Fortélyos vasöntészet - Öntsünk tiszta vasat a formába!

Eredeti szándékunk szerint az előző lapszámban megjelent „Bolyai Farkas – Kemencze-tan” című írás folytatásaként az öntöttvas kályhák múltja és jelene lett volna szellemi barangolásunk témája. De mint oly sokszor az életben, a jól kigondolt tervet átrajzolta a pillanat ihlete. Az történt, hogy olvasva a tudós Bolyai Farkas cselekedeteit, aki saját készítésű famintákból öntetett kályhaelemeket, mélyen elgondolkodtatott: vajon a kályhás és kandallós szaktársak tudják-e, hogy az általuk felhasznált kályhaajtók, rostélyok és öntvény tűzterek miként készülnek? Az alábbiakban erről is szó lesz.

 

Adódik a kérdés, vajon a kollégák ismerik-e az anyagösszetételt és ennek a minőségre gyakorolt fontosságát? S vajon tisztelik-e illő módon, értékelik-e a vasöntők tudását, olykor emberfeletti munkáját? Töredelmesen bevallom, hogy korábban, géptervező mérnökként – sokadmagammal – nem tiszteltük oly nagyra az öntő szakmát, mint ami megillette volna. A mi szakmánkat többre értékeltük, úgy véltük, az öntészet presztízse szerényebb a mienkénél.  E nézetem azonban gyökeresen megváltozott e nemes szakma elismerésének irányába, miután a 80-as évek elején vállalkozóként – akkor kisiparosnak hívták – a szükség az alumínium öntés irányába sodort.

Manufaktúrák korszaka
Mint köztudott, az emberiség történetét a nyersanyagok hasznosítására irányuló folyamatos törekvés jellemzi, s a fémfeldolgozás a gyártástechnológiai folyamatok egyik legősibb formája. Az ismereteket évszázadokon át örökítették tovább anélkül, hogy az öntés kézműves – manufakturális – jellegén vagy a technológiák fejlettségi szintjén bármit is változtattak volna. Európában csak az ipari forradalom beköszöntével indult rohamos fejlődésnek az öntészet, annak ellenére, hogy például Kínában már időszámításunk előtt 500-ban széleskörűen használták a vasat, mint az öntészet alapanyagát. Viszont az első európai vasöntés csupán az 1400-as évek elejére tehető, feltehetően Liege környékére, ahonnan majd tovább terjedt Németországba, Skandináviába és Angliába.

 

A fennmaradt leletanyag arról tanúskodik, hogy az ókorban a tábla- vagy lapöntés technikával főleg kandallók, kályhák, kutak, sírtáblák készültek. Az öntöttvas lapokból vagy táblákból álló szekrénykályhák oldalait vaslécekkel és csavarokkal erősítették össze. Így kezdődött a később csodálatos kivitelezésű vaskályhák életútja. De térjünk vissza a kezdetekhez.


Jogos a kérdés: mi lehet az oka, hogy Európában nem jöttek rá a vasöntés fortélyaira a fegyverkovácsolás zseniális mesterei egészen a középkorig? A felelet döntően abban rejlik, hogy a kovácsvas előállításához alacsony széntartalmú vasötvözetre volt szükség. Ha a kohósítás folyamán szénben dúsabb ötvözet keletkezett, azt selejtnek minősítették, hiszen kovácsolásra alkalmatlan volt. Márpedig az öntésre alkalmas vas 1,7-5 százalék között kell szenet tartalmazzon, mely lényegesen több, mint a kovácsolható vasé. Talán nem haszontalan egy picit belenézünk a vasöntvény szerkezeti mélységébe, mert könnyebben megérthetjük a kandallóbetét falelem repedésének, vagy a rostély elhasználódásának okait. Tehát, mint ahogy előbb említettük, az öntöttvas ötvözet széntartalma szűk keretek között (1,7-5 százalék) van. Törete fehér vagy szürke felületű. A szén különböző alakban lehet jelen. A vas folyékony állapotban jól oldja a szenet, lehűlve vegyületet alkot vele. Ez a vegyület a vaskarbid, vagy cementit, amely rendkívül kemény szövetelem. Lassú lehűlés esetén a cementit felbomlik és a szén egy része grafit alakban kiválik. Gyakori még egy szövetelem, az igen szívós perlit, amely cementidből és vasból áll. 

 

Szilárdság és keménység
A grafit kiválásának mértéke nagy hatással van az öntöttvas szilárdságára és keménységére. Hirtelen lehűléskor alig vagy egyáltalán nem válik ki, az öntvény szövete cementitből áll, tehát rendkívül kemény. Ez az eset fordul elő vékony falú öntvényeknél vagy öntvény részeknél, amikor azt mondják az öntők, hogy az öntvény „kéregbe futott”. Előidézhetjük ezt a jelenséget szándékosan, nagyobb falvastagságoknál is, ha a lehűlést hűtővasakkal vagy kokillával gyorsítjuk. Így öntenek kemény felületű kéregöntésű vasúti kerekeket és egyes hengerfajtákat, ahol csak különös felületrészeknél fontos a keménység, más részeknél épp ellenkezőleg, puhábbnak, fáradásos igénybevételre ellenállóbbnak kell lennie.


Lassú lehűléskor a grafit ereket (lemezeket) képezve válik ki. Ezek a grafit erek megbontják a színvas folyamatosságát, miáltal a vas szilárdságát csökkentik, ugyanakkor azonban lágyabbá, könnyebben megmunkálhatóvá teszik az öntvényt.


A lehűlési viszonyokon kívül a vasban lévő ötvöző elemek is hatással vannak a grafitkiválásra, de más tulajdonságokra is. A szilícium például elősegíti a grafitkiválást. Ezért vékonyfalú öntvények öntéséhez nagyobb szilícium tartalmú öntöttvas szükséges, hogy megakadályozzák a „kéregbe futást”. A mangán éppen ellenkezőleg, gátolja a grafitkiválást, növeli a szilárdságot és egyben a keménységet is. Kis mennyiségű foszfor fokozza a cementit bomlását, csökkenti a vas olvadáspontját és így növeli hígfolyósságát. Ezért adagolnak foszfort a díszöntvényekhez, különösen vékonyfalú és nagy felületű, kiterjedésű öntvényekhez. Nagyon fontos megjegyeznünk itt, hogy a kandallóbetétek nagy felületű öntvényei ennek ellenére nem tartalmazhatnak foszfort, mivel, hiába előnyös öntéstechnológiai szempontból, jelenléte károsan befolyásolná a termék élettartamát.  Felhívnánk a figyelmet arra, hogy termékválasztáskor jelezzük az ügyfeleknek, hogy a kereskedelemben gyakran fellelhető olcsó kandallótűzterek magas foszfortartalmú öntvényből készülnek. Ezeknek jellemzői a vékony falvastagság és az alacsony szakítószilárdság. Ebből következően a hő-sokkra, vagyis hirtelen hőmérsékletváltozásra rosszul reagálnak: repednek, törnek. Ez esetben is érvényes a régi népi bölcsesség: „Olcsó húsnak híg a leve”. Vagy ahogyan Bolyai Farkas tudós korábban fogalmazott: az öntvénykályhák „drágácskák”.


A legkárosabb kísérő elem a kén. Ez sajnos mindig jelen van, mert a folyékony vas a kokszból és egyes töredékfajtákból ként vesz fel. A cementit bomlását a kén akadályozza, ezért a vasat rideggé, keménnyé teszi. Ezen kívül sűrűn folyóvá és erősen zsugorodóvá is. Igényes öntvény nem készülhet nagy kéntartalmú vasból.


Kényes műveletek
A formázás módjára, módszereire nem szeretnénk bővebben kitérni, mert talán ez a téma minden szakmatársunk számára ismertebb. Az öntvény felületének tisztítása azonban szintén kényes és manualitásából adódóan nehézkes feladat. A felöntések és beömlők eltávolítása a kihűlt darabról mechanikusan történik. Következő lépés a magok és magvasak eltávolítása kézi erővel vagy magkiverő géppel. Ez tisztításkor egyike a legkényesebb munkáknak, mert az öntvény megsérülhet. A finom tisztítás során először a beömlők, felöntések, fáncok helyét kell leköszörülni, hogy az öntvény felülete egyenletes legyen. Kisebb öntvényeknél ezt a műveletet kézi köszörüléssel, állványos köszörűgéppel végzik. Nagy öntvényeknél lengőköszörűt használnak. Végül el kell távolítani az öntvény felületéről a még rajta lévő tapadt vagy ráégett homokot. Ennek legegészségtelenebb és legfárasztóbb, de még sok helyütt alkalmazott módja a drótkefézés és vágózás. A kisebb, törésre nem hajlamos öntvényeket koptató dobban tisztítják. Kényesebb öntvényeket homoksugár-szóró öntvénytisztító gépekkel tisztítanak. Egyik jól bevált típus a forgóasztalos tisztítógép, melynél a forgóasztalon elhelyezett öntvényeket egy nagy fordulatszámú röpítő kerék által szórt homoksugár vagy acélszemcse-sugár hatásának teszik ki.


Kis szériás öntvénytermékek gyártása esetén sajnos még ma is a fent leírt manuális, nehézkes és egészségtelen eljárás alkalmazható. Nagy széria gyártása esetén azonban a gépi formázás és a gépesített járulékos műveletek már megkönnyítik az emberi munkát, viszont a formázó szerszámok költségei magasak. A költségszintet tekintve tehát úgy a gépi, mint a kézi megmunkálás – Bolyai Farkas szóhasználatával élve – „drágácska”. 


Amikor szakmatársaink kezükbe vesznek vagy megtekintenek egy öntvénydarabot – lehet ez dísztárgy, vagy akár rostély – gondoljanak arra, hogy ez a termék – a benne megtestesülő szellemi és fizikai erőfeszítések révén – az öntőszakma teljesítményének dicsérete.  


Gyergyay Csaba