Öntöttvas2%-nál nagyobb széntartalmú vas-szén ötvözetek csoportja.Hasznossága viszonylag alacsony olvadáspontjából ered.Az ötvözet összetevői befolyásolják a színét repedéskor: a fehér öntöttvas keményfém szennyeződéseket tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a repedések egyenes áthaladását, a szürkeöntvényben grafitlemezek találhatók, amelyek eltérítik az áthaladó repedést, és számtalan új repedést okoznak, amikor az anyag eltörik, a gömbgrafitos öntöttvas pedig gömb alakú. grafit "csomók", amelyek megakadályozzák a repedés további fejlődését.

Az 1,8-4 tömeg% szén (C) és 1-3 tömeg% szilícium (Si) az öntöttvas fő ötvözőelemei.Az alacsonyabb széntartalmú vasötvözetek acélként ismertek.

Az öntöttvas hajlamos törékeny lenni, kivéve a temperöntvényeket.Viszonylag alacsony olvadáspontja, jó folyékonysága, önthetősége, kiváló megmunkálhatósága, deformáció- és kopásállósága miatt az öntöttvasak széleskörű felhasználási területtel rendelkező mérnöki anyaggá váltak, és csövekben, gépekben és autóipari alkatrészekben, például hengerekben használják. fejek, hengerblokkok és sebességváltóházak.Ellenáll az oxidáció okozta károsodásnak.

A legkorábbi öntöttvas műtárgyak az ie 5. századból származnak, és régészek fedezték fel őket a mai kínai Jiangsu területén.Az öntöttvasat az ókori Kínában hadviselésre, mezőgazdaságra és építészetre használták.A 15. század folyamán az öntöttvasat a franciaországi Burgundiában és Angliában a reformáció idején ágyúként használták.Az ágyúkhoz felhasznált öntöttvas mennyisége nagyüzemi gyártást igényelt. Az első öntöttvas hidat az 1770-es években építette Abraham Darby III, és Vashíd néven ismert az angliai Shropshire-ben.Az épületek építésénél is használtak öntöttvasat.

Ötvöző elemek

Az öntöttvas tulajdonságai különböző ötvözőelemek vagy ötvözők hozzáadásával változnak.A szén mellett a szilícium a legfontosabb ötvözőanyag, mert kiszorítja a szenet az oldatból.A szilícium alacsony százaléka lehetővé teszi, hogy a szén oldatban maradjon, így vaskarbid és fehér öntöttvas keletkezik.A szilícium nagy százaléka kiszorítja a szenet az oldatból, így grafit és szürkeöntvény képződik.Egyéb ötvözőszerek, a mangán, króm, molibdén, titán és vanádium ellensúlyozzák a szilíciumot, elősegítik a szén visszatartását és ezeknek a karbidoknak a képződését.A nikkel és a réz növeli a szilárdságot és a megmunkálhatóságot, de nem változtatja meg a képződött grafit mennyiségét.A grafit formájában lévő szén lágyabb vasat eredményez, csökkenti a zsugorodást, csökkenti a szilárdságot és csökkenti a sűrűséget.A kén, amely nagyrészt szennyező, ha jelen van, vas-szulfidot képez, amely megakadályozza a grafit képződését és növeli a keménységet.A kénnel az a probléma, hogy viszkózussá teszi az olvadt öntöttvasat, ami hibákat okoz.A kén hatásainak ellensúlyozására mangánt adnak hozzá, mert a kettő vas-szulfid helyett mangán-szulfiddá alakul.A mangán-szulfid könnyebb, mint az olvadék, ezért hajlamos kiúszni az olvadékból a salakba.A kén semlegesítéséhez szükséges mangán mennyisége 1,7 × kéntartalom + 0,3%.Ha ennél több mangánt adunk hozzá, akkor mangán-karbid képződik, ami növeli a keménységet és a hűtést, kivéve a szürkevasat, ahol akár 1% mangán növeli a szilárdságot és a sűrűséget.

A nikkel az egyik legelterjedtebb ötvözőelem, mert finomítja a perlit és grafit szerkezetét, javítja a szívósságot, és kiegyenlíti a metszetvastagságok közötti keménységi különbségeket.A krómot kis mennyiségben adják hozzá, hogy csökkentse a szabad grafit mennyiségét, lehűljön, és mivel erős karbid stabilizátor;nikkelt gyakran adnak hozzá.A 0,5%-os króm helyett kis mennyiségű ónt is adhatunk hozzá.Az üstben vagy a kemencében 0,5-2,5%-os nagyságrendben rezet adnak hozzá a lehűlés csökkentése, a grafit finomítása és a folyékonyság növelése érdekében.0,3–1%-os nagyságrendben molibdént adnak hozzá a hűtés fokozása és a grafit és perlit szerkezetének finomítása érdekében;gyakran adják hozzá nikkellel, rézzel és krómmal együtt, hogy nagy szilárdságú vasakat képezzenek.A titánt gáztalanítóként és deoxidálószerként adják hozzá, de a folyékonyságot is növeli.0,15–0,5% vanádiumot adnak az öntöttvashoz a cementit stabilizálására, a keménység növelésére, valamint a kopással és hővel szembeni ellenállás növelésére.A 0,1-0,3% cirkónium elősegíti a grafit képződését, az oxidációt és a folyékonyság növelését.

A temperöntvényvas olvadékokhoz bizmutot adnak 0,002-0,01%-os skálán, hogy növeljék a hozzáadható szilícium mennyiségét.A fehérvashoz bórt adnak a temperöntvény előállításának elősegítésére;csökkenti a bizmut durvító hatását is.

Szürke öntöttvas

A szürkeöntvényt grafitos mikroszerkezete jellemzi, ami miatt az anyag törései szürkés megjelenést kölcsönöznek.Ez a leggyakrabban használt öntöttvas és a tömeg alapján a legszélesebb körben használt öntvényanyag.A legtöbb öntöttvas kémiai összetétele 2,5-4,0% szén, 1-3% szilícium, a többi vas.A szürkeöntvény szakítószilárdsága és ütésállósága kisebb, mint az acélé, de nyomószilárdsága az alacsony és közepes széntartalmú acéléhoz hasonlítható.Ezeket a mechanikai tulajdonságokat a mikrostruktúrában jelenlévő grafitpelyhek mérete és alakja szabályozza, és az ASTM által megadott irányelvek szerint jellemezhetők.

Fehér öntöttvas

A fehér öntöttvas fehér töredezett felületeket jelenít meg a cementit nevű vas-karbid csapadék jelenléte miatt.Alacsonyabb szilíciumtartalommal (grafitizáló szer) és gyorsabb hűtési sebességgel a fehér öntöttvasban lévő szén metastabil fázisú cementitként, Feként válik ki az olvadékból.₃C helyett grafit.Az olvadékból kicsapódó cementit viszonylag nagy részecskék formájában képződik.Ahogy a vas-karbid kicsapódik, kivonja a szenet az eredeti olvadékból, és a keveréket az eutektikushoz közelebb álló felé mozgatja, a fennmaradó fázis pedig az alsó vas-szén ausztenit (ami hűtés hatására martenzitté alakulhat).Ezek az eutektikus karbidok túl nagyok ahhoz, hogy biztosítsák az úgynevezett csapadékkeményedés előnyeit (mint egyes acéloknál, ahol a sokkal kisebb cementitcsapadékok gátolhatják [a képlékeny deformációt] azáltal, hogy akadályozzák a diszlokációk mozgását a tiszta vas-ferrit mátrixon keresztül).Inkább megnövelik az öntöttvas ömlesztett keménységét pusztán saját nagyon nagy keménységük és jelentős térfogati hányaduk miatt, így az ömlesztett keménység a keverékek szabályával közelíthető meg.Mindenesetre keménységet kínálnak a szívósság rovására.Mivel a keményfém az anyag nagy részét teszi ki, a fehér öntöttvas ésszerűen besorolható a cermetként.A fehér vas túl törékeny sok szerkezeti alkatrészben való felhasználáshoz, de jó keménysége és kopásállósága, valamint viszonylag alacsony költsége miatt olyan alkalmazásokban használható, mint a hígtrágyaszivattyúk kopófelülete (járókerék és tekercs), a héjbetétek és a golyós emelőrudak. malmok és autogén őrlőmalmok, golyók és gyűrűk a szénporítókban, valamint a kotró ásó kanalának fogai (bár erre az alkalmazásra gyakoribb az öntött közepes széntartalmú martenzites acél).

A vastag öntvényeket nehéz elég gyorsan lehűteni ahhoz, hogy az olvadék fehér öntöttvasként teljesen megszilárduljon.Gyors hűtéssel azonban megszilárdulhat egy fehér öntöttvas héj, ami után a maradék lassabban hűl le, és szürkeöntvény magot képez.A kapott öntvény, az úgynevezett ahűtött öntés, rendelkezik a kemény felület előnyeivel, némileg keményebb belsővel.

A magas krómtartalmú fehér vasötvözetek lehetővé teszik a masszív öntvények (például egy 10 tonnás járókerék) homoköntését, mivel a króm csökkenti a karbidok előállításához szükséges hűtési sebességet a nagyobb anyagvastagságban.A króm lenyűgöző kopásállóságú karbidokat is előállít.Ezek a magas krómtartalmú ötvözetek kiváló keménységüket a króm-karbidok jelenlétének tulajdonítják.Ezeknek a karbidoknak a fő formája az eutektikus vagy elsődleges M₇C₃karbidok, ahol az "M" vasat vagy krómot jelent, és az ötvözet összetételétől függően változhat.Az eutektikus karbidok üreges hatszögletű rudak kötegeiként alakulnak ki, és merőlegesen nőnek a hatszögletű alapsíkra.Ezeknek a karbidoknak a keménysége 1500-1800 HV tartományba esik.

Temperöntvény

A temperöntvény fehér vasöntvényként kezdődik, amelyet egy-két napig hőkezelnek körülbelül 950 °C-on, majd egy-két napon keresztül lehűtik.Ennek eredményeként a vas-karbidban lévő szén grafittá és ferritté, valamint szénné (ausztenitté) alakul.A lassú folyamat lehetővé teszi, hogy a felületi feszültség hatására a grafit gömb alakú részecskékké alakuljon, nem pedig pelyhekké.Alacsonyabb oldalarányuk miatt a szferoidok viszonylag rövidek és távol vannak egymástól, és kisebb a keresztmetszete a terjedő repedésekhez vagy fononokhoz képest.A pelyhekkel szemben tompa határaik is vannak, ami enyhíti a szürkeöntvényben előforduló feszültségkoncentrációs problémákat.Általában a temperöntvény tulajdonságai jobban hasonlítanak a lágyacélhoz.A temperöntvénybe önthető alkatrésznek van határa, mivel az fehér öntöttvasból készül.

Képlékeny öntöttvas