Az acél - Mesterkovács - Rozsdamentes korlát, kovácsoltvas kerítés, kapu

Tartalomhoz ugrás

Főmenü:

Az acél

Tudásbázis

A legtöbb késztermék félkész termékek sokaságából készül el valamilyen módszerrel. Ezeket a félkész termékeket azonban először le kell gyártani. A gyártási folyamatok különböző alakatítás technológiákat igényelnek, ilyen például a profil meleg- és hideghengerlés, sajtolás, kovácsolás, húzás, mángorlás.

Az acélgyártás a vasércbányászatnál, azt követően a vaskohászatnál kezdődik. Elsődleges cél a vas különböző szennyezőinek kiválasztása, illetve a szén kiégetése levegő befújással. Kizárólag a 2,11 szén tömegszázalékot nem meghaladó vasötvözetet tekintjük acélnak. Ezzel együtt nem csak a széntartalmú vasötvözeteket tekintjük acélnak, hanem minden egyéb szándékosan hozzáadott úgynevezett ötvöző anyagokat tartalmazó ötvözeteket, melyekben a vas legalább 50% tartalmú. A szén természetes ötvözete a vasnak, így minden általánosan ismert ötvözetben valamilyen formában megtalálható. Csak különleges igények kielégítése esetén lehetne szó a szén mentes acél megközelítéséről. A szénnel azonos hatást elérő ötvözeteket is tartalmazhat az acél, vagy akár annak ellentétes hatását okozó ötvözők is szóba jöhetnek. Szilárdságnövelő hatása az acél képlékenységének rovására történik. Tehát minél több szenet tartalmaz, annál szilárdabb, erősebb, viszont annál kevésbé alakíthatóbb, rugalmatlanabb, keményebb, törékenyebb, repedésérzékenyebb lesz. Ezeknek a hátrányos hatások csökkentésére, jótékony hatásuk növelése érdekében adnak hozzá egyéb ötvözőket.

A kéreg kevesebb, mint 5%-át alkotja vas, és azt is csak vegyület formájában tartalmazza. Ilyen vegyületek az oxidok: magnetit, hematit, limonit, sziderit.
Ezek az oxidok többnyire erősen vöröses színükről ismerhető fel, akárcsak a mindenki számára jól ismert rozsdásodás. A rozsda keletkezése is oxidációval jön létre. Ez a folyamat visszafordítható, de nem természetes úton. Ezt az eljárást nevezik a vas redukálásának, azaz az oxigén kiégetésének olvadt állapotban. Ez az acél nyersvasgyártási szakasza. A kiégetés többnyire szén-tartalmú gyúlékony közeggel történik, mivel ez a legáltalánosabb, legolcsóbb fűtőközeg. A gázkonvektoros alkalmazás esetén is széntartalomról lehet beszélni, mivel a gázban is szénhidrátok, tehát szén található. Az oxigénaffinnabb szén elemek megkötik az oxigént és szénmonoxid formájában kiég a vegyületből. A szén egy része pedig vaskarbidot képez az alapfémmel. A túlzott mennyiségű szén kártékony hatású a további alakítás és felhasználás szempontjából egyaránt. A felesleges szénmennyiséget salakképző anyaggal salakba viszik, amely a folyékony vegyület tetejére úszik, onnan leválasztják. A további felhasználásnak megfelelően kellő mennyiségű egyéb ötvöző anyagot adnak a fémvegyülethez.

Acélfajták csoportosítása:

Gyártási módszer szerint:
- oxigénnel frissített acélok
- elektroacélok
- Siemens-Martin féle acél
- Thomas-Bessemer féle acél

Felhasználási cél szerint:
- szerkezeti acélok - legáltalánosabb, tág felhasználási lehetőségű acélok, amelyek karbontartalma 0,6% alatt szokott lenni
- szerszámacélok - keménység és kopásállóság jellemzi, alkatrészgyártásban széleskörben alkalmazott
- különleges acélfajták - különböző igények kielégítésére, mint például a korrózióálló és saválló acélok, melegszilárd-, hidegszívós acélok illetve a mágneses tulajdonságban megváltoztatott acélfajták.

Ötvözés mértéke szerint:
- ötvözetlen acél - ötvözőelemet nem tartalmaz szénen kívül
- gyengén és erősen ötvözött acél - 5~8% között változó határ, amely acélminőségenként változhat
- mikro ötvözött acél - bizonyos anyagok minimális mértékben is jelentős változást okozhat a fémben, például a nióbiummikro ötvözéssel jelentős mértékben növeli az acél folyáshatárát, ezáltal nagyobb teher elviselését teszi lehetővé, akár kis széntartalmú acélnál is.

Vas-szén állapotábra, vas-karbon diagram

Adott ötvözetű acél (állandó ötvöző tartalom, kivéve szén) lehűlésének vizsgálatával kapják meg a jellemző pontjait a széntartalom függvényében. A jellemző töréspontok a különböző széntartalom mellett sorban összeköthetők és egyenként új ívet rajzolnak ki, így létrejön a legjellemzőbb vas-szén állapotábra, vagy más néven a vas-karbon diagram. Így tehát a 2 dimenzióban ábrázolt lehűlési görbét harmadik dimenzióra, a szénre felrajzolhatjuk. Ez az új dimenzió szemlélteti az említett állapotábrát.
A fémek lehűlése folyamatosan megy végbe, így a lehűlési görbe is folyamatos görbék sorozatából áll. A színvas - akár csak a víz - állandó hőmérsékleten szilárdul meg. Ennek megfelelően, amíg a teljes mennyiség meg nem szilárdul, a vas hőmérséklete állandó marad. Az allotróp átalakulások azonos módon történnek. A szilárdulás kezdeti pontjainak összekötését nevezzük likvidusz vonalnak, míg a szilárdulás befejező pontjait összekötő görbét szolidusz vonalnak. Ez a két pont csak a színvasnál eshet egybe, tehát a 0 tömegszázalékú széntartalom mellett. Az allotróp átalakulásoknál kristálymódosulás történik, ez hasonlóképp létrehoz egy-egy kisebb határgörbe párt. Ezek alapján megkülönböztethetünk alfa-vast (ferrit), gamma-vast (ausztenit), delta-vast. Ezek kizárólag az acél minősítésig, tehát legfeljebb 2,11% széntartalomig fordulnak elő. A cementit, vagy más néven vaskarbid, az öntöttvas tartományra esik, amely az eutektikumig, 4,3% széntartalomig tart. A ledeburit ezen a 4,3% széntartalomnál jön létre 1148 Celsius fokra csökkenésnél, ami az ausztenittel és a cementittel alkot eutektikumot.
A perlit eutektoidos szakaszra esik és 770 Celsius fokon jön létre, amely ferritből és cementitből áll. Jellegzetes vaskarbit lemezes szerkezetéről ismerhető fel, amely ferritalapba van ágyazva. A kialakuló lemezes fém finomságát a lehűlés felgyorsításával lehet növelni. A szemcsék tovább finomíthatóak edzéssel és megeresztéssel. A finomabb szemcsék kedvezőbb szívósságot, szilárdságot, rugalmasságot tesznek lehetővé.
A leggyakoribb ötvözők a nikkel és a mangán, melyeknek szilárdságnövelő hatásuk van, miközben a keménysége és olvadáspontja is megnő. Ez különösképpen a hőálló acélokra jellemző, illetve emelt hőmérsékleten történő igénybevételkor számottevő pozitív változást mutat.
A vanádium a keménységnövelés mellett a kifáradással szembeni ellenállást is javítja.
A króm és a nikkel ötvözése a rozsdamentes és saválló acéloknál jelentős, de ennek nagy ára van, mert az önmagában is drága ötvöző anyagból minimum 14% tiszta fém kell a rozsdamentesség eléréséhez, így igen sokra van szükség belőlük. Amennyiben króm mellett alumíniumot és szilíciumot is ötvöznek a fémbe, úgy az hőállóvá is válhat. A volfrám hatására a cementitből a martenzitté vállás kisebb hűlési sebesség mellett is végbemegy. Az ilyen minőségeket nevezzük gyorsacéloknak, melyek a szerszámacélok koronázatlan királyának nevezhetőek.
A nitrogén rideg, rendkívül kemény, törékeny ötvözetet hoz létre, ezért kizárólag felületi nitridrétegként alkalmazzák, így egy rugalmas szerszámon egy rendkívül kemény kopásnak jól ellenálló réteg jön létre. Szokták kombinálni cementálási eljárással, amely hasonló képen csak a szerszám külső rétegét érinti, ez esetben a folyamatot nitrocementálásnak, vagy karbonitridálásnak nevezzük.

Az ötvözés szinte mindig folyékony állapotban zajlik. Ez alól csak a porkohászati sajtolás a kivétel.
Folyékony ötvözés esetén, a sűrűség alapján sem különülnek el a fémek. Megszilárduláskor a fémoldat megmarad szilárd oldatként. Ezek az oldatok vegyes kristályként kristályosodnak. Az ötvöző beépülése két féle képen történhet:
Szubsztitúciós ékelődésnek azt nevezzük, amikor hasonló atomnagyságú ötvözőről van szó, azonos rácsszerkezetű fémekről van szó és egy alap fém atom helyére bekapcsolódik az ötvöző atom.
Intersztíciós beékelődésnek nevezzük, amikor a kisebb atomú ötvözőfém helyet talál, beépül az alapfém térrácsába.
A vaskarbon diagram az ötvözők hatására eltolódik, de jellegzetes alakja nem változik meg. A szénmentes ötvözőt tartalmazó vas olvadási hőmérsékletét minden egyéb ötvöző csökkenti a vaskarbon diagramon. Az allotróp átalakulási hőmérsékleteknél a különböző ötvözők különböző módon változtatják a jellegzetes átalakulási hőmérsékleti határokat. A felületen középpontos térrács létrejöttét okozó ötvözők az A4 hőmérsékletet növelik, miközben A3 hőmérsékletet csökkentik. Ezen határvonalak az ausztenites tartományt fogják közre, a terület növekedése miatt okkal nevezik ausztenitképző ötvözőknek. Amennyiben ezen ötvözők oly mértéket képviselnek, hogy az alsó határ szobahőmérsékletre csökken, úgy az ausztenites szerkezetű marad, ezeket az acélokat nevezzük ausztenites acélnak, amely jellemzően saválló acél (pl. 18% Cr, 8% Ni). Ilyen ötvöző a szén, a mangán, a nikkel, a kobalt stb. Bizonyos ötvözők azonban a térközepes köbös térrács kialakulását segítik elő, amely hatására az ausztenitképző ötvözőkkel ellentétes hatás jön létre, ennek eredményeként az A4 határhőmérsékletet csökkentik, ezzel egy időben az A3 határt növelik, tehát az ausztenitesgamma tartomány csökkenése mellett a ferrites alfa tartomány megnő. Így ezeket ferritképző ötvözőknek nevezik. Ilyen ferritképző például az alumínium, a króm, a bór, a molibdén, nióbium, ón, vanádium, titán, szilícium, volfrám stb.

 
 
Vissza a tartalomhoz | Vissza a főmenühöz