Anyagtudomány. Vasötvözetek fémtana. Gyakorlati vas-karbon ötvözetek Ötvözetlen acélok, öntöttvasak

Átírás

1 Vasötvözetek fémtana Gyakorlati vas-karbon ötvözetek Ötvözetlen acélok, öntöttvasak 1

2 Vasötvözetek osztályozása Két alapvető csoport: 1. Acélok (0 % < C < 2,06 %) Hypo-eutektoidos acélok (C < 0,8 %) Eutektoidos acél (C = 0,8 %) Hyper-eutektoidos acélok (0,8 % < C) 2. Nyersvasak (2,06 % < C < 6,687 %) Hypo-eutektikus nyersvas (2,06 % < C < 4,3 %) Eutektikus nyersvas (C = 4,3 %) Hyper-eutektikus nyersvas (4,3 % < C < 6,687 %) 2

3 Hőmérséklet, o C 1600 H A + olv B I 1400 N G Hipo- Vasötvözetek osztályozása az egyensúlyi diagram alapján (austenit) A 3 + A cm Hiper- + olv. E 1147 o C M O A 723 o 1 C P S + Fe Q 3 C Fe tömegszázalék, % C Hipo- olvadék C + Fe 3 C olv. + Fe 3 C Hiper- D F K L 6, ábra eutektoidos eutektikus Acélok 3 Nyersvasak

4 Acélok osztályozása szerkezeti acélok (C < 0,6 %) összetétel szerinti csoportosítás hypo-eutektoidos eutektoidos hyper-eutektoidos felhasználás szerinti csoportosítás betétben edzhető nemesíthető hegeszthető alakítható, forgácsolható, stb. szerszámacélok (C = 0,6 2,06 %) 4

5 Nyersvasak Nyersvasak osztályozása összetétel szerinti hypo-eutektikus eutektikus hyper-eutektikus felhasználás szerinti ipari öntöttvasak szürkevas fehérvas 5

6 Ötvözetlen acélok fogalma, összetétele (Si < 0,5 %, Mn < 0,7 %, S+P < 0,035 % feltétel teljesül) ötvözetlen acélok mechanikai tulajdonságainak változása a karbon-tartalommal a mechanikai tulajdonságok változása a hőmérséklet függvényében a kis hőmérsékletű elridegedés jelensége és magyarázata - a kéktörékenység a hőmérséklet hatása a törési munkára az elridegedés vizsgálata: ütve-hajlító vizsgálat az átmeneti hőmérséklet fogalma a C-tartalom hatása az átmeneti hőmérsékletre 6

7 1300 Az egyensúlyi diagram ötvözetlen acélokra vonatkozó részlete (austenit) E 1000 G A 3 + P S A cm + Fe 3 C A 1 K Fe ábra 7

8 Az ötvözetlen acélok mechanikai tulajdonságainak változása a karbon tartalommal Szekunder cementit 100 % Ferrit Perlit 0 2 C% R p, R m (MPa) 1000 HB HB 300 A, Z (%) R m R p0, A Z ábra 0 2 C% 8

9 Az ötvözetlen acélok törési munkájának változása a karbon tartalommal 350 0,01 %C Törési munka (Nm) ,11 %C 0,22 %C 0,31 %C 0,63 %C ábra Hőmérséklet ( o C) 9

10 Az ötvözetlen acélok mechanikai tulajdonságainak változása a hőmérséklettel R m 60 R p, R m (MPa) R p0,2 A A (%) ábra Hőmérséklet ( o C) 10

11 Ötvözetlen acélok egyensúlyi szövetelemei és tulajdonságaik austenit ferrit perlit szekunder cementit 11

12 Az austenit ábra 12

13 A gyakorlatilag tiszta karbon-mentes Armco-vas ferrites szövetképe ábra 13

14 O,8 % C-tartalmú acél perlites szövete ábra 14

15 1,3% C-tartalmú acél perlit + szekunder karbidos szövetképe ábra 15

16 Az ipari öntöttvas öntöttvasak osztályozása szürkevas: a karbont jellemzően grafit formájában tartalmazza fehérvas: a karbont vaskarbidként, kötött formában tartalmazza az öntöttvas kristályosodását befolyásoló paraméterek hatásának elemzése az összetétel hatása a hűtési sebesség hatása a falvastagság hatása 16

17 Az összetétel hatása, a Bunyin-féle elvi diagram Kifehérítő hatás S V Cr Sn Mo Mn Ötvöző (%) ábra Grafitosító hatás C Al Si Co Ni 17 Cu

18 A Maurer-diagram 4,5 4,3 4,0 Karbontartalom ( %) 3,5 3,0 2,5 2,0 1,7 1,5 1,0 A II.a B' D I. II. II.b Fehérvas B Szürkevas D' C 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Szilíciumtartalom ( %) III. Ferrit - Grafit ábra 18

19 A hűtési sebesség hatása A hűtési sebességnek alapvető hatása van a karbon kiválás szabályozásában ezáltal az öntöttvas szövetszerkezetének meghatározásában egyensúlyi hűtés esetén a kristályosodás a Fe-C stabilis rendszerben zajlik, tehát grafit keletkezik kvázi-egyensúlyi hűtés esetén a kristályosodás az Fe-Fe 3 C metastabilis rendszerben zajlik, tehát Fe 3 C vaskarbid keletkezik. 19

20 A hűtési sebesség hatása tökéletesen egyensúlyi hűtés hosszú időszükséglet, az ipari gyakorlatban nem megvalósítható de nincs is rá szükség a gyakorlatban a nagy hőmérsékleten (reális diffúziós időszükséglettel) lejátszódó folyamatok a stabilis rendszerben az alacsonyabb hőmérsékleteken végbemenő folyamatok a metastabilis rendszer szerint mennek végbe eredmény: perlit+grafitos szövetszerkezet 20

21 A szürkevas Ideális szövetszerkezete: perlit+grafit A Maurer-diagram alapján ennek összetétel feltétele: C + Si = 4,6 6 % Tulajdonságait meghatározza a beágyazó szövet, azaz a mátrix, amely lehet perlit perlit+ferrit ferrit valamint a beágyazott szövet, azaz a grafit mérete, alakja, eloszlása 21

22 Perlit-grafitos szürkeöntvény ábra

23 Fe-Fe 3 C-Fe 3 P hármas eutektikum (steadit) a szürkeöntvényben ábra 23

24 Perlit-ferrit grafitos szürkeöntvény ábra 24

25 Lemezgrafitos szürkeöntvények mechanikai tulajdonságai táblázat Anyagminőség R m MPa R h MPa R ny MPa HB Szövetszerkezet EN-GJL ferrites EN- GJL ferrites EN- GJL ferrit-perlites EN- GJL ferrit-perlites EN- GJL ferrit-perlites EN- GJL perlites 25

26 A szürkevas szilárdságnövelésének lehetőségei A grafit-erek finomításának módszerei öntés előtti túlhevítéssel (T=T olv +100 o C) modifikálással modifikátorok lehetnek ferro-szilícium sziliko-kalcium ferro-szilícium + alumínium a modifikálás mechanizmusa gömbgrafitos öntöttvas előállításával 0,3-1,2 % Mg, vagy Ce adagolással a gömbgrafitos öntöttvas előállításának mechanizmusa 26

27 Durva grafiterek a szürkevas maratlan csiszolatán ábra 27

28 Modifikálással finomított grafiterek a szürkevas maratlan csiszolatán ábra 28

29 Gömbgrafitos öntöttvas mikroszerkezete ábra 29

30 Gömbgrafitos öntöttvasak mechanikai tulajdonságai táblázat Anyagminőség jele R m MPa HB A % Beágyazó szövet EN-GJS U ferrit EN-GJS U ferrit EN-GJS U ferrit+perlit EN-GJS U ferrit+perlit EN-GJS U perlit EN-GJS U perlit 30

31 A fehérvas Nevét a cementit miatti fémes, fehér töretéről kapta Jellemző tulajdonságai nagy keménység és nagy ridegség Fő alkalmazási területei a temperálás kiindulási alapanyagaként malomipari berendezések, kéregöntésű hengerek 31

32 Temper öntvények kiinduló anyagainak összetétele A temperöntvény Összetétel (tömeg %) táblázat típusa C Si Mn P S fehér 3,0-3,4 0,5-0,8 0,2-0,5 0,12 0,1-0,3 fekete 2,4-2,8 0,8-1,1 0,4-0,7 0,12 0,1 A temperálás célja: a fehérvas cementitjének felbontása alkotó elemeire az alábbi reakció-egyenlet szerint Fe 3 C 3Fe C 32

33 Fekete temperálás hőmérséklet-idő diagramja Hőmérséklet ( o C) a 950 o C b c d 2,5-5 o C/h 600 o C e ábra Idő (h) 33

34 Fekete temperöntvény mikroszkópi szövete ábra 34

35 Fehér temperálás hőmérséklet-idő diagramja Hőmérséklet ( o C) a b 950 o C ~10-15 o C/h c d ábra Idő (h)

36 Fekete és fehér temper-öntvények mechanikai tulajdonságai és szövetszerkezete táblázat Anyagminőség jele R m MPa HB A 5 % Szövet szerkezet GJMB < ferrites GJMB ferrit+perlites GJMB perlites GJMB perlites GJMW < ferrit+grafitos GJMW ferrit+grafitos 36