Öntöttvas típusok, osztályozás, összetétel, tulajdonságok, jelölés és alkalmazás

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Ma az emberi életnek szinte nincs olyan területe, ahol ne használnának öntöttvasat. Ezt az anyagot az emberiség már régóta ismeri, és gyakorlati szempontból kiválóan bevált. Az öntöttvas sokféle alkatrésznek, szerelvénynek és mechanizmusnak az alapja, sőt esetenként egy önellátó termék is, amely képes ellátni a rábízott funkciókat. Ezért ebben a cikkben nagy figyelmet fordítunk erre a vastartalmú vegyületre. Azt is megtudjuk, milyen típusú öntöttvas, milyen fizikai és kémiai tulajdonságaik.

Definíció

Az öntöttvas a vas és a szén valóban egyedülálló ötvözete, amelyben a vas több mint 90%, a C pedig nem több, mint 6,67%, de nem kevesebb, mint 2,14%. Ezenkívül a szén megtalálható az öntöttvasban cementit vagy grafit formájában.

A szén kellően nagy keménységet ad az ötvözetnek, ugyanakkor csökkenti az alakíthatóságot és a hajlékonyságot. Ennek eredményeként az öntöttvas rideg anyag. Ezenkívül bizonyos minőségű öntöttvasokhoz speciális adalékanyagokat adnak, amelyek bizonyos tulajdonságokat adhatnak a vegyületnek. Az ötvözőelemek szerepe lehet: nikkel, króm, vanádium, alumínium. Az öntöttvas sűrűségi indexe 7200 kilogramm köbméterenként. Amiből arra lehet következtetniaz öntöttvas tömege nem nevezhető kicsinek.

Történelmi háttér

A vas olvasztását régóta ismeri az ember. Az ötvözet első említése az ie hatodik századból származik.

Az ókorban Kína meglehetősen alacsony olvadáspontú öntöttvasat gyártott. Az öntöttvas gyártása Európában a 14. század környékén kezdődött, amikor először használták a nagyolvasztót. Abban az időben az ilyen vasöntvényt fegyverek, lövedékek, építőelemek gyártására használták.

Oroszországban az öntöttvas gyártása aktívan a 16. században kezdődött, majd gyorsan terjeszkedett. I. Péter idejében az Orosz Birodalom a világ összes országát meg tudta kerülni a vastermelésben, de száz évvel később ismét teret vesztett a vaskohászati piacon.

Az öntöttvasat a középkor óta különféle műalkotások készítésére használták. Különösen a 10. században a kínai mesterek egy igazán egyedi oroszlán alakot öntöttek, amelynek súlya meghaladta a 100 tonnát. A 15. századtól kezdődően Németországban, majd ezt követően más országokban is elterjedt az öntöttvas öntés. Kerítések, rácsok, parkplasztikák, kerti bútorok, sírkövek készültek belőle.

A 18. század utolsó éveiben a vasöntés leginkább Oroszország építészetében volt jelen. A 19. századot pedig általában "öntöttvas korszaknak" nevezték, mivel az ötvözetet nagyon aktívan használták az építészetben.

Jellemzők

Különböző típusok létezneköntöttvas azonban ennek a fémvegyületnek az átlagos olvadáspontja körülbelül 1200 Celsius-fok. Ez a szám 250-300 fokkal kevesebb, mint az acélgyártáshoz szükséges. Ez a különbség a meglehetősen magas széntartalommal jár, ami molekuláris szinten kevésbé szoros kötésekhez vezet a vasatomokkal.

Az olvasztás és az azt követő kristályosítás idején az öntöttvasban lévő szénnek nincs ideje teljesen behatolni a vas molekularácsába, ezért az öntöttvas végül meglehetősen törékenynek bizonyul. Ebben a tekintetben nem használják állandó dinamikus terhelések esetén. De ugyanakkor kiváló azokhoz az alkatrészekhez, amelyeknek fokozott szilárdsági követelményei vannak.

Gyártástechnológia

Abszolút minden típusú öntöttvasat nagyolvasztóban állítanak elő. Valójában maga az olvasztási folyamat meglehetősen munkaigényes tevékenység, amely komoly anyagi befektetést igényel. Egy tonna nyersvashoz körülbelül 550 kilogramm koksz és csaknem egy tonna víz szükséges. A kemencébe betöltött érc mennyisége a vastartalomtól függ. Leggyakrabban ércet használnak, amelyben a vas legalább 70%. Az elem alacsonyabb koncentrációja nem kívánatos, mivel nem gazdaságos lenne használni.

Első színpadi produkció

A vas olvasztása a következő. Mindenekelőtt ércet öntenek a kemencébe, valamint kokszszenet, amelyek a kemenceaknában a nyomás fenntartására és a szükséges hőmérséklet fenntartására szolgálnak. Ezenkívül ezek a termékek az égési folyamat során aktívan részt vesznek a folyamatban lévő kémiai reakciókbanvasredukáló szerek szerepe.

Eközben egy folyasztószert töltenek be a kemencébe, amely katalizátorként szolgál. Segíti a kőzetek gyorsabb olvadását, ami elősegíti a vas felszabadulását.

Fontos megjegyezni, hogy az érc speciális előkezelésen esik át, mielőtt a kemencébe kerül. Aprítóberendezésben aprítják (az apró részecskék gyorsabban megolvadnak). Ezután mossuk, hogy eltávolítsuk a fémmentes részecskéket. Ezt követően az alapanyagot kiégetik, ennek köszönhetően a kén és egyéb idegen elemek távoznak belőle.

A gyártás második szakasza

A földgázt speciális égőkön keresztül, feltöltve és üzemkészen juttatják a kemencébe. A koksz felmelegíti az alapanyagot. Ebben az esetben szén szabadul fel, amely oxigénnel egyesül és oxidot képez. Ez az oxid a későbbiekben részt vesz a vas kinyerésében az ércből. Vegye figyelembe, hogy a kemencében lévő gáz mennyiségének növekedésével a kémiai reakció sebessége csökken, és egy bizonyos arány elérésekor teljesen leáll.

A felesleges szén behatol az olvadékba, és a vashoz csatlakozik, végül öntöttvasat képez. Azok az elemek, amelyek nem olvadtak meg, a felszínen vannak, és végül eltávolítják. Ezt a hulladékot salaknak nevezik. Más anyagok előállítására is felhasználható. Az így nyert öntöttvas fajtáit öntödének és nyersvasnak nevezik.

Megkülönböztetés

Az öntöttvasak modern osztályozása szerint ezek az ötvözetek a következő típusokra oszthatók:

• Fehér.
• Fél.
• Szürke pehelygrafittal.
• Nagy szilárdságú csomós grafit.
• Igaz.

Nézzük meg mindegyiket külön.

Fehér öntöttvas

Ez az öntöttvas az, amelyben szinte az összes szén kémiailag kötődik. A gépészetben ezt az ötvözetet nem használják túl gyakran, mert kemény, de nagyon törékeny. Ezenkívül nem megmunkálható különféle vágószerszámokkal, ezért olyan alkatrészek öntésére használják, amelyek nem igényelnek semmilyen feldolgozást. Bár ez a fajta öntöttvas lehetővé teszi a csiszolókorongokkal való csiszolást. A fehér öntöttvas lehet közönséges és ötvözött is. A hegesztés ugyanakkor nehézségeket okoz, mivel a hűtés vagy melegítés során különféle repedések képződnek vele, valamint a hegesztési ponton kialakuló szerkezet heterogenitása miatt.

A fehér kopásálló öntöttvasokat egy folyékony ötvözet gyors hűtés közbeni elsődleges kristályosításával állítják elő. Leggyakrabban száraz súrlódási alkalmazásokhoz (pl. fékbetétek) vagy fokozott kopás- és hőállóságú alkatrészek (hengermű hengerek) gyártásához használják.

A fehér öntöttvas egyébként arról kapta a nevét, hogy törésének megjelenése könnyűkristályos, sugárzó felület. Ennek az öntöttvasnak a szerkezete ledeburit, perlit és másodlagos cementit kombinációja. Ha ezt az öntöttvasat ötvözik, akkor a perlit átalakultroosztit, ausztenit vagy martenzit.

Fél öntöttvas

Az öntöttvasak osztályozása hiányos lenne a fémötvözet e változatának említése nélkül.

Ezt az öntöttvasat a keményfém eutektika és a grafit kombinációja jellemzi szerkezetében. Általában a teljes értékű szerkezet a következő formájú: grafit, perlit, ledeburit. Ha az öntöttvas hőkezelésnek vagy ötvözésnek van kitéve, az ausztenit, martenzit vagy hegyes troosztit képződéséhez vezet.

Ez a fajta öntöttvas meglehetősen törékeny, ezért használata nagyon korlátozott. Maga az ötvözet azért kapta a nevét, mert törése a kristályszerkezet sötét és világos területeinek kombinációja.

A leggyakoribb mérnöki anyag

A szürkeöntvény GOST 1412-85 körülbelül 3,5% szenet, 1,9-2,5% szilíciumot, legfeljebb 0,8% mangánt, legfeljebb 0,3% foszfort és kevesebb, mint 0,12% ként tartalmaz.

Az ilyen öntöttvas grafitja lamellás alakú. Nem igényel különösebb módosítást.

A grafitlemezeknek erős gyengítő hatása van, ezért a szürkeöntvényt nagyon alacsony ütési szilárdság és a nyúlás szinte teljes hiánya (kevesebb, mint 0,5%) jellemzi.

A szürkeöntvény jól megmunkált. Az ötvözet szerkezete a következő lehet:

• Ferrit-grafit.
• Ferrit-perlit-grafit.
• Perlit-grafit.

A szürkeöntvény sokkal jobban működik tömörítésben, mint feszítésben. Ő iselég jól hegeszt, de ez előmelegítést igényel, töltőanyagként speciális, magas szilícium és szén tartalmú öntöttvas rudakat kell használni. Előmelegítés nélkül nehéz lesz a hegesztés, mert az öntöttvas kifehéredik a hegesztési területen.

A szürkeöntvényt olyan alkatrészek gyártására használják, amelyek lökésterhelés nélkül működnek (tárcsák, burkolatok, ágyak).

Ennek az öntöttvasnak a jelölése a következő elv szerint történik: SCH 25-52. Két betű jelzi, hogy ez szürkeöntvény, a 25-ös szám a szakítószilárdságot jelöli (MPa-ban vagy kgf / mm-ben 2), az 52-es szám a szakítószilárdság pillanatnyilag a hajlítás.

Idomítóvas

A csomós öntöttvas alapvetően különbözik a többi "testvérétől", mivel gömbgrafitot tartalmaz. Speciális módosítószerek (Mg, Ce) folyékony ötvözetbe való bejuttatásával nyerik. A grafitzárványok száma és lineáris méreteik eltérőek lehetnek.

Mi a jó a gömbgrafitban? Az a tény, hogy egy ilyen forma minimálisan gyengíti a fém alapot, amely viszont lehet perlites, ferrites vagy perlit-ferrites.

A hőkezelés vagy az ötvözés alkalmazása miatt az öntöttvas alap lehet hegyes-troosztit, martenzites, ausztenites.

A gömbgrafitos öntöttvas fajták különbözőek, de általánosságban a jelölése a következő: VCh 40-5. Könnyű kitalálni, hogy a HF nagy szilárdságú öntöttvas, a 40-es szám egy mutatószakítószilárdság (kgf/mm2), az 5-ös szám a nyúlásra vonatkozik, százalékban kifejezve.

Idomítóvas

A gömbgrafitos vas szerkezete a benne lévő grafit pelyhes vagy gömb alakú. Ugyanakkor a pelyhes grafit különböző finomságú és tömörségű lehet, ami viszont közvetlen hatással van az öntöttvas mechanikai tulajdonságaira.

Az ipari gömbgrafitos vas gyakran ferrites bázissal készül, ami nagyobb alakíthatóságot biztosít.

A ferrites gömbgrafitos öntöttvas törési megjelenése fekete bársonyos. Minél nagyobb a perlit mennyisége a szerkezetben, annál könnyebb lesz a törés.

Általában a gömbgrafitos vasat fehérvas öntvényekből nyerik a 800-950 Celsius fokos hőmérsékletre fűtött kemencékben való hosszan tartó leállás miatt.

Ma kétféleképpen készíthető gömbgrafitos vas: európai és amerikai.

Az amerikai módszer szerint az ötvözetet 800-850 fokos hőmérsékletű homokban áztatják. Ebben a folyamatban a grafit a legtisztább vas szemcséi között helyezkedik el. Ennek eredményeként az öntöttvas viszkózus lesz.

Az európai módszer szerint az öntvények vasércben sínylődnek. A hőmérséklet ugyanakkor körülbelül 850-950 Celsius fok. A szén vasércbe kerül, aminek következtében az öntvények felületi rétege szénmentesül és puhává válik. Az öntöttvas alakíthatóvá válik, míg a mag törékeny marad.

Temperöntvény jelölése: KCh 40-6, ahol a KCh természetesen temperöntvény; 40 - szakítószilárdsági index;6 – nyúlás, %.

Egyéb mutatók

Az öntöttvasak szilárdsági felosztását illetően itt a következő osztályozást alkalmazzuk:

• Tipikus szilárdság: σv 20 kg/mm-ig2.
• Megnövelt szilárdság: σv=20-38 kg/mm2.
• Nagy szilárdság: σv=40 kg/mm2 és több.

A hajlékonyság szerint az öntöttvasak a következőkre oszlanak:

• Rugalmas – 1%-nál kevesebb nyúlás.
• Alacsony műanyag – 1%-ról 5%-ra.
• Műanyag - 5% és 10% között.
• Megnövelt plaszticitás – több mint 10%.

Befejezésül azt is szeretném megjegyezni, hogy minden öntöttvas tulajdonságait jelentős mértékben befolyásolja még az öntés alakja és jellege is.