Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
ÖNTÖTTVASAK HEGESZTÉSE Dr. Palotás Béla
Mechanikai Technológia és Anyagszerkezettani Tanszék
Öntöttvasak ?
?
?
Hipoeutektikus öntöttvasak
Hegesztés előadások
Hipereutektikus öv.-k
Szerző: dr. Palotás Béla
2
A szövetszerkezet a kémiai összetételtől függ C, % 4 3 2 1
Grafit + ferrit
L Led.+ P Gr perlit 1
Grafit + perlit
2
3
4
G +P
Si, % +F
5
6
7
Mauer diagram Hegesztés előadások
Szerző: dr. Palotás Béla
3
És a falvastagságtól függ C + Si, %
I.: Ledeburit + perlit
7 6
Grafit + ferrit
4 2
II.a I. 10
Grafit + perlit 30
II.a.: Led. + perlit + grafit II.b.: Grafit + Perlit + ferrit
II.b 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 Al
Grafitosító hatás
Hegesztés előadások
Co Ni
Szerző: dr. Palotás Béla
5
Lemezgrafitos öntöttvas
A legjobban az eutektikus összetételű öntöttvas önthető (T = 1) Telítési fok: C, % C ,% T= = 4,3 − 0,3(P + Si ) C eut ,%
Hegesztés előadások
T > 1 hipereutektikus öv. A grafit durva T < 1 hipoeutektikus öv. A grafit a szemcsehatáron válik ki.
Szerző: dr. Palotás Béla
6
Lemezgrafitos öntöttvas kis szilárdságú és rideg
Rm, MPa
800
Acél
Gömbrafikus öv. 350 250
350 Lemezgrafitos öv. C, %
Az öntöttvasak tulajdonságai a grafit alakjától, a grafit mennyiségétől és az alapszövettől függenek A kisebb bemetszésekkel rendelkező gömbgrafitos öntöttvas lényegesen szívósabb.
R m = f ( grafit mennyisége , grafit alakja , alapszövet ) Hegesztés előadások
Szerző: dr. Palotás Béla
7
A szilárdság jelentősen függ a falvastagságtól Rm Mértékadó falvastagság
Falvastagság
Hegesztés előadások
Méretezés a mértékadó falvastagságra történik
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) Hegesztés előadások
Nagy nyomószilárdság Jó siklási tulajdonságok Jó forgácsolhatóság Igen jó a rezgés csillapítási képesség
Alkalmazási terület: Gépállványok, gépházak Forgattyús házak
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)
Hegesztés előadások
Rm
Szerző: dr. Palotás Béla
Gömbrafitos öv.
Lemezgrafitos öv. Falvastagság
10
Gömbrafitos öntöttvas tulajdonságai, alkalmazása Gillemot diagram Si, % T á b l á s g r a f i t
G ö m b é s l e m
C = áll.
Gömbgrafit + táblás garfit +ferrit
Gömbgrafit + táblás grafit + ferrit + perlit
Gömbrafit + ferrit + perlit
Gömbgrafit + karbid
Mg, %
Jó a gömbgrafit + ferrit + perlites szövetszerkezetet Hegesztés előadások
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.
Szerző: dr. Palotás Béla
11
Temperöntvények
Hőkezeléssel módosítják a grafit alakját. A kiinduló anyag fehér öntvény (ledeburitos + perlites szövet)
Hegesztés előadások
C + Si, %
I.: Ledeburit + perlit
7 6
Grafit + ferrit
4 2
II.a I.
Kedvező 10 kiinduló szövet
Grafit + perlit 30
Szerző: dr. Palotás Béla
II.a.: Led. + perlit + grafit II.b.: Grafit + Perlit + ferrit
II.b 50 70 Falvastagság, mm
12
Temperálás
Hőkezelés
T
Oxidáló közegben (pl. vasércben) Semleges közegben
Oxidáló közegben 980 – 1050 ºC
24 – 96 h
A3 A1
A hőkezelés hatására t a vaskarbidból kidiffundáló karbont Fehér temperöntvény: vagy kiégetjük, vagy W35 – 04 W38 – 12 a kiválását biztosítjuk W45 – 07 ⇐ Rm = 450 MPa Jól hegeszthető Hegesztés előadások
Szerző: dr. Palotás Béla
A3 = 7 %
13
További temperöntvények
Semleges közegben T
980 – 1050 ºC
1 – 50 h
• Ha nem bontjuk el a perlitet T
980 – 1050 ºC
Lassú hűtés
A3 A1
1 – 50 h
A3 A1
t
t
Ferrites fekete temperöntvény: A grafit temperszén formájában. Itt a perlitet is elbontjuk ferritre és temperszénre. B35 - 10 Hegesztés előadások
Lassú hűtés
Perlites temperöntvény: Perlit + temperszén az eredmény. P45 – 06 … P70 - 02
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: Félmeleg-hegesztés: 600 – 700 ºC-os Kevésbé bonyolult, előmelegítést alkalmaznak hegesztés közben Hegesztési eljárás: alakváltozásra képes Kisebb ker. lánghegesztést öntvényeknél Nagyobb ker. kézi 200 – 250 ºC-os ívhegesztést alkalmaznak előmelegítés Hegesztőanyag 3,0 – 3,5 % C A hőhatás-övezet + 3,0 – 4,0 % Si ötvözésű, a keményebb, nagyobb a varrat perlit + lemezes grafit 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 Hegesztés előadások
Ezeknek a követelményeknek a nagy nikkel tartalmú varratok felelnek meg: Ni 99,9 Ni néhány % Fe-al ötvözve Monel (~ 30 % + 70 % Ni)
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
