Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ÖNTÖTTVASAK HEGESZTÉSE Dr. Palotás Béla Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék
Öntöttvasak??? Hipoeutektikus öntöttvasak Hipereutektikus öv.-k Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 2
A szövetszerkezet a kémiai összetételtől függ 4 C, % 3 2 1 Led.+ perlit L P Gr Grafit + perlit Grafit + ferrit G + P + F Si, % 1 2 3 4 5 6 7 Mauer diagram Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 3
És a falvastagságtól függ C + Si, % 7 6 4 I.: Ledeburit + perlit Grafit + ferrit II.a.: Led. + perlit + grafit II.b.: Grafit + Perlit + ferrit 2 II.a I. Grafit + perlit II.b 10 30 50 70 Falvastagság, mm Griener - Klingenstein diagram Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 4
A grafit kristályosodásának módja az ötvözőktől függ Kifehérítő hatás S Cr Mo Mn Ötvöző elem Cu C Si Grafitosító hatás Al Co Ni Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 5
Lemezgrafitos öntöttvas A legjobban az eutektikus összetételű öntöttvas önthető (T = 1) Telítési fok: C, % T = = 4,3 0,3 C,% ( P + Si),% C eut T > 1 hipereutektikus öv. A grafit durva T < 1 hipoeutektikus öv. A grafit a szemcsehatáron válik ki. Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 6
Lemezgrafitos öntöttvas kis szilárdságú és rideg 350 250 R m, MPa Acél 800 Gömbrafikus öv. Lemezgrafitos öv. 350 C, % Az öntöttvasak tulajdonságai a grafit alakjától, a grafit mennyiségétől és az alapszövettől függenek A kisebb bemetszésekkel rendelkező gömbgrafitos öntöttvas lényegesen szívósabb. ( grafit mennyisége, grafit alakja alapszövet ) R m = f, Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 7
A szilárdság jelentősen függ a falvastagságtól R m Mértékadó falvastagság Falvastagság Méretezés a mértékadó falvastagságra történik Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 8
A lemezgrafitos öntöttvas tulajdonságai, alkalmazása A lemezgrafitos öntöttvas szilárdsága kicsi és rendkívül rideg (A 0 %). Öv 100 Öv 150 Öv 200 Öv 250 Öv 300 Öv 350 (max. 350 MPa érhető el) Nagy nyomószilárdság Jó siklási tulajdonságok Jó forgácsolhatóság Igen jó a rezgés csillapítási képesség Alkalmazási terület: Gépállványok, gépházak Forgattyús házak Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 9
Gömbgafitos öntöttvas Gömbalakú grafittal: Szilárdság nő Képlékenység nő Nyomás alatt (harang alatt) történik a beoltás (Mg al ill. Ce-al (cériummal) TMg forrás = 1100 ºC, ez azt jelenti, hogy több bar gőznyomás van az öv. olvadék hőmérsékletén) R m Gömbrafitos öv. Lemezgrafitos öv. Falvastagság Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 10
Gömbrafitos öntöttvas tulajdonságai, alkalmazása T á b l á s g r a f i t Si, % G ö m b é s l e m Gillemot diagram C = áll. Gömbgrafit + táblás garfit +ferrit Gömbgrafit + táblás grafit + ferrit + perlit Gömbrafit + ferrit + perlit Gömbgrafit + karbid Jó a gömbgrafit + ferrit + perlites szövetszerkezetet Mg, % Göv 370 A = 17 % Göv 400 Göv 500 Göv 600 Göv 700 Göv 800 A = 2 % Dinamikus igénybevételnek kitett szerkezeti elemek, gépalkatrészek, gépkocsi alkatrészek Belső nyomásra igénybevett elemek készítése. Forgattyús tengelyeket is készítenek Göv.-ból. Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 11
Temperöntvények Hőkezeléssel módosítják a grafit alakját. A kiinduló anyag fehér öntvény (ledeburitos + perlites szövet) C + Si, % 2 7 6 4 I. II.a I.: Ledeburit + perlit Grafit + perlit Grafit + ferrit II.a.: Led. + perlit + grafit II.b.: Grafit + Perlit + ferrit II.b Kedvező 10 30 50 70 kiinduló szövet Falvastagság, mm Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 12
Temperálás Hőkezelés Oxidáló közegben (pl. vasércben) Semleges közegben A hőkezelés hatására a vaskarbidból kidiffundáló karbont vagy kiégetjük, vagy a kiválását biztosítjuk T Oxidáló közegben 24 96 h 980 1050 ºC Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 13 A 3 A 1 Fehér temperöntvény: W35 04 W38 12 W45 07 Rm = 450 MPa A3 = 7 % Jól hegeszthető t
További temperöntvények Semleges közegben T 980 1050 ºC 1 50 h A 3 A 1 Lassú hűtés Ha nem bontjuk el a perlitet T 980 1050 ºC 1 50 h A 3 A 1 Lassú hűtés Ferrites fekete temperöntvény: A grafit temperszén formájában. Itt a perlitet is elbontjuk ferritre és temperszénre. B35-10 t Perlites temperöntvény: Perlit + temperszén az eredmény. P45 06 P70-02 t Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 14
Az öntöttvas hegesztésének problémái Az ömledék dermedésekor keletkező szövetszerkezet A hőhatás övezetben kialakuló szövetszerkezet A hegesztett kötésben ébredő belső feszültségek Az alapanyag kis alakváltozó képessége és kis szilárdsága Repedés mentesen hegeszteni nehéz a lemezgrafitos öntöttvasat. A megoldás a meleghegesztés, kisebb előmelegítésnél nő a repedés veszélye, ilyenkor különleges technikákat kell alkalmazni Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 15
Az öntöttvas hegesztési problémái Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 16
Hegesztés előmelegítéssel Meleghegesztés: 600 700 ºC-os előmelegítést alkalmaznak Hegesztési eljárás: Kisebb ker. lánghegesztést Nagyobb ker. kézi ívhegesztést alkalmaznak Hegesztőanyag 3,0 3,5 % C + 3,0 4,0 % Si ötvözésű, a varrat perlit + lemezes grafit Félmeleg-hegesztés: Kevésbé bonyolult, hegesztés közben alakváltozásra képes öntvényeknél 200 250 ºC-os előmelegítés A hőhatás-övezet keményebb, nagyobb a repedésveszély Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 17
Hideghegesztés A repedések előmelegítés nélkül csak különleges hegesztőanyaggal kerülhetők el, olyan anyagokra van szükség, amelyek: a gyors hűtés hatására nem keményednek lágyak fajlagos nyúlásuk nagy zsugorodásuk kicsi szilárdságuk az alapanyaghoz közeli Ezeknek a követelményeknek a nagy nikkel tartalmú varratok felelnek meg: Ni 99,9 Ni néhány % Fe-al ötvözve Monel (~ 30 % + 70 % Ni) Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 18
Hegesztési szempontok hideghegesztésnél A varratfém kevésbé repedés-érzékeny és a hegesztési feszültségek is kevésbé kritikusak Nagyobb keresztmetszetek célszerű minden negyedik réteget Ni Fe ötvözésű hegesztőanyaggal készíteni (melegrepedés érzékenységet csökkenti) Az öntöttvassal érintkező párnaréteg Ni legyen Kis hőbevitellel kell hegeszteni (kis q/v): Csökkennek a belső feszültségek A hőhatás-övezet beedződő zónája vékonyabb lesz, továbbá az alapanyaggal keveredett zóna is A keveredés miatti felötvöződés zónája kisebb Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 19
Hideghegesztésnél Éles sarkok ne legyenek Az egyes rétegek között kéz-melegre kell hűteni a darabot (kivárással, de fúvott levegő is lehet) Nagyon fontos a hegesztést követően a varratsor nyújtása, kalapálással (ez nyomófeszültségek bevitelét jelenti) Fontos a hegesztési sorrend (az áthőkezelés is segít) A varratsorok rövidek legyenek (20 25 mm) Hegesztés utáni hőkezelés fontos (beedződött zóna megereszthető, feszültségek csökkennek) Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 20
Temperöntvények és gömbgrafitos öntöttvasak hegesztése Ezek az öntöttvasak sokkal szívósabbak, így az előző technológiák alkalmazhatók Lágyacél hegesztőanyagok is használhatók, meleghegesztés esetén a megfelelő szilárdság csak hőkezeléssel biztosítható. (900 930 ºC-on 2 4 h hőntartás, innen 680 720 ºC-ig kemencével együtt hűtés, majd levegőn hűtés) Temperöntvényeknél 300-400 ºC is elegendő lehet Félmeleg hegesztésnél, Fe Ni hegesztőanyag alkalmazás a célszerű Hideghegesztésnél, az alapanyagnál kisebb szilárdság és szívósság várható. (100 150 ºC előmelegítés ajánlott) Göv: a grafit gömb alakú kiválást elősegítő ötvöző célszerű. Hegesztés előadások Szerző: dr. Palotás Béla 21