Tömbös öntöttvas: tulajdonságok, jelölés és terjedelem

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 13:56

Az öntöttvas kemény, korrózióálló, de törékeny vas-szén ötvözet, C széntartalma 2,14-6,67%. A jellegzetes hiányosságok jelenléte ellenére többféle típussal, tulajdonsággal és alkalmazással rendelkezik. A gömbgrafitos vas széles körben használatos.

Előzmények

Ez az anyag az ie 4. század óta ismert. e. Kínai gyökerei a VI. időszámításunk előtt e. Európában az ötvözet ipari gyártásának első említése a 14., Oroszországban pedig a 16. századra nyúlik vissza. De a gömbgrafitos vas előállításának technológiáját a 19. században szabadalmaztatták Oroszországban. Később fejlesztette ki A. D. Annosov.

Mivel a szürkeöntvények használata az alacsony mechanikai tulajdonságok miatt korlátozott, az acélok drágák, valamint alacsony keménységűek és tartósak, felmerült a kérdés, hogy kell-e megbízható, tartós, kemény fémet létrehozni, ugyanakkor megnövekedett szilárdságú. és egy bizonyos plaszticitás.

Az öntöttvas kovácsolása nem lehetséges, de képlékeny tulajdonságai miatt alkalmas bizonyos típusú nyomáskezelésre (például sajtolásra).

Gyártás

A fő út -olvasztás nagyolvasztó kemencékben.

Alapanyag nagyolvasztó feldolgozáshoz:

• Batch – vasércet tartalmazó fém ferum-oxidok formájában.
• Üzemanyag – koksz és földgáz.
• Oxigén - speciális lándzsákkal fecskendezve.
• A folyasztószerek mangán és (vagy) szilícium alapú kémiai képződmények.

A nagyolvasztó szakaszai:

1. Tiszta vas kinyerése vasérc és lándzsán keresztül szállított oxigén kémiai reakciójával.
2. Koksz égése és szén-oxidok képződése.
3. Tiszta vas karburálása CO-val és CO-val történő reakciókban_2.
4. Fe_{3C telítettsége mangánnal és szilíciummal, a kívánt kimeneti tulajdonságoktól függően.}
5. A kész fém leeresztése a formákba öntöttvas furatokon keresztül; salakürítés a salakcsapnyílásokon keresztül.

A munkaciklus végén a kohók nyersvasat, salakot és kohógázokat kapnak.

Fémkohó fémtermékek

A hűtési sebességtől, mikroszerkezettől, szénnel és adalékanyagokkal való telítettségtől függően többféle öntöttvas is beszerezhető:

1. Vásárolt (fehér): kötött szén, elsődleges cementit. Nyersanyagként használják más vas-szén ötvözetek olvasztásához, feldolgozásához. A nagyolvasztóban előállított összes ötvözet akár 80%-a.
2. Öntöde (szürke): szén teljesen vagy részben szabad grafit formájában, nevezetesen annak lemezei. Kis felelősségű testrészek gyártására használják. Az előállított nagyolvasztó öntvények akár 19%-a.
3. Különleges: vasötvözetekben gazdag. a figyelembe vett termelési típus 1-2%-a.

A gömbgrafitos vasat a nyersvas hőkezelésével állítják elő.

A vas-szén szerkezetek elmélete

A ferrummal ellátott szén többféle ötvözetet képezhet a kristályrács típusától függően, amely a mikrostruktúra opción látható.

1. Szilárd oldat behatolása az α-vas-ferritbe.
2. Szilárd oldat behatolása γ-vasba – ausztenit.
3. Kémiai képződés Fe_{3C (kötött állapot) – cementit. Az elsődleges folyékony olvadékból gyors hűtéssel jön létre. Másodlagos - lassabb hőmérsékletcsökkenés, ausztenitből. Harmadlagos hűtés, ferritből.}
4. Ferrit és cementit szemcsék mechanikus keveréke – perlit.
5. Perlit vagy ausztenit és cementit szemcsék mechanikus keveréke – ledeburit.

Az öntöttvasak különleges mikroszerkezettel rendelkeznek. A grafit lehet kötött formában és alkothatja a fenti szerkezeteket, vagy lehet szabad állapotban, különféle zárványok formájában. A tulajdonságokat a fő szemcsék és ezek a képződmények egyaránt befolyásolják. A fémben lévő grafitfrakciók lemezek, pelyhek vagy golyók.

A lamellás forma a szürke vas-szén ötvözetekre jellemző. Ez törékennyé és megbízhatatlanná teszi őket.

A pehelyszerű zárványok temperöntvények, amelyek pozitív hatással vannak mechanikai teljesítményükre.

A grafit gömbszerkezete még ennél is többjavítja a fém minőségét, befolyásolva a keménység növekedését, a megbízhatóságot, a jelentős terhelésnek való kitettséget. A nagy szilárdságú öntöttvas rendelkezik ezekkel a tulajdonságokkal. A temperöntvény tulajdonságait ferrites vagy perlites bázisok határozzák meg, pelyhes grafitzárványok jelenlétében.

Ferrites gömbgrafitos vas gyártása

Fehér sertés hipoeutektoid alacsony széntartalmú ötvözetből állítják elő 2,4-2,8% széntartalmú ingotok izzításával és az ezeknek megfelelő adalékanyagok jelenlétében (Mn, Si, S, P). Az izzított részek falának vastagsága nem haladhatja meg az 5 cm-t. Jelentős vastagságú öntvényeknél a grafit lemezek formájában van, és a kívánt tulajdonságok nem érhetők el.

A ferrites alapú gömbgrafitos vas beszerzéséhez a fémet speciális dobozokba helyezik, és megszórják homokkal. A szorosan lezárt tartályokat fűtőkemencékbe helyezik. Végezze el a következő műveletsort az izzítás során:

1. A szerkezeteket kemencében 1000 ˚C hőmérsékletre melegítik, és 10-24 órán keresztül állandó hőfokon állni hagyják. Ennek eredményeként az elsődleges cementit és a ledeburit szétesik.
2. A fémet a kemencével együtt 720 ˚С-ra hűtik.
3. 720 ˚С hőmérsékleten hosszú ideig tárolják: 15-30 óráig. Ez a hőmérséklet biztosítja a másodlagos cementit bomlását.
4. Az utolsó szakaszban a működő tűzhellyel együtt ismét lehűtik 500 ˚С-ra, majd a levegőre emelik.

Az ilyen technológiai izzítást grafitizálásnak nevezik.

Az elvégzett munka után az anyag mikroszerkezete azferrit pelyhes grafitszemcsékkel. Ezt a típust "fekete szívűnek" nevezik, mert a törés fekete.

Perlites gömbgrafitos vas gyártása

Ez egyfajta vas-szén ötvözet, amely szintén a hypoeutectoid white-ból származik, de a széntartalma megnövekedett: 3-3,6%. A perlitbázisú öntvények előállításához dobozokba helyezik, és zúzott, porított vasérccel vagy vízkővel meghintik. Maga az izzítási eljárás leegyszerűsödik.

1. A fém hőmérsékletét 1000 ˚C-ra emeljük, és 60-100 órán át tartjuk.
2. Sütővel hűvös kialakítások.

A hő hatására bekövetkező langyosodás miatt a fémkörnyezetben diffúzió lép fel: a cementitbomlás során felszabaduló grafit részben elhagyja az izzított részek felületi rétegét, leülepedve az érc vagy a vízkő felületén. Lágyabb, képlékenyebb és képlékenyebb felső réteget kapunk „fehér szívű” gömbgrafitos öntöttvasból, kemény középponttal.

Az ilyen lágyítást hiányosnak nevezik. Biztosítja a cementit és a ledeburit szétesését lamellás perlitté a megfelelő grafittal. Ha nagyobb ütőszilárdságú és alakítható szemcsés perlites gömbgrafitos vasra van szükség, akkor az anyagot további 720 ˚С-ig melegítjük. Ennek eredményeként perlitszemcsék képződnek pelyhes grafitzárványokkal.

A ferrites gömbgrafitos öntöttvas tulajdonságai, jelölései és alkalmazásai

A fémnek a kemencében való hosszan tartó "leállása" a cementit és a ledeburit teljes bomlását eredményezi ferritté. Köszönettechnológiai trükkökkel magas széntartalmú ötvözetet kapnak - az alacsony széntartalmú acélra jellemző ferrites szerkezetet. Maga a szén azonban nem tűnik el sehol – a vashoz kötött állapotból szabad állapotba kerül. A hőmérsékleti hatás a grafitzárványok alakját pelyhessé változtatja.

A ferrites szerkezet csökkenti a keménységet, növeli a szilárdsági értékeket, és olyan jellemzőket okoz, mint az ütési szilárdság és a hajlékonyság.

Ferrites gömbgrafitos öntöttvas jelölése: KCh30-6, KCh33-8, KCh35-10, KCh37-12, ahol:

KCh – fajtajelölés – képlékeny;

30, 33, 35, 37: σ_v, 300, 330, 350, 370 N/mm^{2 - maximális terhelés hogy összeomlás nélkül kibírja;}

6, 8, 10, 12 – relatív nyúlás, δ, % – hajlékonysági index (minél magasabb az érték, annál jobban feldolgozható a fém nyomással).

Keménység - körülbelül 100-160 HB.

Ez az anyag teljesítményét tekintve középső helyet foglal el, például az acél és a szürke vas-szén ötvözet között. A ferrites bázisú gömbgrafitos öntöttvas kopásállósága, korróziós és kifáradási szilárdsága tekintetében gyengébb a perlitnél, de mechanikai tartóssága, alakíthatósága és öntési jellemzői tekintetében jobb. Alacsony ára miatt széles körben használják az iparban kis és közepes terhelés mellett működő alkatrészek gyártásához: fogaskerekek, forgattyúházak, hátsó tengelyek, vízvezetékek.

A perlites gömbgrafitos öntöttvas tulajdonságai, jelölései és alkalmazásai

A hiányos izzítás miatt a primer, szekunder cementiteknek és a ledeburitnak van idejük teljesen feloldódni az ausztenitben, amely 720 ˚С hőmérsékleten perlitté alakul. Ez utóbbi ferrit és tercier cementit szemcséinek mechanikus keveréke. Valójában a szén egy része kötött formában marad, meghatározza a szerkezetet, egy része pedig pelyhes grafittá „kiszabadul”. Ebben az esetben a perlit lehet lamellás vagy szemcsés. Így perlites gömbgrafitos vas keletkezik. Tulajdonságait telített, keményebb és kevésbé hajlékony szerkezetének köszönheti.

Ezek a ferriteshez képest jobb korróziógátló, kopásálló tulajdonságokkal rendelkeznek, szilárdságuk jóval nagyobb, de öntési jellemzői és képlékenysége kisebb. A mechanikai igénybevétellel szembeni hajlékonyság felületesen megnövekszik, miközben megtartja a termék magjának keménységét és viszkozitását.

Termékeny öntöttvas perlites osztály jelölése: KCh45-7, KCh50-5, KCh56-4, KCh60-3, KCh65-3, KCh70-2, KCh80-1, 5.

Az első számjegy a szilárdság megjelölése: 450, 500, 560, 600, 650, 700 és 800 N/mm2.

Második - a plaszticitás megjelölése: nyúlás δ,% - 7, 5, 4, 3, 3, 2 és 1, 5.

A perlites temperöntvényt a gépgyártásban és a nagy terhelés alatt működő szerkezetek műszerezésében használták – statikus és dinamikus egyaránt: vezérműtengelyek, főtengelyek, tengelykapcsoló alkatrészek, dugattyúk, hajtórudak.

Hőkezelés

A hőkezelés, nevezetesen az izzítás eredményeként kapott anyag újra felhasználhatóhőmérsékleti hatásoknak legyen kitéve. Fő céljuk a szilárdság, a kopásállóság, a korrózióállóság és az öregedés elleni további növelés.

1. A keményedést nagy keménységet és szívósságot igénylő szerkezeteknél alkalmazzák; 900 ˚С-ig melegítéssel állítják elő, az alkatrészeket átlagosan körülbelül 100 ˚С/sec sebességgel hűtik gépolajjal. Ezt követi a magas temperálás 650˚С-ig melegítéssel és léghűtés.
2. A normalizálást közepes méretű egyszerű alkatrészeknél alkalmazzák úgy, hogy sütőben 900 ˚С-ra melegítik, ezen a hőmérsékleten tartják 1-1,5 órán keresztül, majd levegőn hűtik. Troostit szemcsés perlitet, keménységét és súrlódási és kopási megbízhatóságát biztosítja. Súrlódásgátló temperöntvények előállítására használják, amelyek perlites alappal.
3. Az izzítás megismétlődik a súrlódáscsökkentő gyártás során: fűtés - 900 ˚С-ig, hosszú távú tartás ezen a hőn, hűtés a kemencével együtt. A súrlódásgátló gömbgrafitos vas ferrites vagy ferrites-perlites szerkezete biztosított.

Az öntöttvas termékek melegítése történhet helyben vagy kombinálva. Helyi használatra, nagyfrekvenciás áramokra vagy acetilén lángra (keményedés). Komplex fűtőkemencékhez. Helyi melegítéssel csak a felső réteg keményedik meg, miközben a keménysége és szilárdsága nő, de a mag plaszticitása és viszkozitása megmarad.

Itt fontos kiemelni, hogy az öntöttvas kovácsolása nem csak a nem megfelelő mechanikai hatás miatt lehetetlenjellemzőit, hanem az éles hőmérséklet-esésre való nagy érzékenysége miatt is, ami elkerülhetetlen vízhűtéssel történő keményedés esetén.

Súrlódásmentes gömbgrafitos vasak

Ez a fajta képlékeny és ötvözött termékekre egyaránt vonatkozik, ezek szürke (ASF), képlékeny (ASC) és nagy szilárdságúak (ACS). Az ACHK előállításához gömbgrafitos vasat használnak, amelyet lágyítanak vagy normalizálnak. Az eljárásokat azért hajtják végre, hogy javítsák a mechanikai tulajdonságait, és új jellemzőt alakítsanak ki – a kopásállóságot más alkatrészekkel való súrlódás során.

Jelölve: AChK-1, AChK-2. Főtengelyek, fogaskerekek, csapágyak gyártására használják.

Az adalékanyagok hatása a tulajdonságokra

A vas-szén bázison és a grafiton kívül más összetevőket is tartalmaznak, amelyek szintén meghatározzák az öntöttvas tulajdonságait: mangánt, szilíciumot, foszfort, ként és néhány ötvözőelemet.

A mangán növeli a folyékony fémek folyékonyságát, a korrózióállóságot és a kopásállóságot. Segíti a keménység és szilárdság növelését, a szén vassal való megkötését a Fe_{3C kémiai képletben, a szemcsés perlit képződését.}

A szilícium pozitív hatással van a folyékony ötvözet folyékonyságára is, elősegíti a cementit bomlását és a grafitzárványok felszabadulását.

A kén negatív, de elkerülhetetlen összetevő. Csökkenti a mechanikai és kémiai tulajdonságokat, serkenti a repedések kialakulását. Tartalmának racionális aránya más elemekkel (például mangánnal) azonban lehetővé teszihelyes mikroszerkezeti folyamatokat. Tehát 0,8-1,2 Mn-S arány mellett a perlit a hőmérsékleti hatások bármely időpontjában megmarad. Ha az arányt 3-ra növeljük, a megadott paraméterektől függően bármilyen szükséges szerkezetet kaphatunk.

A foszfor javítja a folyékonyságot, befolyásolja a szilárdságot, csökkenti az ütési szilárdságot és a hajlékonyságot, befolyásolja a grafitosítás időtartamát.

A króm és a molibdén gátolja a grafitpelyhek képződését, egyes tartalomban hozzájárulnak a szemcsés perlit képződéséhez.

A volfrám javítja a kopásállóságot magas hőmérsékletű helyeken.

Alumínium, nikkel, réz hozzájárul a grafitosításhoz.

A vas-szén ötvözetet alkotó kémiai elemek mennyiségének, valamint ezek arányának beállításával az öntöttvas végső tulajdonságait lehet befolyásolni.

Előnyök és hátrányok

A gömbgrafitos öntöttvas a mérnöki iparban széles körben használt anyag. Fő előnyei:

• nagy keménység, kopásállóság, szilárdság és folyékonyság;
• normál szívósság és hajlékonysági jellemzők;
• gyárthatóság alakításban, a szürkeöntvényekkel ellentétben;
• különféle lehetőségek adott alkatrész tulajdonságainak korrekciójára termikus és kémiai-termikus kezelési módszerekkel;
• alacsony költség.

A hátrányok közé tartoznak az egyéni jellemzők:

• törékenység;
• grafitzárványok jelenléte;
• gyenge vágási teljesítmény;
• az öntvények jelentős súlya.

A meglévő hiányosságok ellenére a gömbgrafitos vas felelősségteljes helyet foglal el a kohászatban és a mérnöki munkában. Olyan fontos alkatrészeket készítenek belőle, mint a főtengelyek, fékbetét-alkatrészek, fogaskerekek, dugattyúk, összekötő rudak. A minőségek jelentéktelen változatosságával a gömbgrafitos öntöttvas egyéni rést foglal el az iparban. Használata jellemző azokra a terhelésekre, amelyekben más anyagok használata nem valószínű.