Acélok és jellemzőik (2. rész)

Szerkezeti acélok
Az olyan anyagokkal, mint amilyen az acél is, elsősorban a gyakorlatban, felhasználóként találkozunk, ezért célszerű egyes tulajdonságaikat, felhasználási területeik alapján tárgyalni.

Ötvözetlen szerkezeti acélok
Az ilyen acélokat rendszerint melegen hengerelt vagy kovácsolt állapotban szállítják, mechanikai tulajdonságait előírják. Acélszerkezetek elemeiként vagy forgácsolással megmunkálva használják fel. A termékek minőségét az alábbiak alapján állapítják meg:

  • szakítószilárdság [N/mm2]
  • folyáshatár [N/mm2]
  • szakadási nyúlás [%]
  • fajlagos törési munka [J/cm3]
  • vegyi összetétel [%]

Ezek az acélok igen elterjedtek,

de igényesebb gépalkatrészekhez hőkezelhető acélokat használnak.

Hegeszthető acélok
Környezetünkben számos hegesztett szerkezetet találunk. Az ezek alapanyagául felhasznált acéloknál a megfelelő mechanikai tulajdonságok mellett a hegeszthetőséget is meg kell vizsgálni. A hideg- vagy melegrepedékenység elkerülése érdekében az acél ne legyen edzhető és ne tartalmazzon vöröstörékenységet okozó szennyező anyagokat. Alapvetően a 0,2%-nál kisebb széntartalmú acélok hegeszthetőek. A szilárdság növelése érdekében mikroötvözik ill. ötvözik őket. Ezzel súlyt és anyagot is megtakarítanak. A mikroötvözők (Al, Nb, V, Ti, N, Zr) összes mennyisége max. 0,15%. Fő feladatuk a szemcsehatárok stabilizálása, a szemcsefinomság megőrzése, s ezzel a folyáshatár magasan tartása. A hegeszthető acélok alkalmazási területe 250°C-ig terjed. Az e feletti, de 500°C alatti hőmérsékleten üzemelő szerkezeteknél a fő követelmény a tartósfolyás megakadályozása, melyre (Cr, Mo, V és Ni) ötvözőket használnak.

Hidegszívós és melegszilárd acélok

Az acélszerkezetek csak olyan anyagokból készülhetnek, melyeknek ütőmunka értéke megfelel az adott hőmérsékleten előírtaknak. Ötvöző anyagként -60°C alatti hőmérsékleten, Ni-t használnak, így ezek az acélok ridegedésre nem hajlamosak. Fő alkalmazási területük a hűtés. A 250°C feletti hőmérsékleten üzemelő szerkezetek anyagai. E csoportba sorolhatók a nyomástartó edényekhez és kazánokhoz használt acélfajták is, melyek növelt hőmérsékleten is nagy szilárdságúak. Ilyenek pl. a belsőégésű motorokhoz használt acéltípusok is. 500°C-nál magasabb hőmérsékleten különleges hőálló és melegszilárd acélokat, 1000°C felett pedig Co- és Ni-alapú ötvözeteket vagy kompozitokat használnak.

Hidegen alakítható acélok

Nagyon nagy szerepük van az autó

karosszéria gyártásánál, ugyanis a képlékeny hidegalakítással gyártott alkatrészekhez nagy alakváltozó képességű lágyacél szükséges. Ilyen célra 0,2%-nál kevesebb karbontartalmú, kis szennyezettségű, felületén jól kikészített, általában csillapítatlan acélok alkalmazhatók. Az alakíthatóságot a ferrit szemcsenagysága és a perlit alakja befolyásolja. A kis széntartalmú, csillapítatlan acélok öregedésre hajlamosak, ezért 0,02-0,04%-ban V és Al ötvözőket használnak, de a lemezek feldolgozását a szállítás utáni hat héten belül el kell végezni.

Gépelemek nagyszilárdságú elemei
Gépeink igényesebb alkatrészei hőkezelt állapotban kerülnek beépítésre. A hőkezelés hatására a tulajdonságok igen széles határok között változtathatók, s így a felhasználás körülményeinek megfelelően beállíthatók.

Nemesíthető acélok 
A jelentős igénybevételű gépalkatrészek ilyen acélokból készülnek. Ilyenek pl. a tengelyek, fogaskerekek. A nemesíthető acélok a dinamikus igénybevétel érdekében nagy folyási és kifáradási határral és megfelelő szívóssággal rendelkeznek. A nemesítés hatására az acél ezen tulajdonságai a lágy állapothoz képest jelentősen megnőnek. A nemesíthető acélok széntartalma az edzhetőség miatt minimum 0,25%, az ütőmunka értékének csökkenése miatt maximum 0,6%. A gyakorlatban a legtöbb nemesíthető acél karbontartalma nem haladja meg a 0,45%-ot. Az ötvözetlen acélok közül nemesíthetők a karbonacélok, melyek még jobban  ellenállnak a dinamikus igénybevételnek. Karbontartalmuk 0,22-0,6% között mozog. De a karbonacélok kedvező tulajdonságait csak  kis szelvényátmérőben érhetjük el.

Ötvözött, nemesíthető acélok
A nemesíthető acéloknál általában (Mn, Cr, Mo, V és Ni) ötvözőelemeket használnak, melyek elsősorban az átedzhető átmérőt  növelik. Az ötvözés célja a szerkezeti acéloknál:

  • átedzhető szelvényátmérő növelése
  • szilárdságnövelés
  • megeresztési ridegség csökkentése
  • kritikus átmeneti hőmérséklet csökkentése
  • fajlagos ütőmunka és szívósság növelése

Szerszámacélok
A szerszámacélokat a többi acéltól nehéz különválasztani, mivel pl. korrózióálló acélokból is készítenek szerszámokat. A felhasználási  területtől függően igen sokféle követelmény merül fel a szerszámacélokkal szemben, de az általános követelmény az, hogy a  szerszámacél keményebb legyen a megmunkálandó anyagnál. A szerteágazó igények kielégítése csak más-más acéltípusokkal  valósítható meg, melyek alapján a következő minőségi csoportokat különböztetjük meg:

  • Ötvözetlen szerszámacélok
  • Ötvözött szerszámacélok (Ezen belül pedig a hideg- ill. melegalakítás szerszámanyagait, és a gyorsacélokat különböztetjük  meg.)

Ötvözetlen szerszámacélok
Az acél keménységét a martenzit biztosítja, melyet gyors hűtéssel állítunk elő. A széntartalom növekedésével nő a keménységük,  melyet az alacsony hőmérsékletű megeresztésnél sem veszítenek el. A felhasználási területet a méret, a szilárdság, a szívósság, és  a 150-300°C közötti alkalmazhatósági hőmérséklet határol. A kisebb széntartalmúak (0,5-0,6%) szívósabbak, melyek kézi és  mezőgazdasági szerszámok alapanyagai. A nagyobb karbontartalmú anyagokból pedig vésők, ollók, reszelők, kés- és borotvapengék készülnek.

Ötvözött szerszámacélok /hidegalakító szerszámacélok/
A fémeket hideg állapotban alakító szerszámokkal szembeni fő követelmény a kopásállóság, a nagy felületi terhelhetőség, de a  szívósság is fontos lehet. Az ötvözés célja: a keménység és kopásállóság növelése, mely általában karbidképző ötvözetekkel történik (W, Cr, Mo), és az átedzhető szelvényátmérő növelése (Cr, Mn). Gyakorlatilag minden ötvözetlen szerszámacél is hidegalakító  acélnak tekinthető.

Ötvözött szerszámacélok /melegalakító szerszámok anyagai/
A melegalakító szerszámok(nak), mint pl. a kisajtolószerszámok, melegvágók stb. nagyon sok követelménynek kell megfelelniük.  Ezeknek az acéloknak hőállóknak, melegszilárdnak, magas hőmérsékleten is kopásállónak, keménynek, szívósnak kell lenniük. Az ilyen tulajdonságokat a kisebb széntartalom mellett a (Si, Mn, C, Ni, W és V) ötvözők biztosítják.

Gyorsacélok
A gyorsacélokat a nagy sebességgel dolgozó forgácsoló szerszámok alapanyagául fejlesztették ki. A szerszámok éle a megmunkálás  során akár 600°C-ig is felmelegszik, így a jó gyorsacéltól megkövetelik, hogy nagy melegkeménységű legyen és azt hosszú ideig megtartsa. A szívósság is szükséges feltétel a forgácsolási feladatokhoz. A gyorsacél klasszikus típusa az R3 (az ún. 18-4-1-es)  W-Cr-V tartalmú gyorsacél 1% széntartalommal, forgácsoló szerszámok, csigafúrók anyaga. De a legjobban elterjedt típus az R6, amely olcsóbb és kevesebb ötvözőt tartalmaz. A gyorsacélok különleges hőkezelést igényelnek. A karbidok oldódása érdekében  magas az ausztenitesítés hőfoka (kb. 1200°C), rossz hővezető képességük miatt, a felhevítés sebessége csak kicsi lehet. Olajban,  levegőn, sófürdőben edződnek.

Hőálló ötvözetek
Az ipar és a technika fejlődése következtében az egyes gépekben mind nagyobb üzemi hőmérséklet, nyomás és feszültség uralkodik.  Csak ilyen körülmények között lehetséges a hatásfok és a teljesítmény növelése. Az üzemi hőmérséklet felső határainak  általában a szerkezeti anyagok jelenthetnek korlátot. Az 500°C-nál magasabb hőmérsékleten üzemelő berendezések egy részénél a mechanikai igénybevétel nem jelentős. Itt a felületi oxidáció megszüntetése vagy megállítása a fő cél. Az ilyen ötvözeteket nevezzük  hőállónak. Fő ötvözőik a (Cr, Si és Al), amelyek az acél felületén tömör oxidréteget alkotnak. Ha magasabb hőmérsékleten az anyagot  mechanikai igénybevételnek is kitesszük, akkor a tartósfolyást megakadályozó ötvözőkkel meg kell emelni a rugalmassági határt. A felületi oxidréteg leválásának megakadályozásához szükséges, hogy fajtérfogat-változással járó allotróp átalakulások  üzemelés közben ne következzenek be, ezért az ötvözetek homogén, ferrites vagy ausztenites szerkezetűek.


Korrózióálló és saválló acélok

Az ötvözetlen acélok, a savak, a légkör, a vízgőz és egyéb korrodáló hatásokkal szemben nem ellenállóak. A felületükön lévő  oxidhártya nem elég tömör, a fémet nem zárja el a korrodáló közegtől, így nem akadályozza meg a további korróziót. Az acélok  korrózióállósága ötvözőelemekkel növelhető, mely a következőképpen lehetséges: Olyan ötvözőket kell alkalmazni, melyek az acél  felületén vékony, jól tapadó, a korrodáló közegtől elválasztó hártyát hoznak létre. Erre a célra Cr-t és Al-t használnak kb. 1%  mennyiségben.
Másik lehetőség a korrózióállóság ugrásszerű növekedése érdekében, ha az ötvözőelem mennyisége az acélban 1/8  atomsúlyrész egész számú többszöröse. A korrózióálló acél legalább 12% Cr-t, általában Ni-t, esetenként egyéb ötvözőelemeket tartalmaz. Így az ötvözött acél tartósan ellenáll a hőmérséklet és nyomás hatásainak, sőt egyes kémiai és elektrokémiai hatásoknak  is. Az ausztenites króm-nikkel acélokat jó korrózióálló tulajdonságaik miatt saválló acéloknak is nevezzük. Ezek az ötvözők kedvező  hatásukat alacsony széntartalom mellett fejtik ki. Általában a 0,12%-nál nagyobb széntartalom nem engedhető meg, de a kristályközi  korrózióval szemben csak a legfeljebb 0,03% karbontartalmú acélok ellenállóak. Az ausztenites korrózióálló acélok  felhasználása igen széleskörű. Edények, tartályok, orvosi eszközök készítésétől a vegyiparig mindenütt használatosak.
Fontos, hogy  viselkedésük a megmunkálás során jelentősen eltér az általában használt acélokétól. Ezek az acélok alacsony hőmérsékleten is  alkalmazhatók a ridegtörés veszélye nélkül. Hidegszívósak és hőállóak, általában 17-20% Cr és 8-24% Ni ötvözőket tartalmaznak.

Acélöntvények

Az acélöntvény az az öntödei végtermék, amely folyékony acélnak homok, fém vagy egyéb tűzálló anyagból készült formába való  öntésével, majd dermedésével kapja meg végleges alakját. Ötvözetlen és ötvözött acélokból készülnek. Az ötvözők (C, Si, Mn, P)  hatása azonos az acélok tulajdonságainál leírtakkal.

Azonban, az acélöntvények felhasználási köre egyre csökken, magas formázási és olvasztási költségeik miatt. Természetesen, a jövőben is lesznek olyan területek, ahol ezen öntvények alkalmazása  nélkülözhetetlen.

Mennyire volt hasznos a cikk?

Kattintson a csillagra az értékeléshez!

Átlagos értékelés / 5. Értékelések száma: