Anyagtudomány
Vasötvözetek fémtana Gyakorlati vas-karbon ötvözetek Ötvözetlen acélok, öntöttvasak
Anyagtudomány
1
9. előadás
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 %)
Anyagtudomány
2
9. előadás
Vasötvözetek osztályozása az egyensúlyi diagram alapján Hőmérséklet, oC 1600 + olv. H A B 1500 I 1400 N 1300
(austenit)
1200
olvadék
1147 oC
olv. + Fe3C
E
C
F
+
G
A
1000
8.2. ábra
+ Fe3C A3
800 M
O
A1 S
700 P Q Fe 20
723 oC
+ Fe3C
1
Hipo-
2 Hiper-
3 4 tömegszázalék, % C Hipo-
eutektoidos
Anyagtudomány
D
cm
1100
900
+ olv.
Acélok
5
6
K L 6,687
Hipereutektikus
3
Nyersvasak
9. előadás
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 %) Anyagtudomány
4
9. előadás
Nyersvasak Nyersvasak osztályozása összetétel szerinti hypo-eutektikus eutektikus hyper-eutektikus felhasználás szerinti ipari öntöttvasak szürkevas fehérvas
Anyagtudomány
5
9. előadás
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 Anyagtudomány
6
9. előadás
Az egyensúlyi diagram ötvözetlen acélokra vonatkozó részlete 1300 1200 E
(austenit)
1100 1000 G
900
A cm A
+ Fe3C
3
800 700
+ P
A1
K
S
Fe
1
2
10.1. ábra Anyagtudomány
7
9. előadás
Az ötvözetlen acélok mechanikai tulajdonságainak változása a karbon tartalommal Szekunder cementit 100 %
Ferrit Perlit
0
2 C%
Rp, Rm (MPa) HB
1000
Rm
800 600
R p0,2
400 200 0 Anyagtudomány
HB A, Z (%) 300 100
Z
A
8
240
80
180
60
120
40
60
20
2 C%
10.1. ábra 9. előadás
Az ötvözetlen acélok törési munkájának változása a karbon tartalommal
Törési munka (Nm)
350 250
0,01 %C 0,11 %C 0,22 %C
150
0,31 %C
10.2. ábra
0,63 %C 50 -200
Anyagtudomány
-100 0 100 Hőmérséklet (oC) 9
200 9. előadás
Az ötvözetlen acélok mechanikai tulajdonságainak változása a hőmérséklettel 700
70 Rm
60
500
50
400
40
Rp0,2
300
30
200
20 A
100 -200 -100
10.3. ábra Anyagtudomány
0
A (%)
Rp , Rm (MPa)
600
10
100 200 300 400 500 600 700 800 Hőmérséklet ( oC) 10
9. előadás
Ötvözetlen acélok egyensúlyi szövetelemei és tulajdonságaik
Anyagtudomány
austenit ferrit perlit szekunder cementit
11
9. előadás
Az austenit
10.4. ábra
Anyagtudomány
12
9. előadás
A gyakorlatilag tiszta karbon-mentes Armco-vas ferrites szövetképe
10.5. ábra
Anyagtudomány
13
9. előadás
O,8 % C-tartalmú acél perlites szövete
10.7. ábra Anyagtudomány
14
9. előadás
1,3% C-tartalmú acél perlit + szekunder karbidos szövetképe
10.6. ábra
Anyagtudomány
15
9. előadás
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
Anyagtudomány
16
9. előadás
Kifehérítő hatás
Az összetétel hatása, a Bunyin-féle elvi diagram S
Cr Sn
V
Mo
Mn
12.1. ábra
Anyagtudomány
Grafitosító hatás
Ötvöző (%) Cu Al
Ni
Co
Si C
17
9. előadás
A Maurer-diagram 4,3
4,5 A
Karbontartalom ( %)
4,0 3,5
3
3,0 2,5 2,0 1,7 1,5 1,0
III. Ferrit - Grafit
1 2 I. Fehérvas
II.a B'
II.
D II.b
C D' B Szürkevas 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 ( %)
Anyagtudomány
18
12.4. ábra 9. előadás
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-Fe3C metastabilis rendszerben zajlik, tehát Fe3C vaskarbid keletkezik.
Anyagtudomány
19
9. előadás
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 Anyagtudomány
20
9. előadás
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 Anyagtudomány
21
9. előadás
Perlit-grafitos szürkeöntvény
Anyagtudomány
22 ábra 12.5.
9. előadás
Fe-Fe3C-Fe3P hármas eutektikum (steadit) a szürkeöntvényben
12.3. ábra
Anyagtudomány
23
9. előadás
Perlit-ferrit grafitos szürkeöntvény
12.6. ábra
Anyagtudomány
24
9. előadás
Lemezgrafitos szürkeöntvények mechanikai tulajdonságai 12.3. táblázat Anyagminőség
Rm MPa
Rh MPa
EN-GJL-100
100-200
200-310
EN- GJL-150
150-250
EN- GJL-200
Rny MPa
HB
Szövetszerkezet
500-600
100-150
ferrites
230-370
550-700
140-190
ferrites
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
Anyagtudomány
25
9. előadás
A szürkevas szilárdságnövelésének lehetőségei A grafit-erek finomításának módszerei
öntés előtti túlhevítéssel (T=Tolv+100 oC) 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 Anyagtudomány
26
9. előadás
Durva grafiterek a szürkevas maratlan csiszolatán
12.7. ábra
Anyagtudomány
27
9. előadás
Modifikálással finomított grafiterek a szürkevas maratlan csiszolatán
12.8. ábra
Anyagtudomány
28
9. előadás
Gömbgrafitos öntöttvas mikroszerkezete
12.9. ábra
Anyagtudomány
29
9. előadás
Gömbgrafitos öntöttvasak mechanikai tulajdonságai 12.3. táblázat Anyagminőség jele
Rm 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
Anyagtudomány
30
9. előadás
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
Anyagtudomány
31
9. előadás
Temper öntvények kiinduló anyagainak összetétele 12.4. táblázat A temperöntvény
Összetétel (tömeg %)
típusa fehér
C 3,0-3,4
Si 0,5-0,8
Mn 0,2-0,5
P 0,12
S 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
Fe3C 3FeC Anyagtudomány
32
9. előadás
Hőmérséklet (oC)
Fekete temperálás hőmérséklet-idő diagramja 950 oC b c
1000
500
2,5-5 oC/h d
a
600 oC 12.10. ábra
e 0
Anyagtudomány
30
60 Idő (h) 33
90 9. előadás
Fekete temperöntvény mikroszkópi szövete
12.11. ábra
Anyagtudomány
34
9. előadás
Fehér temperálás hőmérséklet-idő diagramja 950 oC
Hőmérséklet (oC)
1000
~10-15 oC/h
b c 500
a
12.12. ábra
d 0
Anyagtudomány
20 40 60 80 100 120 140 160 Idő (h) 35
9. előadás
Fekete és fehér temper-öntvények mechanikai tulajdonságai és szövetszerkezete 12.5. táblázat Anyagminőség jele
Rm MPa
HB
A5 %
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
Anyagtudomány
36
9. előadás
