Mechanical engineering | Materials expertise » Ötvözetek

Ötvözetek -Az ötvözet olyan fémes anyag, amely legalább két kémiai elemből áll, amelyek közül legalább az egyik fém. Általánosságban az ötvözetek sem tekinthetők vegyületnek (inkább szilárd oldatok), bár bizonyos körülmények között az egyes ötvözők meghatározott arányban kémiai kötéseket alkotnak egymással. -Az ötvözés általában javítja a fém tulajdonságait. -Az acél például erősebb az alapfém vasnál. Az ötvözet fizikai tulajdonságai, mint a sűrűség, reakciókészség, rugalmassági modulus, elektromos- és hővezető képesség nem feltétlenül mutatnak nagy eltérést az alkotóelemekéhez képest, de a mérnöki tulajdonságok, mint a szakító- és nyírószilárdság lényegesen különbözhetnek. Ezt esetenként az ötvözetben levő atomok különböző mérete okozza, mivel a nagyobb atomok nyomóerőt fejtenek ki a szomszédos atomokra, míg a kisméretű atomok húzóerővel hatnak a szomszédaikra, ami fokozza az

ötvözet deformációval szembeni ellenállóképességét. Az ötvözetek tulajdonságai már kis mennyiségű ötvöző hatására is jelentősen megváltozhatnak. A félvezető ferromágneses ötvözetekben levő szennyezők például más tulajdonságot eredményeznek, ahogy azt elsőként White, Hogan, Suhl, Tian Abrie és Nakamura előre jelezték. - Az ötvözetek egy része két vagy több fém megolvasztásával és összekeverésével készül. A sárgaréz rézből és cinkből készített ötvözet. A bronz, melyet csapágyak, szobrok, díszek és harangok készítésére használnak fel, az ón és réz ötvözete. -A tiszta fémekkel ellentétben a legtöbb ötvözetnek nem egyetlen olvadáspontja van, hanem olvadási tartománya, amelyben az anyag szilárd és folyékony fázisok keveréke. Azt a hőmérsékletet, amelyen az olvadás megkezdődik, szolidusznak, amelyen befejeződik, likvidusznak nevezzük. A legtöbb ötvözet esetén azonban van az alkotóknak egy

olyan aránya, amikor egyetlen (vagy ritkán kettő) olvadáspont létezik, ez az ötvözet eutektikus vagy eutektoidos elegye. Csoportosítás: Az ötvözetek csoportosíthatók az alkotók száma szerint. A két komponensű ötvözetet biner ötvözetnek, a három komponensűt terner ötvözetnek hívjuk és így tovább. Az ötvözetek csoportosíthatók aszerint is, hogy helyettesítéses vagy intersticiós ötvözetről van-e szó, a képződésük módjától függően. A szubsztitúciós ötvözetekben az alkotó elemek atomjai hasonló méretűek, így a kristályrácsban egyszerűen helyettesíthetik egymást. Ilyen (biner) helyettesítéses ötvözetre példa a cinkből és rézből álló sárgaréz Intersticiós ötvözet akkor jön létre, ha az egyik alkotóelem atomja lényegesen kisebb a másiknál, és a kisebb atomok beférnek a nagyobb atomok közti (rácsközi) helyekre. Egy további lehetőség, hogy az elemek egy olyan kristályrácsot képeznek, ami nem

hasonlít egyik összetevő kristályrácsához. Ez a kristályrács nagyon bonyolult Így keletkeznek a nagyon kemény, rideg fémvegyületek, mint az Al2Cu, Mg2Si, Cu4Sn, Fe3C (cementit) és WC (volfrámkarbid). A természetes ötvözetek geológiai folyamatok révén keletkeztek. Az ásványtani rendszerezésekben külön helyet kapnak az elemek és a szulfidok mellett. Az ötvözőelemeket azért adják a fémhez, hogy tulajdonságaikat a kívánt irányba megváltoztassák, javítsák. A szennyezőanyagok viszont rontják ezeket a tulajdonságokat A vas és az acél technikai fontossága miatt az ötvözeteket vas- és nemvas ötvözetekre osztják fel. További szempontokat adnak az ötvözetképzés módjai és egyes ötvözetek különleges tulajdonságai. -A természetes ötvözeteket geológiai folyamatok által jönnek létre, például az égitestek belsejében, ezért nincs szigorúan meghatározott összetételük és jól meghatározott tulajdonságaik sincsenek. -A

vasötvözetek az acélok és az öntöttvas; a széntartalom szerint tesznek köztük különbséget. Különösen fontosak a nemesacélok: ezek krómot és nikkelt tartalmaznak -Nemvas ötvözetek a nem vas alapú ötvözetek. Ilyenek például a sárgaréz, a bronzok, az amalgámok,az arany ötvözetei, -A diffúziós ötvözetek úgy készülnek, hogy az ötvöző elem atomjai az alapfémbe diffundálnak. Különösen a periódusos rendszer kis rendszámú elemei hatolnak be az alapfémbe kis atomjaik miatt. A legjobb példa a szén munkadarabok külső rétegébe diffundáltatása. -Heusler-ötvözetek: ferromágneses ötvözetek, amik nem tartalmaznak vasat, nikkelt vagy kobaltot. Ilyen például a Cu2AlMn fémvegyület -Emlékező ötvözetek, amik átformálás után, ha felveszik az eredeti hőmérsékletüket, akkor visszanyerik az eredeti alakjukat. -Fémporok összekeverésével, felhevítésével és összenyomásával olyan fémek is ötvözhetők, amik folyékony

állapotban nem keverednek egymással. Sok volfrámötvözetet ezzel a módszerrel készítenek. Elnevezés: A gyakorlatban egyes alapfémekhez képest annyira túlsúlyban van az ötvözet felhasználása, hogy a fő alkotó fém nevét használjuk az ötvözet megnevezésére is. Például a 14 karátos arany az arany más elemekkel (jellemzően ezüsttel) alkotott ötvözete, a 8 karátos "aranynak" már csak egy harmada arany. Hasonló módon az ékszerészetben használt ezüst, és a szerkezeti építőanyagként alkalmazott alumínium is ötvözet. Az alapfémtől jelentősen eltérő tulajdonságokkal bíró ötvözetek általában saját nevet kapnak, például a réz-nikkel ötvözeteket alpakkának vagy újezüstnek hívják. A vídia volfrám- és titánkarbidból porkohászati eljárással előállított keményfémötvözet Főleg különleges igénybevételnek kitett forgácsoló szerszámok (esztergakések, fúrók, húzógyűrűk) anyaga, de használják a

mélyfúrásokhoz is. A vídia szó egy szóösszevonás, a német wie diamant - mint a gyémánt - szavakból. Ötvözetek: (arany-, cink- , ezüst-, ón-, réz)amalgám acél ajax-fém alniko alnico-4 alpakka (újezüst) betűfém Bessmer-nyersvas bronz fehérfém (csapágyfém) deltafém dúralumínium ezüstacél fehérarany ferrobór ferromangán fitterarany forrasztóón foszfor-bronz gyorsacél hematit-nyersvas Heusler-ötvözetek hyperm inocel invaracél konstantán Lipowitz-fém luxemburgi nyersvas magnalium monelfém nemesacél németezüst Nichrome ólombronz ozmiridium permalloy Pinchbeck-fém rozsdamentes acél sárgaréz szénacél talliumamalgám tombak (hamisarany) tükörvas Wood-fém Felhasználása:Ha az egyes atomok mérete között jelentős különbség van, a kisebb atomok (a nemfémek közül például a hidrogén, a szén, a nitrogén) a rács közötti hézagokat foglalják el. Ezek az ötvözetek keményebbek a tiszta fémeknél (Például az acél)

Az ötvözetek kémiai tulajdonságai is újszerűek. Gyakran bizonyos fémarányok mellett az ötvözet az ellenállóbb fém tulajdonságait veszi fel. Fémolvadék öntése Ötvözetből készült konyhai edények A bronz a réz és az ón ötvözete. Számos eszköz, művészeti alkotás és berendezés készítésére használták a múltban és alkalmazzák napjainkban is. Az amalgám a higany fémmel (pl. ezüsttel) alkotott ötvözete Ötvözéssel a fémek tulajdonságait céljainknak megfelelően alakíthatjuk. A fémeket és ötvözeteiket nemcsak használati tárgyak, közlekedési eszközök, gépek, készülékek, hanem építmények anyagaiként is elterjedten használják. -A hőérzékelő ötvözetek kétféle alakra képesek „emlékezni”, és bizonyos körülmények között az egyikből a másikba átalakulni. Az emlékező ötvözetből pl spirált készítenek, felmelegítik (150 °C-ra), majd lehűtik. Ezután kiegyenesítik Amikor a huzalt újra

felmelegítik (95 °C-ra), akkor újra spirállá változik. Az ötvözet neve nitinol Például szegecs készíthető belőle Ez olyan szerkezetek összeerősítésénél alkalmazható, amelyekhez csak egy oldalról lehet hozzáférni. A fémmel „megjegyeztetik” a szegecs formáját, majd a feje felőli végét pálcikává alakítják. Szobahőmérsékleten illesztik a furatba. Ezután már csak a szükséges hőmérsékletre kell melegíteni a szegecset, és az azonnal „emlékszik”, hogy a másik végén megvastagított feje volt, és kialakítja azt. Napjainkban számos helyen alkalmaznak emlékező ötvözetet. Nagy keménységük miatt pl magnetofonokban az érzékelő fejet készítik belőle. Az ötvözetek három fő csoportja: