Gépkocsik szerkezeti anyagai: öntöttvasak - Autótechnika

4. táblázat
anyagtechnológia
Gépkocsik szerkezeti anyagai:
öntöttvasak
A gépkocsik szerkezeti
anyagainak – az acélok
mellett – másik nagy csoportját
az öntöttvasak
képviselik. Ma nagy a
verseny a könnyûfémek,
az alumíniumötvözetek,
valamint a nagyobb szilárdságú
és sûrûségû öntöttvasak
alkalmazásánál, elsõsorban
a forgattyús házak
és a hengerfejek gyártásánál.
Az önthetõ, vasalapú
és könnyûfém ötvözetek
közül az öntöttvas a legolcsóbb
szerkezeti anyag, az
összes öntvény 70%-a
öntöttvasból készül.
Az anyagminõség
jele számjele
Szakítószilárdság
R m
N/mm 2 min.
Nyúlás A 3
%
min.
Az anyagminõség
jele számjele
0,2%-os
egyezményes
folyáshatár
R p0,2 min.
Brinellkeménység
HB
EN-GJMB-
300-6
EN-JM1110 300 6 – max. 150
EN-GJMB-
350-10
EN-JM1130 350 10 200 max. 150
EN-GJMB-
450-6
EN-JM1140 450 6 270 150–200
EN-GJMB-
500-5
EN-JM1150 500 5 300 165–215
EN-GJMB-
550-4
EN-JM1160 550 4 340 180–230
EN-GJMB-
600-3
EN-JM1170 600 3 390 195–245
EN-GJMB-
650-2
EN-JM1180 650 2 430 210–260
EN-GJMB-
700-2
EN-JM1190 700 2 530 240–290
EN-GJMB-
800-1
EN-JM1200 800 1 600 270–320
Legkisebb
szakítószilárdság
R m
N/mm 2
Legkisebb
0,2%-os
folyáshatár R p0,2
N/mm 2
2. rész
Legkisebb
nyúlás
A
%
EN-GJS-350-22-LT EN-JS1015 350 220 22
EN-GJS-350-22-RT EN-JS1014 350 220 22
EN-GJS-350-22 EN-JS1010 350 220 22
EN-GJS-400-18-LT EN-JS1025 400 240 18
EN-GJS-400-18-RT EN-JS1024 400 250 18
EN-GJS-400-18 EN-JS1020 400 250 18
EN-GJS-400-15 EN-JS1030 40 250 15
EN-GJS-450-10 EN-JS1040 450 310 10
EN-GJS-500-7 EN-JS1050 500 320 7
EN-GJS-600-3 EN-JS1060 600 370 3
EN-GJS-700-2 EN-JS1070 700 420 2
EN-GJS-800-2 EN-JS1080 800 480 2
EN-GJS-900-2 EN-JS1090 900 600 2
5. táblázat
Megjegyzés: LT kishõmérséklet esetén, –20 ± 2 0 C és –40 ± 2 0 C hõmérsékleten RT szobahõmérséklet esetén
A 4. táblázatban a ferrites-fekete
tempervasak mechanikai jellemzõit
foglaltuk össze. A vizsgálathoz felhasznált
próbatest átmérõje d = 12 vagy 15
mm. A minõségek jelében a megkövetelt
min. szakítószilárdság és nyúlás
értéke szerepel.
A ferrites-fekete tempervasak nagy
szakítószilárdságú és viszonylag szívós,
nagy nyúlású szerkezeti anyagok, és az
acélok helyettesítésére is alkalmasak. A
ferrites-fekete tempervasakat fedelek,
tartók, bakok, tengelykapcsoló, sebességváltó
házak, kis igénybevételnek
kitett forgattyús tengelyek és fogaskerekek
gyártására használják.
3. Gömbgrafitos öntöttvas
MSZ EN 1563:2000
Az öntöttvas mechanikai tulajdonságait
elsõsorban a szövetszerkezete, a
ferrit, a perlit és a grafit mennyisége,
valamint a grafit alakja, lemezes,
csomós, vagy gömbös, befolyásolja. A
mechanikai jellemzõk szempontjából
legkedvezõbb a perlites szövetszerkezetû
és a gömb alakú grafitos
öntöttvas.
40 autótechnika 2003/4

1. ábra
anyagtechnológia
6.1. táblázat
Az anyagminõség
jele számjele
szobahõmérsékleten 23 ± 5 0 C-on
3 vizsgálat középértéke egyedi értékek
EN-GJS-350-22-RT EN-JS1014 17 14
EN-GJS-400-18-RT EN-JS1024 14 11
Az anyagminõség
jele számjele
EN-GJS-
350-22-LT
EN-JS1015 – – 12 9
EN-GJS-
400-18-LT
EN-JS1025 14 11 – –
6.2. táblázat
Az anyagminõség
jele számjele
–20 ± 2 0 C-on
–40 ± 2
3 vizsgálat egyedi értékek
középértéke
0 C-on
3 vizsgálat egyedi értékek
középértéke
Szakítószilárdság
R m
N/mm 2 min.
0,2%-os
folyáshatár
R p0,2
N/mm 2 min.
Nyúlás
A
%
min.
Brinellkeménység
értékek HB
EN-GJS-
800-8
EN-JS1100 800 500 8 260–320
EN-GJS-
1000-5
EN-JS1110 1000 700 5 300–360
EN-GJS-
1200-2
EN-JS1120 1200 850 2 340–440
EN-GJS-
1400-1
EN-JS1130 1400 1100 1 380–480
7. táblázat
8. táblázat
Lemezes 0% Féregszerû 90% Gömbös 10%
A szürke öntöttvas grafit alakjai
Anyagjellemzõk GGV500 MSZ EN 1561:2000
EN-GJL-250
szakítószilárdság 500 250
R m N/mm 2
folyáshatár 380 165
R p 0,2 N/mm 2
hajlítószilárdság 250 120
R mh N/mm 2
rugalmassági modulus 170 000 115 000
E kN/mm 2
A gömbgrafitos öntöttvas olyan vaskarbon
alapú öntészeti szerkezeti
anyag, amelyben a karbon túlnyomó
részben gömbgrafitként van jelen.
A grafit alakjának a megváltoztatása
céljából a folyékony fémhez magnéziumot,
vagy cériumot adagolnak,
amelyek hatására a kiváló grafit
gömb, vagy ahhoz hasonló alakú
lesz. A cérium igen drága kezelõanyag,
ezért nálunk nem használják,
pedig a bevitele könnyebben megvalósítható
lenne, mint a magnéziumé.
Ahhoz, hogy a grafit gömb alakban
kristályosodjon, az öntöttvasban az
öntvény falvastagságától függõen az
ötvözõfémet úgy kell adagolni, hogy
0,03–0,08% magnézium az ötvözés
után a folyékony fémben még visszamaradjon.
Ehhez 0,4–0,8% mennyiségben
kell az ötvözõfémet a folyékony
fémbe bevinni. A bevitele a
magnézium kis (650 0 C) olvadáspontja
miatt eléggé nehéz feladat. Biztonságos,
hatásos ötvözés csak vas-,
réz-, vagy nikkelalapú magnézium
segédötvözetként lehetséges.
A gömbgrafitos öntöttvasak jelölése:
MSZ 8277-1988. sz. szabvány
szerint: Göv
MSZ EN 1563:2000 sz. szabvány
szerint: EN-GJS.
A gömbgrafitos öntöttvas mechanikai
jellemzõit a külön öntött próbadarabból
kimunkált próbatesten végzett
vizsgálat adatai alapján az 5. táblázat
tartalmazza.
A gömbgrafitos öntöttvasak külön öntött
próbadarabból kimunkált, V bemetszésû
próbatesteken mért ütõmunka
legkisebb értékeit joule-ban szobahõmérsékleten
a 6.1., kis hõmérsékleten
pedig a 6.2. táblázat tartalmazza.
4. Ausztemperált gömbgrafitos
öntöttvas
MSZ EN 1564:2000
A korábbi MSZ-szabványokban növelt
szilárdságú, ausztemperált gömbgrafitos
öntöttvas minõségek nem szerepeltek.
Az ausztemperálás, vagy izotermikus
nemesítés, illetve a bainites termáledzés
a szerkezeti acélokból készített
alkatrészek gyártásánál régóta ismert
hõkezelési eljárás, amelynek célja a
mechanikai tulajdonságok szilárdságés
szívósságjavítása. Az ausztemperálás
lényege, hogy a darabokat
felhevítik az edzési hõmérsékletre,
840–860 0 C-ra, hõntartják 10–15
42 autótechnika 2003/4

percig és utána 300–550 0 C hõmérsékletû
só-, vagy fémfürdõben hûtik le
és ott hõntartják, amíg a bainites
átalakulás végbemegy és utána
szabad levegõn hûtik tovább szobahõmérsékletre.
A szövetszerkezet
akkor kedvezõ, ha az tisztán bainites,
a lágy ferrit és a kemény, rideg
martensit a szilárdsági tulajdonságok
szempontjából kedvezõtlen.
Az ausztemperált gömbgrafitos öntöttvasak
mechanikai jellemzõit a 7.
táblázat tartalmazza.
Az ausztemperált gömbgrafitos öntöttvasakat
a kiváló mechanikai jellemzõi
(R m, R p0,2 és A) teszik alkalmassá a
drágább, nemesíthetõ szerkezeti
acélok helyettesítésére is.
5. Féregszerû grafitos öntöttvas
Az F. Winter AG vasöntöde a BMW
Motoren GmbH szakembereivel
együttmûködve fejlesztette ki az MSZ
EN 1561:2000 szabvány szerinti, EN-
GJL-250 jelû, lemezgrafitos öntöttvas
helyett forgattyús házak öntéséhez a
autótechnika 2003/4
GGV500 (Grauguss Vermikular) jelû,
féregszerû grafitos öntöttvasat. A
0,006–0,013%-os magnézium
ötvözés hatására a grafit alakja
megváltozik, 90% féregszerû és 10%
gömb alakú lesz. A három fajta, a
lemezes, a féregszerû és a gömb
alakú grafit képét az 1. ábrán mutatjuk
be.
A GGV500 jelû, féregszerû és az EN-
GJL-250 MSZ EN 1561:2000 sz.
szabvány szerinti lemezgrafitos
öntöttvas anyagjellemzõit a 8. táblázatban
foglaltuk össze.
Összehasonlítva a féregszerû és a
hagyományos, lemezgrafitos öntöttvas
anyagjellemzõit megállapíthatjuk, a
féregszerû grafitos öntöttvas szakítószilárdsága
kétszerese a lemezgrafitos
öntöttvas szilárdságának, de valamennyi
anyagjellemzõ kedvezõbb értéket mutat.
A BMW V8 típusú motor forgattyús
házát GGV500 jelû, féregszerû grafitos
öntöttvasból készítik.
Újfajta szerkezeti anyag a féktárcsák
gyártásához felhasznált HC jelû
anyagtechnológia
öntöttvas, amelyet az Autótechnika
2002/10. számában ismertettünk.
A tanulmányban ismertetett anyagtechnológiai
adatok a gépkocsik felújításához
alkatrészt gyártó szakembereknek
a felhasznált szerkezeti anyag kiválasztásakor
és a megrendeléskor
fontosak. Az öntöttvasak anyagminõségének
a jelei az új, 2000-ben kiadott
MSZ EN jelû szabványokban megváltoztak.
Az ismertetett ausztemperált
gömbgrafitos öntöttvas pedig egy
újfajta szerkezeti anyag.
Nagyon reméljük, hogy ezekkel az
anyagtechnológiai ismeretekkel az
alkatrészt gyártó szakemberek munkáját
segíteni tudjuk.
Forrásmunkák:
1. A szerzõ fõiskolai elõadásainak az
anyagai.
2. Werkstoffe im Automobilbau,
Sonderausgabe ATZ/MTZ, 1999/2000.
3. Hivatkozott MSZ EN szabványok.
Enyingi Kálmán
43