleges acélfajták és ötvözetek– Kifejezett tulajdonság
• Hőálló ötvözetek, korrózióálló acélok stb.
Az acélok jelölésrendszereAZ ACÉLOK JELÖLÉSÉNEKSZABVÁNYOS RENDSZERE
Az acélminőség jele Számjel - MSZ EN 10027-2
JelMSZ EN 10027-1
Kiegészítő jelMSZ EN 12200
Az acélra jellemző kiegészítő jel(1. csoport) + (2. csoport)
Az acél termékre jellemzőkiegészítő jel
1. csoportAz acél felhasználása és mechanikai tulajdonságai szerinti jelölés
2. csoportA vegyi összetétel szerinti jelölés
Az acélok számjele
• MSZ EN 10027
• 1 – Acélok
• 2 – Nehézfémek
• 3 – Könnyűfémek
• 4 – Nemfémes anyagok
• … - …
• 8 – Nemfémes anyagok
• 9 – Tartalék
1.43 00 xx
Anyagcsoport
Acélcsoport
Sorszám
Kiegészítő jel
Rövid jelölés I. – fizikai jellemzők
Jel Alkalmazási terület Fő tulajdonság Példa
S Szerkezeti acél ReH (MPa) S235
P Nyomástartó edények acéljai ReH (MPa) P275
L Acélok csővezetékekhez ReH (MPa)
E Gépacélok ReH (MPa) E235
B Betonacélok ReH (MPa)
Y Acélok előfeszített acélszerkezetekhez ReH (MPa)
R Sínacélok és sínek ReH (MPa)
HHidegen hengerelt lapostermékek nagy szilárdságú acélból, hideghúzásra
ReH (MPa) H400
T+ReH (MPa) HT400
Rövid jelölés II. – fizikai jellemzők
Jel Alkalmazási terület Megjegyzés
DLapostermékekhidegalakításra
C – hidegen hengerelt + számjegy
D – melegen hengerelt termék + két számjegy
X – a hengerlési állapot nincs előírva + két számjegy
TÓnozott termék (csomagolásra)
H + az előírt Rockwell keménység
ReH (Mpa)
Rövid jelölés III. – fizikai jellemzők
Jel Alkalmazási terület Megjegyzés
M Elektrotechnikai acélok
Wattveszteség × 100, vastagság × 100
A – nem irányított szemcsézetű
B – ötvözetlen félkész
E – ötvözött félkész
N – szokványos irányított szemcsézetű
S – kis veszteségű irányított szemcsézetű
P – nagy permeabilitású irányított szemcsézetű
Kiegészítő jelek I.
• G, legelső jel lehet – öntvény
Kiegészítő tulajdonságjel Vizsgálati hőmérséklet
(°C)Előírt ütőmunka értéke
27 J 40 J 60 J
JR KR LR +20
J0 K0 L0 0
J2 K2 L2 -20
J3 K3 L3 -30
J4 K4 L4 -40
J5 K5 L5 -50
J6 K6 L6 -60
Kiegészítő jelek II.
• M – termomechanikusan kezelt
• N – normalizált, vagy szabályozott hőmérsékleten hengerelt
• Q – nemesített
• G – egyéb jellemzők egy, vagy két számjellel
– A csillapításra utal
Kiegészítő jelek III.
• C – különleges hidegalakíthatóság
• D – tűzi-mártó eljárással bevont
• E – zománcozott
• F – kovácsolt
• H – üreges szelvények
• L – alacsony hőmérsékletre
• T – csövekhez
• X – nagy- és kis hőmérsékletre
• W – időjárásálló
• Valamely elem vegyjele (szorzó!), pl Cu5 – 0,5% Cu
Példa
G S 235 J2 G2 W Cu5
0,5% Cu tartalom (ld. később)
Légköri korrózióálló acél
Csillapított acél
Ütőmunka -20 °C-on legalább 27 J
Folyáshatár legalább 235 MPaÁltalános rendeltetésű szerkezeti acél
Acélöntvény (csak G és csak öntvényeknél)
Rövid jelölés IV. – Vegyi összetétel
• Ötvözetlen acélok
• Csak a gyártás során elkerülhetetlen ötvözőket és szennyezőket tartalmazza
• Általánosan:
– C nn(n), ahol n pozitív egész szám, 0…9
– nn(n) a széntartalom 100-szorosa
• A C az ötvözőmentességre utal („szénacél”)
• Példa: C22, C60, C90, C120 stb.
Rövid jelölés V. – Vegyi összetétel
• Ötvözött acélok
• Tervszerűen bevitt ötvözőelemeket tartalmaz
• Általánosan:– nn <ötv1><ötv2> m1 – m2 – m3
– nn a széntartalom 100-szorosa
– <ötv1>, <ötv2>, … az ötvöző vegyjele
– m1, m2, m3, … az ötvöző mennyisége az ötvözőre jellemző számmal szorozva (!)
• Példa: 14NiCrMo13-4
Az ötvözőkre jellemző szorzók
Az ötvöző vegyjele Szorzótényező
Cr, Co, Mn, Ni, Si, W„Cro-Co Men-Ni Si-Watag”
4
Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr 10
C, Ce, N, P, S 100
B 1000
Rövid jelölés VI. – Vegyi összetétel
• Erősen ötvözött acélok
• 10% feletti ötvözőelem mennyiség
• Általánosan:
– X nn <ötv1><ötv2> m1 – m2 – m3
– nn a széntartalom 100-szorosa
– <ötv1>, <ötv2>, … az ötvöző vegyjele
– m1, m2, m3, … az ötvöző mennyisége (!)
– Példa: X8CrNiTi18-10
Felhasználás szerint
• Szerkezeti acélok– Gépgyártás, járműgyártás, acélszerkezetek
– Szilárdság mellett a nyúlás és szívósság is követelmény
– C<0,6%
• Szerszámacélok– Forgácsolószerszámok és alakítószerszámok
– Kopásállóság, merevség, keménység (szívósság)
– Nemesíthető, kiválásosan keményíthető ötvözetek
• Különleges acélfajták és ötvözetek– Kifejezett tulajdonság
• Hőálló ötvözetek, korrózióálló acélok stb.
Szerkezeti acélok
• Szerkezeti acélok
– A: Melegen hengerelt szerkezeti acélok
– B: Lapos acéltermékek nyomástartó berendezésekhez
• Hegeszthetőség, alakíthatóság
– C: Képlékeny hidegalakításra alkalmas acélok
– D: Nemesíthető acélok
– E: Betétben edzhető acélok
– F: Nitridálható acélok
– Egyéb acéltípusok, célacélok
A: Melegen hengerelt, ötvözetlen szerkezeti acélok
• Általános rendeltetésűek, S és E jel
• Melegen hengerelt vagy kovácsolt állapot
• Műbizonylat: Rm, ReH, A, KV, összetétel– Lapostermék esetén az élhajlíthatóság is
– E jelűnél nincs előírt KV
• Igényesebb esetekben nem alkalmazhatók, hegesztéshez csak előírt ütőmunkával– Szénegyenérték (0,5% alatt, lásd később)
• Számos kivitel a kiegészítő jelek szerint
• Példa: S235JR
A: Normalizált, normalizálva hengerelt, hegeszthető, finomszemcsés acélok
• A normalizáló hengerlés során a hőbevitelt és elvonást folyamatosan monitorozzák
• 6-osnál nagyobb szemcseszám
• Ugyanaz a jelölés, de kiegészítés:
– N: normalizált (minden esetben)
– L: előírt ütőmunka -50°C-on 27 J
• Példa: S275N, S275NL
A: Termomechanikusan hengerelt, hegeszthető, finomszemcsés acélok I.
• A termomechanikus hengerlés során az előnyújtás az újrakristályosodási hőmérséklet felett kezdődik, de a teljes folyamat alatta fejeződik be
• Nb ötvözéssel emelik az újrakristályosodási hőmérsékletet
• Ti-nal segítik elő a szemcsefinomítást
• Kiegészítőjel: M
• Példa: S355M, S355ML
A: Termomechanikusan hengerelt, hegeszthető, finomszemcsés acélok II.
• HIDROGÉNNYOMÁSÁLLÓ ACÉLOK
• Probléma: a H felületi disszociáció és diffúzió útján bontja az acél vaskarbidját– Nagy hőmérsékleten (T>200°C) gyorsul a folyamat
– Húzófeszültség gyorsítja a folyamatot
• Megoldás: stabil karbidokat képző ötvözők– Cr, Mo, V, W
• Melegszilárdság javul, nemesítve építik be
• Olajipar, finomítók, hidrogénező berendezések
• Folyomány: HSLA
A: Légkörikorrózió-álló acélok
• Az acél a levegő oxigéntartalma és a nedvesség hatására korrodál – porózus
• A folyamat teljes tönkremenetelig tarthat
• Cu, Cr, P, Ni, Mo ötvözés (kis mennyiség!)
• Foszfátos, szulfátos, hidroxidos vegyületek – a pórosukat betömik, lassul, majd megáll a korrózió
• Passzivált réteg, vörösesbarna, <0,3 mm
• Példa: S235J0W, S355J0WP
A: Lemezek és szélesacélok nagy folyáshatárú, nemesített acélokból
• Környezeti és kis hőmérsékleten üzemelő, nagy terhelésnek kitett hegesztett szerkezetek
• Tárolótartályok, hidak, zsilipek, daruk stb.
• Q kiegészítőjel jelöli
• Szokásos eljárással hegeszthető, de hidegrepedésre hajlamos (minél vastagabb, minél nagyobb a szilárdság, feszültséggyűjtők)
• Például: S460QL
Szerkezeti acélok
• Szerkezeti acélok
– A: Melegen hengerelt szerkezeti acélok
– B: Lapos acéltermékek nyomástartó berendezésekhez
• Hegeszthetőség, alakíthatóság
– C: Képlékeny hidegalakításra alkalmas acélok
– D: Nemesíthető acélok
– E: Betétben edzhető acélok
– F: Nitridálható acélok
– Egyéb acéltípusok, célacélok
B: Ötvözetlen és ötvözött acélok növelt hőmérsékleten előírt tulajdonsággal
• Ötvözetlen acélok (Pl.: P235GH)– Melegfolyáshatár, vagy kúszáshatár (-szilárdság)
van megadva
– Gőzkazánok, nyomástartó berendezések
– Általában ~400°C-ig
• Ötvözött acélok (Pl.: 12CrMo9-10)– Mn, Mo, Cr, V, Nb és hegeszthetőséghez Si, Ni
– Kazándobok, túlhevítő csövek, vegyipari berendezések, karimák, kötőelemek
– Általában ~500-530°C-ig
B: Hegeszthető, finomszemcsés, normalizált acélok
• Három alcsoport– Szobahőmérsékleti alapminőségek (P…N)
• -20°C-ig használhatóak
– Melegszilárd minőségek (P…NH)• -20…400°C között használhatóak
– Hidegszívós minőségek (P…NL1 és P…NL2)• -40, illetve -50°C-on sem ridegednek el
• Szemcsefinomsági mutatószámuk nagyobb, mint 6
• Hegesztéshez támpont a szén egyenérték
B: Hidegszívós, nikkelötvözésű acélok
• Komoly szerkezetek csak olyan anyagból készíthetők, amelyek ütőmunkája előírt
• -60°C alatt ennek biztosítására Ni-t ötvöznek
• FKK rács, elridegedésre nem hajlamos
• Választás falvastagság és hőmérséklet függvényében
• Ütőmunka akár -200 °C-on is
• Hűtés és kriogéntechnika
• 11MnNi5-3, 12Ni14, X7Ni9
B: Hegeszthető, finomszemcsés, termomechanikusan hengerelt acélok
• Hasonlóan a lapostermékekhez Nb ötvözés a rekrisztallizációs hőmérséklet emeléséhez
• Ti ötvözés a szemcsefinomításhoz
• V és Mo ötvözés a szilárdságnöveléshez
• -20°C-on is 27 J ütőmunka, hidegszívós esetben L1 és L2 kiegészítés
• Kiegészítőjele: M, pl.: P355ML1
B: Hegeszthető, finomszemcsés, nemesíthető acélok
• Három fő alcsoportja létezik– Alapminőség (P…Q)
– Melegszilárd minőség (P…QH)
– Hidegszívós minőségek -40°C-ig (P…QNL1), illetve -50°C-ig (P…QNL2)
• A finomszemcsés minőséget és a szilárdságot mikroötvözők (Ti, Nb, V, N, B) biztosítják
• Hegesztést befolyásolja: termékvastagság, bevitt energia, kialakítás, elektródakihozatal, eljárás, varratfém tulajdonságok
B: Korrózióálló acélok
• Ferrites acélok– Gyenge maróhatású közegek, nyomástartó edény,
élelmiszer-ipari berendezések, katalizátor
– 350°C-ig is 155-215 MPa folyáshatár
• Martenzites acélok– Szivattyúelemek, szelepek, turbinák járókereke
– 300°C-ig 530-580 MPa
• Ausztenites acélok– Nagyon széleskörű alkalmazás
– -196-600°C-ig alkalmazható (FKK, oldólágyítás után nem hajlamos ridegtörésre, nincs TTKV)
• Ferrites-ausztenites (duplex) acélok
• Hegesztés és hőkezelés a szabványban előírtak szerint
Szerkezeti acélok
• Szerkezeti acélok
– A: Melegen hengerelt szerkezeti acélok
– B: Lapos acéltermékek nyomástartó berendezésekhez
• Hegeszthetőség, alakíthatóság
– C: Képlékeny hidegalakításra alkalmas acélok
– D: Nemesíthető acélok
– E: Betétben edzhető acélok
– F: Nitridálható acélok
– Egyéb acéltípusok, célacélok
C: Hidegen hengerelt lapos termék kis karbontartalmú acélból, hidegalakításra • Kis karbontartalmú, ferrites acél• Nagyon kevés ötvöző, dezoxidáláshoz Al, nitrogén
megkötéshez (öregedés) Ti• DC01…DC06, kiegészítőjel: A, vagy B -
felületminőség– A: felületi hiányosságok (pórus, kis rovátka, karc,
enyhe elszíneződés) megengedett– B: a jobb felület legyen hibamentes, a másik legalább
A minőségű, csak dresszírozottra!
• Felületi érdesség fokozatok– b: fényes, g: félfényes, m: normál, r: érdes
• Példa: DC01Am
C: Hidegen hengerelt, bevonat nélküli lágyacél keskeny szalag hidegalakításra
• 600 mm-nél keskenyebb, 10 mm-nél vékonyabb ötvözetlen és ötvözött szalag
• Utánjelölések:
– Lágyított (A)
– Hidegen utánhengerelt (C és megnőtt Rm (MPa))
– Dresszírozott (LC)
– Felületi minőség MA, MB és MC
• Példa: DC03C440MB
C: Nagy folyáshatárú acélok melegen hengerelt lapos termékek hidegalakításra
• Hidegalakításra szánt, melegen hengerelt, hegeszthető, nagy folyáshatárú, ötvözött
• Termomechanikusan, vagy normalizálva hengerelt
• Perlitszegény acélok (Ti, Nb, V) – HSLA
• Példa: S420NC, S460MC
• Képlékenyen alakíthatók, nyírhatók, hajlíthatók, forgácsolhatók
• Járműgyártás, hegesztett szerkezetek
DP acélok
• Dual Phase
• Kétfázisú acél– Nagyon lágy ferrit mátrixban nagyon kemény
martenzit fázis van finoman eloszlatva
• Jó szilárdsági tulajdonságokat kombinál szintén jó alakíthatósági tulajdonságokkal
• Keréktárcsák, gépkocsi karosszéria, ütköző elemek, kötöző drótok, állvány és épületelemek
TRIP acélok
• TRansformation Induced Plasticity
• Átalakulással kiváltott képlékenység
• Melegalakítás után a szövetszerkezet ferrit-reszt ausztenit-bainit
• További alakítás hatására a metastabil reszt ausztenit átalakul martenzitté
• Karosszériaelemek, gépjárműgyártás
DP / TRIP
Idő Idő
Hő
mé
rsé
kle
t
Hő
mé
rsé
kle
t
IF acélok
• Interstitial Free
• Rendkívül kis (30-60 ppm) ötvözőtartalom
• Jól mélyhúzható, alakítható, nem öregszik (a szokásos mélyhúzható anyagok csillapítatlanok)
• Háztartási berendezések, gépjármű borítás elemek
BH acélok
• Bake Hardening
• Kis széntartalmú, ~200°C-on kiválásosan keményíthető ötvözetek
• C és N kiválásos keményítésével ~40 MPaszilárdságnövekedés érhető el a folyási határban
• Alakítás után, például festés során is végrehajtható
• Gépjármű karosszériaelemek
Szerkezeti acélok
• Szerkezeti acélok
– A: Melegen hengerelt szerkezeti acélok
– B: Lapos acéltermékek nyomástartó berendezésekhez
• Hegeszthetőség, alakíthatóság
– C: Képlékeny hidegalakításra alkalmas acélok
– D: Nemesíthető acélok
– E: Betétben edzhető acélok
– F: Nitridálható acélok
– Egyéb acéltípusok, célacélok
D: Nemesíthető acélok
• Kellően szívósnak és a dinamikus hatásoknak ellenállónak kell lennie
• Kötőelemek, csapok, csuklók, rudazatok, villáskulcsok, tengelyek, kardánkeresztek, fogaskerekek, szerszámgépfőorsók stb.
• Ötvözött és ötvözetlen kivitelben gyártják• Ötvözés célja:
– Átedzhető szelvényátmérő növelése– Szívósság növelése, TTKV csökkentése– Kifáradási határ növelése– Megeresztésállóság növelése– Stb. javítása
D: Ötvözetlen nemesíthető acélok
• A gyártás során bent maradt ötvözőkön, szennyezőkön kívül csak karbont tartalmaz
• A kisebb széntartalmuk miatt szívósak, szilárdságuk kisebb
• Az átedzhető szelvényátmérő kicsi (néhány 10 mm)
• Felületi edzéssel a kopásállóság növelhető
• Rm: 500…1000 MPa, ReH: 300-580 MPa, A: 20-11%, Z: 50-20%
• Jelölésük: C nn, ahol nn a C tartalom 100-szorosa, 20 < nn < 60
• Kiegészítőjelek: E: S<0,035%, R: 0,020%<S<0,040%
D: Ötvözött nemesíthető acélok I.
• Mn (1,4-1,65%)
– Olcsó
– Átedzhető átmérőt jelentősen megnöveli
– Túlhevítésre és megeresztési ridegedésre hajlamos (gyors hűtés kell)
– 0°C alatt dinamikus igénybevételű alkatrésznek nem alkalmazható
– Például: 28Mn6
D: Ötvözött nemesíthető acélok II.
• Cr (akár 2%)
– Leggyakoribb ötvöző
– Erősen növeli az átedzhető átmérőt és a folyáshatárt
– Jól kérgesíthetők (50-60 HRc)
– Közepes igénybevételű hajtóműalkatrészek, tengelyek
– Megeresztési ridegedés (!)
– Például: 34Cr4
D: Ötvözött nemesíthető acélok III.
• Cr-Mo (akár 2% Cr, 0,9-1,2% Mo)– A Mo megszünteti a megeresztési ridegedést
– Cr és Mo erős karbidképző, nagyobb hőmérsékleten (~600°C) lehet megereszteni
– Jelentős szilárdság és jó szívósság
– Közepes méretű, nagy fárasztó és ütésszerű igénybevételnek kitett alkatrészek, féltengelyek, hajtórudak, könyökös tengelyek, fogazott alkatrészek, főtengelyek
– Például: 50CrMo4
D: Ötvözött nemesíthető acélok IV.
• Cr-V (0,7-1,1% Cr, 0,1-0,2% Mo)
– Hasonló a Cr-Mo acélokhoz
– Azoknál kicsit olcsóbb, de a szívósságuk rosszabb
– Közepes méretű, nagy fárasztó és ütésszerű igénybevételnek kitett alkatrészek, féltengelyek, hajtórudak, könyökös tengelyek, fogazott alkatrészek, főtengelyek és csavarok, csavarkulcsok
– Például: 51CrV4
D: Ötvözött nemesíthető acélok V.
• Ni-Cr-Mo(-V) (0,7-1,1% Cr, 0,1-0,2% Mo)– Nagy méretű daraboknál, ahol a gyors hűtést nem
lehet megvalósítani Ni ötvözést is alkalmaznak• Ni a TTKV-t csökkenti
• Mo a megeresztési ridegedési hajlamot csökkenti
– Átedzhető átmérő jelentősen nő (~150 mm)
– Az állapottényezők hatásainak jól ellenállnak
– Hajómotor alkatrészek, kovácssajtók forgattyústengelye kovácsolt és nemesített állapotban
– Például: 36NiCrMo16
D: Ötvözött nemesíthető acélok VI.
• Bóracélok
– Mn, Mn-Cr alapötvözés, B mikroötvözés
– Jelentős átedzhető szelvényátmérő növekedés
– Általában melegalakított állapotban szállítják
– Adott szilárdság mellett jó szívósság
– Például: 20MnB5, 27MnCrB5-2
Szerkezeti acélok
• Szerkezeti acélok
– A: Melegen hengerelt szerkezeti acélok
– B: Lapos acéltermékek nyomástartó berendezésekhez
• Hegeszthetőség, alakíthatóság
– C: Képlékeny hidegalakításra alkalmas acélok
– D: Nemesíthető acélok
– E: Betétben edzhető acélok
– F: Nitridálható acélok
– Egyéb acéltípusok, célacélok
E: Betétben edzhető acélok
• Karbontartalom 0,2% alatti
• Jellemzőjük a szívós mag és a kopásálló kéreg– ~1%C a kéregben, 60-63 HRC
• Átedzhetőség okán ~80 mm jellemző méretig használhatók
• Azonos fajlagos nyúlás és ütőmunka esetén a nemesíthető Rm-je és ReH-ja nagyobb
• Fárasztás esetén a cementálást elhagyják, vakedzett állapot, ekkor 35-45 HRC érhető el
E: Ötvözetlen betétben edzhető acélok
• Kis méretű és szilárdságú, kopásnak kitett alkatrészek
• Csapok, fogaskerékszivattyúk
• Elérhető keménység: 55-60 HRC
• 20-30 mm jellemző méretig legfeljebb
• Például: C10, C15
E: Ötvözött betétben edzhető acélok
• Ötvözőik megegyeznek a nemesített acéloknál leírtakkal
• Karbontartalmuk kisebb, C<0,2%
• Cr-Mo ötvözés közepes méretű és igénybevételű darabok (perselyek, csapok, fogaskerekek)– Túlhevítésre érzékenyek, 40-60 mm átmérőig
• Mn-Cr-Mo nagy igénybevételű alkatrészek (fogaskerekek, lánckerekek, tengelyek)– 70-80 mm átmérőig
• Ni-Cr-Mo különlegesen erős dinamikus igénybevétel, szívós mag, nagy felületi keménység
Betétedzési 1x1• Direktedzés
– Cementálás, ausztenitesítő lépcső, edzés, kis hőmérsékletű megeresztés
– Nagy hőmérsékleten szemcsedurvulás, gazdaságos, gyors
• Kéregedzés– Cementálás, lépcső nélküli edzés, kéregedzés, kis hőmérsékletű
megeresztés– A mag durvaszemcsés, kis szilárdságú, míg a kéreg
finomszemcsés, kopásálló
• Magedzés– Cementálás, lépcső nélküli edzés, magra edzés, kis
hőmérsékletű megeresztés– Nagy szilárdságú, finomszemcsés mag, a kéreg is finomszemcsés
maradhat
• Kettős edzés– Cementálás, magra edzés, kéregedzés, kis hőmérsékletű
megeresztés
Szerkezeti acélok
• Szerkezeti acélok
– A: Melegen hengerelt szerkezeti acélok
– B: Lapos acéltermékek nyomástartó berendezésekhez
• Hegeszthetőség, alakíthatóság
– C: Képlékeny hidegalakításra alkalmas acélok
– D: Nemesíthető acélok
– E: Betétben edzhető acélok
– F: Nitridálható acélok
– Egyéb acéltípusok, célacélok
F: Nitridálható acélok
• Alapvetően nemesíthető acélok
• Cél: nagyon kemény, kopásálló réteg
• Nitridképzők (Cr, Al, V, Ti) adalékolásával érik el
• Eredmény: kopásálló, kemény, fáradási tulajdonságokat javító réteg, amely azonban a fajlagos nyomást kevésbé tolerálja, mint a cementált acélok
• Közeg: ammónia, vagy cianidos sók
• A nitridálás hőkezelési technológia, hőmérséklet ~50°C-szal kisebb legyen, mint a megeresztés
• Például: 34CrAlNi7-10
Kérgesítő eljárások
Kéregmélység (mm)
HRc
55
60
Betétedzés
Nagyfrekvenciás felületi edzés
1
Nitridálás
Boridálás
CVD, PVD (TiN, TiC stb.)
Szerkezeti acélok
• Szerkezeti acélok
– A: Melegen hengerelt szerkezeti acélok
– B: Lapos acéltermékek nyomástartó berendezésekhez
• Hegeszthetőség, alakíthatóság
– C: Képlékeny hidegalakításra alkalmas acélok
– D: Nemesíthető acélok
– E: Betétben edzhető acélok
– F: Nitridálható acélok
– Egyéb acéltípusok, célacélok
Egyéb szerkezeti acélok, célacélok
• Automata acélok
• Acélok gördülőcsapágyakhoz és csapágygolyókhoz
• Rugóacélok
• Melegszilárd és/vagy hidegszívós acélok és nikkelötvözetek kötőelemekhez
• Hőállóacélok és nikkelötvözetek
• Acélok és ötvözetek belső égésű motorok szelepeihez
Automata acélok
• Nagy teljesítményű és nagy forgácsolási sebességű automatákon történő megmunkáláshoz
• Cél: töredezett forgács
• S és S+Bi ötvözéssel érik el
• Régebben S+Pb ötvözés volt, de kiszorultak
• Például: 11SMn37, 10S20, 44SMn28
Acélok gördülőcsapágyakhoz és csapágygolyókhoz
• Nagy kopásállóság és nagy kifáradási határ a követelmény– Karbontartalom 0,85-1,1% - keménység
– S<0,015%, P<0,025%, O<0,002% és polírozás –kifáradási határ
• Edzés, túlhűtés (-30°C), kis hőmérsékletű megeresztés – 62 HRC
• Például: N: 100Cr6, 100CrMnMoSi8-4-6, BE: 19MnCr5, 18NiCrMo14-6, IE: 70Mn4, KO: X65Cr14, X89CrMoV18-1, T: 80MoCrV42-16, X82WMoCrV6-5-4
Rugóacélok I.
• Rugalmas energiatároló képesség van kihasználva
• Nagy folyási határ (1000-1350 MPa) és elfogadható nyúlás kell (6-8%)
• Nemesíthető acélok, 0,4-0,7% C tartalom, kis hőmérsékletű megeresztés (450-480°C)
• Alkalmazás szerinti altípusok
Rugóacélok II.
• Melegen hengerelt acélokból alakított, nemesített rugók– Si ötvözés, ReH nő– Cr-V, Cr-MoV nagy teljesítményű, dinamikus
igénybevételnek kitett rugók– Pl.: 38Si7, 60SiCrV7, 60CrMo3-2
• Hőkezelésre szánt, hidegen hengerelt keskeny acélszalag– Jó felületi minőség, akár Rm=2100 MPa-ig– Pl.: C75S,
• Korrózióálló acélszalag rugókhoz– Korrozív közegekhez
Melegszilárd és/vagy hidegszívós acélok és nikkelötvözetek kötőelemekhez
• Ötvözetlen / ötvözött (korrózióálló is)
• Akár 700°C-ig terhelhetők
• Mo: folyáshatárt növeli, karbidképző
• Hőterhelés mellett a korrózió is figyelembe veendő– Például: 42CrMo5-6, 25CrMo4, NiCr20TiAl (Ni
ötvözet), X10CrNiMoMnNbVB15-10-1
• Kis hőmérsékletű alkalmazásokhoz Ni ötvözés
• Akár -270°C-ig– Például: 41NiCrMo7-3-2, X8Ni9, X6CrNi18-10
Hőállóacélok és nikkelötvözetek I.
• Probléma: 500°C felett az acélok jelentősen revésednek
• Ausztenites, ferrites, ausztenites-ferrites acél
• Kúszáshatáruk és kúszási szilárdságuk meghatározó
• Ötvözők: Cr, Si, Al
• Alkalmazásuk akár 900°C-ig
• Szemcsedurvulás problémát jelenthet
• Ni alapú szuperötvözetek (nem vasötvözet)
Hőállóacélok és nikkelötvözetek II.
• Ferrites– 350-550°C-on és 900°C felett szemcsedurvulásra és
ridegedésre hajlamos, nagy S tartalmú közegnek jobban ellenáll, pl.: X10CrAlSi18
• Ausztenites– Nagyobb hőmérsékleten sem jellemző a
szemcsedurvulás, 600-800°C között σ-fázis ridegedéstokoz, pl.: X10NiCrAlTi32-21
• Ausztenites-ferrites– Oxidáló kéntartalmú közegekben használható
eredményesen, pl.: X15CrNiSi25-4
• Ni bázisú ötvözetek– Sugárhajtóművek, rakétaipar, pl: NiCr23Fe
Acélok és ötvözetek belső égésű motorok szelepeihez
• Homogén szövetszerkezet, erős ötvözés, kiszámítható hőtágulás
• Igénybevétel: ingadozó hőhatás, korrózió, oxidáció, fáradás, ütés, kopás
• Rudak, huzalok, kovácsdarabok• Melegalakíthatóak, nehezen forgácsolhatók• Fő típusok
– Martenzites szelepacél (szívó szelep és kipufogószelepszár), pl.: X40CrSiMo10-2
– Ausztenites szelepacél (kipufogószeleptányér), pl.: X50CrMnNiNbN21-9, NiFe25Cr20NbTi
Hadfield acélok
• Ausztenites, erősen ötvözött Mn acélok– ~1,2%C, ~0,4 Si, ~12,5% Mn
• Ütésálló, ütés (képlékeny hidegalakítás) hatására keményedik
• A belső, még nem felkeményedett rétegek jó szívósságot biztosítanak
• Dinamikus igénybevételnek és koptató hatásnak kitett alkatrészek
• Vasúti váltók, fölmunkagépek karmai, kőtörő pofák
Szerszámacélok
• A: Ötvözetlen szerszámacélok
• B: Melegalakító szerszámacélok
• C: Hidegalakító szerszámacélok
• D: Gyorsacélok
Általános követelmények
• Keménység, kopásállóság
• Szilárdsági tulajdonságok
• Melegszilárdság
• Hőfáradással szembeni ellenállás
• Megfelelő átedzhető szelvényátmérő
A: Ötvözetlen szerszámacélok
• 0,45-1,25% C tartalom
– 0,45% C – 54 HRC
– 1,25% C – 62 HRC
• Ezek mellett csak alapötvözők (Mn, Si) és szennyezők (S, P)
• Kisebb igénybevételű kéziszerszámok
• Például: C90U, C100U
– U kiegészítő jel: kezeletlen állapot
B: Melegalakító szerszámacélok
• Az üzemi hőmérséklet 200°C felett van, de a keménységet, hőállóságot akár 600°C-on is meg kell tartaniuk (38-46 HRc)
• Fő ötvözők: Cr, Mo, W, Ni, Co
• Karbid vegyületek – keménység nagy hőmérsékleten is
• Kovácssüllyesztékek, nyomásos öntőszerszámok
• Például: 55NiCrMoV7, X40CrMoV5-1
C: Hidegalakító szerszámacélok
• Fő ötvözők: Mn, Cr, Mo, V, W, Ni
• Az ötvözők növelik az átedzhető szelvényátmérőt, ezenfelül javítják a– Szilárdságot
– Kopásállóságot
– Keménységet
• Hőkezelik és szobahőmérsékleten használják őket, üzemi hőmérsékletük nem haladja meg a 150-180°C-t
• Vágó- és lyukasztószerszám
• Például: 95MnWCrV5, X210CrW12
E: Gyorsacélok
• Forgácsolási teljesítmény megkívánja, hogy még 600°C környékén is 62-64 HRc kemények legyenek
• Fő ötvözők: W, Mo, V, Co („Werseny Motor Vadul Cotor”)
• Kritikus a hőkezelésük, nagyon precízen kell eljárni (kiválásos keményítés)
• Például: HS6-5-2, HS10-4-3-10
Korrózióálló acélok
• A: Ferrites korrózióálló acélok
• B: Martenzites korrózióálló acélok
• C: Ausztenites korrózióálló acélok
• D: Duplex (ausztenit + ferrit) korrózióálló acélok
A: Ferrites korrózióálló acélok
• Az ötvöző az oxigénnel jól tapadó, tömör réteget hoz létre, ami akadályozza a további oxidációt
• Ferrites korrózióálló acélban maximum 0,08% C lehet és ehhez ~13% Cr ötvözés kell, hogy társuljon
• ReH ~280-320 MPa, A=18-20%
• Jól alakíthatók és hegeszthetők, mágnesezhető
• Gyenge és közepes maróhatású közegeknek jól ellenállnak: élelmiszeripar, söripar, tejipar
• Néhány minőségben részleges martenzitképződés: félferrites korrózióálló acél– Nagyobb szilárdság (vegyipar)
• Például: X2CrTi12, X6CrMo17-1, X2CrMoTi29-4
B: Martenzites korrózióálló acélok
• A ferrites korrózióálló acélok nem elég szilárdak – C tartalom növelés és hőkezelés
• Hőkezelés: edzés + megeresztés (ridegség csökkentése)
• C tartalom 0,08% és 1,2% között
• Sebészeti kések, szikék, tűk, élelmiszeripari kések
• Például: X12Cr13, X105CrMo17, X7CrNiAl17-7
C: Ausztenites korrózióálló acélok
• A ferrites korrózióálló acél ellenállása erős savakkal szemben nem megfelelő
• Megoldás az ausztenites acél– C<0,03% + ~18% Cr + ~10% Ni (Mn, Cu, N)
• Lassú hűtés mellett 600-800°C-on a szemcse-határokon krómkarbidok válnak ki, rontja a korrózióállóságot (kristályközi)– Ti, Nb ötvözéssel megakadályozható
• Akár -270°C-ig használható szerkezeti elemként• Nehezebben forgácsolhatók• Kloridos ellenállása Mo-nel javítható, de a salétrom
savas és N-es közegben nem jó• Pl.: X10CrNi18-8, X3CrNiMo17-13-3
D: Duplex korrózióálló acélok
• Nagy Cr és Ni tartalmúak
• Szobahőmérsékleten ~40-60% ausztenit
• Szilárdságuk nagyobb
• Feszültségkorróziónak jobban ellenállnak
• Hőálló és melegszilárd acélként is alkalmazzák
• Pl.: X2CrNiN23-4, X2CrNiMoCuWN25-7-4
Öntöttvasak
• 2%-nál több karbont tartalmazó sokalkotós vas-karbon alapú ötvözet– Stabil – vas+grafit – szürke öntöttvas
– Metastabil – vas+vaskarbid – fehér öntöttvas
• Stabil– Grafitos kristályosdás
– Perlit + grafit
• Metastabil– Karbidos kristályosodás
– Perlit + ledeburit
Ikerdiagram
Ötvöző elem
Cu
Co
Ni Al C Si
Cr S
Mo
Mn
Kifehérítő hatás
Grafitosító hatás
• Grafitosít
– P, Ti, C, Si, Al…
• Fehérít
– W, V, Mg, Ce, B
Telítettségi fok
• Megmutatja, hogy mennyire eutektikumos az öntöttvas
• Öntöttvasaknál 0,7<T<1
• T>1 esetén primer grafitlemez, hipereutektikus
• Ha T csökken, akkor a szilárdság nő
– Több a perlit
𝑇 =𝐶
4,26 − 0,31𝑆𝑖 + 0,27𝑀𝑛 − 0,3𝑃≈
𝐶
4,3 − 0,3(𝑆𝑖 + 𝑃)
A szövetszerkezet függ az ötvözőktől…
Led.+
perlit Grafit
+ perlit
L
P
Gr
G
+ P
+ F
Grafit +
ferrit
Si, % 1
2
3
4
1 2 3 4 5 6 7
C, % Maurer
… és a mérettől is
Greiner-Klingenstein
C + Si, %
II.b.: Grafit +
Perlit + ferrit
II.b
Grafit +
ferrit
Grafit +
perlit II.a
2
4
6
7
10 30 50 70
Falvastagság, mm
I.: Ledeburit +
perlit
II.a.: Led. +
perlit + grafit
I.
Mechanikai tulajdonságok
• Az öntöttvas felfogható acél alapszövetbe ágyazott grafit vagy cementit keverékeként
• A tulajdonságok függenek a grafit vagy cementit részek– Mennyiségétől– Alakjától– Méretétől– Eloszlásától
• A fémes alapanyag szövetétől (ferrit, lemezes perlit, szemcsés perlit, bénit, martenzit)
• A ferrit mennyiségétől• A perlit finomságától• Az esetleges foszfideutektikum mennyiségétől és
eloszlásától
Lemezgrafitos öntöttvas
• Törete szürke, T=1
• Alapszövet: ferrites, perlites, vagy kombinált
• A grafit egykristály formájában van jelen, hexagonális rácsszerkezet, sok hibával
• Eloszlás és alak
• Például:
– EN-GJL-250 (Rm)
– EN-GJL-HB195 (HB)
Lemezgrafitos öntöttvas tulajdonságai
• A lemezgrafitos öntöttvas szilárdsága kicsi és teljesen rideg
• Nagy nyomószilárdság
• Jó siklási tulajdonságok
• Jó forgácsolhatóság
• Nagyon jó rezgéscsillapítási képesség
• Gépállványok, gépházak, forgattyús házak
Grafit eloszlása és alakja
Szilárdság méretfüggése
• Méretezés mérték-adó falvastagság-ra
Acél
Gömbgrafitos öv.
800
Lemezgrafitos öv.
350
C, %
350
250
Rm, MPa
Lemezgrafitos öntöttvas szilárdságnövelése
• Alapszövet szilárdságának növelése
– Perlit tartalom növelése, vagyis a telítettségi fok csökkentése
– Perlit homogenizálása hőkezeléssel
– Edzés és nemesítés, ritka, elsősorban kopásállóság
– Ötvözés
• Savállóság, hőállóság is biztosítható
Lemezgrafitos öntöttvas szilárdságnövelése
• A grafit modifikálásával
– Öntési hőmérséklet növelése
• Sok grafitcsíra oldatba vihető, finomabb eloszlás
• 100°C esetén viszont már dendritközi grafitkiválás
– Modifikálás
• Öntéskor FeSi és CaSi csíraképző
Túlhevítés és modifikálás hatása
Átmenetigrafitos öntöttvas
• Gömbgrafitos öntöttvas gyártásánál állt elő (lásd később)
• A mechanikai tulajdonságok a gömbgrafitos-hoz, a fizikai és kémiai tulajdonságok a lemez-grafitoshoz vannak közelebb
• Általában mérhető nyúlás, 400 MPa-t nem meghaladó öntvények
• Fékdobok, kokillák, hengerfejek, forgattyús ház
• Jelölésük a lemezgrafitossal megegyező
Gömbgrafitos öntöttvas
• A grafit alakját jelentősen módosítják
– Gömbalak: kedvezőbb feszültségeloszlás
– Szilárdság nő (akár 900 MPa), képlékenység nő (A=2…17%)
• Nyomás alatti beoltás
– Harang alatt, Mg és Ce
– Több bar gőznyomás
– Mg 1100°C-on már forr
Gömbrafitos öv.
Lemezgrafitos öv.
Rm
Falvastagság
Gömbgrafitos öntöttvas szerkezete
Si, %
T
á
b
l
á
s
g
r
a
f
i
t
Gömbgrafit + táblás garfit +ferrit
Gömbgrafit + táblás grafit + ferrit + perlit
Gömbrafit + ferrit + perlit
Mg, %
Gömbgrafit + karbid
G
ö
m
b
é
s
l
e
m
e
z
e
s g
r
a
C = áll.
Gillemot diagram
Gömbgrafitos öntöttvas tulajdonságai
• Hasonló a lemezgrafitoshoz, de Rmés A is nagyobb
• Dinamikus igénybevételnek kitett gépelemek, forgattyús tengelyek, gépkocsi alkatrészek
• Hőkezelhető
• Például:– EN-GJS-400 (Rm)
– EN-GJS-HB185 (HB)
Gömbgrafitos öntöttvasak hőkezelése
Gömbgrafitos öntöttvasak hőkezelése
Temperöntvények
• Alapanyaguk tempervas (I. mező a G-K diagramban – ledeburit + perlit)
– Cementitesen kristályosodott
– 2,2…3,4% C, kötötten! (ledeburit, perlit)
– Hőkezeléssel bontják a cementitet (temperálás)
• Fehér töretű tempervas – oxidáló közeg
• Fekete töretű tempervas – semleges közeg
– Perlites tempervas
Fehér töretű temperöntvény
• Oxidáló közegben történő hőkezelés
– Nagy hőmérsékleten: 550-1050°C
– Hosszú ideig: 40-80 óra
• Cementit elbomlik, C a felületre diffundál és kiég
• Alakítható öntvény (felületen ~0,1% C)
– Vékony öntvényeknél jó (3-15 mm)
• Például: EN-GJMW-350-4, EN-GJMW-550-4
Fekete töretű temperöntvény
• Semleges közegben történő hőkezelés– Karbidbomlás, 580-1050°C, 1-50 óra
– Lassú hűtés 760-700°C között a perlitképződéselkerülése végett
• A szövetet ferrit (ferrit-perlit) + temperszénalkotja
• A cementit felbomlik és temperszénné alakul– Ha a perlitet nem bontjuk fel – perlites tempervas
• Például: EN-GJMB-300-6, EN-GJMB800-1
Perlites temperöntvény
• A fehér és a fekete töretű temperöntvényeknövelt szilárdságú szívós öntöttvasak
• A perlites temperöntvények szilárdsága a ferritesekét meghaladja, de szívóssága kisebb
• Hegeszthetőek, utána kötelező hőkezelés
• Edzhetőek, 50-55 HRC
• Mezőgazdasági és textilgépek, bütyköstengely, váltóműalkatrész, kisebb terhelésű hajtórúd
Ötvözött öntöttvasak
• Különleges tulajdonságok érhetők el
– Szilárdság, melegszilárdság, korrózió-, hő-, kopásállóság stb.
• A legtöbb ötvözőnek hátránya is van
• Ausztemperált öntöttvas – mátrixa: tűs ferrit és karbonban dús ausztenit = auszferrit
– Ausztenitesítés (840-950°C)
– Gyors hűtés 230-400°C-ra: perlit és auszferritkizárva
– Auszferrit előállítása izotermikus hőkezeléssel
• Gömbgrafitos ausztenites öntöttvas
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!Dr. Orbulov Imre Norbert – [email protected]