Öntöttvas – típusai, összetétele és tulajdonságai (szürke és fehér)

Öntöttvas: típusai, összetétele és tulajdonságai — részletes útmutató a szürke és fehér öntöttvas különbségeiről, szerkezetéről, hővezetéséről és felhasználásáról.

Öntöttvas a vas egy jelentős, ipari célokra használt ötvözete, amelyet elsősorban olvasztással és öntéssel alakítanak ki. A hétköznapi szóhasználatban az „öntöttvas” megnevezés leggyakrabban a szürke öntöttvasra vonatkozik, de valójában többféle öntöttvas létezik. A legfontosabb, alapvető csoportosítás a szürke öntöttvas és a fehér öntöttvas közötti különbségen alapul, amelyeket elsősorban a keményítő- és szilíciumtartalom, valamint ezek mikrostruktúrája különböztet meg.

Összetétel — mik a jellemző elemek?

Az öntöttvas főeleme a vas, amely tipikusan kb. 95–98% körüli arányban van jelen, de pontos érték a típus és az alkalmazás szerint változik. A legfontosabb ötvöző- és szennyezőelemek:

• Szenet (C): általában 2–4% között előfordul a legtöbb öntöttvasban; mennyisége és állapota (grafit vagy karbid) döntő a tulajdonságok szempontjából.
• Szilícium (Si): általában 1–3% — a szilícium elősegíti a grafitosodást (grafitképződést), míg alacsonyabb szilícium esetén a szén hajlamosabb cementitté (Fe3C) alakulni.
• Mangán (Mn), foszfor (P) és kén (S): ezek kis mennyiségben vannak jelen és befolyásolják a folyékonyságot, ridegséget és a hegeszthetőséget.

Szürke és fehér öntöttvas — mi a különbség?

A legfontosabb tényező az, hogy a szén milyen formában van jelen az ötvözetben:

• Szürke öntöttvas: a szilícium hatására a szén grafittá alakul, melyet a mikroszkóp alatt lemezes (flake) grafitként látunk. Ez a grafit okozza a törési felületek jellegzetes sötétszürke vagy majdnem fekete színt. A grafit miatt a szürke öntöttvas jó hővezető és kiváló rezgéscsillapító, viszont szilárdsága húzásra korlátozott; jellemzően jó nyomószilárdsággal rendelkezik.
• Fehér öntöttvas: alacsonyabb szilíciumtartalom mellett a szén nagy része cementitté (Fe3C) vagy kemény pearlitikus szerkezetté alakul, ezért a törési felület világos, „fehér” megjelenésű. A fehér öntöttvas kemény, kopásálló, de nagyon rideg — ezért elsősorban olyan alkalmazásokban használják, ahol kopásállóság és keménység fontos, nem pedig húzó vagy rázkódó terhelések elviselése.

További típusok és módosítások

• Gömbgrafitos (duktil) öntöttvas: speciális ötvözéssel (például magnézium vagy ritkaföldfémek hozzáadásával) a grafit gömb alakú lesz; ez jelentősen növeli a húzó- és nyújthatósági tulajdonságokat, ezért szerkezeti alkatrészekhez (pl. motorblokk, csővezetékek) használják.
• Kovácsolható (malleable) öntöttvas: fehér öntöttvas hőkezelésével (annealing) előállított anyag, amelyben a kemény cementit részlegesen lekonvertálódik alakíthatóbb grafit- vagy ferrit-szerkezetre, így jobb alakíthatóságot és ütésállóságot kapunk.

Fizikai és mechanikai tulajdonságok

• Hővezetés: a szürke öntöttvas jó hővezető, emiatt gyakran használják főzőedények és hőátadó elemek készítésére.
• Rezgéscsillapítás: a grafit jelenléte jó rezgéscsillapítást biztosít, ezért sok gépalkatrész (pl. gépasztalok, motorblokkok) készül belőle.
• Kopásállóság: a fehér öntöttvas és bizonyos magaskarbidos változatok kimagasló kopásállósággal rendelkeznek.
• Hegeszthetőség: általánosságban nehezebb hegeszteni az öntöttvasat a szén és a grafit miatt; a duktil (gömbgrafitos) fajták hegeszthetősége jobb, míg a fehér és kemény típusoknál előmelegítést és utókezelést igényelhet a repedésveszély csökkentésére.

Gyártás és jellegzetes felületi tulajdonságok

Az öntöttvasat homokformákba öntik. Gyors hűtés esetén (pl. a forma felületén) könnyebben alakul ki a kemény, cementites szerkezet — ezt a jelenséget gyakran kihasználják az ún. „chill” (hűtéses) öntvényeknél, amikor a felületen fehér öntöttvas képződik, míg a belseje szürke marad. A törési felület vizuális megítélése fontos minőségellenőrzési módszer: a szürke öntvény jellegzetesen sötétebb, porózusabb grafitos törést mutat, míg a fehér öntvény sima, fényes, világos felületet ad.

Használati területek

• Szürke öntöttvas: edények, tűzhelyek, hengerblokkok, gépasztalok, csapágyak burkolatai, alkatrészek, ahol jó hővezetés, rezgéscsillapítás és kopás ellenállás szükséges.
• Fehér öntöttvas: őrlő- és zúzóberendezések kopófelületei, csiszolóalkatrészek, kopásálló betétek.
• Gömbgrafitos (duktil) öntöttvas: csővezetékek, hidraulikus alkatrészek, járműalkatrészek, ahol nagyobb szilárdság és alakíthatóság szükséges.

Összefoglalás

Az öntöttvas sokoldalú anyag, amelynek tulajdonságait elsősorban a szen, a szilícium és más ötvözők aránya, valamint a hűlési körülmények határozzák meg. A szürke és a fehér öntöttvas közötti legfontosabb különbség a szén mikrostruktúrájában rejlik: grafit a szürke öntöttvasban, cementit/perlit a fehérben. E különbség határozza meg a felhasználási területeket, mechanikai jellemzőket és a megmunkálhatóságot is.

Kérdések és válaszok

K: Mi az az öntöttvas?

K: Hány fő típusa van az öntöttvasnak?

K: Mi alapján különbözik a szürke öntöttvas és a fehér öntöttvas?

K: Mennyi vas van minden öntöttvasban?

K: Mennyi szilícium van jelen a szürke öntöttvasban?

K: Mi okozza a szürke öntöttvasban lévő szén grafittá alakulását?

K: Miért használnak gyakran szürke öntöttvasat főzőedények készítéséhez?

Keresés betűvel