Acél kisokos

Acél anyagok típusai, megmunkálása, acélok hegeszthetősége.

Acél

Az acél a vas legfontosabb ötvözete. Fő ötvöző eleme a szén. Ötvözőként sok más elem is használatos. A szén és más elemek növelik az acél szilárdságát, egyben csökkentik képlékenységét. Különböző fajta és mennyiségű ötvözőkkel az acél olyan tulajdonságait lehet megváltoztatni, mint a keménység, rugalmasság, hajlékonyság, szilárdság, hőállóság, savállóság, korróziómentesség.

Az acélok fő ötvözői:
Króm: csökkenti a kritikus lehűlési sebességet, növeli a keménységet, kopásállóságot, meleg szilárdságot.
Volfram: növeli a kopásállóságot, meleg szilárdságot, éltartósságot.
Mangán: alkalmas a folyékony acélban lévő oxigén eltávolítására, kéntelenítésére, nagyobb mennyiségben növeli az acél szívósságát, kopásállóságát.
Nikkel: csökkenti az acélok hőtágulását, növeli a mágneses tulajdonságot, savállóságot, szívósságot.

Szerkezeti acéloknak nevezzük a 0,6%-nál kevesebb szenet tartalmazó acélokat. Szerkezeti acélból készülnek a legkülönbözőbb gépek, berendezések egyes alkatrészei valamint hidak daruk, csővezetékek. Az acélokat felhasználási céljuk szerint két csoportba osztja a szabvány. Az első csoportba azokat sorolja, amelyeknél a felhasználó számára valamilyen fizikai, mechanikai tulajdonság garantálása a legfontosabb. A másik csoportba azokat az acélokat sorolja, amelyeknek a vegyi összetételük garantált. A szerkezeti acélok jól alakíthatóak, hegeszthetőek, kovácsolhatóak. Jellemzői a kis szilárdság, képlékenység.

Ötvözött acélnak nevezzük mindazokat az acélokat, amelyek vason és szénen kívül ötvözőelemeket is tartalmaznak. Az ötvözés célja az acél tulajdonságainak megváltoztatása, a szilárdság, a hőszilárdság, a hőállóság, az éltartósság, a korrózióállóság, a kopásállóság, vegyi ellenállóképesség, stb., azaz a felhasználás céljából releváns fizikai, kémiai, villamos, mágneses, stb. tulajdonságok javítása.

A betétben edzhető acélok alacsony széntartalmúak. Az ide tartozó minőségeket olyan termékek előállításához használják, ahol a kérget edzés előtt szénben dúsítják. Ennek eredményeként a termék jelentősen nagyobb felületi keménységű lesz, a mag szívósságának megtartása mellett. Az ötvözetlen betétben edzhető acéltípusokat általánosságban alacsony feszültségű alkatrészek gyártásához, illetve az autóiparban használják. Az alkalmazott ötvöző anyagoknak megfelelően az ötvözött betétben edzhető acélokat közepes, vagy magas magszívósságot igénylő alkatrészek előállításánál használják. Gyakori felhasználási területe ezeknek a minőségeknek a jármű- es repülőgépgyártás.
Ötvözetlen acélminőségek: pl. C10E, C10R, C15E, C15R
Ötvözött acélminőségek: Pl. 16MnCr5, 20MnCr5, 20MoCr4

Az automata acélokat az általános minőségekhez képest jelentősen jobb megmunkálhatóság és felületminőség jellemzi, ami rövidebb gyártásidőket tesz lehetővé.
Általános automata acélok: pl. 11SMn30, 11SMnPb30, 11SMn37, 11SMnPb37
Betétben edzhető automata acélok: pl. 10S20, 10SPb20, 15SMn13
Nemesíthető automata acélok: pl. 35S20, 36SMn14, 38SMn28, 44SMn28, 46S20
Az automata acélok a méretkorlát figyelembevételével általában húzott kivitelben kerülnek szállításra.

A nemesíthető acélok különösen alkalmasak edzett késztermékek előállítására.
A nemesítés során speciális kopásállóság érhető el.  A termék felhasználása olyan területeken javasolt, ahol a magas szakítószilárdság, kopásállóság és szívósság együttes megléte elengedhetetlen.
Ötvözetlen minőségek: pl. C22 – C60, C22E – C60E, C22R – C60R. Legismertebb: C45
(E= finomszemcsés acél; R= finomszemcsés acél, szabályozott, 0,02 es 0,04 % közötti kéntartalommal.
A jobb megmunkálhatóság érdekében ezek a minőségek 0,15 es 0,30 % közötti ólomtartalommal is gyárthatóak.)
Ötvözött minőségek: pl. 38Cr2, 46Cr2, 34Cr4, 37Cr4, 41Cr4, 25CrMo4, 34CrMo4, 42CrMo4, 50CrMo4, 36CrNiMo4, 34CrNiMo6, 30CrNiMo8, 51CrV4.
(A 38Cr2 es 42CrMo4 között felsorolt minőségek gyártása történhet szabályozott, 0,02 es 0,04 % közötti kéntartalommal.)

A szerszámacélok legfontosabb tulajdonságai a nagy szilárdság, keménység és a kopásállóság. Széntartalmuk 0,6% fölötti, többnyire edzett állapotban használják. A szerszámacélok jól alakíthatóak, kovácsolhatóak, edzhetőek. Nem hegeszthető.

Ötvözetlen szerszámacélok: Fő ötvözőjük a C (0,6-4-1,5%), a Mn és Si csak szennyezőként szerepel. Jelölésük S1- S13. Használatuk korlátozott, mert kicsi a megengedhető vágósebesség. A szerszámacélok közül az ötvözetlen szerszámacélok edzhetők a legkeményebbre (66 -67 HRC). Keménységüket csak alacsony hőmérsékleten tartják meg, kilágyulási határuk 200 – 250°C. Különleges szerszámokhoz, alacsony vágósebességgel dolgozó fúrókhoz, dörzsárakhoz, menetvágószerszámokhoz használják őket. Hajlítószilárdságuk nagy. Ez a szerszámacél a legolcsóbb szerszámanyag

Ötvözött szerszámacélok: A jellemző ötvözőelem szerint csoportosítjuk őket, (Cr, Mn,W). Keménységük kisebb, mint az ötvözetlen szerszámacél (max. 64 HRC), de azt magasabb hőmérsékletig megtartják (300-400°C). Szilárdsági értékeik, hajlítószilárdságuk jó.
– Króm-szerszámacél (jele K1-K14) kiválóan alkalmas alak kések, marók, nagy igénybevételű dörzsárak készítésére. Edzési hőfokra nem kényes, jól átedzhető
– Mangán-szerszámacél (jel M1) kis teljesítményű kézi forgácsolószerszámok (menetmetszők, menetfúrók stb.) készítésére alkalmas.
– Wolfram-szerszámacélból olyan szerszámokat készítenek, melyekkel közepes teljesítménnyel forgácsolunk, és az edzés utáni köszörüléssel munkáljuk végleges alakra, (csigafúrók, marók, fűrészlapok).

Gyorsacélok: Gyorsacélnak nevezzük a legnagyobb teljesítményű szerszámacélt.   Jelölésük R1-R11. A gyorsacélok jellemző ötvözetei a W, Cr és V. Kis százalékban ötvözőként szerepelhet még a Mo és a Co. Edzési szempontból a legkényesebb szerszámanyag, átedző képessége jó. A gyorsacél helyes edzésével elérhető a 64 HRC, keménységüket 550 – 600 C^o-ig megtartják. A gyorsacélok szilárdsági tulajdonságai a sok nemes ötvöző miatt igen jó. Nem igényel gondos kezelést, bonyolult alakú szerszámok igen könnyen készíthetők belőle.

Különleges acélok: valamilyen speciális tulajdonsággal rendelkeznek pl. hőállóság, korrózióállóság, savállóság stb. Erősen ötvözöttek.

A rozsdamentes  acélok króm ötvözetű acélok, amelyek 12-30%-ban krómot, valamint max. 30% nikkelt, max. 24% mangánt, továbbá néhány százalékban olyan elemeket tartalmaznak, mint a molibdén, szilícium, réz, titán, nióbium, nitrogén, stb. Az ötvözetek környezeti hatásokkal szembeni ellenálló-képességét a króm határozza meg, ezért az ötvözésnél döntő szerepe van. A rozsdamentes acélokat a levegő pára- és oxigéntartalma nem károsítja, felületük nem rozsdásodik. A rozsdamentes acélok családjához több mint 150 féle minőség tartozik. A rozsdamentes acél elhasználódás után újrahasznosítható, be lehet olvasztani. A leggyakrabban használt ötvözőelemek közül a nikkel és a mangán az acél szilárdságát növeli, keménységét és olvadáspontját növeli, és ezzel a szilárdsága magasabb hőmérsékleten javul (hőálló acél). A vanádium ugyancsak növeli a keménységet és a kifáradással szembeni ellenállást. Nagy mennyiségű króm és nikkel az acélt rozsdamentessé, savállóvá teszi.

A hőálló acélok úgy a rövid-, mint a hosszú idejű igénybevételeknél is jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, és különösen jól ellenállnak az égéstermékek által kibocsátott forró gázok, valamint a nagyjából 550°C felett létrejövő só- és fémolvadékok hatásainak. Ellenálló képességük azonban igen erősen függ attól, hogy milyen feltételek között érik ezek a hatások.

Kopásálló acélok: Főbb ötvözőik: C, Mn, Cr, Mo, Ni. Tulajdonságai: Nagy szilárdság, magas keménység és kedvező ütőmunka, magas kopásállóság. Anyagminőségtől függően jó hegeszthetőség és jó hajlíthatóság. Alkalmazásának előnyei: Nagyobb szilárdságuk miatt ugyanazon terheléshez kisebb szelvényméretek alkalmazhatóak, ezáltal csökkenthetőek a berendezések súlyai (pl. daru). A kisebb súly miatt csökkennek az üzemeltetési költségek. Élettartamuk megnő, mely szintén költségcsökkentő hatású. Nem igényel hőkezelést, kopóréteg felrakó hegesztést, a gyártóművek már a megfelelő tulajdonságokkal adják ki. Alkalmazási területei: Talajművelő eszközök (pl. eke), mezőgazdasági gépek, markolók, billenőplatók, dózerek fokozottan igénybe vett alkatrészei, kő- és szénbányák gépei, aprító- és osztályozógépek, cementgyárak berendezései, berendezések vágó élei rátétként, folyamatos ütő igénybevételnek kitett berendezésekben (pl. kőaprítók), stb. Egyes gyártók saját márkaneveket használnak, pl. HARDOX, RAEX, XAR, BRINAR, CREUSABRO.

Húzott acéltermékek
Ez a termék hengerhuzal, vagy melegen hengerelt acélrúd hidegen húzásával készül.
A melegen alakított acéltermékekkel összehasonlítva a húzás nagyobb méretpontosságot eredményez, ami előfeltétele az automata fémmegmunkáló gépeken történő alkatrészgyártásnak.
A húzás növeli a termék mechanikai tulajdonságainak, így a szakítószilárdságnak és a folyáshatárnak az értékeit.
Az alacsony széntartalmú acélminőségek esetében a húzás javítja a megmunkálhatóságot. A húzás során jelentkező felkeményedést minden minőség esetében hőkezeléssel lehet csökkenteni.
A húzott acéltermékeket kiváló felület, nagy méretpontosság, és szabályozott mechanikai tulajdonságok jellemzik, függetlenül, hogy a húzási folyamat szálból szálba, tekercsből szálba, vagy tekercsből tekercsbe történik.
Annak érdekében, hogy a nagyobb keresztmetszetű termékek minősége is kifogástalan legyen, a húzópadokon alkalmazott húzóerő kiválasztására fokozott figyelem irányul.
A húzott termékek egyenessége a mérettűréshez hasonlóan kedvezőbb, mint a melegen hengerelt termékeké. A felület szükség szerint lehet polírozott is. A kisebb méretű termékek igény szerint tekercsben is készülhetnek.
A húzott acéltermékek keresztmetszettől függően, az EN 10278 szabvány szerint h 11, vagy h 9 tűréssel kerülnek szállításra.

Hántolt acéltermékek
A hántolás általában 14 mm átmérő feletti köracélok esetében alkalmazható. A melegen hengerelt termékekkel összehasonlítva, a hántolt köracélok nagyobb méretpontossággal és fényes, sima felülettel rendelkeznek.
A hántolt köracélokat hengerelt, vagy kovácsolt alapanyagból állítják elő. A termék felületének kialakítása során eltűnnek a melegen hengerelt alapanyagoknál előforduló és megengedett felületi hibák.
A hántolt köracélok az EN 10278 szabvány szerint h 11, h 10 vagy h 9 tűréssel kerülhetnek szállításra.

Csiszolt acéltermékek
Ezek az acéltermékek húzott, vagy hántolt köracélból csiszolás és polírozás alkalmazásával készülnek, amivel még fokozottabb méretpontosság és még kiválóbb felület érhető el.
A kifogástalan felület lehetővé teszi, hogy a terméket a legigényesebb felhasználási területeken alkalmazhassák. A kiváló méretpontosság miatt a termékek további megmunkálás nélkül felhasználhatóak.
A csiszolt köracélok alaphelyzetben az EN 10278 szabvány szerinti h 6 tűrésértékig műanyag távtartó gyűrűkkel ellátva, védő csomagolásban kerülnek szállításra.

Ötvözet
Olyan fém természetű anyag, melyet két vagy több fém összeolvasztása vagy egymásba való oldása útján nyerünk.

Hengerelés

A hengerelés technológiája. A hengerlés során két egymással szemben forgó henger közé adják be az anyagot. A hengerek közötti résben nyomás hatására az anyag vastagsága csökken, hosszúsága és szélessége nő. Minél nagyobb a hengerek átmérője annál nagyobb vastagság csökkenés valósítható meg egy lépésben, de nagy átmérőjű hengerek esetén nagyobb a szélességnövekedés mértéke is. Amennyiben jelentős szélességnövekedés nélkül kívánjuk a hengerlést megvalósítani, úgy kis átmérőjű hengereket kell alkalmazni. Nagy hengerlési erő hatására a hengerek kihajolhatnak (széleken vékonyabb lesz a lemez, mint középen) ezért támasztóhengereket alkalmaznak. Állandó hengerlési erő esetén domború hengerek alkalmazásával elkerülhető a szélek elvékonyodása.

A hengerlés alkalmazási területei A hengerlés az egyik leggyakrabban alkalmazott képlékeny alakító eljárás. Az acéltermelés 75- 80 %- át, a könnyűfém- és színesfémtermelés 50- 55 %- át hengerlik. Az öntött tuskókból, bugákból elő gyártmányokat és egyes késztermékeket melegen hengerelnek. Hideghengerlést általában befejező műveletként illetve finomlemezek gyártásánál alkalmaznak. Hideghengerlést akkor alkalmaznak, ha a cél a sima felület és a pontos méretek előállítása. A hideghengerlés általában a meleg hengerlés után következik a nagyobb szilárdság és a jobb mélyhúzhatóság elérése érdekében. A hideghengerlés során az anyag szilárdsága nő, de  a szívóssága  csökken.

A hengerelt darab alakja szerint:
– Rúdacéloknak nevezzük az üregezett hengerekkel, melegen alakított, egyszerű alakú szelvényeket (kör, négyzet, téglalap, hatszög, körszelet stb.).
– Idomacélok: szelvényét általában különböző betűk alakjához hasonlítják (L, I, U, T, Z). Gyakran közéjük sorolják a vasúti és egyéb síneket is.
– Hengerhuzalok: kör szelvényű termékek, amelyeket mindig csévélve gyártanak. Átmérőjük 5,5 és 14 mm közé tehető.
– Lapos termékek: a melegen vagy hidegen hengerelt lemezek és szalagok (a csévélve hengerelt lapos termékek).
– Varrat nélküli csövek: hengerlése speciális, a hengerlés általános módszereitől eltérő eljárás, ez a csőhengerlés.

Acélcső gyártás
A cső egy üreges rúd, mely az esetek többségében henger alakú. Általános felhasználási területe az iparban leginkább gőzök, gázok és folyadékok elvezetése. Ezenkívül oszlopként, tengelyként és kapcsolórudazatként is alkalmazzák. A csövek gyártása leginkább attól függ, hogy milyen anyagból készítik.
Az acélból készült csöveket gyártási módszereik szerint kétféle csoportba lehet osztani:
– hegesztett,
– varrat nélküli.

A hegesztett acélcsövek hengerelt lemezből (szalagból) készülnek.
A varrat elhelyezkedése alapján kétféle hegesztett cső típust különböztetünk meg:

– hosszvarratos (A lemezszalag alapanyag szélességét az átmérőnek megfelelő méretre munkálják, majd felhajlítás után valamilyen módszerrel, általában hegesztéssel egyesítik. A hosszvarratos csőgyártás alapanyaga hasított szalag. Szélessége a gyártani kívánt cső átmérőjének függvénye (kerület + a hegesztés anyagszükséglete), vastagsága pedig a kívánt cső vagy profil falvastagságnak felel meg.)

– spirálvarratos (Az acélszalag alapanyagot három, ferdén elhelyezett görgő között spirál alakban tekerik fel úgy, hogy a kívánt átmérőt kapják, majd a szalag oldalait összehegesztik. Ezzel a módszerrel azonos szélességű szalagból – a csévélési szög változtatásával – különböző átmérőjű csöveket lehet gyártani.)

A szerkezeti cső kitűnően alkalmazható acélszerkezetek gyártásában, a házépítésben és a gépgyártásban. Alakjuknak és szilárdságuknak köszönhetően felhasználásukkal költséghatékonyan lehet tartós és könnyű szerkezetek építeni.
A szerkezeti csövek felhasználási területei: szereléshez, különféle építési munkákhoz – kerítésoszlopok, állványzatok, fémkeretek, merevítések, tartószerkezetek, különböző fémelemek és fémszerkezetek, látványelemek építése.

A hosszvarratos hegesztett acélcsövek minősége az elmúlt néhány évtizedben, elsősorban a hegesztés technológia fejlődésének köszönhetően, jelentősen javult. A jobb minőségű csöveket, amelyek olcsóbbak a varratnélküli csöveknél, bátran használják a felhasználók különböző vezetékek építéséhez. Ez csak akkor okoz problémát, ha a nem megfelelő csöveket alkalmazzák. A vezetékek építéséhez használt csövek döntő többsége a menetvágásra alkalmas vezetékcső, illetve a szobahőmérsékleten szavatolt tulajdonságú nyomásálló csövek közül kerülnek ki.  A csövek átmérő- és az ahhoz csatlakozó falvastagság-mérete, valamint azok tűrései biztosítják azt, hogy a menet a csővégen a megfelelő mennyiségű maradék csőfal biztosítása mellett elkészíthető legyen.

A varrat nélküli acélcsöveket általában a nagyobb igénybevételnek kitett helyeken alkalmazzák (pl. teherviselő szerkezeteknél, olajbányászatban stb.). A csőgyártás módszere alapvetően két lépésből áll:
– a tömör acéltuskó kilyukasztása,
– a lyukasztott termék átmérőjének és falvastagságának csökkentése (nyújtás).
A két gyártási fázist gyakran további műveletek követik, amiknek a célja a cső felületének és méretpontosságának javítása.
A varrat nélküli acélcső gyártása egy többlépcsős, viszonylag bonyolult képlékeny-alakító eljáráson alapszik, melynek során a tömör anyagból kiindulva, az alakítás hőmérsékleti tartományában több, egymásra épülő technológiai művelet eredményeként létrejön melegen hengerelt, varrat nélküli acélcső. A melegen hengerelt varratnélküli acélcsövek az utolsó alakítási hőmérsékletről legtöbbször szabad levegőn hűlnek le, így hőkezelési állapotukat illetően normalizált kivitelűek. Ennek következtében ezek a csövek feszültségmentesek, így jól alakíthatók, megmunkálhatók.

A hegesztés

A hegesztés különálló szerkezeti elemként készült fém alkatrészek oldhatatlan kötéssel készülő összeerősítésére szolgáló művelet.
A hegesztés, mint oldhatatlan kötés, több száz éve ismeretes, igazi fejlődése azonban csak a 19. század végén kezdődött. Hegesztéskor a fémes alkatrészek összekötésére belső erőket, a fémek atomjait és molekuláit összetartó erőket használnak fel. Ezt a kötésmódot kohéziós kötésnek is nevezik.
Hegesztéskor a kohéziós kapcsolatot többnyire úgy hozzák létre, hogy a hegesztés helyén az alkatrészek anyagát vékony rétegben megolvasztják és így kötik össze őket, vagy pedig az alapanyaghoz hasonló kémiai összetételű töltőanyag: hozaganyag beolvasztásával kapcsolják össze az alapanyagokat.
(Kötést létre lehet hozni úgy is, hogy az összekötésre kerülő felületek közötti hézagot az alapanyaggal közel sem egyező, lényegesen kisebb olvadáspontú fémmel töltik ki. Ezt forrasztásnak nevezzük. Előnye: a készre munkált alkatrészek lényeges alakváltozás nélkül köthetők össze. További előnye, hogy kisméretű tömegcikkek forrasztása könnyen gépesíthető, automatizálható.)
A hegesztéshez szükséges kohéziós kapcsolat kétféle – egymással kombinálható – módon hozható létre:
– ömlesztő hegesztéssel és
– sajtoló hegesztéssel.
Az ömlesztő hegesztés a kohéziós kapcsolat létesítésének az a módszere, amelyben az alapanyagoknak a kötés helyével szomszédos kis részét helyileg egy közös fémfürdővé olvasztják és abba még esetleg egy harmadik anyagnak (a hegesztőpálcának vagy az elektródának) egy részét is beolvasztják, majd az így keletkezett hegfürdőt a kötést áthidaló varrattá dermesztik. Azt az eljárást, amikor nem kötés a cél, hanem az alapanyagra a hozaganyagot viszik fel, felrakó hegesztésnek nevezik. Más felületi anyagminőség-igény esetén alkalmazzák.
Sajtoló hegesztéskor a szerkezeti elemek közötti molekuláris kapcsolatot erőhatással létesítik anélkül, hogy az alapanyagokat megömlesztenék. Ilyen például a kovácshegesztés és a hideghegesztés.

Acélok hegeszthetősége: A hegeszthetőség komplex tulajdonság, mely függ a hegesztendő anyagtól, a hegesztendő szerkezettől, az alkalmazott hegesztési technológiától és a várható igénybevételtől.

A karbon-egyenérték függvényében az acélok 3 csoportba sorolhatóak:

• Hőkezelés
  A hőkezelés célja a fémek, ötvözetek mechanikai tulajdonságainak módosítása (keménység, szívósság stb.). A hőkezelés egy tervszerűen megválasztott hőmérsékletváltoztatási folyamat, mely felhevítésből,  hőn tartásból és lehűtésből áll, és célja a munkadarab szövetszerkezetének illetve feszültségállapotának tudatos megváltoztatása, az előírt tulajdonságok elérése céljából.
• Edzés
  Edzés az a hőkezelési eljárás, amikor az acélt felmelegítik 950 °C fölé, majd nagy sebességgel lehűtik. Az edzés célja a nagykeménységű szövetszerkezet előállítása. Az erősen edzett acélok üvegszerűen ridegek.
• Nemesítés
  Nemesítés az a hőkezelési eljárás, amikor az acélt hőn tartják 800-1000 °C-on legfeljebb 0,5 óráig, hűtés vízben, vagy olajban. Ezután kb. 600 °C-on megeresztés.
• Tűrés
  Tűrésosztályok (h tűrésmező)
  Tűrésmező az ISO 286-2 szerint

K = Köracél    N = Négyzet    H = Hatszög