KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: Szerkezeti anyagok
21. lecke: Vas alapú ötvözetek, öntöttvasak
| |||||||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | |||||||
| |||||||
![]() | Vas alapú ötvözetek, öntöttvasak | ||||||
Lásd 14. lecke. | Az öntöttvas 2,06%-nál több karbont, ezen kívül számos szokásos kísérő elemet, szennyező és nyomelemeket tartalmazó sokalkotós vas-karbon ötvözet. Mint azt már a korábbiakban ismertettük a nagy C tartalmú ötvözetek az ötvözőelemek milyenségétől és mennyiségétől valamint a lehűlési sebességtől függően kétféle rendszerben kristályosodhatnak. A grafitos öntöttvasak törete szürke, míg a karbidosé a cementit ezüstös színe miatt fehér. | ||||||
![]() | Az öntöttvasak töretét befolyásoló tényezők | ||||||
| |||||||
A grafitosodást tehát elősegíti a lassú lehűlés vagy nagy falvastagság valamint a következő ötvözők: Co, P, Cu, Ni, Si, Ti, C, Al, a W, Mn, Mo, Cr, V, S, Mg, Ce, B ötvözők pedig a grafitosodást gátolják. | |||||||
A gyakorlati öntöttvasak lehetnek: | |||||||
| |||||||
Az öntöttvasakat a könnyű feldolgozhatóság, jó önthetőség jellemzi. | |||||||
Tulajdonságaik eltérnek az acélokétól. Az eltérést az alapanyagba ágyazott grafit okozza. A grafit megszakítja a fémes kapcsolatot, éles bemetszésként hat, jelentősen lecsökkenti a szilárdságot, és az alakváltozó képességet. | |||||||
A grafit szilárdságcsökkentő hatása a alakjától, méretétől és eloszlásától függ. A lemezek méretének csökkentésével, és alakjának megváltoztatásával kedvezően befolyásolhatjuk a szilárdsági tulajdonságokat. | |||||||
A szilárdságot az is befolyásolja, hogy a grafit milyen fémes alapszövetben található. | |||||||
Ennek megfelelően az öntöttvas tulajdonságait a fémes alapszövet az ún. mátrix (lehet: ferrit, perlit és ferrit-perlit), ill. a grafit alakja, mérete, eloszlása határozza meg. | |||||||
Öntöttvas diagramok | |||||||
Maurer diagram | |||||||
| |||||||
A Maurer diagram az ötvözőelemek, nevezetesen a C és a Si hatását mutatja a kristályosodásra és az átalakulásra, azaz a szövetszerkezetre. A diagramnak három fő területe van. Az I. területben (legkisebb C és Si tartalom) a fehér töretű, karbidos öntöttvasak találhatók. Szövete: perlit és ledeburit. A III. területben (legnagyobb C és Si tartalom) a tisztán szürke, azaz a grafitos rendszer szerint kristályosodott és átalakult öntöttvasak vannak. Szövete ferrit és grafit. A II. területben a grafitosan kristályosodott, de a karbidos rendszer szerint átalakult szürke öntvények vannak. A szövet perlit és grafit. A II.a és II. b. területekben a szomszédos fázisok illetve szövetelemek találhatók. | |||||||
30 mm átmérőjű homokformában hűlt öntvényeken határozta meg a szövetet. | Megjegyzés: A Maurer diagram nem veszi figyelembe a lehűlési sebesség hatását. | ||||||
A lehűlési sebesség hatását a Greiner- Klingenstein diagramban figyelhetjük meg. | |||||||
Greiner-Klingenstein diagram | |||||||
A területek azonosak a Maurer diagramnál leírtakkal. |
| ||||||
![]() | ![]() A függőleges tengelyen a C és a Si együttes mennyisége van feltüntetve, míg a vízszintes tengelyen a falvastagság van feltüntetve mm-ben. A falvastagság az öntödékben könnyebben mérhető és összefüggésben van a lehűlési sebességgel. A kis falvastagságú öntvény gyorsabban hűl. | ||||||
![]() | Az öntöttvasak tulajdonságai. A karbidos öntöttvas | ||||||
A fehér színű a vaskarbid, a sötét a kristályosodáskor keletkezett ausztenit átalakulásából keletkezett perlit. |
| ||||||
A hipoeutektikus öntöttvasban primér ausztenit kristályosodik - többnyire dendritesen - és a dendritágak között helyezkedik el a lédeburit. | |||||||
A keletkező szövet, kemény, rideg, kopásálló. | |||||||
Pl. mérleg alátámasztó ék, görgők stb. | Az ötvözetlen fehérvasöntvények igen ridegek. Keménysége min. 400 HB. Csak öntéssel munkálhatók meg. Felhasználási területük általában alárendelt minőségű, kopással szemben ellenálló alkatrészek gyártása, amelyek esetében forgácsolásra nem kerül sor, mert csak köszörüléssel vagy igen drága szerszámokkal munkálhatók meg. | ||||||
Felhasználható pl. szén és ásványbányászatban a tégla és kerámiaiparban az útépítésben dolgozó gépek erős kopásnak kitett alkatrészeinek gyártására. | Ötvözéssel (Cr, Mo, V, W) kopásálló vasöntvényt kapunk. | ||||||
Lemezgrafitos öntöttvasak | |||||||
A szövetszerkezet: az alapszövet ferrit vagy perlit, amelyben a grafit lemezes formában található. | |||||||
| |||||||
![]() | Gyakorlati öntöttvasak | ||||||
Lemezgrafitos öntöttvas | |||||||
GJL-250. Jelentése: GJ betűk az öntöttvasra utalnak, az L a lemezgrafitot jelenti, a 250 a legkisebb szakítószilárdság N/mm2-ben. | A lemezgrafitos öntöttvasak szabványos jelölése: MSZ EN 1561:99 szerint | ||||||
A szakítószilárdság 100-250 MPa, a keménység 155-275 HB között változik, függ az öntvény falvastagságától, és a lehűlés sebességétől. A nyomószilárdsága kb. négyszer, hajlítószilárdsága kb. kétszer nagyobb, mint a szakítószilárdsága. | |||||||
Revésedés = magasabb hőmérsékleten bekövetkező felületi oxidáció | Jól forgácsolható, jó kopásállóságú, jó siklási és olajtárolási tulajdonsággal rendelkezik, vetemedésre, termikus kifáradásra kevésbé érzékeny, grafittartalma miatt a korrózióval és a revésedéssel szemben ellenállóbb, mint az ötvözetlen acél. | ||||||
Hátrányos tulajdonsága, hogy a kielégítő keménység és nyomószilárdság mellett kicsi a szakítószilárdsága és a grafitlemezek bemetsző hatása miatt a dinamikus igénybevétellel szembeni ellenállása csekély. | |||||||
Felhasználási területe: Az öntöttvasak felhasználása széles , a falvastagságtól és a szilárdságtól függ. Olyan területeken ahol elsősorban a kiváló önthetőség fontos pl. fürdőkád, zuhany tálca, radiátor, díszrács, utcai gáz lámpa oszlop stb. a GJL-100 (Öv 100) általános célra, a nagyobb szilárdságú GLJ-150 pl. kisebb falvastagságú (4-8 mm) öntvények pl. csőkarimák, csőszerelvények, kötéldobok, a GJL-200 pl. 8-15 mm falvastagságú öntvények csapágyházak, lendítő kerekek, dugattyú gyűrűk stb. | |||||||
Gépágyak, gépállványok, fékpofák, hengerfejek stb. készítésére a GJL-250; 300; 350 használatos. A nagyobb szilárdság csak kezeléssel érhető el. Az öntésnél szilárd Fe-Si-t visznek be, ami idegen fajtájú csiraként hat a kristályosodásnál, és a grafit lemezek méretének csökkenését eredményezi. A kezelést módosításnak vagy modifikálásnak is nevezik. | |||||||
Lemezgrafitos öntöttvas | |||||||
Rm 100-150 N/mm2, keménység 155-250 HB |
| ||||||
Rm 250-300 N/mm2, keménység 240-280 HB |
| ||||||
Rm 200-250 N/mm2, keménység 195-270 HB |
| ||||||
Gömbgrafitos öntöttvasak | |||||||
| |||||||
Rm 350-450 N/mm2, nyúlás 10-20% |
| ||||||
Rm 500-700 N/mm2, nyúlás 5-10% |
| ||||||
A gömbgrafitos öntöttvasak | |||||||
A GJ az öntöttvasat az S a gömbgrafitot jelenti. A jelölés első száma a szakítószilárdság, a második a nyúlás az LT, ill az RT az üzemi hőmérsékletre utal. Ha az alapszövet (mátrix) ferrit , Rm < 400 N/mm2 KV ütőmunka is mérhető. Értéke kb. 12-14 J) |
| ||||||
Tempervasak | |||||||
A tempervas célszerű hőkezelés útján előállított szívós öntöttvas. | |||||||
A temperöntvények alapanyaga a fehér nyersvas (a karbon vaskarbid - Fe3C alakban van jelen) | |||||||
| |||||||
Fehér tempervas | |||||||
| |||||||
A képen a világos a ferrit, sötét a perlit. A felületen a C teljesen kiég, ezért a szövet ferrit, beljebb a nagyobb C tartalom miatt ferrit, perlites, majd perlites. Vastagabb falvastagság esetén középen megjelenhet a temperszén is. (fekete színű a képen). A lassú diffúzió miatt a falvastagság korlátozott kisebb, mint 10-12 mm. Jelölés pl. W 35-04. Jelentése: W white=fehér, az első szám a szakítószilárdság tizede, a második a nyúlás. |
| ||||||
Fekete és perlites tempervas | |||||||
| |||||||
A temperöntvények mechanikai tulajdonságaik alapján növelt szilárdságú öntvények (ductile iron). | |||||||
A fekete temperöntvényt mezőgazdasági, textilipari, gépkocsi és vagon alkatrészek. pl. tengelykapcsoló házak, forgattyús tengelyek, sebességváltó házak, lánc- és fogaskerekek stb. készítésére használják. | |||||||
A világos a ferrit, a sötét a temperszén. Jele pl. B 35-10. A B a black = fekete, az első szám a szakítószilárdság tizede, a második a nyúlás. |
| ||||||
A világos a ferrit, a sötét a temperszén. Jele pl. P 45-06. A P a perlitre utal, az első szám a szakítószilárdság tizede, a második a nyúlás. |
| ||||||
Kéregöntvény | |||||||
A gyakorlatban sokszor szükséges az igen kemény felületű ( 500 HB), kopásálló, belül szívósabb szerkezetet biztosító alkatrészt előállítani. A kéregöntvények olyan öntvények, melyeknek a külső kérgét gyors hűtéssel karbidosan , a többi részeket pedig lassan grafitosan kristályosítják. Ezt úgy érik el, hogy az öntvény kopásnak kitett részét fém formába (kokilla) a többi részét pedig homokformában formázzák. | |||||||
Felhasználása: malomipari, műanyagipari hengerek, őrlő golyók, szelepemelők stb. | |||||||
| |||||||
![]() | ![]() A kéreg gyorsan hűl az öntvény formájába beépített hűtővasak hatására ezért karbidos lesz, ami kemény, kopásálló, míg a többi lassan hűlt rész grafitosan, szürkén kristályosodik. | ||||||
Átolvasztás | |||||||
A kéregöntényekhez hasonló darabokat kapunk, ha a szürkeöntvény koptató igénybevételnek kitett részét átolvasztjuk. A darab nagy tömege hatására a kis térfogatban megolvasztott fém nagyon gyorsan hűl és karbidosan kristályosodik, kemény, kopásálló lesz. Az átolvasztáshoz nagy energia szükséges pl. ív (argon védőgáz alatt vagy elektronsugár (vákuum alatt). A kéreg tulajdonságai a lényegesen finomabb szerkezet miatt kedvezőbbek, mint a kéregöntvény esetében. | |||||||
| |||||||
| |||||||
| |||||||
Öntöttvasak szilárdságának összehasonlítása (Rm, MPa) | |||||||
| |||||||
![]() | ![]() Az ábrán kék színnel a használati tartományt jelöltük. | ||||||
Öntöttvasak kiválasztásának szempontjai | |||||||
|
Ellenőrző kérdések | |||||||||||||||||
1. Vizsgálja meg a lemezgrafitos öntöttvasak jellemző tulajdonságaira vonatkozó alábbi megállapításokat!
![]() | |||||||||||||||||
2. Vizsgálja meg a gömbgrafitos öntöttvasak jellemző tulajdonságaira vonatkozó alábbi megállapításokat!
![]() | |||||||||||||||||
Válassza ki a megadott válaszok közül az adott mondatba illőt! | |||||||||||||||||
3. Az öntöttvasak tulajdonságai ... függnek.
![]() | |||||||||||||||||
Jelölje meg az egy helyes megoldást! | |||||||||||||||||
4. A megadott ötvözőelemek közül melyik segíti elő a grafitos kristályosodást?
![]() | |||||||||||||||||
5. Válassza ki a megadott válaszok közül a karbidos öntöttvasra jellemzőt!
![]() | |||||||||||||||||
6. Válassza ki a megadott válaszok közül a lemezgrafitos öntöttvasra jellemzőt!
![]() | |||||||||||||||||
7. Válassza ki a megadott válaszok közül a gömbgrafitos öntöttvasra jellemzőt!
![]() | |||||||||||||||||
8. Válassza ki a megadott válaszok közül a temper öntvényekre igaz megállapítást!
![]() | |||||||||||||||||
9. Mi jellemzi a kéregöntvényt?
![]() | |||||||||||||||||
10. Válasszon anyagot személygépkocsi vezérműtengelyhez az alábbiak közül!
![]() |