Vas és szén. Anyagismeret, anyagkivála sztás. Acél jellemzıi. Egyéb alkotók: ötvözı vagy szennyezı?

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Vas és szén. Anyagismeret, anyagkivála sztás. Acél jellemzıi. Egyéb alkotók: ötvözı vagy szennyezı?"

Erik Somogyi
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Vas és szén Anyagismeret, anyagkivála sztás Dr. Horváth László Vegyi összetétel és hatása az acél tulajdonságaira Acél szennyezıi, ötvözıi Gyártástechnológia hatása Hımérséklet, kristályszerkezet Szerkezeti acélok fajtái, összetétele, hegeszthetıségük Acél jellemzıinek megismerése Anyagválasztás Tiszta vas Ferrit (Fe) lágy és nyúlékony Ferrit Cementit = vas + szén (Fe 3 C) kemény és szilárd Ferrit + Cementit = Perlit Acél jellemzıi Vas-karbon ötvözet Alacsony széntartalom C < 2,14% acél, felette öntöttvas Szerkezeti acélokban C < 0,2% Egyéb alkotók: Egyéb alkotók: ötvözı vagy szennyezı? 4 Acélok szennyezıi Oxigén O: csökkenti szilárdságot, nyúlást, növeli a melegrepedési hajlamot. Dezoxidálás Mn, Si, Al. Nitrogén N: növeli szilárdságot, csökkenti szívósságot, növeli az öregedési hajlamot. Denitrálás Al, Ti, Nb. Hidrogén H: folyékony acélban jól oldódik, elridegít, hidegrepedési hajlamot növeli. Kén S: képlékenységet és korrózióállóságot csökkent, melegrepedési hajlamot növeli. S<0,03% legyen. Keresztirányú nyúlóképességet csökkenti. Réz Cu: növeli szilárdságot és korrózióállóságot, vöröstörékenységi hajlamot növeli. Acélok ötvözıi Szilícium Si: Dezoxidáló, növeli szilárdságot, csökkenti nyúlást és hidegalakíthatóságot. Alumínium Al: ferritképzı, dezoxidáló, szemcsefinomító. Csökkenti az öregedési hajlamot. Mangán Mn: növeli szilárdságot, ausztenitképzı, leköti S-t. Nikkel Ni: növeli folyáshatárt, szívósságot javít. Foszfor P: növeli a szilárdságot, de ridegít. Króm Cr, Vanádium V, Titán Ti Cu<0,2% legyen

hegeszthetıségük Acél jellemzıinek megismerése Anyagválasztás Tiszta vas Ferrit (Fe) lágy és nyúlékony Ferrit Cementit = vas + szén (Fe 3 C) kemény és szilárd Ferrit + Cementit = Perlit 1 2 3 Acél

2 Gyártás és kristályszerkezet Gyártási eljárások Hımérsékleti hatások RO NR TMR Q& &T Ausztenit - Gamma vas lapközepes kristályrács Nem mágneses RO NR A3 Alfa vas térközepes kockarács mágneses AN RO + AN TMR A1 Kritikus hımérsékletek: A1-695 C A3 RO hengerlés AN - lágyítás NR normalizáló hemgerlés TMR thermomechanikus hengerlés Q&T edzés és temperálás 7 Acélok tönkremeneteli módjai képlékeny / kontrakciós törésfelület RO hengerlés AN - lágyítás NR normalizáló hengerlés TMR thermomechanikus hengerlés finom szemcsék magas szilárdság és szívósság 8 9 Acélok tönkremeneteli módjai Rideg törés rideg / kontrakciómentes törésfelület hirtelen szakadás jön létre akár a folyáshatár alatti feszültségnél képlékeny rideg Kép forrása: Wikipédia

tönkremeneteli módjai képlékeny / kontrakciós törésfelület RO hengerlés AN - lágyítás NR normalizáló hengerlés TMR thermomechanikus hengerlés finom szemcsék magas szilárdság és szívósság

3 Tönkremenetel elkerülése Képlékeny tönkremenetel méretezés Folyáshatár, szakító szilárdság Rideg törés kellı szívósság Lemezvastagság és folyáshatár az EC3-1-1-ben Folyáshatár MPa S235_EN10025 S235_EC3_1_10 EC Rideg törés - történet 1938, Rüdersdorf (GE) St52 anyagú acélhíd -5 C terheletlenül eltört! 1938, Albert csatorna hídja (B) télen leszakadt Liberty hajók, óceánjárók törtek, repedtek 1951, St Maurice hídja (CAN) télen leszakadt 1969, Répcelak (H), szénsavtartály télen felrobbant Rideg törés folyamata repedés képzıdés hosszú ideig tart (pl: a hegesztett kötés hıhatás övezetében; megelızhetı a feledzıdés 300 HV 10 alatt tartásával) repedés terjedés nagyon gyors lehet (az acél rideg állapotában, energia felszabadulása esetén; megelızhetı kellıen szívós acél alkalmazásával) Rideg állapotot elıidézi: Térbeli feszültségállapot Dinamikus igénybevétel (a feszültségváltozás sebessége) Alacsony hımérséklet (az üzemi hımérséklet csökkenése)

1938, Albert csatorna hídja (B) télen leszakadt 1943-52 Liberty hajók, óceánjárók törtek, repedtek 1951, St Maurice hídja (CAN) télen leszakadt 1969, Répcelak (H), szénsavtartály télen felrobbant

4 Acélok tönkremenetele Vizsgálata: Charpy V-próba Acélok jelölésrendszere Feszültségállapot Hımérséklet Terhelési sebesség Szívós (képlékeny viselkedés) Állapottényezık Rideg törés Az ütımunka vizsgálat modellezi: -a térbeli feszültségállapotot (a V-bemetszéssel) -a dinamikus igénybevételt (az ingával végrehajtott ütve hajlítással) -az üzemi hımérsékletet (a meghatározott hımérsékleten elvégzett vizsgálattal) MSZ EN szerint S + folyáshatár [MPa] + kiegészítı jelek + (C / W) t 16 mm szívósságra utal speciális tulajdonság MSZ EN szerint Anyagszám Pl S235JR MSZ EN :20052:2005 ötvözetlen acélok S355 J2 Szilárdsági osztályok 235,275,355 Szívósság Összetétel adagpróba alapján Összetétel termékpróba alapján Utókezelés: dezoxidáció módja: csillapítatlan acél nem lehet (JR, J0) teljesen csillapított acél (J2) szállítási feltételek: +AR ( +N)

5 MSZ EN :2005 Finomszemcsés acél, normalizáló hengerléssel elıállítva Szilárdsági osztályok 275,355, 420,460 Szívósság Példa: S 355 NL MSZ EN :2005 Finomszemcsés acél, termomechanikus hengerléssel elıállítva Szilárdsági osztályok 275,355, 420,460 Szívósság Példa: S 355 ML Finomszemcsés normalizált acélok összetétele C 0,2% Mn = 0,5-1,8% Cr 0,3% Ni 0,3-0,8% Mo 0,1% Cu 0,7% + mikroötvözık Al, V, Nb, Ti, Zr, N, Ce, Ta, Ca, La, Y, B Normalizáló hengerlés: finom szemcseszerkezet az újrakristályosodási hımérsékleten végzett készrehengerléssel Finomszemcsés termomechanikus acélok összetétele C 0,13-0,16% Mn = 1-1,8% Cr + Mo + Cu 0,6% + mikroötvözık Nb 0,03-0,05 % Termomechanikus hengerlés: rendkívül finom szemcseszerkezet az újrakristályosodás megakadályozásával, gyors hőtéssel -> max. 580 C, tartósan e felett elveszti kedvezı tulajdonságait! Acélfajta kiválasztása Szilárdsági csoport (grade) Acélminıség (szívóssági osztály, subgrade) Mikor kell dönteni róla? Szil. csoport: tervezés kezdetén Szívósság: ha a szerkezet méretei és konstrukciója már adott (legnagyobb lemezvastagságok, szerkezeti kialakítás) Szilárdsági csoport választása Tartószerkezeti szempontok Nagyobb szilárdság kisebb méretek kis önsúly Ha elsısorban szilárdsági tönkremenetel várható OK! Stabilitásveszély esetén a jobb néha rosszabb (ε; karcsúságok anyagfüggısége)! Használhatósági határállapot minimális tartóméretek megkövetelendık! Gazdaságosság Magasabb szil. csop: csak ha kihasználható! járatos szilárdsági csoport legyen

mikroötvözık Al, V, Nb, Ti, Zr, N, Ce, Ta, Ca, La, Y, B Normalizáló hengerlés: finom szemcseszerkezet az újrakristályosodási hımérsékleten végzett készrehengerléssel 25 26 27 Finomszemcsés

6 Szilárdsági csoport választása Magasépítési acélszerkezeteknél S235 vagy S355 Kivételesen S275 Hídszerkezetek S235 alárendelt elemeknél S355 a leggyakoribb fıtartószerkezetnél S420; S460 ahol nem kifejezetten a stabilitás a mértékadó A ridegtörés ellen: szívós acélt! Elıírt üzemi hımérsékleten mérhetı fajlagos ütı-hajlító munka (Charpy-próba) KV min. 27 J/cm 2 Gazdaságosabban! Anyagkiválasztó eljárások Hagyományos: MI :85 DASt-Ri 009:1973 Törésmechanikai alapon: MSZ ENV :1995 (EC 3) C. melléklet ENV :1997 (EC3 Hidak) C. Melléklet DASt Ri009:1998 (Tervezet) MSZ EN : Anyagkiválasztás szempontjai σ Ed számítása MSZ EN MSZ EN :2005 Acél anyagjellemzıi Folyáshatár a lemezvastagság függvényében f y (t ) Szívósság a Charpy-érték szerint (T 27J vagy T 40J ) Üzemi hımérséklet +10 C - 50 C Egyéb szempontok Hidegalakítás foka % Alakváltozások sebessége rendkívüli terhek esetén Teherkombináció: E d = E{ A(T Ed ) + ΣG k + Ψ 1 Q K1 + Σ Ψ 2,i Q Ki } rendkívüli teher a hımérsékletváltozás (szerelés és üzem) állandó hatások ΣG k kiemelt esetleges hatás gyakori értéke Ψ 1 Q K1 többi esetleges hatás kváziállandó értéke Σ Ψ 2,i Q Ki σ Ed számítása Névleges feszültség a repedés várható megjelenési helyén Fenti teherkombináció szerint számítandó Várhatóan kisebb lesz, mint a folyáshatár 75%-a Feszültségszintek: Magas: Közepes: Alacsony: σ Ed = 0,75 f y (t) σ Ed = 0,50 f y (t) σ Ed = 0,25 f y (t) f y (t) = f y,nom 0,25 t vagy: a vonatkozó szabványból

Anyagkiválasztó eljárások Hagyományos: MI 15024-3:85 DASt-Ri 009:1973 Törésmechanikai alapon: MSZ ENV 1993-1-1:1995 (EC 3) C. melléklet ENV 1993-2:1997 (EC3 Hidak) C.

7 MSZ EN :2005 Ridegtörés elkerülésére Szerkezeti részletek gondos megtervezése és kivitelezése a kezdeti repedés veszélyének csökkentésére Kellı szívósságú acélminıség választása a repedésterjedés ellen Lehetıleg anyagkiválasztó eljárással üzemi hımérséklet, feszültségszint, legnagyobb lemezvastagság. Gazdaságos anyagkiválasztás Megfelelı szilárdsági csoportot akár szerkezeti elemenként eltérıt is lehet! Szívóssági osztály: alkalmas, de lehetıség szerint a legolcsóbb legyen Szerkezeti elemenként lehet eltérı Legnagyobb lemezvastagság homlok- ill. talplemezeknél adódik ezekre célszerő külön vizsgálat alapján a szükséges szívóssági osztályt elıírni! Acélok hegeszthetısége Szén és egyéb ötvözık mennyisége Szénegyenérték (IIW ajánlás) CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Cu+Ni)/15 Lemezvastagság, hıbevitel, CE alapján -> szükség esetén elımelegítés CE 0,45 % nem kell elımelegíteni CE 0,45 0,6 % C CE > 0,6 % C Hıbefolyásolt zóna felkeményedése Acélok hegeszthetısége A hidegrepedés elkerülése a felkeményedés korlátozásával Hıhatásövezet max. keménysége HV Lehőlési idı C között > kritikus idı Megfelelı lehőlési folyamat kialakítása: ne legyen se túl gyors se túl lassú nem kell elımelegíteni t 20 mm -ig 40 M : termomechanikus, N: normalizáló

Gazdaságos anyagkiválasztás Megfelelı szilárdsági csoportot akár szerkezeti elemenként eltérıt is lehet!

8 Acélok hegeszthetısége Minden acél hegeszthetı!!! Csak az a kérdés, hogyan? Megfelelı hegesztéstechnológiával! Elıkészítés, elımelegítés Hegesztési eljárás, sorrendterv, hıbevitel Utókezelés lehőlési sebesség kontrollja Anyagösszetétel megállapítása Megrendelés mőbizonylat kérésével Utólagos vizsgálat kivett próbán Bizonylattípusok: MSZ EN szerint NEM TÉTELES 2.1 megfelelıségi nyilatkozat 2.2 minıségazonossági bizonyítvány TÉTELES: 3.1 szakértıi minıségi bizonyítvány 3.2 szakértıi minıségi tanúsítvány

megállapítása Megrendelés mőbizonylat kérésével Utólagos vizsgálat kivett próbán Bizonylattípusok: MSZ EN 10204 szerint NEM

Hasonló dokumentumok

A hőkezelés célja. Hőkezelési eljárások. Fémek hőkezelése. Tipikus hőkezelési ciklus

A hőkezelés célja. Hőkezelési eljárások. Fémek hőkezelése. Tipikus hőkezelési ciklus NYGUDOMÁNY ÉS ECHNOLÓGI NSZÉK nyagechnológia (Hegeszés, hőkezelés) Hőkezelési eljárások Dr. Paloás Béla - dr. Némeh Árpád paloasb@eik.bme.hu hőkezelés célja szöveszerkeze válozaásával a kíván mechanikai-