Határfelületi változások a gömbgrafitos öntvény szövetében. Összefoglalás

Átírás

1 Határfelületi változások a gömbgrafitos öntvény szövetében Szőcs Katalin 1*, Vaida Maria 2 1 Erdélyi Múzeum-Egyesület, Napoca 2, Cluj/Kolozsvár, Románia 2 Nehézgépgyár (Fortpres CUG S..), Muncii blv. 18, Cluj/Kolozsvár, Románia * Kapcsolattartó szerző, cím: szocskatalin@yahoo.com Összefoglalás Több gömbgrafitos öntvény típus metszetének elemzése ahhoz a következtetéshez vezet, hogy a felületi zónában a grafit alakja vermikulárissá alakulhat. grafit alakjának változása a fémfürdő lehűlése után, akár az öntvény belsejében, akár a peremhez közel, a grafitszemcse körül ható felületi erőknek tulajdonítható.z elváltozott alapszövetű réteg vastagsága függ a hűlési sebességtől, illetve az öntvény falvastagságától és a forma anyagától. peremen a megváltozott alapszövetű réteg vastagsága 0,1 0,3 mm között változik, az elváltozás mértéke nő a falvastagság növekedésével. grafit alakváltozása a helyi felületi feszültség csökkenése következtében jön létre. Nagyobb felületi feszültséggel rendelkező olvadékok esetén, flotációs grafit jelenlétében, kisebb öntvények peremén az alapszövet elváltozása nem észlelhető még savas vegyhatású formázó keverékek esetében sem. Kulcsszavak: gömbgrafitos öntvény, határfelületi folyamatok, vermikuláris grafit. evezetés különleges tulajdonságú ötvözött gömbgrafitos vas az ötvözött acélokkal szemben könnyebben megmunkálható és olcsóbb, ugyanakkor szívóssága, nagy kopás- és hőállósága révén a gépgyártásban sikerrel alkalmazható. gömbgrafitos öntvény gyártásához ma többféle módszer és nyersanyag áll rendelkezésre. Mivel az acélnál jóval nagyobb túlhűlési tendenciája miatt a vékonyfalú gömbgrafitos öntvények, valamint a funkcionálisan fontos, az alkatrészeken fellelhető apró kiszögellések szilárdsága változó lehet a felületi jelenségek miatt, a gömbgrafitos öntvények minősítéséhez, a minőség 35

2 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, biztosításához általában szükséges a vékonyabb falú részek szövetszerkezetének ismerete, valamint a peremrészek vizsgálata. gömbgrafitos öntvény gyártásához ma többféle módszer és nyersanyag áll rendelkezésre, a minősítéshez pedig gyakran a vékonyabb falú részek ismerete is szükséges. auer [3], Trager [5] és Schlessiger [4] vizsgálatai szerint az öntvény peremén a grafit alakja a forma anyagának hatására megváltozik. Micle [1,2] a gömbgrafit felületi elváltozását tanulmányozva elektronmikroszonda segítségével kimutatta, hogy az öntvény felületi rétegeiben kevesebb magnézium található, mint a belsejében, valamint oxidokat mutatott ki ugyancsak az öntvény peremén. Véleménye szerint a felületen lezajló, és a gömbgrafit alakjának elváltozásához vezető reakciók miatt csökken a magnézium mennyisége a vasban, az alapszövetében megváltozott réteg vastagsága pedig nő az öntvény falvastagságának növekedésével. határfelületi jelenségekkel és energiákkal kapcsolatos, a felületi potenciálok és változóik között fennálló összefüggéseket Kaptay [6] állapította meg. gömbgrafitos öntvényben a grafit gömbösödése a határfelületi erők hatására jön létre. lkáli illetve alkáli-földfémek jelenlétében a fémfürdő csíraként szolgáló gócpontjaiban a szén gömbgrafit alakjában válik ki. határfelületi erők változásával ugyanakkor az öntvény peremén a grafit alakja más formát vehet fel. hhoz, hogy a gömbgrafit kialakuljon, felületi feszültségkeltő hatású göm bösítő (jelen esetben bázikus anyag vagy anyagkeverék) jelenléte szükséges, az alapvas fölös savassága ugyanis bizonyos mértékben ellensúlyozható bázikus gömbösítő túladagolással. Ez esetben azonban számolni kell azzal, hogy szép gömbgrafitos vasat kapunk azonnali leöntéssel, de a gyártáshoz szükséges öntési idő a lecsengési időnél jóval kisebb lesz, ugyanakkor fennáll a flotációs grafit megjelenésének veszélye is, mely az öntvények rétegződéséhez vezet(het). gyakorlat azt bizonyítja, hogy kisebb savasságú alapvasból kiindulva, megfelelő magnézium adagolással nagyobb lecsengési idővel és nagyobb nyúlással rendelkező gömbgrafitos vasat lehet előállítani. grafit alakjának alakulása akár a fémfürdő belsejében, akár szilárdulás alatt az öntvény felületén a grafitszemcse körül ható felületi erőknek tulajdonítható. Ezen erők elemzésével próbáljuk megközelíteni a fennálló kérdésekre a választ. felületi erők közötti összefüggés Kaptay [6] szerint: 36 F X = 2π Rs lg ( 1 cos Q) R

3 z összefüggésben s lg [J/m 2 ] a fémolvadék felületi feszültsége, Q [fok] a fémolvadék egyensúlyi peremszöge, és R [m] a gömbgrafit csíra sugara. mennyiben az F erő pozitív, a gömbgrafitnak az olvadékból felfele tartó tendenciája van, (flotáció veszély), ezért minimális gömbösítőanyag adagolással kell dolgozni. Ha a fémfürdőben a gömbgrafitra ható erő negatív, a kivált grafitszemcsék az olvadékban egyenletesen elosztva lebegnek. fémolvadék felületi feszültsége és egyensúlyi peremszöge annál nagyobb, minél kevesebb savas elemet tartalmaz, illetve minél bázikusabb salakja van, gömbösítésre tehát minél tisztább vasat szükséges használni. Általában pedig a nemkívánatos mellékhatások elkerülése végett egy adott összetételű alapvas módosításához ajánlatos minél kevesebb gömbösítő anyagot használni. gömbgrafitos vas gyártásánál az optimális felületi feszültség a gyakorlatban 0,3 ± 0,02% Mg adagolással érhető el. z ötvöző magnézium adagolását mindig össze kell hangolni a fémfürdő vegyi összetételével és a lecsengési idővel. [7] (a megfelelő minőség érdekében a lecsengési időnek minél nagyobbnak kell lennie). lecsengési időt lehetőleg az adott gyártási eljárás jellegzetes ritmusához kell igazítani. Közvetlen összefüggés van a gömbösítéskor létrehozott felületi feszültség, a fémfürdő vegyi összetétele és a lecsengési idő között [7]. Egy adott öntvény szövetszerkezete (a benne kiváló grafitszemcsék alakja) közvetlenül függ a leöntéskor a fémolvadékban uralkodó felületi feszültségtől. fémfürdőben levő potenciál értéke a formában való lehűlés alatt az öntvény szélei fele csökken. z öntvény peremére került folytvas felületi feszültsége határozza meg a peremhez közel található gömbgrafit alakját. határfelületi energiákkal foglalkozó irodalom a felületi feszültséget a helyi entalpia és entrópia fogalmának függvényében tárgyalja [6]: s lg a H vap T S = ω lg ΔH vap [J/mol] a fémolvadék párolgási energiaváltozása, ΔS lg [J/mol.K] a határfelületi energiatöbblet, (értéke megközelítőleg 4 J/mol.K), a egy félempirikus együttható, melynek értéke fémolvadékokra mintegy 0,8, ω [m 2 / mol] pedig a fémolvadék moláris felülete. Ezen tényezők közül az öntvény felületén változást szenved mindkét energia, a ΔH és a ΔS is, mert mindkettő hőmérsékletfüggő, ugyanakkor fennáll a magnézium párolgási vesztesége is, valamint estleges reakciója a forma falával. határfelületi ener- 37

4 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, giatöbblethez a magnézium által biztosított potenciálgradiens is hozzájárul. z öntvény peremén a hőmérséklet-változás elsősorban a forma hővezető képességétől és az öntvény falvastagságától függ, a többi tényező elméletileg változatlan. fenti összefüggésekből az következik, hogy a gömbgrafitos öntvények peremén kialakult grafit alakja elsősorban hőmérsékletfüggő, illetve az adott gömbösítő anyag adagolása mellett az öntvény hűlési sebessége a meghatározó. ár az előbbi összefüggésekből nem olvasható ki, befolyásoló tényező a magnézium-veszteség is párolgás vagy kémiai reakció által. gömbgrafitos öntvénynél észlelhető határfelületi változások gyakorlati tanulmányozása közelebb vihet a felületi potenciálok megértéséhez és a gömbösítés jelenségének jobb ismeretéhez. z újabb minősítési eljárások, mint a gömbgrafitos öntvények ultrahangos vizsgálata [8] szükségessé tették a határfelületi jelenségek gyakorlati vizsgálatát. Kísérleti módszerek kísérleteket a Kolozsvári Nehézgépgyárban végeztük, különböző ferrit/perlit arányt tartalmazó gömbgrafitos öntvénytípuson. z öntvények súlya 0,5 kg és 8000 kg között változott. gömbösítéshez szükséges folytvasat 6,3 és 12 tonnás tégelyes indukciós kemencében acélhulladékból állítottuk elő. Gömbösítés előtt a folytvas vegyi összetétele a különböző vastípusnak megfelelően a következő határok közötti volt: 3,7 3,9% C, 0,2 1,4% Si, 0,1 1,0% Mn, max. 0,025% S, max, 0,05% P, 0,1 1,0% Cr, 0,05 0,3% Mo, 0,2 0,8% Cu, 0,2 2,0% Ni. gömbösítést Tundich-üstben végeztük, gömbösítés előtt pedig az olvadék hőmérséklete darabnagyságtól függően C volt. gömbösítéshez 1,8 2,2% FeSiMg-ot és 0,4 1,6% FeSiot használtunk. Célul tűztük ki az öntvények felületi rétegének vizsgálatát különböző vegyhatású formázó keverék használata mellett, valamint a falvastagság és a hűlési sebesség függvényében. Vizsgálatok ultrahanggal z ultrahanggal végezhető vizsgálat az egyik legjobb roncsolásmentes módszer a gömbgrafitos öntvények minőségének értékelésére. Igen gyak- 38

5 ran a technológia ellenőrzésére nélkülözhetetlen azért is, mert az öntvény falvastagsága, vagy működéséhez fontos kiszögellése sokkal kisebb méretű, mint a minősítéshez szokásosan használt 20 mm-es próbapálca, és a roncsolásos mechanikai vizsgálatokra nem alkalmazható. Vizsgálataink idejében nem volt hasonló hiteles módszer, sem pedig ismert és megengedett mérési eredmény egyetlen gömbgrafit típusra sem. saját használatra alkalmazható, megfelelő roncsolásmentes ultrahangos mérési (minősítési) módszer kidolgozása érdekében az ultrahang terjedési sebességét követtük különböző falvastagságú és különböző lehűlési idővel kapott öntvényeknél [8]. z első ultrahangos kísérleti eredmények nagy 1. ábra: z ultrahang áthaladási sebessége és az eutektikus cellák nagysága közötti összefüggés. Fig. 1. Connection between the speed of ultrasound and the size of matrix cells. 39

6 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, szórást mutattak. z egyes megrendelők által kért 5500 m/sec értékű ultrahang áthaladási sebesség különösen a nagyobb öntvényeknél nehezen volt elérhető. z ultrahang terjedési sebessége gömbgrafitos vas esetében több tényezőtől függ, a nagyobb terjedési sebesség jobb öntvényminőségre utal. Nagyobb terjedési sebességet mérhetünk adott egyenletesen gömbölyű, VI. típusú grafitot tartalmazó vasnál, mint az egyenetlen (fészkes) grafitnál (az igen nagy felületi feszültségre utaló, flotációs (VII., VIII) grafitot tartalmazó vasban egyébként az ultrahang terjedési sebessége szintén nagy, meghaladja a VI. grafitot tartalmazó vasét is). Mivel mind az öntvények peremén található, mind az öntvény belsejében kivált grafitszemcsék alakja a helyi felületi feszültségtől függ, és mérési eredményeink igazolták az ultrahangos vizsgálatok alkalmazhatóságát a helyi felületi feszültség hozzávetőleges értékének meghatározására, célul tűztük ki a kísérletek folytatását a hőmérséklet-paraméter hatásának követésére. hhoz, hogy pontosabb képet kapjunk a gömbgrafitos vason áthaladó ultrahang sebességéről, egyes minőségi paramétereket állandó szinten kellett tartanunk. Így állandó ferrit/perlit aránnyal rendelkező és kizárólag VI. típusú egyenletesen gömbölyű grafitot tartalmazó vasaknál mértük az ultrahang áthaladási sebességét különböző falvastagságú daraboknál, illetve különböző lehűlési sebesség mellett kapott öntvényeknél. z 1. ábrán a mérések eredményeit láthatjuk. gömbgrafitos vas alapszövetének finomságát a mátrix méretével értékeltük. z ultrahang terjedési sebessége nő a hűlési sebesség növekedésével, illetve a mátrix méretének csökkenésével, adott hőmérséklet-gradiens mellett pedig perlites vasakban nagyobb, mint ferrites vasakban. Ez utóbbinak oka az, hogy a ferrites vasak kisebb felületi feszültségű fémfürdőből alakulnak ki, mert gyártásuknál a gömbösítés utáni utómódosításra sokkal több ferroszilíciumot használunk, a ferritmennyiség növelésére, a nagyobb szilícium-adagolás pedig a fémfürdőben levő szilícium savas jellegének köszönhetően a felületi feszültség csökkenéséhez, továbbá kisebb öntési hőmérséklethez is vezet. Mérési eredményeink szerint mind a perlites, mind a ferrites gömbgrafitos öntvények esetében ugyanazon öntvény vékonyabb falú kiszögelléseiben az ultrahang terjedési sebessége mindig nagyobb, mint a darab vastagabb részeiben. 40

7 Eredmények perem szövetelemeinek vizsgálata gömbgrafitos vasakat különböző öntőformákba (fémformába és formázó keverékekbe) öntöttük. keverékekhez minden esetben egeresi M homokot használtunk, a keverék vegyhatásának változtatását a kötőanyaggal oldottuk meg (kötőanyagként lúgos vízüveget, bentonitot, semleges agyagot, lenolajat, bakelitet valamint hidegen kötő fenol- és furángyantát használtunk). bázikus vegyhatású keverékek közül az aktivált bentonitos keverék ph-ja 9 10, a nátriumszilikátos keverékeknél a ph között mozog. semleges vegyhatású keverékek ph értéke 6 7,5. Legsavasabbak a benzolszulfonsavval hidegen kötő fenol- és furángyantás keverékek, melyek ph értéke 5 o C-nál kötési kisebb hőmérsékleten 1,5 2,5, de jobb hőmérsékleti viszonyok mellett sem nagyobb, mint 3. gömbgrafitos vasakat különböző típusú keverékbe öntöttük, és az öntvényekből vett mintáknál vizsgáltuk a felülethez közeli zóna szövetét. járműiparban használt 0,5 50 kg-os öntvényeket (2. ábra) bentonittal kötött nyers formázó keverékbe öntöttük, a belső üregek kiképezésére meleg magszekrényes bakelites magokat, valamint hidegen kötő savas vegyhatású furángyantás magokat használtunk. gépiparban használt nagyobb súlyú és méretű darabokat, mint a gömbcsukló, hengerek, zsu- 2. ábra: Járművek számára készült alkatrészek gömbgrafitos öntvényekből. (a). bütykös tengely, kerékagy, karter; (b). perselyek, hüvelyek. Fig. 2. Vehicle parts from nodular graphite iron: (a) cam-shaft, hub, carter, (b) bushes, jackets. 41

8 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, gorító szekér stb. szárított agyagos vagy fenolgyantás keverékekbe öntöttük. Ezen olykor többtonnás öntvények formáit minden esetben grafitos, termokorindonos fekeccsel vontuk be. Ismeretes, hogy az olvadékban a gömbgrafit a felületi feszültség növelő magnézium hatására jön létre, ugyanakkor a létrehozott határfelületi energia állandóan csökkenő tendenciájú. Minél kisebb a létrehozott felületi feszültség a fémfürdőben vagy minél később öntődik le a darab, annál nagyobb az esély arra, hogy mire az öntvény kihűl, a szabályos gömbgrafit (VI) szabálytalan (V) vagy vermikuláris (IV, III) alakot vegyen fel. Feltételezhető, hogy a forma anyagának savas vegyhatása, vagy bármi, ami a magnézium hatását csökkenti, hatással lehet az öntvény peremén található grafit alakjára. E hatások vizsgálatára több, különböző módszerrel öntött, eltérő nagyságú és minőségű gömbgrafitos öntvényből vettünk mintát. z öntőforma anyagának hatása 1. Öntés fémformába nagyobb hűlési sebesség hatásának vizsgálatáért fémformákba öntöttünk különböző típusú gömbösített vasat. Tucatnyi metszetben a 3. ábrán látható alapszövetet kaptuk. z öntvény pereméhez közel eső részen a szén inkább cementit formájában van jelen, kevés része található a kis grafit göm- 3. ábra: Fémformába öntött vas szövete, 200x nagyítás. (a). csiszolt állapot; (b). Nital. Fig. 3. Microstructure of the nodular graphitic iron casted in metallic moulds. (a) polished (b) treated with nital. 42

9 böcskékben. nagy falvastagságú hengereknél a felülettől távolabb nő a grafit mennyisége, és csökken a cementit jelenléte. Egy mintán sem észleltük a peremhez közel eső réteg grafitjának alakváltozását. grafitszemcsék kis mérete miatt 200x nagyítást kellett alkalmaznunk. 2. Öntés formázó keverékbe mintákat jármű alkatrészekből vettük, melyeket 9 ph-val rendelkező bentonitos nyers formázó keverékbe öntöttünk. különböző típusú gömbgrafitos öntvények üregeinek kiképzéséhez bakelites, lenolajas, vízüveges és fenolgyantás magokat használtunk. z öntvényekből metszeteket készítettünk és vizsgáltuk a forma illetve a mag fele eső peremet. Ugyanazon öntvénynél nem észleltünk különbséget a bázikus forma és a savas maggal érintkező fémfelületeken található grafit alakja között. Több tucat minta C D E 4. ábra: z 500-as gömbgrafitos vas (EN-GJS 500) szövete, falvastagság 8 mm, nagyítás 100x. (a). Nyers formázókeverékkel érintkező perem (ph=9); (b). fenolitos keverékkel érintkező perem (ph=2); (c). a rács belseje; (d) nitallal kezelt felület; (e) a rács belsejének szövete. Fig. 4. Microstrucrure of the nodular graphitic iron 500, 8 mm thickness, magnification x100: (a) raw forming mixture, ph = 9, (b) cold-box binding acid resin, ph = 2, (c) the graphite shape of the inner part of casting (d) with nital (e) microstructure of the inner part. 43

10 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, elemzése után összefüggést találtunk a fém belsejében található grafit alakja és a peremnél található grafit milyensége között. z alábbiakban ezeket az összefüggéseket mutatjuk be. 2.a. z öntvény szövetében szabályos (VI) gömbgrafit z olyan öntvényeknél, ahol a belső alapszövetben szabályos gömbgrafit található azt tapasztaltuk, hogy a peremrészeken is csakolyan szabályos gömb alakú a grafit és nem jelenik vermikuláris formában a savas magkeveréket érintő oldalán sem. 4. ábrán egy 500-as gömbgrafitból öntött rács szövete látható. z egyik mintát az öntvény vékonyabb falú (8 mm) részéből vettük. másik mintát a darab belső oldaláról vettük, mely a savas maggal érintkezett. Egyiken sem észlelhető a grafit számottevő eltorzulása. rács belső, vastagabb (90 mm) részén található szövet szerkezete a 4.c ábrán látható. 4. ábrán jól kivehető a perem fele megnőtt ferrit tartalom a nagyobb hűlési sebességet adó nyers keverék hatása. megnövekedett ferrit tartalmú rész vastagsága 1 2 mm tesz ki. Ebben a rétegben a grafitszemcsék is kisebbek. vizsgálat eredménye azt mutatja, hogy a nagy falvastagságú, több tonnás öntvényeknél a szélen levő réteg ferrittartalma ugyanannyi, mint a belsejükben. z 5. ábra egy vastagabb öntvény, a bütykös tengely metszetén kapott alapszövetet mutatja be, melyet ugyancsak 9 ph-val rendelkező nyers formázó keverékbe öntöttünk. z eutektikus cellák nagysága is jelzi, hogy nagyobb öntvénnyel van dolgunk. z öntvény belsejében szabályos gömbgrafit (VI.) található. peremnél eltorzult grafit (V.) alakult ki. Feltételezzük, hogy a grafit alakjának változásához nem a bázikus vegyhatású formázó keverék, hanem az öntvény nagyságának megfelelő kisebb hűlési sebesség járult hozzá. Más hasonlóan szabályos gömbgrafitot tartalmazó öntvé- 5. ábra: 600-as gömbgrafitos vasból öntött bütyköstengely szövete, falvastagság 80 mm, nagyítás 100x. (a,b). z öntvény pereme; (c,d). az öntvény belseje. Fig. 5. Microstructure of cam-shift casted from the nodular graphite iron 600, 80 mm thickness, magnification x100: (a, b) the edge of the casting, (c, d) the inner part of the casting. 44 C D

11 nyek esetében sem észleltük a darabok peremén a vermikuláris grafit megjelenését, legyen az 400, 500 vagy 700-as gömbgrafitos öntvény. kísérletek folytatását a 3c. fejezetben a 14. és 15. ábrán láthatjuk. 2.b. belső szövetben szabálytalan (V.) gömbgrafit szabálytalan (V.) gömbgrafit jelenléte az öntvény belsejében az öntési olvadékban fellelhető felületi feszültség valamelyes csökkenésére utal a szabályos gömbgrafitnak megfelelő erőkkel szemben. Ez előállhat kisebb magnézium adagolás esetében, akár a gömbösítést zavaró elemek nagyobb menynyiségének hatására vagy műszaki okokból hosszabb öntési idő miatt. Minősítéskor ezt a típusú grafitot igen gyakran a szabályos gömbgrafithoz sorolják. Jelenlétének megfigyelése az üzemmérnök számára nagyon fontos jelzés értékű lehet a technológia módosítására, az újabb gyártási ciklusban a jelenség megismétlődésének elkerülése vagy a grafit alakjának további eltorzulása megakadályozásának érdekében. 6. ábrán ugyancsak a vékony falú rács szövetét láthatjuk, akár a 4. ábrán. Ezt az öntvényt 10 perccel később öntöttük, mint a 4. ábrán láthatót. 6. ábrán látható a darab peremén a vermikuláris grafit megjelenése és vele párhuzamosan a nagyobb ferrittartalom. Ezt a jelenséget észleltük az öntvény mind a bázikus vegyhatású nyers formázó keverékkel mind a savas furángyantás keverékkel érintkező oldalán. megváltozott szövetű réteg vastagsága 0,1 0,15 mm nagyságrendű. grafit alakját és az elváltozott réteg vastagságát illetően nem vettünk észre lényeges különbséget a különböző keverékek használatánál. 7. ábra vastagabb falú öntvény szövetét mutatja, mely ugyancsak nem szabályos gömbgrafitot tartalmaz. 80 mm falvastagságú csapágy pe- D 6. ábra: 4. ábrán látható rács szövete 15 perc öntési idő után, nagyítás 100x. (a,b) felület szövete; (c,d) a rács belsejének szövete. Fig. 6. Texture of the grid seen on fig. 4, after 15 minutes casting time, magnification x100, (a, b) microstructure of the surface, (b, c) the inner part of the casting. 45 C

12 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, remén is megjelenik a vermikuláris grafit és a ferrit tartalmának növekedése. Hasonló jelenséget észleltünk minden típusú gömbgrafitos öntvénynél függetlenül attól, hogy milyen vegyhatású keverékbe öntöttük, ha az öntvény belsejének szövetében szabálytalan gömbgrafit volt jelen nagyobb mennyiségben. megváltozott szövetszerkezetű réteg vastagsága 0,1 0,3 mm az öntvény nagyságának függvényében. 2.c. belső szövetben a gömbgrafit mellett fészkes grafit (IV.) fémolvadékban az öntéskor fellelhető felületi feszültség további csökkenése a fészkes grafit (IV) megjelenéséhez vezet. Kezdetben csak kevés gömbgrafit alakul át fészkes grafittá, de megjelenése szintén jelzésértékű lehet. 8. ábra egy olyan bütykös tengely szövetét mutatja, melyet 16 perc késéssel öntöttünk ugyanabból a vasból, melyet az 5. ábrán láthatunk. grafit alakjának változását a túl hosszú öntési idő okozta. z alapszövetet 7. ábra: ferrites vasból (EN-GJS 400) öntött csapágy szövete 12 perces öntési idővel, nagyítás 100x. (a,b) z öntvény felületén; (c) az öntvény belsejében. Fig. 7. Microstructure of bearing casted from nodular graphite iron 400, with 12 minutes casting time, magnification x100: (a, b) near the edge (c) the inner part of the casting. C D C 8. ábra: z 5. ábrán látható bütyköstengely (EN-GJS 600) szövetének változása 16 perc öntési késéssel, nagyítás 200x. (a,b) z öntvény peremén; (c,d) az öntvény belsejében. Fig. 8. Shafts microstructure changes, by 16 minutes casting delay, magnification x200:, (a, b) by the edge (c, d) by the inner part. 46

13 a 8. ábrán nagyobb nagyításban láthatjuk a közérthetőség kedvéért. mikor az öntvény belső szövetében fészkes grafit jelenik, az öntvény peremén vermikuláris grafit található, függetlenül a forma anyagától. z amúgy is kisebb, az öntvény belsejében fellelhető felületi feszültség a perem fele további csökkenést szenved. megváltozott réteg vastagsága 0,2 0,3 mm. 2.d. belső szövetben flotációs grafit (VII, VIII) flotációs grafit kialakulása még vita tárgyát képezi, de rendszerint a nagyobb mennyiségű vagy túl aktív gömbösítő anyag adagolása által kiváltott nagyobb felületi feszültség okozza. Tapasztalatunk szerint a ferroszilícium minősége is kiválthatja a grafitszemcsék szétrobbanását. flotációs réteg az öntvény töretén szabad szemmel is látható és mindig a darabok felső felében helyezkedik el. Ilyen esetben az öntvény alsó részében mindig szabályos gömbgrafit (VI) található. C D 9. ábra: bütyköstengely szövete flotációs grafittal (VIII), nagyítás 200x. (a,b) peremen; (c,d) belül. Fig. 9. Shafts microstructure with flotated graphite (VIII), magnification x200: (a, b) by the edge (c, d) inner part. 10. ábra: Ötvözött gömbgrafitos vasból készült öntvények. (a) henger; (b) széntörő kalapács. Fig. 10. Castings with nodular graphite iron (a) cylinder (b) hammers. 47

14 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, ábrán látható alapszövetet a vízszintes helyzetben öntött bütykös tengely felső részének metszetéből kaptuk. Flotációs grafit jelenlétében az öntvény peremén nem találtunk vermikuláris grafitot. 8c. ábrán épp a két zóna közti alapszövetet láthatjuk: egyik részében szabályos gömbgrafit (VI.), másik részében flotációs grafit (VIII.) látható. Valószínű, hogy a magnézium túladagolása okozta flotációs grafitot tartalmazó öntvényben a felületi feszültség magasabb az optimálisnál és ez a feszültségtöbblet biztosítja az öntvény peremén a grafit gömbalakjához szükséges potenciált. z ötvözés hatása gömbgrafitos öntvények roncsolásmentes vizsgálatánál bizonyos ötvözött vasak esetében ugyanolyan alakú grafit jelenlétében nagyobb áthaladási sebességet mutatott az ultrahang. Ezért az ötvözött gömbgrafitos öntvények peremét külön vizsgálatnak vetettük alá, összefüggést keresve az ötvöző elemek és a vasban észlelhető, a szén gömbösítését elősegítő felületi feszültség között. Tudni való, hogy az ötvözött gömbgrafitos öntvények C D 11. ábra: kalapács szövete, nagyítás 100x. (a,b) z öntvény peremén; (c,d) az öntvény belsejében. Fig. 11. Microstructure of the hammer, magnification x100: (a, b) by the edge, (c, d) inner part of the casting. 12. ábra: gömbcsukló szövete. (a) grafit alakja, nagyítás 100x; (b) szövet, nital, nagyítás 200x. Fig. 12. Microstructure of the ball joint (a) the shape of the graphite, 100X, (b) nital, 200X. 48

15 gyártásánál 0,2%-val több magnéziumos előötvözetet alkalmaztunk az előzetes gyakorlati tapasztalatok és a szakirodalom ajánlásai után. Ugyanakkor a gyártás alatt levő ötvözött darabok mind nagyobb súlyú és méretű öntvények voltak, kg között. z öntvényekből mintát vettünk és vizsgáltuk a perem alapszövetét. a. Króm, nikkel, molibdén jelenléte széntörő és mészkőtörő kalapácsok, valamint a hengerek anyagát 0,5% krómmal, 2% nikkellel és 0,3% molibdénnel ötvöztük [9]. falvastagság 150 és 600 mm között mozgott. 10a. ábrán ötvözött gömbgrafitos vasból öntött hengert és a 10b. ábrán egy kőszéntörő kalapácsot láthatunk. Ezeket 13. ábra: zsugorító szalag szekere. Fig. 13. The band cart. C 14. ábra: 4,5% szilíciumot tartalmazó hőálló gömbgrafitos (VI) vas szövete, nagyítás 100x. (a,b) peremen; (c,d) belül. Fig. 14. Microstructure of the nodular graphite iron (VI) with 4.5 % Si, magnification x100: (a, b) by the edge (c, d) inner part of the casting. 49 D

16 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, az öntvényeket lágyító hőkezelésnek vetettük alá az ütőmunka növelése érdekében. 11. ábrán a kalapácsból vett minta szövete látható. ferritizált alapszövetben megjelenik a krómkarbid is, a magas krómtartalom eredményképpen. Jóllehet az öntvény belsejében a grafit alakja nem szabályos gömb (VI.), hanem inkább az V. típusú grafithoz hasonló, a peremen mégsem formálódik vermikuláris grafit, mind a 2.b. pontnál leírt esetekben. Sem a keverék savas jellege, sem a kisebb hűlési sebesség nem idézte elő a peremen található grafitszemcsék alakjának elváltozását, mintha az ötvözésnek jótékony hatása lenne a gömbösítés hatás-mechanizmusának fenntartására az öntvény peremén is. b. Króm, réz jelenléte kg súlyú gömbcsuklókat 1,0%-os krómtartalmú, a dugattyúkat 0,8%-os réztartalmú gömbgrafitos vasból öntöttük. Mint vastag falú öntvények hidegen kötő fenol gyantás keverékből készült fekecselt formákba öntöttük. z öntvények peremének vizsgálatára egy sor metszetet készítettünk a formával érintkező részükből. 12. ábrán egy gömbcsukló szövetét láthatjuk. magas krómtartalom cementites szövetszerkezethez vezetett. z öntvények peremén nem észleltünk vermikuláris grafitot egyik vastípusnál sem. c. Szilíciummal ötvözött hőálló vasak zsugorító szalag magas hőmérsékleten dolgozó szekereit (13. ábra) hőálló ferrites gömbgrafitos vasból öntöttük. Ötvözőelemként 4,5 5,0% szilíciumot használtunk. nagy súlyú, kg-os öntvényeket hide- C D 15. ábra: 4,5% szilíciumot és VIII. típusú grafitot tartalmazó hőálló vas szövete, nagyítás 100x. (a,b) peremen; (c,d) belül. Fig. 15. Microstructure of the nodular graphite iron thermoresistence (VIII) with 4.5% Si, magnification x100: (a, b) edge (c, d) inner part. 50

17 gen kötő fenolgyantás keverékből készült fekecselt formákba öntöttük. darabokból metszett minták a 14. és 15 ábrán láthatók. 14. ábrán a szabályos gömbgrafit jelenlétében megjelenik a széleken a vermikuláris grafit. Ez a jelenség várható volt, mivel nagy öntvényről van sző. mi új jelenség az eddig vizsgált minták mellett, hogy a nagyobb magnézium adagolása által kapott flotációs grafit (15. ábra) jelenlétében is megjelenik az öntvény peremén a vermikuláris grafit. Ezen nagy méretű öntvények öntési ideje műszaki okokból percig elhúzódott. Megjegyezzük, hogy a hosszú öntési idő és az ötvözéshez használt nagy mennyiségű szilícium miatt már eleve 15 30%-os magnéziumos előötvözet túladagolással dolgoztunk a gömbösítéshez szükséges felületi feszültség létrehozásáért. magnézium túladagolása sem biztosította a szükséges felületi feszültséget a peremrészeken. Ezt a hosszú lecsengési időt csak úgy tudtuk elérni, hogy a gömbösítéshez szükséges elővasat alapos tisztításnak vetettük alá /10/, és szilíciumtartalmát 01 0,2%-on tartottuk. z öntvény szilícium tartalmának növelését, illetve a szilíciummal való ötvözést a gömbösítést követő utómódosítással egy időben oldottuk meg. z elváltozott alapszövetű rész nagysága a zsugorító szekereinél a legnagyobb: 0,3 0,4 mm. Következtetések kisebb öntvényeknél a nagyobb felületi feszültséggel rendelkező olvadékokból, melyekből szabályos (VI.) vagy flotációs (VIII.) gömbgrafit keletkezik, az öntvények peremén nem észlelhető a grafit alakváltozása. szabálytalan gömbgrafitot (V.) tartalmazó öntvények peremén a grafit alakja legtöbbször megváltozik, vermikulárissá válik. z elváltozott alapszövetű réteg megjelenése és vastagsága jobban függ az öntvény lehűlési sebességétől illetve a falvastagságától, mint a forma anyagának savasságától. z elváltozott grafitot tartalmazó réteg vastagsága a kisebb öntvényeknél 0,1 0,2 mm. nagyobb öntvényeknél a hosszabb öntési idő és a kisebb hűlési sebesség miatt az öntvények peremén minden esetben az alapszövet változásával kell számolnunk. Ezen változásokhoz a savas vegyhatású keverékek is hozzájárulhatnak. grafit alakváltozása a hosszabb öntési időből és a kisebb hűlési időből adódó, feltehetően az optimálisnál alább esett felületi feszültség miatt jön létre, mely feszültség tovább csökken a szélek fele. csökkenés mérete az öntvény nagyságával egyenes arányban nő. megváltozott 51

18 Chimica cta Scientiarum Transylvanica, 19 20/3, alapszövetű rész a nagyobb öntvényeknél 0,2 0,3 mm nagyságrendű. Egyes ötvöző elem (króm, nikkel, réz) jelenlétében a szövet szerkezetének változása az öntvény peremén kisebb, mint ötvözés nélkül még a nagyobb méretű öntvényeknél is. Mintha ezek az ötvöző elemek fékeznék a felületi feszültség csökkenését a szélek fele. szilíciummal ötvözött hőálló gömbgrafitos öntvényeknél a felületi réteg alapszövete mindig változást szenved, és a megváltozott réteg vastagsága nagyobb. Még a magnézium túladagolására utaló flotációs grafit megjelenése esetén is, a peremrészeken vermikuláris grafit jelenik meg. hőálló ferrites öntvények szélein a gömbgrafit mindig alakváltozást szenved. vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy a gömbgrafitos öntvényeknél a gömbösítéskor kialakult felületi feszültség az öntési idő növekedésével állandóan csökken a vas megszilárdulásáig. z öntvények felületi rétegei alapszövetének megváltozása azt bizonyítja, hogy a leöntéstől a megszilárdulásig az öntvény belsejében fellelhető potenciál tovább csökken a szélek fele. Ez a felületi feszültség-gradiens annál nagyobb minél vastagabb falú az öntvény. kisebb öntvényeknél, melyek inkább perlites vasat tartalmaznak az alapszöveten nem észlelhető a felületi réteg szövetelemeinek elváltozása a keverék vegyhatásától függetlenül. vizsgálati eredmények egyértelműen felületi feszültség-gradiensre utalnak a nagyobb öntvények és a szilíciummal ötvözött hőálló ferrites gömbgrafitos vasak peremének szövetszerkezete elemzésénél. 52 Felhasznált irodalom 1. Micle, V.; Mantova,.; Fargues, I.; Mercier, I.C., Metalurgia, ucurești, 3 4, Micle, V., Metalurgia, ucurești, 5, auer, W., Giesserei-Rundschau 28, 1981, Schlessiger, W.; Siefar, W., Giesserei 75, febr Trager, H., Giesserei- Praxis 17 18, 1986, Kaptay, Gy., Határfelületi jelenségek szerepe a fémes anyaggyártásban, KF- Konferencia, EMT, Csíksomlyó, 5 8, Szőcs K., felületi feszültség és a fémminőség, Műszaki Szemle, Kolozsvár, 7-8, 1999,

19 8. Szőcs K., gömbgrafitos öntvények vizsgálata ultrahanggal, KL, Kohászat, 130, 1997, Szőcs K., Újabb technológiák a kalapácsmalmok hatásfokának növelésére, KL, Kohászat, 135, 2002, Szőcs K., z öntöttvas finomítása, KL, Kohászat, 127, 1994, Interfacial changes of the texture of spherulitic graphite cast iron Summary The changing of the shape of iron crystals, that is the change of graphite crystals after the cooling of the metal-bath, just like in the case of the inside of the cast iron, or close to the edge, is due the forces that act on the surface around the graphite granuls. ecause of its greater overcooling tendency than in the case of steel, the mechanical characteristics of the thin castings with spheric graphite, as well as the strength of the functionally important prominent parts can be changeable, not only because the greater cooling speed, but because of the surface phenomena, too. To produce cast iron with spheric graphite today we have several methods and raw material, and for qualification the knowledge of the texture of the thin-walled casting is necessary. 53