KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: Szerkezeti anyagok
20. lecke: Vas alapú ötvözetek, acélok
| ||||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | ||||
| ||||
![]() | Szerkezeti anyagok | |||
A szerkezeti anyagokat négy nagy csoportba sorolhatjuk. Ezek: | ||||
| ||||
![]() | Vas alapú ötvözetek, acélok | |||
Egy termék, gyártmány tervezése során a várható igénybevételhez megfelelő anyagot kell választani. Az anyagválasztást elősegíti az anyagok szabványosítása. Az acélok többségét már európai szabvány (EN = Euronorm) tartalmazza, így az európai jelölések rendszerének ismerete elengedhetetlen a felhasználók számára. Az MSZ EN jelölés azt jelenti, hogy az európai szabványt nemzeti (magyar) szabványként is bevezették. | ||||
Mielőtt az acélokkal megismerkedünk ismerjük meg az acél legfontosabb ötvözöit, azok hatását illetve a szennyezőelemeket. | ||||
Az acélok ötvözésének célja: | ||||
| ||||
Az ötvözőelemek hatása az acélra | ||||
Ilyenek pl. Al 0,10%, Cr 0,3%, Cu 0,4%, Mn 1,65% stb. | Az ötvözött acélok a tulajdonságok megváltoztatása érdekében szándékosan bevitt elemeket tartalmaznak, vagy a bennük található elemek mennyisége meghaladja a szabványban előírt értéket. | |||
Az ötvöző elemek a vassal többnyire szilárd oldatot alkotnak. | ||||
| ||||
Vegyületet képeznek a karbidképző ötvözők pl. Mn, Cr, Mo, W, Ta, V, Nb, Ti. | ||||
Nitrid képzők: pl. Al, Cr, Zr, Nb, Ti, V, melyek kemény nitrideket képeznek | ||||
A C hatása | ||||
Az acélok legfontosabb ötvözőeleme a karbon, jelentős a szilárdságnövelő hatása. A legtöbb ötvözőelemhez hasonlóan a C is szilárd oldatot képez a vassal. | ||||
| ||||
![]() | ![]() Az ábrán látható, hogy a keménység a C tartalom, pontosabban a Fe3C vaskarbid tartalom a alapján egyszerű arányossággal számítható a ferrit kb. 95 HV és a vaskarbid kb. 900 HV keménységéből. A kis C tartalmú (ferrit perlites) acélok szilárdsága a perlit tartalommal nő. A szakítószilárdság 0,8 % C fölött már nem nő hanem csökken. Ez a gyakran hálószerűen megjelenő vaskarbid hatása. A vaskarbid háló rideggé, alakváltozásra képtelenné teszi az acélt. A keménység növekedésével csökken a nyúlás, a C > 2,06% öntöttvasak már egyáltalán nem képesek maradó alakváltozásra. | |||
Az ötvözőelemek hatása a felső kritikus lehűlési sebességre | ||||
Az ötvözőelemek a diffúziós átalakulások időszükségletét növelik, az átalakulási diagramot jobbra a nagyobb idő irányába tolják, ezzel javítva az átedzhetőséget. | ||||
A legfontosabb ötvözők hatás szerint növekvő sorrendben a Si, Ni, Mn, Cr, Mo, V, B. | ||||
A szennyező elemek hatása | ||||
A vasötvözetek leggyakoribb szennyezői a kén, a foszfor, az oxigén, a nitrogén és a hidrogén. | ||||
| ||||
Acélok | ||||
Az acélokkal kapcsolatos fogalom meghatározásokat az MSZ EN 10020 tartalmazza. | Az acélok lehetnek ötvözetlenek vagy ötvözöttek. | |||
Az acél túlnyomórészt vasat, általában 2%-nál kevesebb karbont, valamint egyéb elemeket tartalmazó anyag. | ||||
Az acélok csoportosítása az MSZ EN 10020 szerint | ||||
| ||||
![]() | ![]() Az ábrán látható, hogy az ötvözetlen acélok lehetnek alap-, minőségi vagy nemesacélok, az ötvözött acélok pedig minőségi vagy nemesacélok. | |||
Alapacélok | ||||
| ||||
![]() | ![]() Alapacél pl. a melegen hengerelt ötvözetlen szerkezeti acélok közül az S 185, S 235 JR, S 275JR, S 355JR, illetve az E 295, E 335 és az E 360 gépacél. A számok a folyáshatár minimumát jelentik A betűk kiegészítő jelzések, lásd később | |||
Ötvözetlen minőségi acélok | ||||
| ||||
![]() | Pl. S 235J0, S275J0, S355J0, S355J2G3 vagy speciálisan gyártott hegeszthető finomszemcsés acélok, pl. S275N, S355N, magasabb hőmérsékleten működő nyomástartó edényekhez P275N, P355N stb. | |||
Ötvözetlen nemesacél | ||||
| ||||
![]() | ![]() Pl. P275NL2, P355NL2, P460NL2, de az ötvözetlen szerszámacélok is nemesacélok. | |||
Ötvözött minőségi acélok | ||||
| ||||
![]() | ![]() Ilyenek pl. a hegeszthető finomszemcsés acélok, a nyomástartó edények acéljai az elektronikai acélok, a sínacélok, a melegen vagy hidegen hengerelt lapos termékek, amelyeket hidegalakításra használnak. | |||
Ötvözött nemesacélok | ||||
Az ötvözött nemesacélok mindazon acélok, amelyek nem tartoznak az ötvözött minőségi acélokhoz. Pl. | ||||
| ||||
Acélok jelölése | ||||
Az acéljelölési rendszereket tartalmazó európai szabvány szerint az acélok új jelölési rendszere rövid jelből (MSZ EN 10027-1) és számjelből (MSZ EN 10027-2) áll. | ||||
A rövid jel fő jelből és kiegészítőjelből áll. A fő jel utalhat a felhasználásra, a mechanikai tulajdonságokra vagy a vegyi összetételre. A kiegészítő jel vonatkozhat pl. a szívósságra (átmeneti hőmérséklet, ütőmunka) az acél gyártási, hőkezelési állapotára, a felületbevonás módjára, a jellemző acéltermékekre. | ||||
A táblázat tájékoztatási célt szolgál! |
|
Vegyünk egy példát! |
Az acélok jelölése a vegyi összetétel alapján | ||
Vannak olyan acélok, amelyekre nem a mechanikai tulajdonság, hanem a vegyi összetétel a jellemző. |
G csak öntvény | ||
összetétel szorzók: | ||
4 x (Cr;Co;Mn;Ni;Si;W) | ||
X betűvel kezdődik, akkor az összetételt jelző számok szorzó nélkül adják az elem közepes mennyiségét |
Az anyagok megadása számjelekkel | ||
A számjel az alapanyagok számítógépes adattárolását, azonosítását megkönnyíti, ezért egyre szélesebb körben használatos. | ||
Az EN 10027-2 az anyagokat számjelekkel adja meg, amely a számítógépes nyilvántartás és a kereskedelem miatt jelentős. |
Pl. 1. 4841 | ||
|
Az acélok csoportosítása a felhasználás módja szerint | |||
| |||
![]() | A gyakorlatban használt acélfajták | ||
Általános rendeltetésű ötvözetlen szerkezeti acélok (MSZ EN 10025) | |||
| |||
Hegeszthető finomszemcsés szerkezeti acélok | |||
| |||
Betétedzésű acélok (MSZ EN 10084) | |||
pl. sebességváltó fogaskerekek, futómű tányérkerék, kúpkerék, bütyköstengely stb. |
| ||
Nemesíthető acélok (MSZ EN 10083) | |||
| |||
Jól használhatók dinamikus és szilárdsági igénybevételnek kitett gépalkatrészekhez. | |||
| |||
A nemesíthető acél kiválasztásánál figyelembe kell venni a mechanikai jellemzőkön kívül a gyártandó alkatrész szelvényátmérőjét is. | |||
Alkalmazás: csavarok, csapok, tengelyek, rudak, fogaskerekek, orsók, bütykös mechanizmusok, vonóhorgok stb. |
| ||
![]() | ![]() Figyelje meg, minél nagyobb a ReH folyáshatár és a szelvényátmérő, annál ötvözöttebb az acél. | ||
Betonacélok | |||
Pl. B500H, Jelentése B a betonacélra utal, ReH 500 N/mm2, H pedig a képlékenységre utal. | A betonacélok vasbeton és előfeszített vasbeton vasalásához használt, közel kör keresztmetszetű, bordázott vagy alakos, kis C tartalmú ötvözetlen acéltermékek. | ||
Jellemzőjük: a nagy szakítószilárdság, megfelelő jó hegeszthetőség. | |||
Sínacélok | |||
A sínacélok olyan melegen hengerelt, sín profilú idomacél termékek, amelyeket vasúti pályához, vagy egyéb kötöttpályás rendszerekhez alkalmaznak. | |||
Jellemzőjük a nagy szakítószilárdság, dinamikus terheléssel szembeni ellenállás | |||
Pl. R0900Mn. Jelentése R sínacél (az angol Railway=vasút) a szám a szobahőmérsékleten mérhető folyáshatár minimuma N/mm2-ben. Ha a szám kisebb, mint ezer az első szám 0. A Mn a mangán ötvözést jelenti. | |||
Rugóacélok | |||
Pl. C60, 55Si7 járművek hajlításnak kitett rugói, vagy 50CrV4 szeleprugók, torziós rugók. | A rugóacélok olyan nagy szilárdságú és nagy rugalmassági moduluszú ötvözetlen vagy ötvözött acélok, amelyeket nemesített állapotban rugózó elemek gyártására alkalmaznak. | ||
Jellemzőjük. A nagy rugalmassági modulusz, hosszú élettartam, túlterhelés esetén töréssel szembeni biztonság (inkább deformálódjon). A rugók általában erősen terhelt gépelemek, nagy mennyiségű rugalmas energiát tárolnak, a statikus és lökésszerű igénybevételhez nagy kifáradási határ szükséges. | |||
Szerszámacélok | |||
A szerszámokkal, pontosabban a szerszámanyagokkal szemben elsődleges követelmény a nagy szilárdság, keménység, és kopásállóság. Emellett még számos más tulajdonság is megkövetelhető a felhasználási céltól függően. | |||
| |||
Ötvözetlen szerszámacélok | |||
| |||
Megjegyzés a szám az átlagos C tartalom százszorosa. | ![]() | ![]() Pl. MSZ EN ISO 4957 szerint C45U csavarhúzók, C105U nagyobb méretű menetfúrók, kivágó, folyató szerszámok stb. | |
Ötvözött szerszámacélok | |||
| |||
![]() | ![]() Pl. MSZ EN ISO 4957 szerint 50WCrV8 (régebben W5) ütésszerű igénybevételnek kitett szerszámok, mint kalapácsok, lyukasztók gyártására használják. Az X210Cr12 krómmal erősen ötvözött nagy C tartalmú acél alkalmas pl. fejező bélyegek, menetmángorló szerszámok, üregelő és mélyhúzó szerszámok készítésére is. | ||
| |||
![]() | ![]() A melegalakító szerszámacélok az öntőszerszámok, kovácsoló szerszámok anyagai. Pl. X38CrMoV5-1 | ||
Gyorsacélok | |||
A gyorsacélok nagy C tartalmú, karbidképző ötvözőkkel (Cr, W, Mo, V, Co) erősen ötvözött nemes acélok, amelyeket elsősorban forgácsoló szerszámok készítésére használnak. A karbidképző ötvözők öntés után nagyméretű durva karbidokat hoznak létre a karbonnal. Ezeket képlékeny melegalakítással (kovácsolás, hengerlés) össze kell törni. | |||
Alkalmaznak porkohászati gyorsacélokat is. Ebben az esetben gyorsacél porból magas hőmérsékleten összesajtolt majd hőkezelt porból készítik a szerszámokat. | |||
Az ábrákon a fehér pontok a nagykeménységű karbidok. |
| ||
A gyorsacélok hőkezelése | |||
A gyorsacélok hőkezelése eltér a hagyományos edzésnél ismertetettektől. A karbidok oldatbavitele miatt jóval magasabb az edzési hőmérséklet. A megeresztés során az ötvöző karbidok kialakulása az ún. szekunder keményedést eredményezi. Ennek hőmérséklete függ az egyes minőségektől, de eddig a hőmérsékletig kb. 550-600 C° a gyorsacél megtartja a keménységét. | |||
![]() | ![]() A gyorsacélok hőkezelését egy példán követheti nyomon. |
Példa: R6; HS6-5-2 (6% W, 5% Mo, 4% Cr) | ||
|
| |||
![]() | ![]() HS=gyorsacél (High Speed) 6% W, 5% Mo és 4% Cr ötvözésű. A gyorsacélok erősen ötvözöttek, ezért a felhevítés több lépcsőben történik. | ||
| |||
Különleges acélok (korrózióálló acélok) | |||
A korrózióálló acélok az agresszív közegekkel szemben tartósan ellenálló, krómmal, króm-nikkellel, króm, nikkel, molibdénnel erősen ötvözött acélok. | |||
|
Ellenőrző kérdések | |||||||||
1. Egészítse ki a megadott fogalmakkal az alábbi deffiníciót! Az acél túlnyomórészt általában -nál , valamint egyéb elemeket tartalmazó anyag, amely alakítható. ![]() | |||||||||
Jelölelje meg az egy helyes megoldást! | |||||||||
2. Az ötvözetlen acélok lehetnek:
![]() | |||||||||
3. Az ötvözött acélok lehetnek:
![]() | |||||||||
4. Mit jelent a S355JR szabványos acélminőség jelében a szám?
![]() | |||||||||
5. Mit jelent a 36CrNiMo4 acéljelben az első szám?
![]() | |||||||||
6. Mit jelent az X10CrNi18 10 acélminőség szabványjelében az X?
![]() | |||||||||
7. Hogyan befolyásolja a karbon tartalom az acélok keménységét?
![]() | |||||||||
8. Hogyan befolyásolja a karbon tartalom az acélok szakító szilárdságát?
![]() | |||||||||
9. Hogyan befolyásolják az ötvözők az átedződő szelvényátmérőt?
![]() | |||||||||
10. Mit okoz a kén, mint szennyező az acélban?
![]() | |||||||||
11. A felsorolt acélok közül melyikből készítene személygépkocsi sebességváltóhoz fogaskereket?
![]() | |||||||||
12. Mi az ötvözés elsődleges célja a nemesíthető acéloknál?
![]() | |||||||||
13. Válasszon anyagot az itt felsoroltak közül acél megmunkálására alkalmas fúróhoz!
![]() | |||||||||
14. Milyen acélt jelöl a HS 6-5-2- szabványjel?
![]() | |||||||||
15. Milyen ötvözőelemek használatával érjük el, hogy az acél korrózióálló legyen?
![]() |