ACÉLOK
MÉRNÖKI ANYAGOK • 80%-a (5000 kg/fő/év) kerámia, kő, homok.... Ebből csak kb. 7% a iparilag előállított cserép, cement, tégla, porcelán... • 14%-a (870 kg/fő/év) a polimerek csoportja, melynek kb. 90%-a természetes anyag, mint a fa, bőr, szálas anyagok stb. és csak 30 kg/fő/év a műanyagok, műgumik felhasználása • 6%-a a fémeké (160 kg/fő/év), melynek 94%-a vasötvözet (150 kg/fő/év), a többi 6% a réz (1.8 kg/fő/év), alumínium 3.5 kg/fő/év, mangán 1.2 kg/fő/év az egyéb fémek 4.5 kg/fő/év
1
Miért acél? A vas, réz, alumínium összesen a fémek 97%-a, előállításuk energiaigénye (GJ/t): Elsődleges feldolgozásnál Titán rúd
560
Saválló acél
110
Magnézium extrudált rúd
425
Réz cső
100
Alumínium öntecs
280
Horgany öntött
70
Alumínium lemez
300
Acél hengerelt
60
PVC
180
Öntöttvas
50
Nylon
180
Üveg
20
Polietilén
110
Cement
8
Másodlagos feldolgozáskor felhasznált energia Alumínium
45
Hengerelt acél
20
Réz
30
Öntöttvas
17
• Földkéregben van bőven (O, N, Si, Al, Fe) • Az ásványokban kellően dúsan fordul elő • Gazdaságosan előállítható • Nagyüzemi előállítása jó hatásfokú • Újrafeldolgozhatósága igen jó • Széles tartományban befolyásolható tulajdonságok
2
Acélok csoportosítása 1. • Gyártási eljárás szerint: – Oxigén konverteres acélok – Vákuumozott acélok – Elektroacélok – Átolvasztott acélok
Acélok csoportosítása 2. • Összetétel szerint – Szénacélok v. ötvözetlen acélok: • Mn < 0,8 %, Si < 0,5 %, P, S, Cr, Ni, Nb, V véletlenszerűen
– Gyengén ötvözött acélok: Σ ötvöző < 5 % – Ötvözött acélok: 5 % ≤ Σ ötvöző < 10 % – Erősen ötvözött acélok: Σ ötvöző ≥ 10 % (X...)
3
Acélok csoportosítása 3. • Szövetszerkezet szerint: – – – – – – – –
Ferrites (F) Félferrites (FF) Hipoeutektoidos (F+ P) Eutektoidos (P) Hipereutektoidos (P + S.c.) Ledeburitos (L) Félausztenites (FA) Ausztenites (A)
Ötv., % FF
F
L
F+P
P + S.c.
0,8 Ötv., %
2,1 A
FA F+P
Egyensúlyi szövetszerkezetek
C, %
L P+S.c. 0,8
C, % 2,1
Acélok csoportosítása 4. • Felhasználás szerint: – Szerkezeti acélok ( C = 0 …. 0,6 % ) – Szerszámacélok ( C = 0,4 …. 2,1 % ) – Különleges acélok ( vasötvözet, ha Σ ötv. < 55 % ) • • • •
Hő- és korrózióálló acélok Nem mágnesezhető acélok Kopásálló acélok Stb.
4
Acél ötvözői • Alapalkotók – C, Mn, Si, S, P – O, N, H
• Ötvözők – Cr, Ni, Mo – V, Ti, W, Nb – stb.
Alapalkotók hatásai: C • Karbon hatása – Szilárdságot növeli – Alakváltozó képességet csökkenti – Az ütőmunkát csökkenti, ha a C > 0,6 % az ütőmunka 40 J alá csökken, szerkezeti célokra nem használható – Szerkezeti acélok: C ≤ 0,6 %
5
C hatása edzett állapotban • Edzett állapotban – Szilárdság nagymértékben nő – Alakváltozó képesség 0,4 % C – tartalomnál gyakorlatilag 0 !! – C ≥ 0,4 % a szerszámacélok C – tartalom határa – Kis C – tartalom, ( C < 0,2 % ) esetén edzés hatására a szívósság nő ⇒ Betétben edzhető acélok
KV
Rm Edzett állapot Lágy állapot Rm KV
0,2
C, %
0,4
Nemesítés hatása T
Nemesítés = Edzés + Megeresztés Ausztenitesítés
A3
Rm
A1
Megeresztés Edzés
KV
500…550 °C t
T, °C
Mechanikai tulajdonságok széles körben változtathatók
6
R P0,2
Acélok szilárdsági tulajdonságainak méretfüggése
Ötvözött acélok
Ötvözetlen acélok
átmérő
7
8
9
10
1050
36 NiCrMo 16 30 CrNiMo 8
1000
34 CrNiMo 6
900
51 CrV 4 36 CrNiMo 4 50 CrMo 4 42 CrMo 4
34 CrNiMo 6
36 NiCrMo 16 30 CrNiMo 8
800
34 CrMo 4 41 Cr 4
36 CrNiMo 4 51 CrV 4 50 CrMo 4 42 CrMo 4
34 CrNiMo 6
36 NiCrMo 16 30 CrNiMo 8
36 NiCrMo 16
700
25 CrMo 4 34 Cr 4
51 CrV 4 36 CrNiMo 4 50 CrMo 4 42 CrMo 4
34 CrNiMo 6
30 CrNiMo 8
37 Cr 4
46 Cr 2
36 NiCrMo 16 30 CrNiMo 8
41 Cr 4 34 CrMo 4 37 Cr 4
600
25 CrMo 4 28 Mn 6 C 60
34 Cr 4
38 Cr 2 C 55 , C 50
46 Cr 2 C 60
C 45 C 40
28 Mn 6, C 55 C 50
C 35 C 30
C 45 C 40 C 35
C 25 C 22
51 CrV 4 50 CrMo 4 36 CrNiMo 4
51 CrV 4 34 CrNiMo 6
41 Cr 4
500
400
NEMESÍTHETŐ ACÉLOK FOLYÁSI HATÁRA
C 30 C 25
300
34 CrMo 4
42 CrMo 4
37 Cr 4
34 CrMo 4
34 Cr 4 38 Cr 2 28 Mn 6; C 60 C 55; C 50 C 45 C 40 C 35 C 30
36 CrNiMo 4 50 CrMo 4 42 CrMo 4
25 CrMo 4
34 CrMo 4
46 Cr 2
25 CrMo 4
38 Cr 2
C 22
200 d≤16
16 < d≤ 40
40 < d≤ 100
100 < d≤ 160
160 < d≤ 250
Átalakulási hőmérsékletre kifejtett hatás alapján • Ferritképzők: A4-t csökkentik, A3-t növelik – Más néven ferrit stabilizátorok, ezek az ötvözők a ferritben oldódnak: • Pl. Cr, Si, Mo, V, Ti, Nb, W stb. • Mindazon ötvözők, amelyek nem ausztenitképzők
• Ausztenitképzők: A4-t növelik, A3-t csökkentik – Más néven ausztenit stabilizátorok, ezek az ötvözők ausztenitben oldódnak: • Ni, Mn, N, C és a Cu
11
Ferritképzők
T
T A4
A4 γ
α
A3
γ
α
Mo, V, Ti, Nb, Si, stb.
A3
Cr ötv.
Ausztenitképzők T A4 A3
γ Ni, Mn, C, N, Cu
12
Kritikus lehűlési sebességre kifejtett hatás alapján • Az ötvözők jobbra tolják el az átalakulási görbéket, kritikus T sebességek csökkennek • Mk és Mv hőmérsékleteket csökkentik • Az ötvözők általában növelik az M M átedzhető átmérőt • Co kivétel és a V, 950 és 1100 °C - os ausztenitesítésnél
A
F P
k
⇒ Ötvözők
B
lg t v
Átedzhető szelvényátmérő Did = 8 C 1,08 8− n
∏ (1 + f m
i =1
Dre = Didη közeg
η víz = 0,75 η olaj = 0,5 η levegő = 0,25 Pl.: fCr = 2,33; fMn = 4,1; fNi = 0,52
mei
Mei
)
C=
Karbon tartalom, %
n=
szemcsefinomsági mérőszám
Mei = i - edik ötvöző fém, % fMei = i – edik ötvözőfém állandója
fSi = 0,64; fMo = 3,13
13
Ötvözők hatása a karbidképzés szempontjából • Karbidképző ötvözők: Mn, Cr, Mo, W, Nb, V, Zr, Ti AFFINITÁS A C - HOZ NŐ
• A karbidképzők növelik a melegszilárdságot is, mert a rekrisztallizációs hőmérsékletet növelik
Ötvözők oldódása az acélban • Az ötvözők általában szubsztitúciósan oldódnak a vasban – Korlátlanul oldódik a: Cr és a V – Korlátoltan oldódik: • Co ∼ 75% Ni ∼ 34% • Mn ∼ 10% Mo ∼ 32% • Ti ∼ 6% Cu < 1%
Si ∼ 14 % W ∼ 32%
– Nem oldódik: Pb, Ag – Intersztíciósan oldódik: C, N, O, B
14
Az ötvözők hatása a mechanikai tulajdonságokra Rm
Ti Si, W Mn, Mo Al Ni V Co
A
Ni
Cr
Cr W Mn
Ötvöző,%
Az ötvözők a rácsot torzítják, így a szilárdságot növelik
1,7
Ti
Si Ötvöző, %
Az ötvözők a képlékenységet általában rontják
Az ötvözők hatása a szívóssági jellemzőkre Ni és Cr ötvözés kedvező KV hatásuk miatt gyakori
KV
Ni - ötvözés Ni Cr Mn
C -acél
Mo
T
W Si Ötvöző, %
TTKV
15
Ötvözők hatása hőkezeléskor - Átedzhető szelvényátmérőt növelik az ötvözők - Nemesítéskor is kedvező a hatásuk A
Ötvözött acél
Rm
Ötvözött acél C - acél
C - acél
KV Rm
Tmeg
Az ötvözők megeresztés-állóságot okoz
16
