Vasötvözetek fémtana Gyakorlati vas-karbon ötvözetek Ötvözetlen acélok, öntöttvasak 1
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
Hőmérséklet, o C 1600 H A + olv. 1500 B I 1400 N 1300 1200 1100 1000 900 800 700 20 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 1 2 3 4 5 6 tömegszázalék, % C Hipo- olvadék C + Fe 3 C olv. + Fe 3 C Hiper- D F K L 6,687 8.2. ábra eutektoidos eutektikus Acélok 3 Nyersvasak
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
Nyersvasak Nyersvasak osztályozása összetétel szerinti hypo-eutektikus eutektikus hyper-eutektikus felhasználás szerinti ipari öntöttvasak szürkevas fehérvas 5
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
1300 Az egyensúlyi diagram ötvözetlen acélokra vonatkozó részlete 1200 1100 (austenit) E 1000 G 900 800 700 A 3 + P S A cm + Fe 3 C A 1 K Fe 1 2 10.1. ábra 7
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 (%) 100 800 R m 240 80 600 R p0,2 180 60 400 200 A Z 120 60 40 20 10.1. ábra 0 2 C% 8
Az ötvözetlen acélok törési munkájának változása a karbon tartalommal 350 0,01 %C Törési munka (Nm) 250 150 50 0,11 %C 0,22 %C 0,31 %C 0,63 %C 10.2. ábra -200-100 0 100 200 Hőmérséklet ( o C) 9
Az ötvözetlen acélok mechanikai tulajdonságainak változása a hőmérséklettel 700 70 600 R m 60 R p, R m (MPa) 500 400 300 200 100 R p0,2 A 50 40 30 20 10 A (%) -200-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 10.3. ábra Hőmérséklet ( o C) 10
Ötvözetlen acélok egyensúlyi szövetelemei és tulajdonságaik austenit ferrit perlit szekunder cementit 11
Az austenit 10.4. ábra 12
A gyakorlatilag tiszta karbon-mentes Armco-vas ferrites szövetképe 10.5. ábra 13
O,8 % C-tartalmú acél perlites szövete 10.7. ábra 14
1,3% C-tartalmú acél perlit + szekunder karbidos szövetképe 10.6. ábra 15
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
Az összetétel hatása, a Bunyin-féle elvi diagram Kifehérítő hatás S V Cr Sn Mo Mn Ötvöző (%) 12.1. ábra Grafitosító hatás C Al Si Co Ni 17 Cu
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 1 3 2 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 12.4. ábra 18
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
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
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
Perlit-grafitos szürkeöntvény 12.5. 22 ábra
Fe-Fe 3 C-Fe 3 P hármas eutektikum (steadit) a szürkeöntvényben 12.3. ábra 23
Perlit-ferrit grafitos szürkeöntvény 12.6. ábra 24
Lemezgrafitos szürkeöntvények mechanikai tulajdonságai 12.3. táblázat Anyagminőség R m MPa R h MPa R ny MPa HB Szövetszerkezet EN-GJL-100 100-200 200-310 500-600 100-150 ferrites EN- GJL-150 150-250 230-370 550-700 140-190 ferrites EN- GJL-200 200-300 290-430 600-830 170-210 ferrit-perlites EN- GJL-250 250-350 350-490 700-1000 180-240 ferrit-perlites EN- GJL-300 300-400 410-550 820-1200 200-260 ferrit-perlites EN- GJL-350 350-450 470-610 950-1300 210-280 perlites 25
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
Durva grafiterek a szürkevas maratlan csiszolatán 12.7. ábra 27
Modifikálással finomított grafiterek a szürkevas maratlan csiszolatán 12.8. ábra 28
Gömbgrafitos öntöttvas mikroszerkezete 12.9. ábra 29
Gömbgrafitos öntöttvasak mechanikai tulajdonságai 12.3. táblázat Anyagminőség jele R m MPa HB A % Beágyazó szövet EN-GJS-350-22U 350 115-160 22 ferrit EN-GJS-400-15U 400 125-200 15 ferrit EN-GJS-500-07U 500 150-240 7 ferrit+perlit EN-GJS-600-03U 600 175-290 3 ferrit+perlit EN-GJS-700-02U 700 210-320 2 perlit EN-GJS-800-02U 800 230-350 2 perlit 30
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
Temper öntvények kiinduló anyagainak összetétele A temperöntvény Összetétel (tömeg %) 12.4. 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
Fekete temperálás hőmérséklet-idő diagramja Hőmérséklet ( o C) 1000 500 a 950 o C b c d 2,5-5 o C/h 600 o C e 12.10. ábra 0 30 60 90 Idő (h) 33
Fekete temperöntvény mikroszkópi szövete 12.11. ábra 34
Fehér temperálás hőmérséklet-idő diagramja Hőmérséklet ( o C) 1000 500 a b 950 o C ~10-15 o C/h c d 12.12. ábra 0 20 40 60 80 100 Idő (h) 120 140 160 35
Fekete és fehér temper-öntvények mechanikai tulajdonságai és szövetszerkezete 12.5. táblázat Anyagminőség jele R m MPa HB A 5 % Szövet szerkezet GJMB-350-12 350 < 150 12 ferrites GJMB-450-07 450 150-200 7 ferrit+perlites GJMB-550-05 550 180-230 5 perlites GJMB-600-03 600 210-260 3 perlites GJMW-350-08 350 < 150 8 ferrit+grafitos GJMW-400-05 400 150-180 5 ferrit+grafitos 36