Gépészet | Anyagismeret » Feidler György - Anyagismeret részletesen taglalva

http://www.doksihu Anyagismeret részletesen taglalva Készítette: Fiedler György főiskolai docens Lektorálta: Dr. Kónya Béla mk ezredes főiskolai tanár http://www.doksihu ELŐSZÓ A jegyzet a főiskolai gépészmérnöki szak levelezőrendszerű képzésében részesülő hallgatói számára készült. Az anyagismeret jegyzet a metallográfia és az anyagvizsgálat témaköreit dolgozza fel. Tekintettel arra, hogy az „anyag” viselkedése, tulajdonságai, megmunkálása, a szerkezeti felépítéssel magyarázható, ezért az anyagszerkezet tárgykörét részletesebben dolgoztam fel. Mivel az oktatásban részesülők számára szükségesnek tartom a régebben tanult és a talán el is felejtett ismeretek felelevenítését, ezt az elemzést a jegyzet bővebben tárgyalja. Az anyagvizsgálat tárgykörét, tekintettel a téma gyakorlati voltára, a szükséges berendezések bemutatásával és a kiegészítő diagrammok kiértékelésével tettem érthetőbbé. Az

egyes fejezetekben, a jobb megérthetőség, valamint a régebben tanult anyagrészek felfrissítése érdekében „Olvasmány” megjelöléssel az anyaghoz tartozó ismereteket közöltem. A tanulás megkönnyítéséért, valamint az anyag jobb megértéséért és begyakorlásáért egyes fejezetekben illusztrációs példákat is használtam. A fejezetek végén szereplő kérdések módszertani útmutatásul szolgálnak. A válaszokat célszerű indoklással, az összefüggések értelmezésével megadni A jegyzet megírásával az volt a célom, hogy elősegítsem a hallgatók eredményes felkészülését. http://www.doksihu 1. ANYAGSZERKEZETTAN A fémek mechanikai tulajdonságai A fémek mechanikai tulajdonságainak megismeréséhez szükséges néhány anyagjellemző mérőszám fogalmának a bevezetése. Általában az anyag változása – kiemelten a fémek esetében – terhelés hatására következik be, melynek során az anyag változtatja méretét. A

változásokat összefüggéssekkel lehet leírni. A terhelő erőnek és a terhelt keresztmetszetnek a hányadosa megadja a feszültséget; Jele: σ (szigma) F σ = , S N/mm2. Az anyagok szilárdságát ebből az összefüggésből adódóan a határfeszültség jellemzi, melynek jele: R. Azt a legnagyobb feszültséget, amely még nem okoz maradandó alakváltozást, rugalmassági határnak nevezzük. Jele: R r Az R r -t meghaladó terhelés hatására a szívós és képlékeny anyagok maradó alakváltozást szenvednek. A rideg anyagok alakváltozás nélkül törnek Egyes acélféleségekre jellemző, hogy a maradó alakváltozás kezdeti szakaszán állandó terhelés hatására is viszonylag nagymértékben képlékenyen alakulnak. Ezt a jelenséget folyásnak, azt a feszültséget, pedig amelynél bekövetkezik, folyáshatárnak nevezzük Jele: R eH Az anyag elszakításához szükséges legnagyobb erő és az eredeti keresztmetszet hányadosát szakítószilárdságnak

nevezzük. Jele: R m A fémeknek ez az egyik legfontosabb mérőszáma. További mérőszámok, melyek a változások eredményeként jelentkeznek: ∗ megnyúlás, jele: A, ∗ szakadás, jele: Z. Az anyag keménységének jellemzésére, az anyag felületébe nyomott szúrótest behatolási adataiból számítható mérőszámokat alkalmazzák. A különböző keménységmérő eljárásokkal meghatározott keménység mérőszáma egyenlő a szúrótest benyomásához szükséges erőnek és a keletkezett lenyomat felületének hányadosával Jele: H http://www.doksihu Az anyagok szívósságának jellemzésére használatos mérőszám a fajlagos ütőmunka. A töréshez használt munka és a keresztmetszet hányadosa. Jele: KCU, J/cm2 1.1 ANYAGSZERKEZETI ALAPFOGALMAK A műszaki életben a szerkezeti anyagokat számos területen alkalmazzák. Ez a megál- lapítás érvényes a gépészet és közlekedés különböző szakágaiban alkalmazott berendezésekre és

műszerekre is. A szerkezeti anyagokat két nagy csoportra oszthatjuk: ∗ fémes ∗ nem fémes anyagokra. A fémek és ötvözetek szerkezetével tulajdonságaik kohászati hasznosításával foglalkozó műszaki tudomány a metallográfia. A fémeknek és ötvözeteknek a mai technikában kimagasló jelentőségük van. Fémek nélkül nincs megfelelő közlekedéstechnika, hírközlés, mezőgazdasági és ipari termelés. A fémek közé tartozik, a periódusos rendszer 92 természetes eleme közül mintegy 70. Ezeknek és ötvözeteiknek vizsgálataival a fémtan foglalkozik. A rendszeres vizsgálat és az eredmények tudományos rendszerbe foglalása a XIX. század közepe táján kezdődött meg. Ha a fémtermészetű elemeket gyakorlati felhasználás alapján vizsgáljuk, akkor minden esetre különbséget kell tennünk a hagyományos felhasználási lehetőségek, valamint a legújabb időkben felmerült újszerű és különleges igények között. Ilyen új igényeket

főként az atomtechnika, a rakéták, az űrhajózás, a nagysebességű repülőgépek építése, az elektronikus ipar vetett fel. Legnagyobb mennyiségben az ipar ma is a hagyományos felhasználásra szánt fémeket igényli. Ezeknek a fémeknek egyik csoportosítása a következő: ∗ nehezen olvadó nehézfémek: vas, réz, nikkel ∗ nemes fémek: arany, ezüst, platina ∗ könnyűfémek: alumínium, magnézium, titán ∗ könnyen olvadó nehézfémek: ólom, ón, cink ∗ nagyon nehezen olvadó fémek: wolfram, molibdén. A tudományos technikai forradalom eredményeként az ipar újabb fémeket vett használatba, különleges fizikai vagy kémiai tulajdonságaik miatt (pl.: germánium, gallium, cirkónium) http://www.doksihu A nem fémes szerkezetű anyagok száma jóformán megközelítően sem adható meg, mert a régen ismert üveg, gumi, porcelán, stb. mellett az újabb fejlődés a műanyagok egész sorát eredményezte, és ezek műszaki alkalmazása

egyre inkább terjed. A metallográfiában megkülönböztetésül a fontosabb nem fémes anyagokat – mint pl. a szén, stb – metalloidoknak nevezik Az anyagnak, mint filozófiai kategóriának a fogalma filozófiai tanulmányokból ismeretes. Az anyag atomokból, ionokból, illetve molekulákból épül fel. Ahhoz, hogy a különböző anyagok tulajdonságait és alakulási képességét megismerhessük, elsősorban belső szerkezetükkel kell tisztában lennünk, mivel ez határozza meg sajátosságaikat Az anyagok (elemek) atomokból épülnek fel. A különböző fajtájú atomok, tömegükben, nagyságukban, szerkezetükben és kémiai tulajdonságaikban különböznek egymástól. Egyes sugárzási jelenségek – pl katódsugárzás – lehetővé tették az atomok szerkezetének tanulmányozását és megismerését. Kiderült, hogy az atomok kisebb, úgynevezett “elemi részecskék”-ből épülnek fel. Rutherford (1911) kísérleteiből világossá vált, hogy az

atomok pozitív töltésű atommagból és negatív töltésű elektronokból állnak Az atommag áll pozitív töltésű protonból (ezek számát “Z” rendszámnak nevezzük), és semleges neutronból. Az atommag körül keringenek az elektronok Az atomok olyan kis anyagi egységek, amelyek közvetlenül nem észlelhetők. Ahhoz, hogy az anyagi rendszerek észlelhetők és mérhetők legyenek 106 – 1012 számú atomból kell állniuk. Ezeket a rendszereket halmazoknak nevezzük Az ezeket alkotó részecskék állandó mozgásban vannak Ennek eredményeképpen a mozgás viszonyától fog függni a halmaz állapota. Az elemi fizikai ismeretek szerint az anyagnak három halmazállapota lehetséges: ∗ a szilárd test alakja és térfogata külső beavatkozás nélkül nem változik, ∗ a folyadék térfogata állandó, de alakja – ha nincs valamilyen tároló edénnyel körülhatárolva – nem meghatározott, ∗ a gázoknak alakjuk és térfogatuk is változhat a külső

körülményektől függetlenül is. http://www.doksihu 1.2 AZ ANYAG KRISTÁLYOS ÉS AMORF SZERKEZETE, FIZIKAI ÉS KÉMIAI TULAJDONSÁGAIK A szilárd testek megőrzik alakjukat, és az alakváltozásra irányuló erőkkel szemben nagy ellenállást tanúsítanak. Az atomok között igen tekintélyes vonzóerőknek kell működniük, amelyek ellenállnak a deformálást és még inkább a térfogatnövelést célzó erőknek Ugyanakkor azonban az atomok között taszítóerők is működnek, amelyek az összenyomással szemben hatnak. Ezzel a megállapítással magyarázható a fémek alakítási technológiája A szilárd testekben az atomok egymáshoz viszonyított helyzetét az atomok közötti kötőerők nagysága és iránya szabja meg. A kötőerők ilyen irányú szerepének vizsgálata előtt az atomok közötti kapcsolat jobb megértése érdekében – ismétlésként – röviden tekintsük át az elektronok viselkedését leíró alapvető kvantummechanikai

összefüggéseket: 1. Az elektronok csak meghatározott energiájúak lehetnek Ha energiájuk változik, akkor a változás csak behatárolt értékű lehet Energiafelvétel elektromágneses hullám elnyelése által, energiacsökkenés pedig elektromágneses hullám kisugárzása közben megy végbe. 2. A Pauli kizárási elv szerint egy rendszeren belül egy adott energiaállapota maximum két elektronnak lehet, de ezek perdülete ellentétes Az energiák meghatározása és a kizárási elv együttesen szabja meg az atomok és molekulák egymáshoz való kapcsolódását a szilárd testek létrejöttekor és ezen keresztül a létrejött anyag tulajdonságait 3. A határozatlansági elv szerint a részecskék mozgását nem lehet tetszőleges pontossággal leírni Az elektronok energiaállapotai csomópontokban kvantáltak (mérhetők). Energiaszintjeik teljes leírásához a kvantumszámok ismerete szükséges Ezek a kvantumszámok a következők: A főkvantumszám (n) az

elektronoknak az atommagtól való átlagos távolságát jellemzi. Elsősorban ez szabja meg az atom elektronjainak kinetikus és potenciális energiáját Az elektron diszkrét (kinetikus és potenciális) energiaértékeihez diszkrét impulzusmomentumok is tartoznak. Ezek az elektron, atommag körüli mozgásából származnak Az impulzusmomentum a pálya alakjától és térbeli irányától függ és az úgynevezett mellékkvantumszámmal (l) jellemezhető A mágneses kvantumszám (m) az elektron mágneses momentumának, illetve a mellékkvantumszám által megszabott szimmetriatengelynek az irá- http://www.doksihu nyítottságát határozza meg. A spinkvantumszám (s) azt fejezi ki, hogy az elektron úgy viselkedik, mint egy elemi mágnes, amely csak kétféleképpen állhat be a tér erővonalaira: azonos vagy ellentétes irányban. 1. táblázat Kvantumszám Megengedett értékek Főkvantumszám n 1, 2, 3, 4 n Mellékkvantumszám l 0, 1, 2, 3, (n – 1) Mágneses

mellékkvantumszám m - l, -1, 0 +1 + l Spinkvantumszám s – ½;+½ A szilárd testek szilárdságát az atomok (ionok), illetve molekulák közötti kötőerők biztosítják. A kötőerők által létrehozott kötések, annak megfelelően, hogy a kötés létrejöttekor az elektronenergia csökkenése nagy-, illetve kismértékű, lehetnek erős vagy gyenge kötések. Az erős kötéssel nagy, a gyenge kötéssel kicsi energiacsökkenés jár Az erős kötések az ionos, kovalens és fémes kötések. Az erős kötésekre jellemző, a legkülső elektronhéjak telítettségének elérésére való törekvés. Ez a telítettség a következő kémiai kötésekben valósulhat meg. Ionos kötés. Az olyan elektronpozitív atomoknál – fémeknél – amelyeknél csak néhány elektron van egy teljesen lezárt elektronhéj feletti energiaállapotban, könnyű ezeket az atomtörzsről leválasztani, hajlandók elektron leadásra. Az elektronnegatív atomok – nem fémek –,

viszont hajlandók elektron felvételre. Ha egy elektronnegatív és egy elektronpozitív szabad atom közel kerül egymáshoz, akkor két ellentétes előjelű ion keletkezik, melyeket elektrosztatikus vonzóerők tartanak össze. Kovalens kötés. A kovalens kötés előfeltétele az, hogy minden atomban legalább egy be nem töltött elektronpálya legyen. A kötést mindig két elektron hozza létre Ezek egyikét rendszerint az egyik, másikát pedig a másik atom adja. A létrejött elektronpárok mindkét atomhoz tartoznak. A kötés mindig úgy jön létre, hogy az atomok körül a telítettség kialakulhasson. A kötés irányított Fémes kötés. Fémes kötés iránytól független kötés Létrejöttét úgy lehet megmagyarázni, hogy a fémek a külső pályán levő vegyérték elektronjukat leadják egy kollektív elektronhéjba. Az így leadott elektronok szigorúan véve egyik atomhoz sem tartoznak Negatív töltésű elektronködöt képeznek, amely az ily módon

pozitívvá vált ionokat össze- http://www.doksihu tartja. Ez a szabad elektronokból álló elektronköd, vagy elektronfelhő a villamos erőtér hatására könnyen elmozdul, ebből következik a fémek jó villamos vezetőképessége Általában minél kevesebb egy atom vegyértékelektronja, és minél könnyebb azokat a magtól leszakítani, annál jellegzetesebb a fémes kötés. Az átmeneti fémek, mint például a vas, molibdén, nikkel, wolfram csak részben fémes kötésűek, jelentős mértékben érvényesül a kovalens jelleg is Ezzel a szerkezettel magyarázható a fémek képlékenysége, ami annak a következménye, hogy a rácspontokon levő ionokat szabadon elmozduló elektronok tartják össze. A rácselemek nagy felületen érintkeznek egymással, elmozdulásuk nem jár együtt a kötési állapot megváltozásával. Ennek a következménye, hogy hengerléssel, sajtolással könynyen megmunkálhatók: a rácselemek eltolódhatnak egymáson, kapcsolatuk

deformálás után is erős marad. 1.21 Kristálytani ismeretek A természetben található ásványok vizsgálata során már régen megfigyelték, hogy a szabadon fejlődő ásványok szabályos geometriai formát mutatnak. Már a múlt században úgy találták, hogy a fémek kristályos szerkezetűek. Le Chatelier 1886-ban megszerkesztette a korszerű fémmikroszkópot, amelynek alkalmazása lehetővé tette a fémek szerkezetének tanulmányozását 10-3 mm nagyságrendű részecskékre vonatkozóan. Röntgen felfedezése nyomán Laue 1912-ben kidolgozta a kristályon belüli szerkezet vizsgálatára szolgáló röntgen-diffrakciós eljárást. Mai ismereteink szerint tehát a fémek olyan geometriailag szabályos atomelrendeződésű anyagok, ahol egyetlen kristályon belül is igen nagyszámú olyan építőelem fordul elő, amelyeken belül az atomok elrendeződése mindig ugyanaz. Azt a legkisebb – több atomból álló – geometriailag szabályos idomot, amelynek

ismétlődéséből a kristály, illetve krisztallit felépül, rácselemnek vagy elemi cellának nevezik. A kristályosodás folyamatát vizsgálva később látni fogjuk, hogy kristály, amelyet kívülről is szabályos idomnak látunk, csak akkor alakulhat ki, ha a kristályosodási folyamat a tér minden irányában akadály nélkül valósulhat meg. Valójában – egy edényben történő kristályosodás esetén – a fejlődő kristályok egymás növekedését akadályozzák, így külső felületük nem szabályos síklapokkal határolt. Ilyenkor beszélünk krisztallitról A fentiek figyelembevételével a fémek szerkezete az 1. ábra szerint a következőképpen képzelhető el Az elemi cella egy olyan kocka, amelynek 8 csúcspontján egy-egy http://www.doksihu atom helyezkedik el a kocka élének hossza 10-7 mm nagyságrendű. (Az ábrán úgynevezett köbös rácselemet tüntettünk fel.) 1. ábra Elemi cella és egykristály szerkezete (vázlat) Az ábra jobb

oldalán egy köbös egykristályt mutatunk be vázlatosan. Ez egy olyan nagyobb kocka, ami az elemi cellák egymásra rakásából jön létre és élhosszúsága (10-2 – 10-3) mm nagyságrendű. Könnyen kiszámítható, hogy egy darab egykristály (nagyobb kocka) kb 1014 darab elemi cellából (kiskocka) áll. Tudjuk, hogy az atomok nem tömör terek, hanem atommagból (proton és neutron), és a körülötte keringő elektronokból állnak. Anyaguk lényegében az atommagba van belezsúfolva, helyszükségletüket azonban az elektronoknak gömb alakú hatástere – az úgynevezett elektronhéj – szabja meg. A rácsszerkezetekben csak annyira közelíthetik meg egymást, hogy ezek a gömbök egymást érintsék. Nyilvánvaló, hogy az atomok átmérője és a rácselem mérete, valamint alakja között egyszerű geometriai összefüggés érvényes A kristályban az atomok nem mozdulatlanul ülnek az elemi cella csúcsában. A kristályrácsnak a pontjai az atommagnak csak

középhelyét jelölik. E pont körül az atommag – az őt körülvevő elektronokkal együtt – bonyolult rezgőmozgást végez. A fémek igen jó hő- és villamos vezetőképességűek. Amíg a legjobb vezetőképességű ezüst és a rossz vezetőképességű ólom vezetőképessége között csak egy nagyságrendbeli különbség van, addig a fémek és nem fémek vezetőképessége között több nagyságrendbeli különbség van. A fémeket jellemzi még a fémes fény és a mechanikai szilárdság is 1.22 A fémek kristályrendszerei A kristályrendszer leírása az x, y, z tengelyek által meghatározott térbeli koordináta rendszerben oldható meg. A fémekben előforduló valamennyi kristályrendszer leírható hét féle tengelykereszttel. Ezek elnevezése: szabályos, hexagonális, trigonális, tetragonális, http://www.doksihu rombos, monoklin, triklin. A legtöbb színfém rácseleme (2-4) atomból áll, alakra nézve pedig három kristálytani rendszerbe

tartozik. 1. Köbös vagy szabályos rendszer (2 ábra) Ebben a rácsban a fém atomjai egy kocka csúcsaiban helyezkednek el. Ezt a rácsot tehát egyetlen egy adattal, a kocka élhosszúságával tudjuk jellemezni Ez az élhosszúság az úgynevezett rácsállandó (d). 2. Tetragonális rács (3 ábra) Az x és y tengely irányában a rácsállandó azonos (b = a), a z tengely irányában a rácsállandó értéke nagyobb, esetleg kisebb (c = a). Ebben a rácsban a fém atomjai egy négyzetes hasáb csúcsaiban helyezkednek el. 2. ábra 3. ábra Egyszerű szabályos térrács: Tetragonális térrács: a = b = c; α = β = γ = 90˚ a = b ≠ c; α = β = γ = 90˚ 3. Hexagonális vagy hatszöges rács (4 ábra) Ennek a rendszernek a jellemzésére 4 tengelyre van szükségünk, ezek közül 3 egy síkban fekszik és egymással 120°-os szöget zár be, a negyedik a másik három metszéspontjában van és az általuk meghatározott síkra merőleges. Az atomok egy

hatszögalapú hasáb csúcspontjaiban, valamint az alap és fedőlap középpontjában helyezkednek el Ebben a rendszerben kristályosodik a szén grafit módosulata, Mg, Zn, Cd http://www.doksihu 4. ábra Hexagonális térrács kétféle ábrázolása a 1 = a 2 = a 3 ≠ c; 1.3 α 1 = α 2 = α 3 = 120˚ , β = 90° AZ ATOMOK ELHELYEZKEDÉSE A KRISTÁLYRÁCSOKBAN A szilárd testeket három csoportra lehet bontani: ∗ kristályos szilárd testek ∗ molekulaszerkezetek ∗ amorf anyagok Tekintettel arra, hogy a fémek kristályos szerkezetűek részletesen csak ezzel foglalkozunk. A kristályos testekben az atomok kölcsönös helyzete szigorúan rendezett: a kristályos testet alkotó molekulák vagy atomok jellegzetes mértani alakzatnak megfelelően helyezkednek el. Az atomok elhelyezkedési rendje – az általuk alkotott mértani alakzat szerint –, a kristályrácsa különféle alakú lehet. Az egy-egy rács által elfoglalt tér különböző, ennek megfelelően

a terjedelme is igen változó mértékű lehet. A rács jellemzésénél azonban nincs szükség arra, hogy annak egész terjedelmét vegyük figyelembe, elegendő, ha olyan legegyszerűbb részét vizsgáljuk, amelynek ismétlésével az egész rács felépíthető. Ezt a legkisebb kristályrácsot elemi cellának nevezzük. Mivel a kristály elemi cellákból épül fel, így elégséges a vizsgálatunknál az elemi cella jellegzetességeit megismerni. Tekintettel arra, hogy az ismertetendő jellemzők közül az elemi cella hézagába beilleszthető legnagyobb gömb helye, illetve a legszorosabb illeszkedésű sík, valamint a legszorosabb illeszkedésű irány vektoriálisak, meg kell ismerkednünk a térgeometriai hely, iránymegadás kristálytani megfelelőivel. http://www.doksihu 5. ábra Egyszerű köbös rács Miller indexeinek meghatározása Az 5. ábrán az egyszerű köbös rács D’ atomját lehetséges volna jellemezni úgy, hogy megadjuk x, y, z koordinátáit. Ha

a köbös térrács élhosszúsága „a”, akkor D’ atom koordinátái a a a, a koordinátarendszer origójában lévő B atomé pedig O O O . Az egyes atomok helyzetének a megadása ritkán szükséges, elegendő egyes atomsíkok helyzetének jellemzése, sőt továbbmenve az is belátható, hogy az egymással párhuzamos síkok szerepe nyilvánvalóan ugyanaz. Bármely kristály, melynek növekedését nem akadályozza semmi, szabályos síklapokkal határolt geometriai testté fejlődik. A test jellemzésére elegendő, ha megadjuk a határoló lapok egymáshoz, vagy egy tetszőlegesen választott koordinátarendszer tengelyeihez viszonyított helyzetét. A rácsrendszerek leírása, illetve az egymással geometriailag és fizikailag egyenértékű síkok jellemzésére a Miller indexeket használjuk. Miller indexek kielégítik azt a feltételt, hogy az egymással párhuzamos síkok jellemzésére ugyanaz a három szám szolgál. http://www.doksihu Az 5. ábrán

A’B’C’D’ sík az xz síkkal párhuzamos, tehát a végtelenben találkoznak, az y tengely pedig az egységnyi távolságban metszi. A tengelymetszetek tehát h = 8, k = 1, l = 8 Ha a tengelymetszések koordinátáinak reciprok értékeit képezzük és az így adódó törteket a nevezők legkisebb közös többszörösével szorozzuk, a kapott számok a Miller indexek. Így az A’B’C’D’ sík Miller indexei 6. ábra rendre (0 1 0). A Miller indexeket kerek Általános helyzetű sík Miller indexei zárójelbe teszik. A 6 ábra ABC síkjának Miller indexei rendre a következők: (4, 3, 6). A számítás menete: 1 1 1 ; ; 3 4 2 A kristálytani irányok indexeit úgy 12 12 12 ; ; 4; 3; 6; 3 4 2 kapjuk, hogy azokat vektornak tekintve, a tenge- lyekkel párhuzamos komponensei hosszát adjuk meg. Az irányok indexeit szögletes zárójelbe kell tenni. Valamennyi koordináta síkkal, illetve elemi rács síkkal párhuzamos síkok jelölésére pedig a kapcsos

zárójelet használják, így például {100} jelenti az alábbi síkokat: (100) + (010) + (001) + (100) + (010) + (001) A számok felett lévő vonás azt jelenti, hogy a szóban forgó sík az adott koordináta tengely negatív részét metszi. A térrácsok teljes leírásához azonban nemcsak a hálózati síkok, hanem az irányok jellemzése is szükséges. Az irány megadása egy pont három koordinátájával történik Legyen az 5 ábrában a vizsgálandó irány a BD’ testátló A D’ pont koordinátái a vizsgált köbös rendszerben: 111 Ezt a Miller indextől való megkülönböztetésképpen szögletes zárójelbe szokás tenni: [111]. Ez az irány egyben merőleges az azonos indexű (111) síkra. Ha a kocka valamennyi fizikailag egyenértékű térátló irányát kell jellemezni, akkor jellemzése < 111 >, azaz http://www.doksihu <111> = [111] + [111] + [111] + [111] + [111] + [111] + [111] + [111] A gyakorlatban előforduló fémek többsége

köbös, vagy hexagonális rendszer szerint kristályosodik. Ezeknél közelebbről is megvizsgáljuk a térrácsban elhelyezkedő atomok egymáshoz viszonyított helyzetét és meghatározzuk a méretét Az alábbi fogalmakkal fogunk megismerkedni: Koordinációs szám Megmutatja, hogy a vizsgált atomnak a rácsban hány legközelebbi szomszédja van. Ez azért szükséges, mert az atomok közti kötőerő – ami a kijelölt helyen tartja őket – függ a szomszéd atomok távolságától és számától. Atomátmérő Az atomokat gömböknek tételezve fel – amelyek adott irányban egymással érintkeznek – az elemi cella rácsállandója és az atom átmérője között közvetlen összefüggés áll fenn és abból kiszámítható. Ha ezzel a módszerrel meghatározzuk, pl a Fe két különböző módosulatának megfelelő atomátmérőt, két különböző értéket kapunk. Ezért hangsúlyozzuk, hogy az így megadott atomátmérő csak egy névleges mérőszám. Az elemi

cellában foglalt atomok száma Megmutatja, hány atom alkotja az elemi cellát. Térkitöltési tényező A fogalom alatt az elemi cellában elhelyezkedő – gömböknek feltételezett – atomok által kitöltött térfogat és az elemi cella térfogatának hányadosát értjük. Ez a szám mindig kisebb, mint egy. Az elemi cella hézagába beilleszthető legnagyobb gömb átmérője Az elemi cellát alkotó – gömbnek feltételezett – egymást adott helyen érintő atomok között természetesen üres hely is van. Az ötvözetek képződésénél igen fontos, hogy mekkora ez az üres hely Ennek nagyságát az oda beilleszthető gömb átmérőjével adjuk meg http://www.doksihu A legsűrűbb illeszkedésű sík, illetve irány Legsűrűbb illeszkedésű az a sík, amelynek felületegységén a legtöbb atom helyezkedik el. Ugyanúgy azt az irányt nevezzük a legsűrűbb illeszkedésűnek, melyen az atomok legközelebb vannak egymáshoz Ezekre a fogalmakra a képlékeny

alakváltozás tárgyalása során lesz szükségünk. A fémek képlékeny alakítása során ugyanis az alakváltozás mindig az atomokkal legsűrűbben megrakott síkok mentén folyik le. A következőkben a fenti adatokat fogjuk meghatározni: ∗ a köbös rendszerben és ∗ a hexagonális rendszerben. Köbös rendszer Ennek a rendszernek három módosulata van: ∗ egyszerű köbös rács ∗ térközepes köbös rács ∗ lapközepes köbös rács Egyszerű köbös rács (7. ábra ) Egyszerű köbös rácsa csak a polóniumnak (Po) van. Egy atomnak 6 legközelebbi szomszédja van, így a koordinációs szám 6. Az atomátmérő (d) egyenlő az elemi cella rácsállandójával (d = a ) A csúcspontokon elhelyezkedő atomok egyidejűleg másik elemi cellákhoz is tartoznak Például a 8 ábrán “A”-val jelölt atom nemcsak az ábrán látható négy elemi cellának, hanem a rajz síkja előtt fekvő másik négynek is alkotója. Így az elemi cellához a

csúcsponton levő atom nyolcadrésze tartozik. Ezek szerint az egyszerű köbös térrácsban foglalt atomok száma egy. http://www.doksihu 1 A = ·8=1 8 7. ábra 8. ábra Egyszerű köbös rács Elemi cellában levő atomszám meghatározása egyszerű köbös térrácsban Térkitöltési tényező (T) Va T= Ve ahol V a a cellában levő atom térfogata és V e a cella térfogata d3 · π V a = = 0,52 d3 6 V e = a3 = d3 0,52 d3 T = = 0,52 d3 vagyis az atom a cella térfogatának 52%-át tölti ki. Az elemi cellában a legnagyobb üres hely a kocka középpontjában van, amelynek koordinátája ½ a ; ½ a ; ½ a . Ha két pont térbeli távolságát a „d”-t kiszámítjuk, amely esetünkben az origó és az ½ a; ½ a; ½ a pont távolsága, majd levonjuk az atom sugarát „r”-t, megkapjuk a beilleszthető gömb sugarát „r o ”-t. √3 a Esetünkben r o = d – r = - = 0,365 a, tehát a beilleszthető gömb átmérője d 0 = 0,73a. 2 2 http://www.doksihu

Az atomok legsűrűbben a kocka lapjai által meghatározott síkokon {100}, illetve a kocka élei által meghatározott irányokon <100> helyezkednek el. Térközepes köbös rács (9. ábra) A térközepes köbös rácsnál a kocka csúcspontjain kívül a testátló közepén is van egy atom. Ilyen rácsszerkezete van a következő fémeknek: vanádium (V), wolfram (W),  vas (δFe) 1184˚ K (911˚C) alatt, α vas (α Fe) 1665˚K (1392°C) felett. Közös jellemzőjük, hogy igen nagy az affinitásuk (vegyülési hajlamuk) az oxigénhez. 9. ábra Térben középpontos térrács Egy atomnak a testátlók mentén 2-2 szomszédja van és az atom 4 testátló metszéspontjában, helyezkedik el, így 8 szomszédja van, vagyis a koordinációs szám: 8. Miután az atomok a testátlón érintik egymást, az atomátmérő a testátló felével egyenlő. √3 d = · a = 0,866 a 2 Egy cellában a csúcspontokon kívül a középen is van atom, így az atomok száma: 1 A=·8+1=2 8 A

térkitöltési tényező: Va T= , Ve így d3 · π π √3 ahol V a = 2 · = 2 · / · a / 3 = 0,68 a3 ; V e = a3 , 6 6 2 0,68 a3 T = = 0,68 a3 http://www.doksihu tehát az atomok a cella térfogatának 68%-át töltik ki. Bizonyítás nélkül közöljük, hogy a legnagyobb üres helyre beírható gömb átmérője: d o = 0,252 a A legsűrűbb illeszkedésű sík az, amelyiket a lapátlóra úgy fektettünk, hogy a kocka oldallapjára merőleges legyen, rombodekaéder {110} síknak nevezzük, a legsűrűbb illeszkedési irány pedig a testátló, <111>. Lapközepes köbös rács (10. ábra) A lapközepes köbös rács elemi cellájában a kocka csúcspontjain kívül a kockát határoló oldallapok középpontjaiban (a lapátlók metszéspontjában) is van egy-egy atom. Ilyen rácsszerkezete van a következő fémeknek: réz (Cu), arany (Au), ezüst (Ag), ólom (Pb), nikkel (Ni), platina (Pt), γ vas (γ Fe) 1184˚K és 1665˚K (911˚C és 1392°C) között. Minden

atomnak 12 legközelebbi szomszédja van, így a koordinációs száma: 12. Az atomok a lapátlón érintik egymást, így az atom átmérő a lapátló felével egyenlő. √2 d = · a = 0,707 a 2 10. ábra Lapközepes köbös térrács A lapok közepén elhelyezkedő atomok két, a csúcspontban elhelyezkedők 8 elemi cellához tartoznak. Az elemi cellában levő atomok száma: 1 1 A=·6+·8=4 2 8 A térkitöltési tényező: http://www.doksihu Va T= Ve ahol d3 · π π √2 V a = 4 · = 4 · · a3 = 0,74 a3 ; 6 6 2 így Va 0,74 a3 T = = = 0,74 a3 Ve V e = a3 , Vagyis az atomok a cella térfogatának 74%-át töltik ki. Bizonyítás nélkül közöljük, hogy a legnagyobb üres helyre beírható gömb átmérője: d o = 0,293 a Annak ellenére, hogy ebben a rácsban nagyobb a térkitöltés, mint a térközepes rácsban, mégis itt nagyobb a beírható gömb sugara. A magyarázat az, hogy itt a rácshézag kevesebb helyre oszlik el, mint ott A legsűrűbb

illeszkedésű sík az egy csúcsban összefutó három oldallap lapátlóin átfektetett úgynevezett oktaéder {111} sík, a legsűrűbb illeszkedésű irány a lapátló, <110>. 2. táblázat Köbös térrácsok jellemzői Térrács típu Atomok Koordisa száma a nációs cellában szám Köbös Térközepes köbös Lapközepes köbös Térkitöltés Üres rácshelybe beírható gömb átmérője Legsűrűbb illeszkedésű sík Legsűrűbb illeszkedésű irány 1 6 0,52 0,73 a {100} <100> 2 8 0,68 0,252 a {110} <111> 4 12 0,74 0,293 a {111} <110> Hexagonális rendszer (11. ábra) A hexagonális rendszerbeli rácselem szabályos hatszög alakú oszlop (11. ábra) Az atomok az alaplapok középpontjában és csúcspontjaiban vannak, illetve három atom az oszlop belsejében annak fele magasságában helyezkedik el. Ilyen rácsszerkezete van a gyémántnak és a következő fémeknek: berillium (Be), magnézium (Mg). http://www.doksihu

A köbös rácsok közé tartozó gyémántrács a lapközepes rácsnak a másik rácsban a testátló negyedrészével való eltolódásával származtatható. A koordinációs szám a lapközepes köbös rácshoz hasonlóan 12. Az atomok egymást a hatszög oldalélei és sugarai mentén érintik, így az atomátmérő d = a. 11. ábra A legsűrűbb illeszkedésű hexagonális térrács Az alaplapok középpontjában levő atom 2 elemi cellához, csúcspontokban levők 6 elemi cellához, az oszlop belsejében levők egy elemi cellához tartoznak, így az elemi cellában levő atomok száma: 1 1 A = · 2 + · 12 + 3 = 6 2 6 Bizonyítás nélkül közöljük, hogy a térkitöltési tényező T = 0,74 az üres helyre beírható gömb átmérője pedig d o = 0,293 a. A legsűrűbb illeszkedésű sík az alapsík (0001). Az atomok sűrűsége itt azonos, mint a felületen középpontos elemi térrács (111) síkjában. A 12. ábrán a leggyakrabban használatos fémek

kristályszerkezetéről adunk megfelelő jelek használatával áttekinthető képet. Ahol a kristályszerkezet a hőmérséklet változásával változik, ott mindegyiket jelöltük. A sorozatból a Sn mint gyakran használatos fém hiányzik. Ennek elemi rácsa tetragonális gyémántrács, melyre külön jelet nem választottunk Az 12. ábra atomok méretei, elemi kristályrácsuk jellemzői, valamint az egyes fizikai, Gyakori fémek kristályszerke- zete kémiai anyagjellemzők között különféle összefüggések állapíthatók meg, melyek alapján az adatok helyessége ellenőrizhető vagy a hiányzó adatok számíthatók. http://www.doksihu 1.4 RÁCSRENDEZETLENSÉGEK, RÁCSHIBÁK Tökéletesnek azt a kristályt tartjuk, amelyben bármely atom környezete az összes töb- bi atom környezetével azonos. Az atomok szerkezete, valamint a szilárd testek felépítésének megismerése után lehetőség nyílt arra, hogy egyszerűsített modellek segítségével

elméleti úton meghatározzák a kristályos szilárd testek egyes tulajdonságait, pl. folyáshatárukat, szilárdságukat, fajhőjüket, stb Tökéletes felépítésű, hibamentes rácsot feltételezve a számítások a valóságban mért szilárdságértékeknél kb. egy nagyságrenddel nagyobb értéket mutattak A fenti probléma vizsgálatával a kristályfizika foglalkozik. Az ellentmondások feloldására Orowan Emil, Polányi Mihály magyar származású és I.W Taylor angol és más kutatók feltételezték, hogy a rácsok felépítése a valóságban nem tökéletes, azok különféle elrendeződésbeli és egyéb hibákat tartalmaznak, s ezek segítségével a fenti ellentmondásokat már megfelelően meg tudták magyarázni. A rácsrendezetlenségek létezését azóta már az elektronmikroszkóp segítségével kísérletileg is igazolták. A rácsrendezetlenségeket kiterjedésük szerint sorolhatjuk csoportokba: • pontszerű (nullméretű) rácshibák • vonalszerű

(egyméretű) rácshibák • felületszerű (kétméretű) rácshibák. Pontszerű (nullméretű) rácshibák 1.41 • üres rácshelyek • intersztíciós atomok • idegen atomok intersztíciós, vagy szubsztitúciós helyeken. Üres rácshely, mint neve is mutatja, azt jelenti, hogy a rácsban valahol egy atom hiányzik. Az ilyen hiba úgy keletkezik, hogy valamely atom kimozdul a helyéről és vagy intersztíciós módon, beékelődik a többi atom közé, vagy pedig a kristályhatárokon helyezkedik el. A két eset a 13 a) és b) ábrán látható Annak a kristálynak az energiája, melyben üres rácshely van, nagyobb, mint az ideális kristályé Termodinamikai megfontolások alapján végzett számítással kimutatták, hogy a hőmérséklet csökkenésével viszont számuk is csökken. Ez a folyamat diffúzió útján megy végbe Hűtés esetén az intersztíciós atomok az üres rácshelyekre a maradó üres részek pedig a szemcsehatárra diffundálnak, és ott

megsemmisülnek. http://www.doksihu 13. ábra Üres rácshely keletkezési folyamata a.) helyüket elhagyó atomok beékelődnek b.) atomok a felületre vándorolnak Intersztíciós atomok alakítással is kerülhetnek rácspontok közé. Előállhatnak intersztíciós pontszerű hibák nagy energiájú részecskék becsapódása következtében is. Idegen atomok jelenléte is pontszerű hibának tekinthető. Ezek kétféle módon, szubsztitúciósan és intersztíciósan foglalhatnak helyet a rácsban Szubsztitúciós elhelyezkedés esetén az idegen atom egy saját atomot helyettesít Az ilyen atomok a rácsot méretüktől függően deformálják A saját atoménál nagyobb méretű atomok a rácsot növelik, a kisebb méretűek viszont csökkentik Intersztíciós atom elhelyezkedése csak akkor lehetséges, ha az idegen atom mérete a saját atomokéhoz képest kicsi. Az idegen atom ilyen esetben a rácsot csak kis mértékben deformálja A saját intersztíciós atomok

viszont erősen deformálják a rácsot Oldás következtében a fém tulajdonságai változnak. A szilárdság jellemzői általában növekszenek, a képlékenységre jellemző mérőszámok pedig csökkennek. A felsoroltakon kívül pontszerű rácshibának tekinthető mindenfajta kis méretű eltérés a kristályrendtől, pl. amikor több üres rácshely összekapcsolódik, idegen atomok felhalmozódnak, stb. Az utóbbiak, az úgynevezett mikrokiválások azonban abban az esetben, amikor külön fázishatáruk van, már új fázisnak tekintendők. Intersztíciós szilárd oldatot a fémekben H, O, N, C, B képeznek Ezek a rács hézagaiban helyezkednek el, a rácsot jelentéktelen mértékben deformálják 1.5 DIFFÚZIÓ Diffúzión az atomoknak az anyagokban való mozgását, vándorlását értjük. A mozgás megindításához hajtóerőre van szükség. Színfémeknél ez a hajtóerő az az energiakülönbség, mely a valamely oknál fogva eltorzult és a szabályos

rácsszerkezet, kristályszerkezet között keletkezik Ilyen rácstorzulások jöhetnek létre az anyag alakításával A torzulások megszűnéséhez, az atomok helyváltoztatására, diffúziójára van szükség http://www.doksihu 14. ábra Idegen atom diffúziós lehetőségei A diffúziónak alapvetően két fajtája lehetséges: 1. Saját fajtájú atomok elmozdulása a térrácsban, amelyet öndiffúziónak neveznek. 2. Az idegen atomok diffúziója. Utóbbinak általában három alapesetét különböztetik meg, (14 ábra) mégpedig: a. Intersztíciós atom változtatja helyét b. Egy atom a meglevő üres rácshelyre megy át c. Két vagy több atom egymással helyet cserél Mint említettük a rácsrendezetlenségek a diffúziós folyamatot elősegítik. Ebből következik, hogy a polikrisztallin testben a diffúzió sebessége ott lesz az átlagosnál nagyobb, ahol sok a rácsrendezetlenség. Ilyen hely a kristály és a test felülete, tehát a felületi rétegben

és a kristály határokon a diffúzió sebessége – olykor nagyságrendekkel is – nagyobb, mint a krisztalliton belül Itt utalunk a hőkezelési folyamatok diffúziós lépéseire, mint például az ötvözők és szennyezők, általában dúsulások egyenletes eloszlására, vagy például a cementálásra, mint diffúziós folyamatokra. Növeli a diffúzió sebességét a hőmérséklet fokozása is. A hőmérséklet hatására megnő az atomok energiája, mely fedezi a mozgással járó energiaszükségletet, az úgynevezett aktivizációs energiaszükségletet. A hőmérséklet növekedésével szaporodik a mozgáshoz szükséges üres rácshelyek száma is. 1.6 HALMAZÁLLAPOT ÉS FÁZISVÁLTOZÁSOK A fémek folyékony és szilárd halmazállapota között levő fő eltérést az atomok ki- netikai energiája közötti különbség okozza. Ha a fémmel hőt közlünk, az atomok kinetikai http://www.doksihu energiája nő és megömléskor a rácsból kiszakadnak. Az

atomok rendezettsége, vagyis a rácsot fenntartó kötőerők, tehát hőenergia bevezetésével megszűntethetők A hőtan szerint valamely m tömegű test hőtartalmának változása, vagyis a felmelegítéshez szükséges hőmennyiség, vagy a lehűtéskor felszabaduló hőmennyiség arányos a test tömegével, a fajhővel és a hőmérséklet különbséggel. dQ = m · c · dT , ahol a Q a hőmennyiséget c a fajhőt m a test tömegét dT a hőfok különbségét jelenti. Ömlesztéshez hőközlésre, kristályosodáshoz pedig hőelvonásra van szükség. A teljes megolvasztáshoz szükséges, illetve a dermedés során felszabaduló hőmennyiség az úgynevezett latens hő. A színfém hőmérsékletváltozását az idő függvényében olvadáspontja környezetében – a mérések alapján – a 15. ábra mutatja A hűlő fém hőmérséklete a szilárd halmazállapotba való átmenet kritikus hőmérséklete, az úgynevezett dermedés, vagy olvadáspont alá (T d , T o

) süllyed és az ömledék csak egy bizonyos dT túlhűtés után kezd szilárdulni. Eközben felszabadul a latens hő (Q o ), amely a fém megolvasztásához volt szükséges. Ez a meleg mennyiség a megszilárduló fém hőmérsékletét az olvadáspontig növeli Ilyen nagyságú marad a hőmérséklet a megszilárdulás befejezéséig (hőelvonás természetesen van), majd a tovább hűlő szilárd fém hőmérséklete újra exponenciális görbe szerint csökken 15. ábra Színfém hőmérsékletváltozása: http://www.doksihu a.) dermedéskor: lehűlési görbe b.) ömlesztéskor A fémömledék dermedésénél a gyors melegelvonás eredményeként jelentkező túlhűtés fordított jelensége, a szilárd fém gyorshevítésekor az olvadáspont fölé való túlhevítés alig jelentkezik (15. ábra) Színfémeknél az olvadás a dermedéspont azonos hőmérsékletek: Td = To A fém kristályosodása tehát úgy folyik le, hogy egy bizonyos túlhűtés után a folyékony

fémben több helyütt hatni kezdenek az atomos vonzóerők és egy-egy térrács elem keletkezik. Ezekből a rácselemekből fejlődnek ki olyan szubmikroszkópos fémkristályok, amelyek a belőlük kifejlődő krisztallitok csírái lesznek. Ezért ezeket kristálycsíráknak, vagy magoknak nevezzük A csírák atomjaihoz, hűlés közben újabb atomok kötődnek a dermedő fém kristályrendszerének megfelelő rácspontjain, a csírák így növekedésnek indulnak. Az egyes csírák kristálytengelyei általában különböző irányokban helyezkednek el, ezért a belőlük növekvő kristályok irányítottsága különböző. Növekedés közben a szomszédos csírákból fejlődött kristályok egymásba ütközve akadályozzák a szabályos kristályidom kialakulását Így keletkeznek a szabálytalan határfelületű krisztallitok, vagy szemcsék. Egy szabályos rendszerben kristályosodó színfém, pl színvas szemcsés (poliéderes) dermedésének vázlatos menetét

mutatja a 16 ábra 16. ábra Szabályos rendszerben kristályosodó színfém dermedése szemcsékké (poliéderekké); a.) csírák keletkezése túlhűtéskor, b);c);d) kristálynövekedés krisztallitokká (szemcsékké), e.) a színfém szemcsés szövetének mikroszkópi képe http://www.doksihu A megszilárdulás folyamatának leírásánál használtuk a fázis szót. Ismerkedjünk meg közelebbről a fázis fogalmával. A fázis és halmazállapot bizonyos fokig egymást fedő fogalmak, a fázis fogalma azonban többet mond, mint a halmazállapot fogalma. A fázis fogalma alatt valamely zárt rendszerben az egymástól fizikai módszerekkel elkülöníthető részeket kell érteni. Pl egy olvasztótégelyen belül az egyidőben jelenlevő folyékony és szilárd halmazállapotú rész egyben folyékony és szilárd fázist is jelent. Itt tehát a fázis fogalma megegyezik a halmazállapot fogalmával Tudjuk azonban pl. azt, hogy az olaj a vízzel nem elegyedik Ha egy

edénybe vizet és olajat töltünk, alul fog elhelyezkedni a víz és felül az olaj. Bár az edényben halmazállapotot tekintve csak folyadék van, a rendszer mégis kétfázisú, mert a két folyadék a víz és az olaj, egymástól fizikai módszerekkel elkülöníthető. Egy zárt rendszeren belül tehát többféle folyadékfázis, vagy többféle szilárdfázis lehetséges Gőzfázis, illetve gázfázis azonban mindig csak egyféle, tekintettel arra, hogy a gázfázisban a különböző atom-, illetve molekulafajok tökéletesen rendezetlen állapotban vannak és így egymástól fizikai módszerekkel nem különíthetők el. Egy tégelyben két fémet együtt megolvasztva lehetséges az, hogy a két fém egymást folyékony állapotban sem oldja. Ilyen, pl az alumínium és az ólom, ahol is megolvadás után a nagyobb fajsúlyú ólom a tégely fenekén fog elhelyezkedni, és felette fog úszni az alumínium réteg. 1.7 A KRISTÁLYOSODÁS FOLYAMATA (OLVASMÁNY) A

kristálycsírákban az atomokat a rácserők kötik egymáshoz. A hűlő fémolvadékban ilyen csírák, magok, vagy kristályosodási középpontok keletkeznek. A fémömledékeknek azt a tulajdonságát, hogy bennük kristálycsírák keletkeznek, kristályosodási képességnek (K k ) nevezzük. A kristályosodási képesség mérőszáma az időegység alatt egységnyi térfogatban keletkező magok száma: mag K k = cm3 · min A kristálymagok keletkezésével egyidejűleg a csírák folyamatosan növekszenek is. A kristályok lineáris növekedési sebességét kristályosodási sebességnek nevezzük (K s ), dimenziója: cm/min. Célszerű mind a kristályosodási képességet, mind a kristályosodási sebességet a túlhűtés függvényében ábrázolni. A kristálycsírák keletkezése a megdermedés hőfokán in- http://www.doksihu dul meg és megkezdődik a kristálymagok növekedése is. A túlhűtés arányában, mind a kristályosodási sebesség, mind a

kristályosodási képesség növekszik A kristályosodási képesség ezen kívül a hűtés sebességével is fokozódik. A kristályosodási sebesség értéke – a kísérleti adatok szerint – független a hűtés sebességétől. A 17 ábrán a fémekre jellemző alakú kristályosodási sebesség, valamint lassú és gyors hűtés esetére vonatkozó kristályosodási képesség görbéket ábrázoltunk. Ezeknek a görbéknek alapján következtetni lehet a kristályok várható méretére. dT 1 túlhűtés esetén lassú hűtés mellett a kristályosodási képesség nagyon kicsi, a kristályosodási sebesség viszont igen nagy. Tehát az időegység alatt kevés csíra képződik és ezek gyorsan nőnek, ezért a kristályszerkezet durva szemcséjű lesz. Ugyanilyen túlhűtés mellett gyors hűtés esetén a kristályosodási képesség nagy, vagyis sok csíra keletkezik az időegység alatt, így a nagy kristályosodási sebesség ellenére is finomszemcsés lesz az anyag

szövetszerkezete. 17. ábra A kristályosodási képesség és sebesség változása túlhűtéssel. A kristályosodási képesség a túlhűtés mértékének és a hűtés sebességének növelésén kívül úgy is növelhető, hogy idegen magokat viszünk az ömledékbe. Az idegen magok hatását úgy képzelhetjük el, hogy a kristályosodási képesség görbéje K ki kezdeti értékkel indul. Az egész görbe tehát felfelé tolódik. Ezt az esetet mutatja a 18 ábra (A gyors hűtés ábrája nincs berajzolva). Látható, hogy idegen csírák jelenléte esetén már lassú hűtés mellett is finom szemcsés szövetszerkezet állítható elő. A szemcseméret befolyásolja az anyag tulajdonságait. Az acél szívóssága, pl. annál nagyobb, minél finomabb a szemcse szerkezete. A szemcse finomítása céljából az acélba idegen csíraként az alumínium és titán oxidjait, illetve nitridjeit szokás belevinni A fémömledék általában több kristálymagból kiindu-

http://www.doksihu lóan dermed meg, ahogyan azt a 16. ábrán láttuk Egyes ese- 18. ábra tekben az a célunk, hogy a fémolvadék egyetlen kristállyá, Idegen csírák hatása a dermedő úgynevezett egykristállyá dermedjen. Ezt lényegesen nehe- kristályosodási képességére zebb megvalósítani, mint a többi kristálymagból kiinduló polikrisztallin dermedést. Ilyenkor a fémolvadékot olyan lassan hűtik, hogy kristálycsíra ne keletkezzen benne. A fémolvadékba mesterségesen magot visznek, amely a kismértékű túlhűtés hatására egyetlen kristállyá nő. A 16. ábrán a poliéderes, vagy szemcsés dermedés volt látható A polikrisztallin dermedésnek az előzőtől eltérő módja a dendrites és a szferolitos krisztallitképződés Ón, cink és öntöttvas felületén gyakran látni olyan rajzolatú kristályokat, amelyek a fenyőfa ágára emlékeztetnek. Ezt a krisztallit alakot nevezték el a fa görög nevétől (dendron) dendritnek A dendrites

krisztallitnak két változata van, rendezetlen és rendezett, vagy oszlopos krisztallit képződés. A rendezetlen dendrites szövet kialakulását a 19. ábra mutatja Keletkezésének oka a kristályosodási sebesség vektoros, irányított jellege. A csíra először valamelyik kristálytengely irányában tű alakúvá nő A tű csúcsaihoz kötődő atomok mozgásenergiája csökken, a felszabaduló energia hőenergiává alakulva növeli a fémolvadék hőmérsékletét a tű csúcsai mellett. Az így keletkezett hőmérséklet különbség a fémolvadékban olyan helyi áramlásokat hoz létre, amelynek következtében a tű oldalához áramló hidegebb fémből a tű rácsához kötődő atomok oldalirányú elágazásokat hoznak létre. A dendrites dermedés előrehaladtával az oldalágak ugyanígy ágaznak tovább és így keletkezik a jellegzetes, fenyőágra emlékeztető szövetszerkezet. 19. ábra Dendrites szövet képződése Oszlopos krisztallitképződés akkor jön

létre, ha a fémolvadékot hideg fémformába öntjük. Ilyenkor a fémforma falá- http://www.doksihu val érintkezésbe kerülő fémolvadékból a nagy túlhűtés és így nagy kristályosodási képesség miatt a kezdetben megdermedő vékony réteg finomszemcsésen kristályosodik. A melegelvezetés és így a hőfokesése a dermedő fémben is merőleges a fémforma falára. A finomszemcsés réteg szemcséi közül azok amelyeknek kedvező az orientációjuk, azaz a nagy kristályosodási sebességnek megfelelő tengelyirányuk 20. ábra Oszlopos, vagy sugaras kristályosodás (transzkrisztallizáció) közel párhuzamos a hűtőfelület normálisával, a többi szemcsék rovására a fémolvadék belseje felé gyorsan növekednek. Az ilyen, a hűtőfelületre merőlegesen megnőtt krisztallitok keletkezését sugaras kristályosodásnak, vagy transzkrisztallizációnak is nevezik Oszlopos kristályosodás látható a 20 ábrán A krisztallitok fejlődésének harmadik,

szferolitos módja fémeknél csak nagyon ritkán, főleg a kőnemű, üveg és szénvegyületeknél fordul elő. Jellemzője, hogy a csírából sugárirányban mindenfelé egyenletesen halad a dermedés úgy, hogy az így keletkezett kristály felülete növekvő gömbfelület (elnevezése a gömb és a kő görög nevéből ered: szféra, lithon) Szerkezeti anyagaink között a gömbgrafitos öntöttvas ilyen, ott a grafit a Mg csírák hatására kristályosodik szferolitosan. 1.8 POLIMORFIZMUS, ALLOTRÓPIA Néhány fém, pl. Fe, Co, Mn, Sn, Ca, Ti dermedéskor kialakult kristályrácsát lehűlés közben bizonyos úgynevezett kritikus hőmérsékleten változtatja, más rácsalakzatba kristályosodik át. Ez az átkristályosodás mindenkor energia, hőtartalom változásával jár, tehát a lehűtési görbén töréspontok formájában jelentkezik A lehűlés közben lefolyó átkristályosodás exoterm, melegtermelő; a hevítés közben lefolyó, endoterm, melegfogyasztó.

A lehűléskor itt felszabaduló meleg csak tört része az olvadási hőnek, az átkristályosodási hőmérsékletek mégis, bár rövid, de vízszintes szakaszokkal jelentkeznek a lehűlési görbén. Ezeket a hőmérsékleteket ezért „A” betűvel (a francia arret = megállás szó kezdő betűje) jelöljük. Ilyen átalakulások elemeknél, ásványoknál, vegyületeknél egyaránt előfordulhatnak. Azt a jelenséget, amikor egy elem, ötvözet, vagy vegyület összetételének megtartása mellett többféle kristályszerkezetűvé alakul át, polimorfizmusnak, többalakúságnak nevezzük. Fémes elemek polimorfizmusát allotrópiának hívjuk Ugyanannak a kristályos http://www.doksihu anyagnak különféle kristályszerkezetű változatát módosulatnak, egyik módosulatból a másikba való átkristályosodását allotróp átalakulásnak nevezzük. Az ón allotróp átalakulásának káros következményeit már régen ismerik. A hideg éghajlatú északi országokban

– rozsdamentes tulajdonsága miatt – ónból készült orgonasípokat használtak, ezek a kemény téli időben porrá estek szét Ezt a jelenséget az ón ismeretlen eredetű betegségének gondolták és „ónpestis”-nek nevezték el Azóta már megállapították, hogy a pusztulást az ón allotróp átalakulása okozta. 21. ábra A vas allotróp átalakulása hevítéskor és hűtéskor A fémtani ismeretek gyakorlati alkalmazása terén legnagyobb jelentősége a vas allotróp átalakulásainak van. Az átalakulás folyamatát a 21 ábra szemlélteti Ha a megömlött színvasat egyensúlyi lehűtéssel, tehát úgy hűtjük, hogy minden egyes hőmérsékleten addig várunk, míg esetleges átalakulással járó, vagy egyéb okból megindult diffúziós atommozgások befejeződnek, akkor a vas A 5 = 1809° K-en (1536°C) szabályos térben középpontos kristályos szerkezetű δ-vassá dermed. Ez a felső módosulat A 4 = 1665° K-en (1392°C) átkristályosodik egy

szabályos felületen középpontos módosulattá, aγ vassá. A soron következő egyensúlyi átkristályosodás A 3 = 1184° K-en (911°C) történik, ahol a γ-vas átalakul az ugyancsak térben középpontos α-vassá (Egy fém allotróp módosulatait stabilitásuk hőközének növekvő sorrendjében a görög abc betűivel jelöljük). A sorozatból hiányzó ß-vas módosulatnak nevezték kezdetben azt a szabályos térben középpontos vasat, amely paramágneses, tehát nem mágnesezhető. A mágneses tulajdonságok ilyen változása a régebben A 2 -nek nevezett 1042° K-en (769°C), az úgynevezett Curie- http://www.doksihu ponton következik be. Azóta megállapították, hogy ez a változás nem allotróp átalakulás, mert a vas kristályszerkezetében nem következik be változás. A kísérletek azt mutatták, hogyha a színvas hőmérsékletét szobahőmérsékletről kiindulva egészen lassan az egyensúlyi kristályosodást megközelítő sebességgel növeljük,

akkor az allotróp átalakulások ugyanazon a hőmérsékleten következnek be, mint hűtéskor. Ez azt jelenti, hogy a vas allotróp átalakulásai megfordítható folyamatok, amit a következőképpen szoktunk jelölni: δ - Fe γ - Fe ; γ - Fe α - Fe. A két megfordítható folyamat közül a második a gyakorlati élet szempontjából igen fontos, a hőkezelés alapja. Kísérleti tapasztalat az is, hogyha hevítést és hűtést nem egyensúlyi módon, hanem folyamatosan végezzük, akkor az A 3 hőmérséklet hevítésekor nagyobb hőmérsékleten jelentkezik, mint hűtéskor. Ez látszik az ábrán feltüntetett adatokon is Az allotróp átalakulás hőmérsékletének – a folyamatos hőváltozás okozta – eltérését az egyensúlyi hőmérséklettől, az átalakulás hiszterézisének nevezzük. Az átalakulás hiszterézise annál nagyobb, minél gyorsabb a hevítés, vagy a hűtés. A hűtés hiszterézise, azonos sebességű hőváltozásnál mindig nagyobb a

hevítésnél jelentkező hiszterézisnél. A kritikus hőmérsékletekben jelentkező különbség miatt megkülönböztető jelzést kell alkalmazni. A hevítésnél jelentkező kritikus hőmérsékleteket „c” index-el jelöljük (A c3 ; A c4 ), a hűtésnél jelentkezőket pedig „r ” index-el (A r3 ; A r4 ). A „c” a chauffage = hevítés, „r” a refroidissament = hűtés francia szavak kezdőbetűje. A C > 0,02% C-tartalmú vasötvözeteknek van még egy kritikus átalakulása, amit A c1 -gyel, illetve A r1 -gyel jelölünk. Ez a kritikus hőmérséklet nemcsak allotróp átalakulása, hanem a γ-vas bomlásának hőmérséklete is. E hőmérsékleten ugyanis γ a α allotrσp αtalakulαs csak úgy jöhet létre, ha aγ -vasban oldott C atomok a rácsból kidiffundálnak egészen addig, amíg a C-tartalom az α-vas 0,02% C-tartalmára nem csökken. A kivált C – majd, mint később látni fogjuk – vaskarbiddá alakul és a perlitnek nevezett szövetelem egyik

fázisát képezi. http://www.doksihu ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Hogyan viselkednek az anyagok a terhelés hatására? 2. Milyen szempontok alapján, és hogyan csoportosíthatjuk az anyagokat és a fémeket? 3. Hogyan épül fel az anyag? 4. Mi jellemzi a kristályos és amorf anyagokat? 5. Mit nevezünk kristálynak, és milyen kristályrendszereket ismerünk? 6. Milyen fogalmakkal jellemezzük a térrácsokat? 7. Hogyan helyezkedik el a szubsztitúciós, és intersztíciós atom a kristályrácsban (rajz)? 8. Hogyan alakul a színfém hőmérséklet változása dermedéskor és ömlesztéskor (rajz)? 9. Értelmezze a halmazállapot – és fázis fogalmát 10. Melyek a vas allotróp átalakulási pontjai (rajz)? http://www.doksihu http://www.doksihu 2. 2.1 ÖTVÖZETEK SZERKEZETE ÖTVÖZETEK FOGALMA, ELŐÁLLÍTÁSA A színfémek nagyszámú és különféle tulajdonságaik ellenére sem biztosítják az ipar számára szükséges anyagválasztékot. Színfémek

alkalmazására magas áruk (előállításuk csak hosszadalmas, költséges eljárás útján valósítható meg) és kis szilárdságuk miatt csak kivételes igények esetében kerül sor. A színfémek mechanikai, fizikai és kémiai tulajdonságainak változását ötvözéssel érhetjük el. Ötvözeten – Verő meghatározása szerint – olyan, legalább látszatra egynemű fémes anyagot értünk, amelyet két, vagy több fém egyesítése, leginkább összeolvasztása, vagy egymásba való oldása útján nyerünk. A legalább látszatra egynemű jelző kizárja az ötvözetek köréből az egymást olvadt állapotban nem oldó fémeket, például a vasnak és ólomnak keverékét. Az ötvözetnek továbbá fémtermészetűnek kell lennie, tehát elsőrendű vezetőnek, fémfényűnek és kristályos szerkezetűnek. Az ötvözetek alkotórészei általában fémek, de lehetnek a fémekhez közelálló, úgynevezett metalloidok, mint az As (arzén), C (karbon), Si

(szilícium), Sb (stíbium), S (kén) és P (foszfor). Az ötvözeteket a felépítésükben résztvevő atomfajták számától függően két-, három- vagy többalkotós ötvözeteknek nevezzük. A kereken 90 fémtermészetű és metalloid elemből 4 000 kétalkotós, 118 000 háromalkotós és sok millió többalkotós ötvözet készíthető. Természetesen ezek közül csak néhánnyal, a gyakorlat számára legfontosabbakkal foglalkozunk részletesen. A többinek csak közös, lényeges vonásait, legfontosabb típusait fogjuk megismerni Alapfémnek általában az ötvözetben legnagyobb mennyiségben előforduló fémet tekintjük. Az ötvözetekben a fémek előállítása során felhasznált ércekből, azok feldolgozási módjától függően mindig jelen vannak nem szándékosan bevitt elemek atomjai is, ezeket szennyező elemeknek nevezzük. Ezek a kohászati eljárás során nem távolíthatók el, vagy eltávolításuk túlságosan költséges volna Egyes szennyezők az

ötvözők tulajdonságait már igen kis mennyiségben is károsan befolyásolják, mások nagyobb mennyiségben is előfordulhatnak különösebb károsító hatás nélkül. http://www.doksihu Az ötvözés leggyakoribb módja az, hogy az alapfémet megolvasztva az ötvözőket feloldjuk benne, majd hűlés közben a megdermedés során kialakul az ötvözet kristályszerkezete. Ez az eljárás lehetővé teszi azt, hogy a fémek folyékony állapotban, legtöbb esetben korlátlanul oldják egymást Egymástól eltérő olvadáspontú ötvöző esetében az alacsonyabb olvadáspontú fémfürdőben olvasztjuk meg a magasabb olvadáspontú fémet. Amikor azonban a nagy olvadáspont különbség miatt fennáll az oxidáció veszélye, célszerű az ötvözőket alacsonyabb olvadáspontú előötvözetek alakjában adagolni az ömledékbe. Ritkábban használatos eljárás a különkülön megolvasztott fémek összeöntéssel való egyesítése Magas olvadáspontú alapfémek

esetén (wolfram, molibdén) porkohászati eljárással szilárd állapotban is ötvözhetünk. Az alkotókat finom porrá őröljük, megfelelő arányban alaposan összekeverjük, nagy nyomással sajtoljuk, majd izzítjuk Az izzításkor diffúziós folyamat útján jön létre az ötvözet Lehetséges ezen kívül szilárd állapotú fémet, felületén szilárd, folyékony, de leginkább gázállapotú metallioddal, fémmel ötvözni. Ilyen módon viszünk például az izzó lágyacél kérgébe karbont, nitrogént, krómot, alumíniumot, szilíciumot a keménység, kopásállóság, savállóság javítása céljából. 2.11 Ötvözetek egyensúlyi viszonyai Az ötvözetek megömlése, dermedése során bizonyos törvényszerűségek érvényesül- nek. Mielőtt azonban ezekkel foglalkoznánk, néhány alapfogalommal meg kell ismerkednünk A rendszer a térnek a külső hatásoktól elhatárolt része. Például valamely kazán vagy tégely által bezárt tér. A fázis a

rendszer egymástól határfelülettel elválasztott, fizikailag elkülöníthető része. Ennek a feltételnek megfelelnek valamely anyag egy rendszerben jelenlevő különféle halmazállapotú részei. Megfelelnek azonban különféle anyagok azonos halmazállapotú részei is. Például egy edénybe olajat és vizet öntünk Ezek két külön fázist alkotnak A fázis fogalma tehát magába foglalja a halmazállapot fogalmát, de ennél azonban tágabb Azokat a részeket, melyekből a rendszerben lévő, vizsgálat célját szolgáló anyag felépül, alkotónak, komponenseknek nevezzük. Például vas és szén A rendszer akkor van egyensúlyban, ha abban a fázisok száma nem változik. http://www.doksihu A rendszer egyensúlyi viszonyait az úgynevezett állapottényezők szabják meg. Ezek a koncentrációk, hőfok és nyomás. Az állapottényezők változása a rendszer egyensúlyát változtathatja, aminek következtében új fázisok jelennek meg, vagy egyesek

eltűnhetnek. Azoknak az állapottényezőknek a számát, amelyek bizonyos határok között megváltoztathatók anélkül, hogy az egyensúly tekintetében változás következnék be, szabadsági foknak nevezzük. Az egyensúlyban levő rendszernél a fázisok és a szabadságfokok számának összege kettővel több, mint a komponensek száma. F + Sz – 2 = K F - a fázisok, Sz - a szabadságfokok, K - az alkotók, a komponensek száma. Ezt a szabályt a fizikai kémiából Gibbs-féle fázisszabálynak nevezik. Gibbs-féle fázisszabály a fémeknél, mivel a nyomás állandónak (atmoszférikusnak) tekinthető a következőképpen írható fel: F + Sz – 1 = K Kétalkotós ötvözetben a K = 2, tehát a fázisszabály a következő alakban írható: Sz = 3 - F 2.2 ÖTVÖZETEK SZERKEZETE ÉS KRISTÁLYOSODÁSA Az ötvözetek előállításakor a folyékony alapfémben az olvadt és oldott ötvöző fém atomjaira bomlik és így keveredik az alapfém atomjaival. Az oldat

teljes megdermedésekor létrejövő szerkezet jellemző az ötvözőre, és abban háromféle szilárd halmazállapotú fázis fordulhat elő: ∗ szilárd oldat ∗ fémes vegyület ∗ lehet az alkotók olyan kapcsolata, hogy szilárd állapotban egyáltalán nem oldják egymást és vegyületet sem képeznek. http://www.doksihu Szilárd oldat (más néven vegyeskristály vagy elegykristály) néhány tulajdonságáról már tettünk említést. Két fajtája ismeretes: szubsztitúciós és intersztíciós Szubsztitúciós oldáskor a rács egyes atomjai helyébe az oldott fém atomjai kerülnek. Az atomok méretkülönbségéből adódóan a rácsban feszültségek keletkeznek, ezzel az energiaszint is növekszik Intersztíciós oldatot a fémekkel kicsi atomsugarú (C, H, N, B) ötvözők alkothatnak, oly módon, hogy az alapfém atomjai közé a rács hézagaiba épülnek be. Az ötvöző elemek elhelyezkedését a szubsztúciós (helyettesítéses) szilárd oldatban a

22. ábra, az intersztíciós (közbeékelődéses) szilárd oldatban a 23 ábra szemlélteti 22. ábra 23.ábra Az ötvöző-atomok elhelyezkedése Az ötvöző-atomok elhelyezkedése szubsztitúciós szilárd oldatban intersztíciós szilárd oldatban Szubsztitúciós szilárd oldat keletkezésének feltételeit megszabja az oldat szerkezeti felépítése. A szilárd oldat keletkezésének főbb feltételei: 1. A két anyag atomsugarai csak kis mértékben, legfeljebb 15%-kal különbözhetnek egymástól. 2. A két anyag vegyértéke azonos. 3. A két anyag közel áll egymáshoz a periódusus rendszerben. 4. A térrácsaik azonosak. A szilárd oldat atom eloszlása lehet szabálytalan és szabályos is. Gyakoribb a szabálytalan eloszlás, vagyis amikor a helyettesített atomhelyek helyzetében nincs rendszeresség Szabályos eloszlás esetében a kétféle elem atomjainak eloszlásában egyszerű arányosság például 1:1, 2:1, 3:1, 3:2, 12:7 stb. érvényes

Ilyenkor a kétféle atom az arányosságnak megfelelő rendben a 24. ábrának megfelelően helyezkedik el http://www.doksihu 24. ábra Atomok elhelyezkedése rendezett rácsú szilárd oldatban Amennyiben a szabályos eloszlás nem valósulna meg, megfelelő hőfokon való izzítással vagy lassú hűtéssel előállítható. Ezek az ötvözetek rendezett rácsú szilárd oldatok néven ismeretesek: tulajdonságaik a szilárd oldatok folytonos sorában különböznek a többiekétől Főként a villamos vezetőképesség növekedhet meg a rendeződéssel ugrásszerűen, pl a nem rendezettének háromszorosára. A fémvegyületek két vagy többalkotós szilárd fázisok. Koncentrációjuk szilárd állapotban állandó lehet Szövetképe homogén A rács jellege attól függ milyen fajtájú vegyület alakult ki. A fémvegyületek lehetnek ion, elektron és intersztíciós vegyületek Az ion vegyületeket fém és fémtermészetű elemek metalloidok alkotják. Nehezen olvadnak,

nagyon kemények, összetételük meghatározott Az elektronvegyületek alkotói nehezen olvadó, egy vegyértékű fémek és könnyen olvadó fémek, valamint Si. Keménységük kisebb az ion vegyületek vegyértékénél, alkotóikat többé-kevésbé oldják. Intersztíciós vegyületeket nagy atomsugarú fémek kis atomsugarú elemekkel alkothatnak. Ilyen például az Fe 3 C (vaskarbid) Az ilyen kristályok fázisának az összetétele állandónak mondható Az ilyen szerkezetű vegyületek nagyon kemények, ridegek és nagy az olvadási hőmérsékletük. A forgácsoló szerszámok anyagai ilyen jellegű vegyületek, amelyek karbidokat képeznek, például wolfram, króm- és titánkarbidok Az egymással szilárd oldatot és fémes vegyületet sem alkotó elemek mindkét alkotót önálló fázisként tartalmazó elegyként, úgynevezett eutektikumként dermednek. Az eutektikum jellemzője, hogy alkotóinak aránya meghatározott, benne az alkotók tulajdonságai arányuknak

megfelelően érvényesülnek. http://www.doksihu 2.3 TISZTA FÉM ÉS ÖTVÖZET DERMEDÉSE, ÉS LEHŰLÉSI GÖRBÉJÉNEK FELVÉTELE A fémek és ötvözetek hűlési folyamatát, dermedését és kristályosodását a hőmérséklet és az idő határozza meg. Egy folyékony fém dermedésekor az olvadáspont (dermedéspont) elérésekor egy bizonyos hőmennyiséget kell elvonni belőle, hogy a test szilárd állapotba kerüljön. A dermedéskor a folyékony fázis energia állapotához képest a szilárd fázis energia állapota változik meg egy bizonyos energiával Kísérletileg ez könnyen megvalósítható ugyanis erre a célra van megfelelő berendezés. Ha a változást koordináta rendszerben ábrázoljuk, - “x” tengelyen az időt “y” tengelyen a hőmérsékletet – akkor a kapott görbét nevezzük lehűlési görbének. Tekintettel arra, hogy a folyamat fázisváltozással jár, alkalmazható a fázisszabály. A 25. ábrán a színfém lehűlési görbéjét

és alatta az egyes szakaszokban levő fázisokat, jelképes módon is ábrázoltuk 25. ábra 26. ábra Színfémek lehűlési görbéje és a lehűlés Kétalkotós rendszer lehűlési görbéje és a egyes szakaszaiban jelentkező fázisok lehűlés egyes szakaszaiban jelentkező fázisok A megömlött állapotból kiindulva a rendszer lehűlési görbéje a dermedés hőfokáig a már korábban elmondottak értelmében logaritmikus, ezt követő dermedési folyamat alatt vízszintes, majd a dermedés befejeztével ismét logaritmikus. Alkalmazzuk most a fázisszabályt színfém egyensúly dermedésére, K = 1. A lehűlési görbe a-b szakaszában a rendszerben csak a fém folyékony fázisa van, F = 1, tehát Sz = 1. http://www.doksihu A rendszer hőmérséklete szabadon változtatható t 1,2 -ig anélkül, hogy a rendszer egyensúlya megváltozna. A t 1,2 elérése után második fázisként megjelennek a színfém szilárd kristályai, F = 2 tehát Sz = 0. Ez azt

jelenti, hogy a hőmérséklet sem változhat, míg az egyik fázis eltűnése Sz = 1-re nem növelte. A b-c szakaszában a szilárdulás alatt a mennyiségtől függően ∆i d dermedési időközben nem változhat a hőmérséklet. A dermedés befejeztével ismét logaritmikus lesz a c-d görbe A kétalkotós szilárd oldat, ötvözet lehűlési görbéjét mutatja a 26. ábra Alkalmazva a fázisszabályt, K = 2, vagyis Sz = 3 – F, tehát 0 szabadságfok esetén egyszerre három fázis lehet egyensúlyban (eutektikus rendszer dermedése). A görbe a-b szakaszán K = 2, F = 1, tehát Sz = 2 (csak folyékony fázis van). Változhat a hőmérséklet és a koncentráció is bizonyos határok között anélkül, hogy az egyensúly felborulna. Hűlés közben a t 1 -hez érve megjelennek a megszilárdult kristályok, F = 2-re nőtt és Sz = 1-re csökkent A hőmérséklet változtatható egészen a c pontig, t 2 hőmérséklet eléréséig, amikor is az egész ötvözet megdermedt és Sz

= 2-re nőtt. A kétalkotós szilárd oldat (ötvözet) dermedését az jellemzi, hogy a dermedési időköz mellett dermedési hőköze van. A 26 ábrán két töréspont (b, c) van és nincs vízszintes szakasza, ez mindig arra utal, hogy a vizsgált fémminta kétalkotós szilárd oldat 2.31 Lehűlési görbék felvétele (Olvasmány) A különféle fémekből az ötvözetek sorozata, rendszere készíthető. Az ötvözetek két vagy több alkotóból előállíthatók. Az egyensúlyi állapotra érvényes törvényszerűségek elméleti úton is levezethetők, de kísérleti úton is megállapíthatók Kristályosodás során az ötvözet többféle tulajdonsága is megváltozik. Az egyensúlyi viszonyok megállapítására általában, a hőtartalom kísérletileg megállapítható változását használják. Emellett, azonban pl a szövet változások vizsgálatát és más módszereket is vizsgálnak. A hőtartalom változása a hevítési, illetve gyakrabban a lehűlési

görbén figyelhető meg. A szövetszerkezet alakulása pedig mikroszkópon vizsgálható. A lehűlési görbe kísérleti úton való meghatározásához az ömledékbe, vagy pedig ha a test szilárd, erre a célra készített furatába hőmérőt tesznek. http://www.doksihu 27. ábra Lehűlési görbék felvételéhez használatos berendezés A lehűlési görbék szerkesztéséhez 50-250 g mennyiségű fémet szokás használni. Tégelyül a vizsgálandó fémre közömbös pl: üveg, vas, porcelán, agyag-edényt választanak A fémet a tégelyben szabályozható fűtőberendezéssel melegítik, oxidálástól közömbös gázzal vagy sótakaróval védik. A berendezésnek a méréshez való elrendezése a 27 ábrán látható A hőfokmérést a megömlött fém lehűlésének megindulásától kezdődően végzik. A hőfokokat szabályos időközökben leolvassák, feljegyzik, majd megfelelő koordináta rendszerbe is felrajzolják. 2.4 KÉTALKOTÓS EGYENSÚLYI DIAGRAMOK

SZERKESZTÉSE, EMELŐSZABÁLY Az egyensúlyi viszonyok változásában a lehűlési görbék alapján megállapítható törvényszerűségek ábrázolására az állapotábrák, egyensúlyi diagramok használatosak. Az ötvözetek két és több alkotóból állhatnak. A lehetséges egyensúlyi viszonyok vizsgálatára a szóban forgó alkotókból olyan ötvözetsorozatot készítenek, melyekben az alkotók százalékos aránya pl. 1-10%-os lépcsőkben változik Ezeknek az ötvözeteknek a már ismertetett módszer szerint megállapítják a lehűlési görbéit A lehűlési görbék adatai közvetlenül felhasználhatók az egyensúlyi diagramok vagy állapotábrák szerkesztése céljára. Általánosan a kétalkotós ötvözetek állapotábrái használatosak Két alkotóból álló ötvözetsor a különféle százalékos összetételeket megszabott hoszszúságú egyenesen, alapvonalon (a vízszintes tengelyen) ábrázolják, melyen az egyik A alkotót az alapvonal

kezdőpontja, a másik B alkotót az alapvonal végpontja jelenti. Az egyenest a %-os aránynak megfelelően 100 részre osztják. Az emelkedő számok az egyenesen B alkotó %-os arányát jelentik. Az A alkotó mennyisége a B százalékának 100-ból való levonásával http://www.doksihu adódik. A hőfok tengelye az alapvonalra merőleges (függőleges tengely) lesz Az állapotábra szerkesztési módja a 28. ábrán látható 28. ábra Állapotábra szerkesztése a lehűlési görbék alapján Minden alkotónak felveszik a lehűlési görbéjét. A lehűlési görbék töréspontjait átvetítik az ötvözetet jelző függőlegesre Az összetartozó – vagyis az olvadáspont kezdetét és végét – jelző töréspontokat összekötik. Az így kapott vonalak közül a dermedés kezdetét, tehát a folyékony fázis határát jelző görbe likvidusz görbe, a dermedés befejezését vagyis a szilárd fázis határát jelző görbe a szolidusz görbe (liquidus latinul

folyékony, solidus pedig szilárd). A likvidusz görbe fölötti hőfokon tisztán folyékony, a két görbe közötti hőmérsékleten folyékony és szilárd, a szolidusz alatti hőmérsékleten pedig tisztán szilárd fázisok találhatók. Az állapotábrán leolvasható a két alkotóból való minden arányú ötvözet dermedésének kezdete és befejezése. Ezek az összetételt jelző függőlegesnek, a likvidusz és szolidusz vonallal való metszéspontjai. Leolvasható a különféle hőfokon a szilárd és folyékony fázisok összetétele Ezek az összetételek a hőfok jelző vízszintes vonalak, úgynevezett konnódának a likvidusz és szolidusz görbével való metszéspontjai. Az egyensúlyban levő fázisok tömeg-aránya felhasználva a 29. ábra jelöléseit a következőképpen számítható ki Legyen t 1 hőfokon 1 kg-nyi ötvözet a vizsgált mennyiség Az ötvözet szilárd részének tömegét x-el jelöljük. A folyékony fázis tömege akkor 1–x-el

egyenlő A B alkotó mennyisége a szilárdfázisba x (b - c); a folyékony fázisban (1 - x) (b + d) –el egyenlő. A szilárd és folyékony fázisokban levő B alkotó együttes mennyisége ugyanannyi mint az 1 kg tömegű ötvözet B tartalma. Ugyanez egyenlet alakban: 1 b = x (b - c) + (1 - c) (b + d) http://www.doksihu Rendezve az egyenletet kapjuk, hogy d x = ; c+d c 1-x = c+d %-os alakban: d x = · 100 ; c+d c 29. ábra Fázisok tömegaránya, mérlegszabály 1-x = · 100 . c+d Felírva az arányokat, a (c, d távolságokat karoknak nevezzük): szilárd fázis x d = = folyékony fázis 1-x c Az összefüggés szerint a fázisok aránya fordított, mint a hozzájuk tartozó karok aránya. Ha a vízszintes jelzővonalat (konnodát) a kérdéses ötvözet összetételének megfelelő pontban alátámasztva, a fázisokat pedig a karok végpontjára függesztve képzeljük, akkor a fenti törvényszerűség egy kétkarú emelőnek felel meg. A fenti összefüggést

ezért mérlegszabálynak is szokás nevezni ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Mit nevezünk ötvözeteknek, és hogyan keletkeznek? 2. Mely fogalmak szükségesek az ötvözetek viszonyainak leírásához? 3. A fázis szabály megalkotásához milyen fogalmak szükségesek, és azok között milyen kapcsolat van? 4. Hogyan alakul ki az ötvözetek szövetszerkezete? 5. Értelmezze a tiszta fém lehűlési görbéjét a Gibbs – féle fázisszabály alapján. 6. Milyen koordináta rendszerben ábrázolható a kétalkotós ötvözet változása? 7. Kétkomponensű rendszerek lehűlési görbéjét hogyan ábrázoljuk? http://www.doksihu 3. VAS-KARBON ÖTVÖZETRENDSZER Az iparban használatos Fe-C ötvözetekben a karbonon és a vason kívül kis menynyiségben egyéb elemek: Mn (mangán), Si (szilícium), S (sulfur = kén), P (foszfor), O 2 , N 2 is előfordulnak. Ezek a gyártás során, szennyezőkként kerülnek ki a nyersanyagból, égéstermékekből, és a levegőből

az ipari vasfélékbe (P, S, O 2 , N 2 ) A gyártás érdekében adagolt anyagok (Si, Mn), elkerülhetetlenül ötvöződnek a Fe-C ötvözettel. A szóban forgó elemek kis mennyiségben nem okoznak jelentős változást a Fe-C rendszer egyensúly diagramján. Így a gyakorlati, vas–karbon ötvözetekre, a Fe-C kétalkotós állapotábra jó közelítéssel alkalmazható. 3.1 A KÉTKOMPONENSŰ RENDSZER EGYENSÚLYI DIAGRAMJÁNAK NÉHÁNY SZABÁLYSZERŰSÉGE A két-két alkotóból előállítható ötvözetsorok, vagy többalkotós ötvözetrendszerek egyensúlyi viszonyai egymástól különböző állapotábra típusokkal jellemezhetők. Ezeknek viszont vannak olyan részletei, amelyek egymással megegyeznek. Kétalkotós ötvözeteknél előforduló állapotábrákat Tamman tanulmányozta és megállapította, hogy ezeknek egymástól eltérő részletei 8 csoportba sorolhatók. Megállapította az ezeknek megfelelő úgynevezett ideális állapotábrákat is. Valamennyi

állapotábra erre a tipikusnak tekinthető nyolc fajtára bontható (Ezen állapotábrák ismerete nem tananyag, érdeklődők a megadott szakirodalmakban tanulmányozhatják) Az ideális diagramok, valamint a bonyolultabb reális diagramok értelmezését megkönnyíti a következő szabályszerűségek ismerete: 1. A likvidusz görbe ágainak száma az ötvözet rendszerben folyékony álla- potból kristályosodó fázisok számával azonos. Erről az összefüggésről már volt szó: a megismert ideális diagramokon ellenőrizhetjük a helyességét 2. Teljesen szilárd állapotra vonatkozóan, tehát az egyensúlyi diagramnak a szo- lidusz alá eső részében a homogén területeket felül görbe vonal, a heterogén területeket pedig, vízszintes egyenes vonal határolja. Ez a törvény a fázisszabályból következik http://www.doksihu 3. Az egyensúlyi diagramban, bármilyen irányban homogén területet csak heterogén követhet és viszont. A szabályt a

következőképpen általánosíthatjuk: ha egyensúlyi diagramban bármilyen irányban keresztezünk egy határvonalat, akkor a fázisok számának eggyel nőnie vagy csökkennie kell. A vízszintes, illetve függőleges vonalak keresztezése kettős keresztezésnek számít és így rajtuk áthaladva a fázisok száma nem változik Ezek a szabályszerűségek az ötvözetrendszerek diagramjainak a vizsgálatát megkönynyítik. 3.2 A HEYN-CHARPY-FÉLE IKERDIAGRAM A vas a legjelentősebb fém, a karbon pedig a legfontosabb ötvöző eleme. Gyakor- lati vasötvözeteink mindig tartalmaznak több-kevesebb karbont: az acél és a nyersvas éppen karbon tartalmában különbözik egymástól. Az ilyen ötvözetek szerkezetével elég régen kezdtek foglalkozni és nem véletlen, hogy 1900-ban elsőként éppen a Fe-C ötvözetek egyensúlyi diagramját szerkesztették meg. Azóta a diagram sok részlete változott: ma elfogadott alakját Hume-Rothery-nek 1960-ban közzé tett

vizsgálati eredménye alapján szerkesztették meg. Ennek a fontos egyensúlyi diagramnak a meghatározásához azért volt szükség hat évtizedre, mert kellően tiszta vasat csak az 1960-as évektől tudunk készíteni, és mert azóta tudunk 1450° K-nél (? 1200° C-nál) nagyobb hőmérsékletet elég pontosan mérni. A Fe-C ötvözetek egyensúlyi diagramjaként közös koordináta rendszerben két diagramot tüntetünk fel, azt ezért Heyn-Charpy-féle ikerdiagramnak nevezik. A nemzetközileg egységesen elfogadott betűzéssel ellátott diagramot a 30. ábrán mutatjuk be A diagram az egész ötvözetrendszernek csupán a 0 és 6,67 % karbontartalom közé eső részét vizsgálja. A mintegy 6,5%-nál nagyobb karbontartalmú vasötvözetekről megbízható adatunk alig van, de ezeknek az ötvözeteknek nincs is gyakorlati jelentőségük (A 6,67% C-tartalom az Fe 3 C vegyület karbon tartalmának felel meg, a következő számítás alapján.) 12 · 100 C % = ≈ 6,67% 12 +

3 · 56 http://www.doksihu 30. ábra Fe-C ötvözetek iker egyensúlyi diagramja http://www.doksihu Ikerdiagramra azért van szükség, mert a karbon a vasötvözetekben, kétféle alakban jelenhet meg: mint elemi karbon grafit alakjában, és mint Fe 3 C vaskarbidban megkötött karbon. A grafit más hőmérsékleten kezd kristályosodni, és más szövetelemeket alkot, mint a vaskarbid. A vas-vaskarbid és a vas-grafit ötvözeteknek tehát külön egyensúlyi diagramjuk van A két diagram közül természetesen csak az egyik felelhet meg egyensúlyi állapotnak, a másik csak metastabilis állapotra vonatkozhat. A vaskarbid elég állandó vegyületnek látszik, és vasötvözeteinkben gyakrabban találjuk, mint a grafitot Ennek csak az az oka, hogy a mintegy 2%-nál kisebb karbon tartalommal rendelkező ötvözeteket sokkal nagyobb mennyiségben gyártjuk és használjuk. A karbonnak elemi állapotban való megjelenése stabilabb állapotot jelent A vaskarbid ugyanis

endotermásan képződő, tehát termodinamikailag sem állandó vegyület Ennek megfelelően minden olyan vasötvözetet, amelyben vaskarbid van, metastabil állapotban levőnek tekintünk, még akkor is, ha azt hőkezeléssel nem hozhatjuk az előbbi értelmezés szerinti stabilis állapotba. Az ikerdiagramban folytonos vonallal ábrázoltuk a karbidos állapotra vonatkozó vonalakat: ezek a vonalak tehát a metastabil rendszer diagramját alkotják. A stabilis, vagy grafitos rendszer diagramjának sok vonala megegyezik a metastabilis rendszer megfelelő vonalával: azok a vonalak különböznek, amelyek grafit, vagy grafitos szövetelem képződésének hőmérsékletét jelentik. Ezeket tüntettük fel szaggatott vonallal A kisebb karbon tartalmú vasötvözetek, az acélfajták mindig karbidosan kristályosodnak az olvadékból, de még a nagyobb karbon tartalmú nyersvas is így viselkedik. A Fe-C ötvözetek tehát inkább kristályosodnak metastabilisan, mint stabilisan. Ennek

az az oka, hogy az elemi karbon, a grafit, mint metalloid elem, nagyon hajlamos a túlhűtésre, kristálycsírái nagy késéssel kezdenek képződni, ráadásul a grafit kristályosodásának sebessége is kicsiny, sokkal kisebb, mint a vaskarbidé. A Fe-C ötvözetek lehűlésekor többnyire az történik, hogy a grafit kristályosodása csírák hiányában még meg sem kezdődött, mire az ötvözet anynyira lehűlt, hogy megkezdődhet a vaskarbid kristályosodása. Ekkor azután a grafit már nem is kristályosodhat, mert a vaskarbid sokkal nagyobb kristályosodó képessége és sebessége érvényesül. Vasötvözetről törete alapján mikroszkópos vizsgálat nélkül is megállapíthatjuk, hogyan kristályosodott. A grafitos vasötvözet ugyanis mindig a kis szilárdságú grafitkristá- http://www.doksihu lyok mentén törik. A törőfelületen tehát sötétszürke grafit kristályok vannak Emiatt a grafitos vasötvözet szürke színű, míg a karbidos vasötvözetek

törete világosabb, ezüstös színű. A grafitos vasötvözeteket ennek megfelelően szürkének, karbidosokat pedig fehérnek is nevezzük. A Fe-C egyensúlyi diagram metastabil állapot jellegzetes pontjainak C-tartalma (súly %-ban) és hőmérséklete K-ben és °C-ban, a 3. táblázatban látható 3. táblázat Pont jele 3.21 C-tartalom (súly %) Hőmérséklet (K) °C A 0 1809 1536 B 0,51 1766 1493 C 4,30 1420 1147 D 6,67 1923 1650 E 2,06 1420 1147 F 6,67 1420 1147 G 0 1184 911 H 0,10 1766 1493 J 0,16 1766 1493 K 6,67 996 723 L 6,67 273 0 M 0 1042 769 N 0 1665 1392 O 0,51 1042 769 P 0,025 996 723 S 0,80 996 723 Q 0,006 273 0 A Fe-Fe3C ötvözetek diagramja A Fe-Fe3C diagram alapvonalára nem a Fe3C %-okat, hanem a C-tartalom %-át szoktuk feltüntetni. E rendszer első függőlegese a színvasat, utolsó függőlegese a vaskarbidot jelenti A színvas dermedése és hűlése közben bekövetkező

kristályosodásának és szilárd halmazállapotban bekövetkező átkristályosodásának allotróp módosulatait és kritikus hőmér- http://www.doksihu sékleteit az 1. pontban a 21 ábrán megismertük Ezek a kritikus hőmérsékletek szerepelnek a Fe-Fe3C diagramon. A Fe-Fe3C diagramban 1700° K fölött és 0,51% C-tartalom alatt peritektikus reakció megy végbe a 0,1 – 0,5% C-tartalmú ötvözetsoron. Ez az igen magas hőmérsékleten (1766° K-en = 1493°C-on) lefolyó reakció az atomok élénk hőmozgása és a nagy diffúziós sebesség miatt mindig homogén γ-vas keletkezését eredményezi. Legjellegzetesebb különbség, ami egyúttal a vasötvözetek hőkezelése szempontjából döntő fontosságú, a GSE és PSK vonalak megjelenése a vasötvözetek szilárd fázisú mezejében. Az S pont környezete hasonló a C pontéhoz Éppúgy, mint ahogy a BC likvidusz ág homogén olvadékγ -vasban való telítettségi vonal, a GS γa -vas allotróp átalakulásának

megindulását jelző vonal. Hasonlóan, mint a CD az olvadéknak, az SE aγ -vasnak C-ben való telítettségi határgörbéje. 31. ábra Fe-Fe3C egyensúlyi diagram. Szövet- és fázisdiagram Éppúgy, mint az eutektikus, 4,3% C-tartalmú olvadék (C pont) az ECF hőmérsékleten szabadságfokát vesztve két szilárd fázisra (γ E és Fe3C) bomlik, úgy az S pontnak megfelelő C-tartalmú γ-vas is a PSK hőmérsékleten a P és K pontokkal meghatározott fázisokra (α-vas, Fe3C) esik szét. Mindezen analógia miatt az S pontnak megfelelő összetételű (kb 0,8% C- http://www.doksihu tartalmú) γ -vasat eutektoidos γ-vasnak, a PSK hőmérsékleten lefolyó átalakulást eutektoidos átalakulásnak nevezik. Ez hasonlóan folyik le, mint az eutektikus átalakulás; az eutektoidos γ-vas állandó hőmérsékleten két szilárd fázisra: α -vasra és vaskarbidra bomlik. Ezt a bomlásterméket perlitnek hívjuk Az eutektoidos átalakulás is a Gibbs-féle fázisszabály

alapján következik be: 996° K-en (723°C) a P ponttal jellemzett α-vas, S ponttal jellemzett γ-vas és a K pontnak megfelelő vaskarbid (Fe3C) van egyensúlyban. Az alkotók száma 2 (Fe és C), a fázisoké 3, a rendszer szabadságfoka 0 A PSK vonal alá hűlve tehát az egyik fázisnak,– a γ-vasnak – el kell tϋnnie. 3.22 A vas-karbon ötvözetek jellegzetes szövetelemei A vas-karbon ötvözetek primer kristályosodásának eredményeként, valamint a külön- féle átkristályosodások során létrejött szövetelemeket és szerkezeteket a következőkben öszszefoglaljuk. Ausztenit, a γ-vas szöveteleme, karbonnak színvasban való intersztíciós szilárd oldata. A kétalkotós Fe-C ötvözetekben A1 hőfok felett stabil. Az ausztenites acélok jól alakíthatóak, nem mágnesezhetők, hőtágulási együtthatójuk viszonylag nagy, hővezető képességük kisebb a ferrites acélokénál. Szívósak, alakításukhoz nagy erő szükséges Jó korrózióállók A

mikroszkópi képen az egyenes vonalakkal határolt sokszögű, ferrithez hasonlóan világos krisztallitokban helyenként ikerkristályok jelenlétére utaló párhuzamos vonalak láthatók. A 32. ábrán Cr-Ni tartalmú acél közel tiszta ausztenites szövetképét mutatjuk be 32. ábra Az ausztenit szövetképe. A krisztallit határoknál kevés karbid 18% Cr-ot és 8% Ni-t tartalmazó acél. (400 x, FeCl3 – HCl) http://www.doksihu A ferrit a térközepes, köbös rendszerben kristályosodó -vas szövete. Kis karbon tartalmú acélokban világos színű, sokszög alakú kristályok formájában, nagyobb C-tartalmú acélokban ferrithálóként, továbbá az öntöttvasban a grafitkiválások környékén önálló kristályként fordul elő. A tiszta ferrit szobahőmérsékleten 2 x 10-7 tömegszázalék C-t tartalmaz intersztíciós szilárd oldat alakjában, tehát gyakorlatilag karbonmentes vas, valamennyi vaskarbon szövetelem között a leglágyabb. Könnyen és jól

alakítható, jól mágnesezhető Keménysége HV = 80 90 A 33 ábrán közel tiszta ferrit szövetképét mutatjuk be, a ferritkrisztallitok határai mentén helyenként tercier cementit látható 33. ábra A ferrit szövetképe. A krisztallit határoknál helyenként tercier cementit Közel tiszta vas. (320 x, NHO3) Cementit, Fe3C összetételű fémes vegyület, a vaskarbid szövetelem elnevezése. Karbon tartalma ennek az összetételnek megfelelően 6,67 % 34. ábra Primer cementit és ledeburit. Kb 5% C és 8% MnMn-tartalmú vasötvözet (400 x, HNO3) http://www.doksihu A vas-karbon ötvözetekben, három alakzatban fordul elő: primer vagy elsődleges, szekunder vagy másodlagos és tercier vagy harmadlagos cementit. Nagyon kemény, rideg, törékeny anyag A mikroszkópi képen fényes, fehér színű A 34 ábrán hipereutektikumos nyersvas mikroszkópi képe látható, a cementit-lapok mellett észlelhető ugyancsak cementit alapszövetű ledeburit A cementit keménysége

HV = 650 Perlit, a telített ausztenit bomlásterméke. A Fe-C ötvözet eutektoidja, a metastabil rendszerben 4,3% C-tartalomig megtalálható a szövetszerkezetekben. Lassú hűtés esetében ferrit és cementit rétegek alkotják. A hűtési sebesség növelésével a lemezek egyre vékonyabbak, finomabbak lesznek A 35 ábrán a perlit lemezes szerkezete látható A lemezes perlit keménysége HV = 200 300. Grafit előfordul kristályként, vagy bomlástermékként, amorf alakban. A grafitkristály alakja térgörbe lemez, ami a mikroszkópi képen egyenes vagy görbe sötét csíkként látható. Idegen magokkal szabályos gömbökké kristályosítható. Az amorf grafit úgynevezett magvas grafit, vagy temperszén alakban fordul elő. Az acélokban csak akkor található, ha azok Ctartalma 1,2%-nál nagyobb, Si ötvözésűek és hosszú ideig izzítják Rideg, törékeny, kis szilárdságú szövetelem, a csiszoláskor polírozáskor könnyen kipereg A grafit alakja, eloszlása

jól szemléltethető maratlan csiszolaton. A 36 ábrán lemezgrafitos öntöttvas grafit eloszlása látható maratlan csiszolaton, a 37. ábrán pedig grafitgömböt mutatunk be 35. ábra Tiszta perlit. 0,8% C-tartalmú acél (900 x, HNO3) http://www.doksihu 36. ábra Lemezes grafit, Kb. 3% C-tartalmú szürkevas (200 x, maratlan) 37. ábra Gömbgrafit. Kb 3%-os C-tartalmú gömbgrafitos öntöttvas (200 x, maratlan) http://www.doksihu 38. ábra Ledeburit és perlit szövetképe. Kb 3%-os C-tartalmú szürkevas (900 x, HNO3) A ledeburit a metastabil rendszerben kristályosodó vas-karbon ötvözet eutektikus szövete. 4,3% C-tartalomnál 1147°C-on jön létre 723°C-nál nagyobb hőmérsékleten cementit mezőbe ágyazott gömbölyded vagy tojásdad alakú ausztenitkristályokból áll Mikroszkópi képe fehér cementit mezőben apró sötét színű perlit pöttyök. A ledeburitot minthogy utoljára dermedő szövet, homorú felületek határolják. Keménysége HV = 600

650 A 38 ábrán perlitkrisztallitok közé dermedt ledeburit látható. 39. ábra A bainit szövetképe. Mn-Si ötvözésű szerkezeti acél 450°C izotermán átalakítva. (900 x, HNO3) http://www.doksihu A bainit az ausztenit – martenzitté történő átalakulása során kialakuló bomlásterméke. Keménysége a martenzit és a finom perlité között van. Szövetképe a 39 ábrán látható A martenzit α-vas C-ben tϊltelített szilárd oldata. Ausztenitből a kritikusnál nagyobb sebességgel való hűtéskor keletkezik. Az acél legkeményebb szövete, HV = 700 900 Szövetképe tűs, amit a 40 ábrán mutatunk be 40. ábra A martenzit szövetképe. A martenzit mellett kevés ausztenit 0,6% C-tartalmú acél vízben hűtve. (900 x, HNO3) A szferoidit a martenzit bomlásterméke, amely megeresztéssel alakítható ki. A megeresztési hőmérséklet függvényében változik a szövetkép és a keménység A 41 ábrán még nem gömbösödött cementitű szferoidit

szövete látható. 41. ábra A szferoidit szövetképe. 0,6% C-t + Mn-t és Si-t tartalmazó acél 450°C-on megeresztve. (400 x, HNO3) http://www.doksihu 3.23 A különböző összetételű szövetszerkezetek vizsgálata a fázisszabály alapján Vizsgáljuk meg a különböző – jellegzetes – összetételű ötvözet kristályosodásának menetét, illetve a hűlés közben lezajló átalakulásokat. Az ábrákon az összetételnek megfelelő koncentráció jelző vonal mentén követjük a kristályosodást és közben szövetképi vázlatokat is adunk. A jobb szemléltetés kedvéért az egyensúlyi diagram részleteit kinagyítottuk. dT-vel tetszőlegesen kicsiny hőmérsékletet jelöltünk Az 5. sz jelzővonalnak megfelelő ötvözet szövetszerkezete szobahőmérsékleten: ferrit + perlit. A két szövet mennyiségét lemérhetjük a szövetdiagramból, vagy ki is számíthatjuk az emelőszabály segítségével a γs és αp mennyiséget a 42.a ábra alapján 42. a

ábra A szövetelemek mennyiségének számítása 996° K (723°C) hőmérsékleten 0,3% C-tartalomnál metastabil Fe-C ötvözetben A szövetelemek mennyiségének számítása 996° K (723°C) hőmérsékleten 0,3% Ctartalomnál metastabil Fe-C ötvözetben: c 0,3 – 0,025 γs = = · 100 = 35,48% c+d 0,8 – 0,025 d 0,8 – 0,3 αp = = · 100 = 64,52% c+d 0,8 – 0,025 http://www.doksihu Tehát a 0,3% C-tartalmú lágyacél szobahőmérsékleten kb. 35,5% perlitből és 64,5% ferritből áll. Tercier cementit a ferritből mérsékelt hűlés alatt alig tud kiválni Legnagyobb mennyisége: 0,025 – 0,006 Fe3CIII = · 100 = 0,285 % 6,67 – 0,006 lehet, amit gyakorlatilag nyugodtan elhanyagolhatunk. (A szövetelem ábrába nincs is berajzolva) A 6.sz jelző vonalnak megfelelően folyik le az átalakulás a B és S pontok (0,51 – 0,8) % C közé eső ötvözeteknél. A jelző vonalat 0,7% C-tartalomnál rajzoltuk meg (42 b. ábra) Az ötvözet primer kristályosodásaγ

-vas kristályosodásával kezdődik és fejeződik be Ez az acél tehát primeren teljesen egészébenγ -vassá, ausztenitté dermed A GS vonalat átlépve megkezdődik az α- vas kiválása és az ausztenit C-tartalma az S pontnak megfelelő 0,8% C-re növekszik. 996° K-en az ausztenit ( s) eutektoidos folyamat során perlitté alakul. A perlit mennyisége: 0,7 – 0,025 γs = ·100 = 87% 0,8 – 0,025 Összehasonlítva a fentebb végzett számítással látjuk, hogy az S pont felé közeledve a perlit mennyisége növekszik. 0,8% C-tartalom esetén a teljes mennyiség perlitté bomlik Ezért az ilyen acélt eutektoidos acélnak, a 0, 8%-nál kisebb C-tartalmút hipoeutektoidos, az ennél nagyobb 0, 81 – 2, 06% C-tartalmút hipereutektoidos acélnak nevezzük. A 6. sz jelzővonalnak megfelelő ötvözet szövetszerkezete szobahőmérsékleten: ferrit + perlit. A 2,06% C-tartalom fölötti mással nem ötvözött vasötvözetet nyersvasnak hívjuk. A 3% C-tartalmú nyersvas

kristályosodásaγ -vas kristályosodásával indul meg és tart 1420° K-ig (1147°C). A kiválás közben a visszamaradó folyadék C-ben dúsul, és 1420° K-en eléri a C pontot, azaz az összetétel eutektikussá válik. A dermedés ezen a hőfokon az eutektikum megdermedésével fejeződik be A 4,3% C-tartalmú eutektikum 1420° K-en (1147°C) megdermedve alkotórészeire bomlik: az E pont által jelzett 2,06% C-tartalmú, úgyneve- http://www.doksihu zett telített ausztenitre és vaskarbidra, illetve cementitre. A gyorsan dermedő eutektikum világos cementit alapanyagban sűrűn egymás mellett elhelyezkedő sötétebb kerek, vagy hoszszúkás perlit foltokat mutat. Ezt a szerkezetet Ledebur metallográfusról ledeburitnak nevezzük A 3% C-tartalmú nyersvas tehát 1420° K alatt közvetlenül a primer kristályosodás során kivált γ-kristályokat (ausztenit) és felbomlott eutektikumot (ledburitot) tartalmaz. A mérlegszabály alkalmazása azt mutatja, hogy

szövetszerkezete 58% γ -vas és 42% eutektikumból áll. 996° K-re (722°C) való hűtés közbenγ -vas karbid kiválás során eutektoiddá válik, majd perlitté bomlik, vagyis 1400° K és 996° K között a γ -vasból szekunder cementit válik ki. Ezzel a metastabilisan kristályosodó, tehát viszonylag gyorsan hűlt öntöttvas szövetszerkezete: perlit + szekunder cementit + ledeburit lesz. http://www.doksihu 42. b ábra 0,7% C-tartalmú vasötvözet kristályosodása metastabil rendszerben http://www.doksihu Az 5,5% C-tartalmú nyersvas dermedése során primeren vaskarbid (primer cementit) kristályosodik az ömledékből egészen 1420° K-ig (1147°C). Ezen a hőmérsékleten a megmaradó folyadék összetétele eutektikussá válik és további hűlés során eutektikummá, ledeburittá dermed. További változás aγ -vas bomlásán kívül nem áll be (feltéve, hogy viszonylag gyorsan hűlt) és így szobahőmérsékleten ebbe a nyersvasban ledeburitba

ágyazott primer cementit lapok vastag tűs metszeteit találjuk a mikroszkópi képen. A szobahőmérsékleten (293° K, 20°C) történő átalakulásokat vizsgálva a következőket állapíthatjuk meg. A tercier cementit csak a kis C-tartalmú acéloknál mutatható ki Az szekunder cementit 0,80 – 2,06% C-tartalmú acélokban mérsékelt lehűléskor hálós szerkezettel jelentkezik. A nyersvas részben (2,06 – 6,67% ) C azonban a nem stabil ledeburit bomlásának meggátlására alkalmazandó, gyorsabb hűtés miatt a szekunder cementit kivált mennyisége lényegesen kisebb az egyensúlyi helyzethez képest. 3.24 A vas grafitos ötvözetrendszer vizsgálata (Olvasmány) A grafitos, vagy stabilis Fe-C rendszer diagramja nagyon hasonlít a karbidos rendszer diagramjához. Eltérés csak abban mutatkozik, hogy a grafit, vagy a grafitos szövetelemek képződésére vonatkozó vonalak (C’D’; E’C’F’; E’S’; P’S’K’) kivétel nélkül nagyobb hőmérsékleten

futnak, mint a karbidos rendszer megfelelő vonalai. Ez azt jelenti, hogy hűlés közben a grafitos kristályosodás és átalakulás minden folyamata nagyobb hőmérsékleten, időben tehát előbb kezdődik és megy végbe, mint a karbidos kristályosodás, vagy átalakulás megfelelő folyamata. Ez a megállapítás egyúttal azt jelenti, hogy a grafit és valamennyi grafitos szövetelem a megfelelő folyékony, vagy kristályos fázisból közvetlenül képződik és az elemi karbonnak vasötvözetekben előforduló valamennyi változata a lemezes, a finom pikkelyes, a szferoidos grafit és temperszén ugyanaz a hexagonális rácsú kristályos fázis: a grafit különböző alakja csak a képződés különböző körülményeinek az eredménye. 3.25 Gyakorlati Fe-C ötvözetek Az ipari vasötvözeteket két, jellegükben lényegesen eltérő ötvözetcsoportra választja szét az E pont koncentrációja a 2,06% C-nál. Az ennél kevesebb C-t tartalmazó vasötvözetek

szolidusza görbe lévén azok szilárd oldattá, γ -vassá dermednek, amely képlékenyen ala- http://www.doksihu kítható. A 0 – 2,06% C-t tartalmazó, hidegen alakítható Fe-C ötvözeteket közös néven acélnak nevezzük (egyéb elem, pl. Cr beötvözésével ez a határ 2% fölé emelhető): Az acélokat szövetszerkezetük és azzal összefüggő szilárdsági tulajdonságaik alapján két további csoportba osztjuk. Itt a választóvonal a C = 0,8% koncentráció, amelynek szövetszerkezetére lassú hűtéskor a 100% perlit jellemző. Az ilyen szövet az eutektoidos γ-vas bomlásterméke, ezért ezt az acélt eutektoidos acélnak nevezzük A 0,8%-nál kisebb C-tartalmú acélokat hipoeutektoidos (eutektoid alatti) acélnak hívjuk. Ezeknek C-tartalma 0,8%-ról 0,025%-ra csökkenve szövetszerkezetükben a perlit tartalom 100%-ról 0-ra csökken A ferrit tartalom 0%-ról 100%-ra nő A ferrit jól alakítható, lágy szilárd oldat és így %-os tartalmával arányosan

változik az acélfajták hidegalakíthatósága. A 0,8%-nál nagyobb C-tartalmú acélokat hipereutektoidos (eutektoid fölötti) acélnak hívjuk. Ezek alapszövete perlit, melynek szemcséit az ausztenit szemcsék határán kivált szekunder cementit háló veszi körül Ennek a szekunder cementitnek a mennyisége 0-tól kb 20%-ig nő. A rideg, kemény cementit háló a perlit maradó alakváltozó képességét csökkenti és az acél keménységét, szerszámok céljaira való alkalmasságát növeli. A 2%-nál nagyobb mennyiségű C-t tartalmazó vasötvözeteket nyersvasaknak hívjuk. Ezeknek a hidegalakíthatóságát, a bennük a C-tartalommal 4,3% C-ig rohamosan növekvő rideg, kemény ledeburit teljesen megszűnteti. A nyersvasakat is két részre osztja a C pontnak megfelelő 4,3% C-tartalom A 2-4,3% C-t tartalmazókat hipoeutektikumos, a 4,3%nál több C-t tartalmazókat hipereutektikumos nyersvasnak hívjuk Vasöntvények készítésére csak az előbbit használjuk,

mert a primer cementit jelenléte az öntvényekben nem kívánatos. 3.3 HŰTÉS SEBESSÉGÉNEK HATÁSA AZ ACÉL SZÖVETSZERKEZETÉRE Az Fe-C ötvözetek stabilis kristályosodása akkor következik be, ha olyan lassú a lehű- lés, hogy az összes bomlási és diffúziós folyamatok végbemehetnek. Ez a folyamat – különösen a kisebb hőmérsékleteken – igen hosszú hőn tartást tesz szükségessé Az acélok stabil rendszerű átalakulására csak jelentős mennyiségű grafitképző ötvöző esetében kerülhet sor. Tehát a Fe-C ötvözetek stabilis kristályosodásának az eredménye az egész ötvözetsorra, a-vas és grafit fázisok, illetve ferrit és grafit szövetelemek, különféle elrendeződésben. A hűtés sebessége befolyásolja az átalakulási folyamatokat. http://www.doksihu Az Fe-C állapotábra az egyensúlyi viszonyok között végbemenő átalakulásokról ad képet, arra az esetre érvényes, ha a hűtés illetve a melegítés lassú. A hűtés

sebességének növelésével az átalakulások hőmérséklete csökken Megváltozik az átalakulások lefolyása és az átalakulások termékeként keletkező szövetszerkezetek minősége is. Legnagyobb jelentősége a γ α + Fe3C átalakulásnak van, amely a GOSE és a PSK vonalak mentén megy végbe. 3.31 Egyensúlytól eltérő átalakulások a vas-karbon ötvözetekben Az ausztenit jelentős mértékben túlhűthető anélkül, hogy az átalakulás megkezdődne. Háromféle túlhűtési illetve átalakulási lépcső különböztethető meg; a perlit, a bainit és a martenzit képződésének lépcsői. A lépcsők az ötvözet összetételétől függően változnak. A 0,45% C-tartalmú acélnál ezek a lépcsők a hűtési sebesség függvényében a 43. ábra szerint változnak A hűtési sebesség növelésével az Ar3 hőfok vonala gyorsabban süllyed, mint az Ar1 hőfoké, majd egy meghatározott hűtési sebességnél ezek a vonalak találkoznak. 43. ábra A 0,45%

C-tartalmú acél átalakulási hőmérsékleteinek változása a hűtési sebesség függvényében A vas-karbon állapotábra acélmezőjében a különféle összetételű acélok átalakulási vonalainak hűtési sebességétől függő változását a 44. ábra mutatja be A hűtési sebesség növelésével az  mezőt alul ról határoló Ar3 és Arm vonalak egyre meredekebbé válnak, lejjebb tolódak az Ac3 és Acm-hez viszonyítva. Az Ac3 és Acm az Ac1 hőfokvonalon az S pontban metszik egymást A hűtési sebesség növelésével az Ar3 és Arm Ar1-el való metszéspontjai egyre távolabb kerülnek egymástól. Ez azt jelenti, hogy a tiszta perlit kialakulása nem korlátozódik 0,8% C-tartalomra, hanem egyre szélesebb az összetételi intervallum, amin belül tiszta perlit jön létre az ausztenitből. Például 50°C/s hűtési sebesség esetében a tiszta perlites átalakulás határai 0,5 és 1,1% C-tartalomig bővülnek Az Ar3 és Arm Ar1-el való metszéspontjait

S’ és S’’-vel, a közöttük levő átalakulási vonalat pedig Ar’-vel jelöli a szakirodalom. http://www.doksihu A hűtési sebesség fokozása következtében az átalakulás egyre kisebb hőmérsékleten megy végbe, így egyre kisebb lesz a diffúzió sebessége, a perlit lemezei egyre finomabbakká válnak. Azt a szövetszerkezetet, amelynek lemezei csak 500 szorosnál nagyobb nagyítással láthatók, finom lemezes perlitnek (régi nevén szorbitnak) nevezik A perlit lemezeinek finomsága olyan is lehet, ami csak 5000-szeres nagyítással oldható fel (ezt nevezték régen troósztitnak). 44. ábra Ötvözetlen acélok átalakulási hőmérsékletének változása a hűtési sebesség függvényében A hűtés sebességének további növelése a perlitestől eltérő szövetszerkezet kialakulását eredményezi. Az átalakulás ferritcsírák kialakulásával kezdődik Ezek a csírák a növekedési irányukban elvékonyodnak, tű alakú úgynevezett paraferrit

kristályokká nőnek. Az ausztenitben visszamaradó C atomok, ha elérik a cementitnek megfelelő telítettséget, apró vaskarbid korongok formájában kristályosodnak. A ferrit kristályok gyorsabban nőnek 45. ábra Az ausztenit-bainit átalakulás elvi vázlata (érvényesül a cementitét meghaladó kristályosodási sebességük) a cementit korongokat mintegy átszövik, magukba zárják. Ez a szövetszerkezet, ami tulajdonképpen ferrit-tűk http://www.doksihu közé zárt cementit lapocskákból áll, Bain amerikai kutató tiszteletére a bainit nevet kapta. Az ausztenit-bainit átalakulást a 45. ábra szemlélteti A perlit és a bainit egyaránt az ausztenit bomlásterméke. A bomlástermékek lemezei, tűi annál finomabbak, vékonyabbak, minél kisebb hőmérsékleten következett be az átalakulás Az átalakulási hőmérséklet csökkenésével növekszik az átalakulás során keletkező szövetszerkezet keménysége 46. ábra A martenzitrács kialakulásának

elvi vázlata A hűtési sebesség további növelése azt eredményezi, hogy a diffúziósebesség további csökkenése folytán a γα átalakulás az atomok rácshatárt átlépő diffúziós mozgása nélkül megy végbe; α jellegϋ rács keletkezik anélkül, hogy a C atomok elhagynák a rácsokat, holott a α rács C oldóképessége jóval kisebb a γ rács oldóképességénél. A kialakult α jellegű rácsba mintegy belefagytak a karbon atomok. Maga az átalakulás a 46 ábrának megfelelően a kapcsolatok újrarendeződésével valósul meg. A diffúziómentes átalakulás eredménye a martenzit, olyan térközepes rácsú szövet, amelyben a telítettséget messze meghaladó arányban beszorultak a C atomok. A két szomszédos ausztenit rácselemből alakul ki a martenzit rács, ehhez a vasatomok távolságának csak kis mértékben kell változni. Az ausztenitrács térbeli középpontjában elhelyezkedő oldott C atom is a helyén marad, martenzit rácselem egyik

élén, két szomszédos vasatom között. A térközepes a rács élén a két szomszédos atom között azonban nem fér el a C atom, csak úgy, hogy az él végén levő atomokat egymástól eltolja, így eltorzítja az egész rácselemet a 46. ábra második felének megfelelően A martenzit rács tulajdonképpen a beszorult C atomok hatására egy eltorzult a rács lesz. A martenzitrács elemeinek átlagos torzultsága attól függ, hogy az összes rács- http://www.doksihu elem közül mennyi azoknak a celláknak a száma, amelyekben nagy torzulást okozó karbon atom van. A kialakult tetragonális rács okozza a martenzitben levő nagy feszültségeket, ami a martenzit keménységét eredményezi. A martenzites átalakulás kezdeti hőmérsékletét Ms –el (started) a befejeződési hőmérsékletét pedig Mf-el (finish) jelölik. Ezek az átalakulási hőmérsékletek nem függnek a hűtés sebességétől, a C-tartalom növekedésével azonban csökkennek Az anyag

szerkezetében bekövetkező változások energiaváltozással járnak. Mindenfajta átalakulás, a szerkezeti átalakulások is csakis akkor és olyan értelemben következhetnek be, amikor a folyamat során a szabad energia csökken Az γ és α vas energiaviszonyai a hőfok és az ötvözők mennyiségének függvényében változnak. A 47 ábra a színvas δ γ átalakulásának α ene rgiaviszonyait mutatja. Az α és γ módosulat szabad energiá inak különbsége az Ac3 hőmérsékleten 0, ezzel magyarázható, hogy az átkristályosodáshoz A3 hőmérsékleten igen hoszszú idő szükséges. Az átkristályosodás megindulása, befejezésének idő szükséglete, a kristályosodási képesség, a szabadenergiájuk különbsége és a diffúziósebesség függvényében alakul. A három, tényezőnek a hatását a γ α átalakulás folyamatára a 48. ábra diagramja ábrázolja A túlhű- 47. ábra tés növelésével a szabadenergiák közötti különbség Az

energiaviszonyok változása az növekszik, az időegység alatt keletkező magok allotróp átalakulások során száma is növekszik. Mindkét tényezőnek azonos hatása van az átalakulás időtartamára. E két tényezőt együttesen túlhűtöttség hatása címen egy görbe foglalja össze a diagramban. A tulajdonképpeni átalakulás a három tényező kétféle hatásgörbéjének idő adatai alapján határozható meg. Az idő adatok összeadásával C alakú görbe jelenti az átalakulási folyamat kezdetét Az átalakulás végét, illetve befejezését is hasonló görbe határolja Mind a diffúziós mind a diffúziómentes (martenzites) átalakulás során változnak az anyag tulajdonságai, változik a keménysége, a térfogat, a szövetszerkezet. Ezeknek a http://www.doksihu tulajdonságváltozásoknak az alapján meghatározható az átalakulási folyamatok kezdete, állapota és befejezése. A különféle összetételű acélok C görbéit a gyakorlatban a

térfogatváltozás és a szövetszerkezet változása alapján határozzák meg 48. ábra Aγ Aγ α átalakulás lefolyása az idő és a hőmérséklet függvényében, “C” görbék. αátalakulás kétfél e hűtéssel mehet végbe. A hőmérséklet folyamatos csök- kenésével, valamint úgynevezett izotermás hűtéssel. A méretváltozásokat a 49 a, b diagramok szemléltetik 49. ábra Méretváltozások γ α átalakulások során: a.) izotermás, b) folyamatos hűtéssel Izotermás átalakulás esetében a méretváltozás a hőfok függvényében lépcsőalakban, folyamatos hűtés esetében pedig hőközben, a tkr-hoz képest hiszterézissel jelentkezik. Foglaljuk össze a fentebb tárgyalt átalakulások jellemzőit. Martenzites átalakulás 1. Az átalakulás abban az esetben teljesen martenzites, ha a lehűlés sebessége meghatározott kritikus sebességi értéknél nagyobb (v > vkritfelső) http://www.doksihu 2. A martenzites átalakulás nem jár

csíraképződéssel 3. A martenzites átalakulás a lehűlés sebességétől függetlenül, mindig egy meghatározott hőmérsékleten (Ms) kezdődik és egy adott hőmérsékleten fejeződik be (Mf). Ezek a hőmérsékletek az acél összetételétől és az ausztenit képzés hőmérsékletétől függnek. 4. A martenzites átalakulás izotermikusan nem játszódik le Az átalakulás lefolyásához hőmérsékletváltozás szükséges. Diffúziós átalakulás 1. Az átalakulás abban az esetben teljesen diffúziós, ha a lehűlés sebessége meghatározott kritikus értéknél kisebb (v < vkritalsó) 2. A diffúziós átalakulás mindig kristályosodási középpontból, kristálymagból, illetve kristálycsírából indul, tehát magképződéssel jár. 3. A diffúziós átalakulás kezdő és vég hőmérséklete az acél összetételén és az ausztenit képzés hőmérsékletén kívül a lehűlési sebességtől is függ. 4. A diffúziós átalakulás izotermikusan és

folyamatos lehűlés mellett is lefolyhat 3.32 Az ötvözőelemek hatása az ausztenit-martenzit átalakulásra Az ötvözők az átalakulások idejét növelik, a C görbéket jobbra tolják el, lényegesen megváltoztatják az átalakulási diagramok alakját, így azok egyre kevésbé hasonlítanak a C alakjához. Rendszerint külön perlites és bainites orrpont alakul ki. A perlites átalakulást egy hűtési hőköz után a martenzites átalakulás követi. Ezt úgy tekintik, hogy a bainitmező az Ms alá süllyed. Az 50 ábrákon az átalakulási diagramok néhány jellegzetes fajtáit mutatjuk be Vizsgáljuk a kérdést egy példán keresztül, amit kísérletileg kimértek. Az 1% C-tartalmú ötvözetlen acél izotermikus diagramján a perlites orrpont lappangási ideje a 0,3 másodpercnél van. Az 1% C és 1,53% Cr tartalmú ötvözött acélnál ez az időpont 9 másodperc. Ebből az következik, hogy az ötvözött acélt elegendő 30-szor kisebb sebességgel hűteni

ahhoz, hogy elkerüljük a diffúziós átalakulást. 50.ábra Átalakulási diagramok jellegzetes típusai http://www.doksihu ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Milyen szabályok érvényesek a két komponensű diagramoknál? 2. Miért csak 6,67 % C – t tud oldatba tartani az Fe? 3. Miért nevezzük ikerdiagramnak Fe – C állapotábrát? 4. Hol található és mi jellemzi az eutektikus és eutektoidos átalakulást? 5. Mi jellemzi a γ – vas szövetelemét, és hol alakul ki? 6. Mi jellemzi az α – vas szövetelemét és hol alakul ki? 7. Mi jellemzi az Fe3C szövetelemét és hol alakul ki ? 8. Milyen területekre oszlik a C – tartalom függvényében az Fe – C állapotábra? 9. Milyen átalakulás eredménye, és hogyan megy végbe a martenzit rács kialakulása? 10. Mi jellemzi a diffúziós, és a martenzites átalakulásokat? http://www.doksihu http://www.doksihu 4. 4.1 VAS- ÉS ACÉLGYÁRTÁS NYERSVASGYÁRTÁS Napjainkban még mindig a

leggyakrabban használt fémanyag a vas, illetve annak öt- vözetei. A vas a természetben színállapotban nem fordul elő. Előállítása érceiből történik kohászati úton. Az így előállított nyersvas még nem késztermék, hanem az öntészet és az acélgyártás alapanyaga. A vasgyártás kezdete történelem előtti időkre tehető. A legrégebbi vasdarab kb 5000 éves és az egyiptomi Cheops-piramis építéséhez használták. A nyersvasgyártás kezdete Európában a XIV. századra tehető A tömeges nyersvas előállítás akkor indul meg, amikor felfedezték az acélnak nyersvasból történő előállítását (az 1800-as évek eleje). A nyersvasgyártás további fejlődését a faszén tüzelés koksszal való helyettesítése és az acélgyártó eljárások tökéletesítése is elősegítette 4.11 A nyersvasgyártás alapanyagai, előkészítése A nyervasgyártásban használt anyagokat két nagy csoportra osztjuk. Az alapanyagok a következők: ∗

vasércek ∗ vastartalmú ipari melléktermékek ∗ mangánérc ∗ salakképző anyagok ∗ tüzelő, illetve redukákó anyagok A nyersvasgyártás segédanyagai: ∗ oxigénnel dúsított levegő ∗ levegő ∗ hűtővíz. Vasércek A föld külső szilárd kérge különböző becslések szerint 4,2 – 5% vasat tartalmaz. Ennek nagy része a vas gyakorlati előállítására nem alkalmas http://www.doksihu Az iparban vasércnek azt a kőzetet nevezzük, amelyben a vas oxigénhez kötött, vagy könnyen oxiddá alakítható formában van jelen, s vas tartalma olyan, hogy abból a vas gazdaságosan kinyerhető. A vas kinyerés gazdaságosságának határát eldöntő százalékos mennyiség a gyártástechnológia fejlettségének függvénye. Ma már előkészítés után 20% vastartalmú ércek is feldolgozhatók A nyervasgyártásra használt vasércek a következők: ∗ Magnetit vagy mágnes vasérc (Fe3O4). Vastartalom 50 –70% ∗ Hematit vagy

vörös vasérc (Fe2O3). Vastartalom 40 – 60% ∗ Limonit vagy barna vasérc (2Fe2O3 x 3H2O). Vastartalom 25 –50% ∗ Sziderit vagy pátvasérc (FeCO3). Vastartalom 25 – 30% Vastartalmú ipari melléktermékek Az iparban nagyon sok melléktermék keletkezik, ezek különféle iszapok, salakok, revék, stb. A timföldgyártásnál keletkező kb 27 –35% Fe-tartalmú vörösiszapot más ércekkel keverve előkészítés után használják fel. Mangánércek A mangán jelenléte nagyon fontos, ha az érc mangántartalmából ez nem lehetséges, ilyen esetben a nagyolvasztóba Mn-érceket adagolnak. Salakképző anyagok A nyervasgyártáskor az érc értékes fémet nem tartalmazó kísérő kőzetei (úgynevezett meddő) és a kohósítás során nem redukálódott oxidok megolvadnak, salakot képeznek. A salaknak fontos metallurgiai feladata van, kéntelenítés, a Mn és Si redukció. A nagyolvasztóban salakképző anyagként, elsősorban mészkövet (CaCo3) és

dolomitot (MgCO3), esetleg kvarcot (SiO2) adagolnak. Tüzelő, illetve redukáló anyagok Ezen anyagoknak, mint például a kohókoksznak, hármas szerepe van. ∗ Hőt fejleszt a nyersvas és a salak megolvasztásához. ∗ Redukciót végez, illetve redukáló gázt fejleszt és karbonizálja a nyersvasat. ∗ Fenntartja az anyagoszlop gázáteresztő képességét. A nagyolvasztókban kőszénből előállított kohókokszot használnak, melynek kis hamués kéntartalmúnak, porózusnak és nagy szilárdságúnak kell lenni. A nyervasgyártás gazdaságossága elsősorban a fajlagos kokszfogyasztástól és a termelékenységtől függ. A termelékenységet a betétanyagok (érc, mészkő, koksz) minősége szabja http://www.doksihu meg. Az érc előkészítés műveletei az aprítás, a dúsítás, a pörkölés, és a darabosítás Az első hármat a bányatelepen, vagy annak közelében, a darabolást pedig a kohótelepen végzik. 4.12 A nyersvasgyártás segédanyagai

Levegő Az érc és a salakképző megolvasztásához szükséges hőmennyiséget a koksz elégése biztosítja. A kokszot a nagyolvasztóban 900 1200°C hőmérsékletűre előmelegített levegővel, az úgynevezett fúvószéllel égetik el Az előmelegítés hőmérsékletének növelésével csökkenteni lehet a kokszfelhasználást A levegő előmelegítését a léghevítőkben, (Cowperekben) végzik. Egy nagyolvasztóhoz három darab 25 30 m magas 5 7 m átmérőjű, tűzálló téglával falazott léghevítő tartozik A léghevítők közül kettőt mindig torokgáz előmelegítésével fűtenek, egy pedig a levegő előmelegítését végzi Hűtővíz A nagyolvasztó hűtéséhez jelentős mennyiségű hűtővíz szükséges, tekintettel a keletkezett nagy hőmennyiségre. A hűtővíz áramlásának folyamatossága nagyon fontos A felmelegedett hűtővizet hűtőtornyokban lehűtik, és újra felhasználják 4.13 A nagyolvasztó szerkezete A vasérceket

körkeresztmetszetű aknás kemencébe, az úgynevezett nagyolvasztóban kohósítják. A nagyolvasztóba felülről adagolják be a vasércet, a kokszot és a mészkövet, a folyékony nyersvasat és a salakot pedig alul csapolják (51. ábra) A nagyolvasztók 25 - 35m magasak, általában 1000 – 1500m3 térfogatúak, de működnek 2800 m3-es óriás kohók is. A nagyolvasztó fő részei és azok szerepe a.) Torok az adagoló szerkezettel Az adagolásra előkészített anyagot ferde felvonó szállítja a torokhoz. A torok kettős zárral működik Itt történik a torokgáz elvezetése is b.) Akna A nagyolvasztó legnagyobb lefelé bővülő csonka kúp alakú része Falazata külön állványzaton nyugszik. Az aknában az adag lefelé haladva felmelegszik és redukálódik c.) Szénpoha A nagyolvasztó legszélesebb, hengeres része d.) Nyugvó Felfelé bővülő csonka kúp alakú rész, melyben az anyag olvadni kezd, a térfogata csökken http://www.doksihu e.) Fúvósík

vagy fúvóöv Itt történik az előmelegített levegő befúvatása f.) Medence A folyékony nyersvas és a salak a medencében gyűlik össze A salakot a felső csapolónyíláson 1 1,5 óránként, a nyersvasat az alsó csapolónyíláson 3 6 óránként üstökbe csapolják. g.) Fenék 3 3,5 m vastag tűzálló téglából készült tömb, amely azt akadályozza meg, hogy a folyékony nyersvas a medence alján kitörjön. A nagyolvasztókat az egyes részeken fellépő különféle igénybevételnek megfelelő tűzálló falazattal látják el, amelyet kívülről páncél és állványzat biztosít. A falazatot a nagy hőmérséklet miatt vízzel hűtik. A vízhűtést a falazatba beépített hűtőlapokkal oldják meg A nagyolvasztóhoz csatlakozik az úgynevezett Cowper-kamra. Feladata az égéshez szükséges levegőnek az előmelegítése. A kamrát a torokgáz segítségével 700 - 800°C-ra előmelegítik, és a levegőt ezen keresztül vezetik a fúvókon keresztül a

fúvósíkba. 51. ábra A nagyolvasztó szerkezete 4.14 A nagyolvasztóban lejátszódó metallurgiai folyamatok A nagyolvasztó működése folyamatos. A beadagolt anyagok lefelé, a keletkező gá- zok alulról fölfelé haladnak. Az elegy kb 4 6 óráig, a gázok 1 3 másodpercig vannak a nagyolvasztóban. A beadagolt koksz a fúvókák előtt C + O2 CO2 http://www.doksihu egyenlet szerint széndioxiddá ég el. A hőmérséklet igen magas, mintegy 1900 - 2000°C A fúvókáktól távolodva a gáz oxigéntartalma csökken, a keletkezett CO2 oxidálószer szerepét CO2 + C 2CO tölti be és a reakció lesz az uralkodó. A keletkező CO-nak a vasérc redukálásában van fontos szerepe A nagyolvasztó torokrészében 100 - 300°C hőmérséklet uralkodik. Ezen a hőmérsékleten a beadagolt elegy nedvességtartalma elpárolog Ennél magasabb hőmérsékleten 200 400°C-on a vashidroxidban levő hidrátvíz is eltávozik A karbonátok felbomlása az akna lejjebb eső

részén 450 - 950°C hőmérsékleten következik be. Az akna 900 - 950°C hőmérsékletű szintjétől a vasérc oxidjai (Fe2O3, Fe3O4, FeO) redukálható, a salakképző anyag oxidjai (CaO, MgO) pedig salakképzésre alkalmas állapotban vannak jelen. Itt a gázelegy nagymennyiségű szénmonoxidot tartalmaz, melynek hatására a vasoxidok redukciója megindul: FeO + CO = Fe + CO2 + Q (hőmennyiség) Ezt a folyamatot indirekt, vagy közvetett redukciónak nevezzük. Az indirekt redukció a nyersvasgyártás hőgazdaságára nagyon kedvező, mert nem fogyaszt hőt Ahogy lefelé halad az elegy és a hőmérséklet meghaladja az 1000°C értéket, a direkt, vagy közvetlen redukció válik uralkodóvá. FeO + C = Fe + C - Q A nyugvóban a redukálódott vas a koksszal érintkezve karbont old magában, olvadáspontja csökken, megolvad. Ebben a zónában a meddő is megolvad, megindul a mangán- és szilícium oxidok redukciója. A sorrend attól függ, milyen a salak A vasércben

levő P, Cu, Ni, Co, Sb, As átmegy a folyékony nyersvasba. A folyékony nyersvas és a salak a medencébe csöpög, és a fajsúly különbség alapján gyűlik össze. A medencében a salak és a nyersvas között különböző metallurgiai folyamatok játszódnak le A nyersvas és a salak csapolása meghatározott időközönként csapoló nyílásokon keresztül történik. 4.15 A nyersvasgyártás termékei A nyersvasgyártás termékei: nyersvas, melléktermékek, salak és a torokgáz. A nyersvasak és csoportosításuk A nyersvas jellemzője a nagy, kb. 4% C-tartalom A nyersvasakat többféle szempont szerint csoportosítják. http://www.doksihu a.) A gyártásnál felhasznált tüzelőanyag szerint megkülönböztetünk kokszos és faszenes nyersvasat b.) Töretének színe szerint lehet szürke, fehér, vagy feles nyersvas A fehér töretű nyersvasban a karbon kötött állapotban karbidként, a szürke nyersvasban pedig grafitként van jelen. A kettő között van a

feles nyersvas, amely grafitot és karbidot is tartalmaz. c.) A harmadik és legáltalánosabb csoportosítás a felhasználás módja szerinti Így beszélünk acélgyártási és öntészeti nyersvasról. Salak A nagyolvasztóba adagolt ércek nem redukálódott oxidjai a salakképzők, és a koksz hamutartalma alkotják a salakot. A salak a nyersvasgyártás szükséges mellékterméke Feladata kettős, egyrészt metallurgiai (kéntelenítés, Mn, Si redukció, gáztalanítás, stb), másrészt fizikai (nyersvas oxidációjának megakadályozása, nyersvasfürdő hőn tartása) Összetételtől függően salakkő, salakgyapot, salaktégla formájában az építőipar használja fel Torokgáz A nagyolvasztóban keletkező gázok az anyagoszlopon keresztül felfelé áramlanak. A gáz elszívása a toroknál történik A torokgáz éghető, nem éghető gázokból, valamint szilárd halmazállapotú porból, az úgynevezett szállóporból áll. Az éghető részek: CO, CH4, H2, nem

éghető részek: N2 és CO2. A szállópor, ércpor, illetve hamu A gáz fűtőértéke nagyon kicsi, ezért a kohótelepen léghevítők előmelegítésére, vagy a kohó közelében levő Martin-kemencék fűtésére használják. 4.2 ACÉLGYÁRTÁS A nagyolvasztóban előállított nyersvas rideg, törékeny, képlékeny, sem hidegen, sem melegen nem alakítható csak öntéssel dolgozható fel. A nyersvasat az acélgyártás segítségével lehet acéllá alakítani. Az acélgyártás első és legfontosabb feladata a nyersvas 3 – 4,5% C-tartalmának 2,06% alá csökkentése. A második feladat a kísérő ötvözők és szennyezők mennyiségének csökkentése. Ezek a feladatok a nyersvas oxidálásával végezhetők el http://www.doksihu 4.21 Az acélgyártó eljárások csoportosítása Az acélgyártó eljárásokat annak megfelelően csoportosítják, hogy a kiinduló nyersvas szilárd, vagy folyékony állapotban kerül-e a frissítő művelethez és a

késztermék képlékeny, vagy folyékony halmazállapotú-e. A fenti szempontokat figyelembe véve az acélgyártási módszerek a következők: 1. A kiinduló termék és a késztermék szilárd halmazállapotú Ide a frissítő izzítás tartozik 2. A kiinduló termék folyékony, a végtermék szilárd (Friss-tűzi és kavaró eljárás, ma már nincs jelentősége.) 3. Mind a kiinduló termék, mind a végtermék folyékony halmazállapotú Ezek a folytacélgyártási eljárások. Típusai: a.) Konverteres eljárások (szélfrissítéses és oxigénes konverter) b.) Elektroacélgyártási eljárások c.) Siemens-Martin acélgyártás 4.22 Az acélgyártás metallurgiája Az acélgyártás feladata a karbon és a kísérő ötvözők (Mn, Si), valamint a szennye- zők (S, P) mennyiségének csökkentése. A nyersvasgyártásnál láttuk, hogy a vasat a vasoxidból karbonnal redukáltuk Ez azért lehetséges, mert a C affinitása nagyobb az oxigénhez, mint a vasé A legfontosabb

ötvözők oxigénhez való affinitásának sorrendje nagyobb hőmérsékleten: Si, Mn, C, Fe, P. Az affinitási sorból láthatjuk, hogy a karbon és a kísérő ötvözők mennyisége egyszerű oxidálással csökkenthetők. Frissítés, oxidáció A nyersvas C-tartalmának oxidációval való lecsökkentését frissítésnek nevezzük. Ez az acélgyártás legfontosabb folyamata. Az oxigént a olvadékba levegő, vagy oxigén befúvatással, vagy vasoxid (reve, vasérc, ócskavas) adagolásával juttatjuk A frissítésnél lejátszódó reakció a következő: (Fe + C) + n O2 Fe + CO + CO2 + FeO http://www.doksihu Dezoxidálás A frissítés során nemcsak a kísérő elemek, hanem maga a vas is oxidálódik. Az FeO jelenléte az acélokban rendkívül káros, ezért el kell távolítani. Az FeO eltávolítását, vagy elbontását dezoxidálásnak nevezzük. A dezoxidálásnak több fajtája ismert. A leggyakrabban használt módszer a kicsapásos dezoxidálás Ennek lényege,

hogy a fürdőben levő FeO-t olyan elemek segítségével redukálják, melyeknek az oxigénhez mutatott affinitása nagyobb, és a képződött oxid a fémfürdőben nem oldódik, kicsapódik A mangánnal dezoxidált acélokat csillapítatlan, vagy nem megnyugtatott acéloknak nevezzük, mert öntéskor, illetve dermedéskor az acélban visszamaradó oxigén reakcióba lép a C-nal és CO fejlődik. A szilíciummal és alumíniummal dezoxidált acélok a csillapított, vagy megnyugtatott acélok. Itt nincs CO fejlődés Igen jól dezoxidál a Ti, V, és a Zr, csak nagyon drágák Ötvözés Az acélok tulajdonságait külső ötvöző elemek bevitelével kedvezően tudjuk befolyásolni. A legfontosabb ötvözők: Mn, Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, CO, stb Az ötvözőelemeket a jól dezoxidált fürdőbe adagolják. Leggyakrabban ferroötvözeteket használnak A ferro- ötvözet az illető ötvöző és a vas ötvözete, például ferromangán, 60 – 80% Mn tartalommal 4.23 Az

acélgyártás betétanyagai Az acélgyártás során felhasznált betétanyagok helyes megválasztása nagyon fontos, mert ettől függ a legyártott acél minősége, a gyártás gazdaságossága. Az acélgyártás betétanyagai a következők: Fémbetét: nyersvas, ötvözetlen acélhulladék, ócskavas, ötvözött acél hulladék, lágyvas. Frissítő anyagok: vasérc, mangánérc, reve, oxigén. Salakképző anyagok: égetett mész, mészkő, folypát, bauxit, samot-törmelék, kvarchomok. Karbonizáló anyagok: ha a fémfürdő C-tartalma alacsonyabb az előírt értéknél (elektroacélgyártás, konverteres acélgyártás), karbonizáló anyagokat kell adagolni. Ilyen anyag a koksz, faszén és a szénelektróda törmelék. http://www.doksihu Redukáló és ötvöző anyagok: az acélfürdő dezoxidálására a szennyezők eltávolítására, vagy lekötésére, illetve ötvöző fémként használják. Legfontosabb a ferromangán (FeMn) 4.24 Siemens-Martin

acélgyártás A klasszikus konverteres acélgyártási eljárások a nagyüzemi folytacél előállítást ko- rábban lehetővé tették ugyan, de olyan hiányosságaik voltak, amelyek szükségessé tették más eljárások kifejlesztését. Hiányosságai voltak, hogy a konverterekben egyrészt csak meghatározott összetételű nyersvasakat lehet feldolgozni, másrészt, hogy a hulladék feldolgozására nem nyílt lehetőség. Olyan eljárást kellett tehát kialakítani, melynél a fenti hiányosságok nem jelentkeznek. Ez az 1870-es években létrejött Martin-acélgyártási eljárás volt Emil és Pierre Martin Franciaországban a XIX. század derekán évekig kísérletezett lángkemencében való acélgyártással. (A gondolat 1772-ből Reaunurtól származott) Az acél megolvasztásához szükséges hőmérsékletet azonban nem tudták elérni. Eredményt 1870-ben értek el, amikor felhasználták a Siemens testvérek 1856-ban bejelentett szabadalmát, a regeneratív

tüzelési elvet. (A regeneratív tüzelési elvet a Siemens-testvérek üvegolvasztó kemencénél alkalmazták.) Így alakult ki a ma is használatos Siemens-Martin acélgyártás A Siemens-Martin-kemence szerkezete és jellemző adatai A Siemens-Martin kemence egy teknőszerű láng kemence. Szerkezet az 52 ábrán látható. A kemencét torokgázzal kevert generátorgázzal, olajjal, vagy hideg gázzal (földgáz) fűtik. A betétet a tűzálló béléssel ellátott kemencébe helyezik el 52. ábra Siemens-Martin kemence szerkezete http://www.doksihu A Martin kemencéhez 4 generátor kamra tartozik. Ebből kettőn az 1500°C hőmérsékletű füstgázt áramoltatják, mely a falazatot felmelegíti, a másik kettőn pedig a levegőt és a gázt vezetik keresztül. (G1, L1; G2, L2) A kamrák szerepét időszakonként (kb 20 perc) cserélik. (A váltás vezérlését félautomatikusan, vagy automatikusan a regenerátor kamrák hőfoka végzi.) Olaj, vagy földgáz tüzelés

esetében csak a levegőt melegítik elő A tüzelőanyag és az előmelegített levegő elégetésével a kemencében 1750 – 1900°C hőmérséklet is elérhető. A Martin-kemence bélése készülhet főleg SiO2-t tartalmazó savas, vagy MnO-t, illetve MgO + CaO-t tartalmazó bázikus, tűzálló anyagokból. A nyersvasak nagy része jelentős mennyiségű P-t és S-t tartalmaz, ezért csak bázikus bélésű kemencében dolgozható fel Ezért az acélgyártásra döntő többségben a bázikus Martin-kemencéket használják fel. A SM. acélgyártási eljárás a betét nyersvas és acél hulladék arányától függően kétféle lehet: 1. Nyersvas-ócskavas (hulladék) 2. Nyersvas-ércelő eljárás. SM. acélgyártás technológiai szakaszai és folyamatai A Martin-kemence gyártási folyamata szakaszos, a következő sorrendben: ∗ Kemencejavítás ∗ Berakás ∗ Beolvasztás ∗ Kikészítés Frissítés Ismeretes, hogy a beolvasztás alatt a füstgázok

oxidálják a betétet. A salakban levő vasoxidul (FeO) a salak és a gázfázis határfelületén oxidálódik Fe2O3, Fe3O4 keletkezik. A magasabbrendű oxidokból a fémfürdő és a salak határfelületén vasoxidul keletkezik, amely megoszlik a fürdő és a salak között. A fémfürdőbe jutott vasoxidul elvégzi a kísérő elemek oxidációját. Dezoxidálás Amikor az acélfürdő a kívánt C-tartalmat elérte, vagy megközelítette, a további csökkenést meg kell akadályozni. A frissítés beszűntetésére a fürdőből az oxigénfelesleget el kell távolítani. http://www.doksihu Ötvözés Martin-kemencében ötvözetlen és gyengén ötvözött acélokat állítanak elő. A könnyen oxidálódó ötvözeteket (W, Cr, V, Ti, Nb) csak a jól dezoxidált fürdőbe szabad adagolni. A vasnál nehezebb fémeket (Mo, Ni, Co, Pb, Cu) a frissítés során adagolják ugyanis ezek a fémek nem oxidálódnak. Csapolás Az acélgyártás befejező szakasza, amikor a kész

acélt üstökbe csapolják. 4.25 Elektroacélgyártás A Siemens-Martin acélgyártás különleges tulajdonságokkal rendelkező, erősen ötvö- zött acélok előállítására nem alkalmas. A különleges acélok előállítására alkalmas technológia Heroult francia mérnök szabadalma alapján kezdett elterjedni Jelenleg az acéltermelés 16%-át elektrokemencékben állítják elő. Kétféle kemence típust alkalmaznak: a.) Ívfényes kemence b.) Indukciós kemence 4.251 Acélgyártás ívfényes kemencében Az ívfényes kemencékben a betét megolvasztásához és az acélfürdő hevítéséhez szükséges hőt elektródák között keletkezett villamos ív biztosítja. Az ív árama az acélfürdőn keresztül záródik és ezáltal az acélt közvetlenül hevíti A kemencék általában háromfázisú, három elektródás kivitelűek a csapolás megkönnyítése érdekében buktathatóak. A váltakozó áram feszültsége 60 – 600V, az áramerősség pedig 40

000A is lehet (53 ábra) Az áram bevezetésére szolgáló elektródák grafitból, vagy szénből készülnek Az ívfényes kemencék falazata bázikus, vagy savas hatású. A bázikus–bélésű ívfényes kemence a legkiválóbb acél-metallurgiai berendezés minőségi acélok gyártására. 53. ábra Ívfényes kemence vázlata http://www.doksihu A savas–bélésű ívfényes kemencéket acélöntödékben acélgyártó, illetve acélolvasztó berendezésként használják. A kemencében a falazat károsodása nélkül időszakos acélgyártás is végezhető. Előnye, hogy kisebb a tüzelőanyag fogyasztása, gyorsabb lehet a felhevítés Hátránya, hogy a savas-bélés miatt a P és S tartalom nem csökkenthető, lassú az oxidáció és ezért a C-tartalom 0,1% alá nem csökkenthető. Az elektroacélgyártás betétanyagai: acél hulladék, nyersvas, ötvöző anyagok, oxidálószerek (reve, vasérc) és karbonizáló anyagok (koksz, elektródatörmelék). A betét

berakása után az elektródákat leeresztik és megkezdődik a beolvasztás. A beolvasztás ideje alatt (1,5-2,5 óra) salakképzőket is adagolnak A kemencében lejátszódó metallurgiai folyamatok megegyeznek a Martin acélgyártásnál leírtakkal. Az ívfényes acélgyártás előnyei és hátrányai: a fűtő energia tiszta, nem szennyező igen nagy hőmérsékletet biztosít. A folyamat nagyon jól szabályozható A dezoxidáció, a foszfor és kéntelenítés igen jó. Az adag gáztartalma minimális, de nitrogén-tartalma nagy A nagy nitrogén-tartalom mellett hátránya még az eljárásnak, hogy drága, mert nagy a villamos energia felhasználás, és kicsi a termelékenysége. 4.252 Acélgyártás indukciós kemencében A tiszta, jól átválogatott betétanyagok átolvasztását közép-, vagy nagyfrekvenciás in- dukciós kemencében végzik. A betétet úgy állítják össze, hogy az olvasztás végén az előírt összetételt megkapják. Az 54 ábrán

nagyfrekvenciás indukciós kemence látható A betét megolvasztását és hevítését 500 1000 1/sec frekvenciájú váltakozó áram által a betétben ébresztett örvényáramok Joule hője végzi. A kemence úgy működik, mint egy vasmag nélküli transzformátor, melynek szekunder tekercse rövidre van zárva. A hő közvetlenül a betétben keletkezik Az olvasztás gyorsan történik, a betét nem tud erősen oxidálódni. Az eljárásnál a salaknak nincs metallurgiai szerepe, alacsony a hőmérséklete, hiszen a nagyfrekvenciás áram a salakot hevíti. A kemencében oxidációs szakasz nincs, csak redukciós (dezoxidálás). 54. ábra Nagyfrekvenciás indukciós kemence http://www.doksihu Az indukált áram hatására a fürdő állandó mozgásban van, keveredik, ami az ötvözőanyagok jó elosztását biztosítja. Az indukciós kemencéket elsősorban igen jó minőségű, erősen ötvözött acélok gyártására, vagy ötvözött hulladékok újraolvasztására

használják 4.26 Konverteres acélgyártás A konverteres acélgyártó eljárások elnevezésüket az acélgyártó berendezésről, egy körte alakú üstről, az úgynevezett konverterről kapták. A konverteres acélgyártó eljárások lényegében két nagy csoportba oszthatók. Az első csoportba az első nagyüzemi folytacél előállítására alkalmas szélfrissítéses eljárások (Bessemer és Thomas eljárás), a második csoportba az oxigénes konverteres eljárások (LD, Graefrotor) tartoznak 4.261 Szélfrissítéses acélgyártó eljárások A szélfrissítéses acélgyártó eljárás a XIX. század hatvanas éveiben jött létre és az első nagyüzemi folytacélgyártó eljárásnak tekinthető. Az első kísérleteket Henry Bessemer végezte 1855-ben Bessemer folyékony nyersvason keresztül levegőt fúvatott Az adag folyékony állapotban tartását a nyersvasban levő elemek (Mn, Si, P) oxidációjából felszabaduló hő biztosította. Bessemer savas

bélésű konvertert használt, amely számos nehézséget okozott Ezeket a nehézségeket küszöbölte ki Sidney Gilchrist Thomas 1878-ban bejelentett bázikus bélésű konverterre vonatkozó szabadalma 4.2611 Bessemer eljárás A Bessemer eljárásnál a folyékony nyersvasat savas bélésű konverterbe öntik (55. ábra) A konverter két csappal állványon nyugszik A konverter fenekén 150 – 300 db 15 mm átmérőjű lyuk van, melyeken át 2 x 10-1 Pa nyomású levegőt fújnak a konverterbe. 55. ábra Szélfrissítéses acélgyártásra alkalmas konverter a gyártás különböző szakaszaiban http://www.doksihu Feltöltés után a levegőfúvatást megindítják és a konvertert álló helyzetbe billentik. A levegő oxigénje a nyersvas kísérő elemeit oxidálja. Első periódusban a mangán és a szilícium kiégése megy végbe, ami a fürdő hőmérsékletét megemeli. Második periódusban CO fejlődése közben megindul a karbon oxidációja is A keletkező CO a

konverter torkát elhagyva a levegő oxigénjével reakcióba lép, ezért ebben a periódusban a konvertert fényes lángcsóva hagyja el. A fúvatás ideje 8 20 perc Fúvatás után az acélt dezoxidálják, esetleg karbonizálják A Bessemer eljárás hátránya, hogy a savas bélésű konverterben a kéntelenítés és a foszfortalanítás nem oldható meg. További hátrány, hogy az acél nagy nitrogéntartalmú és a nitrogén az acélban öregedést okoz. Az eljárás hőszükségletét elsősorban a Si kiégése biztosítja, ezért nagy Si (1,5 – 2,5%) tartalmú nyersvasat lehet csak feldolgozni Előnye a nagy termelékenység. Az acélgyártás gyors, egy adagidő 15 20 perc Berendezése egyszerű 4.2612 Thomas eljárás A Bessemer eljárással csak azokat a nyersvasakat lehet feldolgozni, melyeknek kicsi a P és S tartalma. A világon található vasércek legnagyobb része P-t és S-t is tartalmaz A nagy P-tartalmú nyersvasak feldolgozását Thomas 1878-ban

benyújtott, bázikus bélésű konverterre vonatkozó szabadalma tette lehetővé. A Thomas eljárás lényegében a konverterbélés minősége (magnezit, dolomit) és a felhasznált nyersvas összetétele tekintetében különbözik a Bessemer eljárástól. Az eljárás hőszükségletét a P kiégése biztosítja. A betét nagy P (1,7 2,2%), és kis Si tartalmú folyékony nyersvas. A Thomas-acélt mindig igen kis C-tartalmúra fúvatják a megfelelő foszfortalanítás érdekében. A fúvatás után dezoxidálnak, és karbonizálnak. A Thomas eljárással előállított acél gyártási költsége csekély, a rövid adagidő miatt az eljárás nagyon termelékeny. Hátránya, hogy a Thomas-acél nagy nitrogéntartalmú A nitrogén az acélban nagyon káros, mert azt rideggé teszi 4.27 Vákuumkohászat A különböző acélokkal, ötvözetekkel szemben támasztott új követelmények, minimá- lis gáztartalom, könnyen oxidálódó elemekkel való ötvözés az acélgyártás

korszerűsítését tették szükségessé. http://www.doksihu Az új, fokozott követelmények kielégítését a vákuumkohászat bevezetése tette lehetővé. A vákuumkohászat 1950 óta rohamosan terjed A vákuumos kezelés elsődleges célja a folyékony acélban oldott gázok mennyiségének csökkentése (57. ábra) 4.271 Acélok gáztalanítására szolgáló eljárások és berendezések Az utóbbi évtizedekben fejlődésnek indult és elterjedt eljárások a következők: 1. Folyékony acélt vákuumozó eljárások ∗ üstvákuumozás ∗ sugárvákuumozás ∗ üstből kiszívással történő vákuumozás ∗ folyamatos acélöntés vákuumozása 2. Acélgyártó és átolvasztó eljárások vákuumban 4.2711 ∗ vákuumindukciós acélgyártás ∗ vákuum-villamos íves átolvasztás ∗ elektrosugaras olvasztás Acélgyártó és átolvasztó eljárások vákuumban A nagytisztaságú, kis gáztartalmú acélokat vákuumindukciós olvasztással,

vákuumíves leolvasztással, vagy elektronsugaras olvasztással állítják elő. 56. ábra 57. ábra A vákuumindukciós berendezés A folyamatos öntés vákuumozásának vázlata elve http://www.doksihu 58. ábra A vákuum-villamos íves eljárás 59. ábra Az elektronsugaras leolvasztás vázlata vázlata a.) A vákuumindukciós indukciós eljárásnál az acélt vákuumban elhelyezett indukciós kemencében (1) olvasztják és öntik tuskóvá (2). (56 ábra) b.) A vákuumos kezelés elsődleges célja a folyékony acélban oldott gázok mennyiségének csökkentése (57 ábra) c.) A vákuum-villamosíves eljárás vázlata az 58 ábrán látható Az átolvasztó eljárásnál a leolvasztandó acélt katódnak (1) kapcsolják, amelyet süllyeszthető elektródatartóhoz (2) erősítenek Az anód vízhűtéses réztégely (3), amely a kokilla szerepét tölti be. A megolvasztást vákuumban egyenáramú ív hőhatása végzi A megolvadó és lecsöpögő fém

gáztalanodása jó. A megdermedt acéltuskó (4) összetétele egyenletes, a fogyási üreg képződése elkerülhető d.) Az elektronsugaras olvasztás lényege, hogy a vákuumtérben elhelyezett megolvasztandó fémre egy, vagy több elektronágyúból nagy energiájú elektronsugarakat bocsátunk (59. ábra) Az elektronok a megolvasztandó fémhez ütközve lefékeződnek, kinetikai energiájuk hővé alakul Megfelelően megválasztott sugárteljesítmény esetében a fém megolvad és vízhűtéses rézkokillába csöpög, ahol lehűl Az http://www.doksihu elektronsugaras átolvasztással igen nagy tisztaságú acél állítható elő. Hátránya, hogy nagyon költséges. ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Milyen alapanyagok és segédanyagok szükségesek a vasgyártás technológiájához és mi a feladatuk ? 2. Milyen részekből áll a nagyolvasztó, és mi a szerepe az egyes részeknek ? 3. Milyen kémiai folyamatok játszódnak le a kohóban ? 4. Sorolja fel a nyersvasgyártás

termékeit ! 5. Mi az acélgyártás feladata, és milyen eljárásokat ismer ? 6. Melyek az acélgyártás metallurgiai folyamatai ? 7. Melyek a betétanyagok, és milyen szerepük van az acélgyártás technológiájában ? 8. Miért van szükség az elektroacélgyártási eljárásokra ? 9. Mi a szélfrissítéses eljárás lényege és milyen típusai vannak ? 10. Melyek a legkorszerűbb acélgyártási eljárások ? http://www.doksihu http://www.doksihu 5. 5.1 ACÉLOK ÉS VASÖTVÖZETEK AZ ACÉLOK FELOSZTÁSA Acélnak nevezzük a Fe-C egyensúlyi diagram alapján a max. 2% C-t tartalmazó öt- vözeteket. Az ipari gyakorlatban használatos acélfajtákat többféle szempont alapján csoportosítjuk 5.11 Gyártási mód szerint Az acélgyártás módja az acélok szennyező tartalmát és ezáltal a minőségét (fizikai és mechanikai tulajdonságait) lényegesen befolyásolja. Az acélgyártás módja szerint az acélok elsősorban az elérhető gáz- és

zárványtartalomban és az előírt paraméterek szórásában különböznek egymástól. A gyártás módja szerint Siemens- Martin acélt, Bessemer- vagy Thomas acélt, oxigénes konverteres (elsősorban LD) acélt és elektroacélt különböztetünk meg. 5.12 Összetétel szerint Összetétel szerint ötvözetlen és különféle mértékben ötvözött acélokat különbözte- tünk meg. Ötvözetlen acélok Ötvözetlennek tekintjük azt az acélt, amely C-on kívül nem tartalmaz szándékosan bevitt ötvözőelemeket, csak olyanokat, – azokat is csak kis mennyiségben –, amelyek a gyártás során elkerülhetetlenül belekerültek. Ötvözött acélok Ötvözöttek azok az acélok, amelyek egy, vagy több szándékosan bevitt elemet is tartalmaznak, melyek mennyisége több, mint az ötvözetlen acélra megállapított felső határérték. Az ötvözött acélokat az ötvözők mennyisége szerint tovább csoportosíthatjuk. Gyengén ötvözöttnek nevezik a klasszikus

felfogás szerint azt az acélt, amelyben az ötvözők mennyisége (C nélkül) nem több 5%-nál. A közepesen ötvözött acélok 5-10%, az erősen ötvözött acélok 10%-nál több ötvözőelemet tartalmaznak. Mikroötvözöttek azok az acélok, amelyek különleges tulajdonságok (például finomszemcsésség) elérése érdekében bizonyos ötvözőelem (Nb, V) tizedszázaléknyi mennyiségét tartalmazzák. http://www.doksihu 5.13 Szövetszerkezetük alapján Az acélokat az Fe-C diagram alapján egyensúlyi szövetszerkezetük szerint is osztá- lyozhatjuk. Az osztályozás alapja a levegőn való hűtés hatására kialakuló szövetszerkezet is Az acélok egyensúlyi szövetszerkezetük alapján lehetnek ferrites, félferrites, hipoeutektoidos (ferrit + perlit), eutektoidos (tisztán perlites), hipereutektoidos (perlit + szekunder cementit), ledeburitos, félausztenites és ausztenites acélok. Az ötvözött acéloknál az egyes csoportok közötti határ kisebb

C-tartalomnál van, mint a közönséges C-acéloknál. Az ötvöző elemek többsége ugyanis a Fe-C állapotábra E és S pontjait a kisebb C-tartalom felé tolja el. A levegőn való hűtés hatására kialakuló szövetszerkezetük alapján az acélok perlites, martenzites és az ausztenites acélok csoportjára osztható. A perlites acélok viszonylag kis, a martenzites acélok közepes és végül az ausztenites jelentős mennyiségű ötvözőelemet tartalmaznak. 5.14 Felhasználási terület szerint A gyakorlat számára ez a felosztás mond legtöbbet. Felhasználás szerint: szerkezeti acélokat, szerszámacélokat és különleges acélokat különböztetünk meg. A szerkezeti acélokat a gépgyártás, járműgyártás, a magas építés, stb. alapanyagaként használják C-tartalmuk 0,1 0,6% között van A kis széntartalmú (C < 0,2%) acélok betétedzhető acélok, a 0,2 0,6% C-tartalmú acélok edzhetők, illetve nemesíthetők. Mindkét csoporton belül

találhatók ötvözetlen és ötvözött minőségek A betétedzhető és nemesíthető acélokon kívül a szerkezeti acéloknak van olyan csoportja is, amelyben a felhasználást a megkívánt mechanikai tulajdonságok szabják meg és érdektelen, hogy ezeket a tulajdonságokat milyen összetétellel érik el. Ezeket az acélokat általános gépacéloknak nevezzük A 0,4 2,0% C-tartalmú acélok a szerszámacélok, melyeket vágó, forgácsoló, stb. szerszámok, mérőeszközök készítésére használnak. A C-tartalomból látható, hogy ezek az acélok mind edzhetők. A szerszámacélokon belül szintén megkülönböztethetünk ötvözetlen szénacélokat, és ötvözött acélokat. Az ötvözők mennyisége 5 20% közötti http://www.doksihu A különleges acélfajták közé tartoznak azok az acélok, melyektől különleges fizikai tulajdonságokat, például hőállóságot, korrózióállóságot, kopásállóságot kívánnak. Ezeket az acélokat hőálló,

korrózióálló és kopásálló acéloknak nevezik A különleges acélok majdnem kizárólag ötvözött acélok és az ötvözőelemek mennyisége meghaladja a 20%-t. Az acélok felhasználási mód szerinti csoportosítását összefoglalva a 4. táblázat tartalmazza 4. táblázat Megnevezés Megnevezés C-tartalom C (%) Ötvözők mennyisége (%) Szerkezeti acél C 0,1 – 0,6% ötv. ≤ 5% Betétben edzhető ≤ 0,2 ≤5 Nemesíthető általános gépacél ötvözetlen ötvözött 0,2 – 0,6 0,4 – 2,0 0,4 – 2,0 0,2 – 0,6 ≤5 5 – 20 ≥ 20 Szerszámacél Különleges acél 5.2 ÖTVÖZŐ ÉS SZENNYEZŐ ELEMEK HATÁSA AZ ACÉL TULAJDONSÁGAIRA Az Fe-C diagram szerint az ötvözetlen szénacél szövetszerkezete, egyensúlyi feltéte- leknek megfelelő, rendkívül lassú lehűlési sebesség mellett ferritből, perlitből és szekunder cementitből állhat. A szövetelemek mennyisége, arányai, határozzák meg a C-acél tulajdonságait Harmadik

ötvöző ötvözése a C-acélokban megváltoztatja a szövetelemek tulajdonságait és megjelenésük körülményeit Az ötvözők hatását a következő területeken kell vizsgálni: 5.21 1. A karbon hatása az acélok tulajdonságaira 2. Az ötvözők hatása az acélok tulajdonságaira 3. Az ötvözők hatása az allotróp átalakulások hőmérsékleteire (A3, A4) 4. Az ötvözőelemek hatása a ferrit mechanikai tulajdonságaira 5. Az ötvözők hatása az acél kritikus lehűlési sebességére. A karbon hatása az acélok tulajdonságaira A szén a legdöntőbb hatást gyakorolja a vas szövetszerkezetére és így mechanikai tu- lajdonságaira. Normalizált állapotban szakítószilárdságát és folyáshatárát, amint a 60 ábra http://www.doksihu szemlélteti, kb. 1,0%-ig növeli; 1,0%-nál nagyobb széntartalmak esetében már csökkennek a szilárdsági tulajdonságok. A széntartalom növekedésével rohamosan csökken a vas szívóssága. A tiszta

vasra jellemző nagy megnyúlás, kontrakció és ütőmunka már kb 0,5% széntartalom esetén nagymértékben csökken, így pl a fajlagos ütőmunka értéke alig 40 J/cm2 60. ábra A C-tartalom hatása a vas mechanikai tulajdonságaira 61. ábra A különböző szövetszerkezetű acélok keménységének változása a C-tartalom függvényében A szénötvözésnek talán legfontosabb hatása, hogy a kritikus lehűtési sebességet erősen csökkenti, és ezáltal “edzhetővé” teszi a vasat. Edzéssel, gyors hűtéssel az acélok mechanikai tulajdonságai nagymértékben megváltoztathatók. Az edzés eredményeként, mint ismeretes, martenzites szerkezet keletkezik, melynek keménysége igen nagy, de nyúlása, kontrakciója és ütőmunkája nincs. Az edzett acél keménysége a széntartalom függvényében csak kb 0,9%-ig nő, azon túl gyakorlatilag állandó (62. ábra) A martenzit keménysége csak a széntartalom függvénye. Az ötvözők, amennyiben különleges

karbidokat nem képeznek, nem növelik a martenzit keménységét. 5.22 Az ötvözők hatása az acélok tulajdonságaira Az ötvözők az acélban, szilárdoldatban, karbid alakban, vagy önálló fázisok alakjában lehetnek jelen. a.) Szilárdoldatban Az ötvözők többsége szubsztitúciós szilárd oldatot képez a vasban. A Cr, V korlátlanul, a Co 75%-, a Ni 24%-, a Si 14%-, a Mn 10%, a Mo 32%, a Ti 6%-, a Cu 1%-ig oldódik. http://www.doksihu b.) Önálló fázisok alakjában A Pb és az Ag a vasban nem oldódik Fémes zárványok alakjában van jelen c.) Karbid alakban A periódusos rendszerben a vastól balra eső elemek (Mn, Cr, Mo, W, Nb, Zr, Ti) a karbonnal karbidokat képeznek. Minél inkább balra helyezkedik el az elem a vastól, annál nagyobb az elektron hiánya a d elektronhéjon, annál nagyobb a karbidképző hajlama és annál stabilabb a képződött karbid. Így pl a V, a Mn-, a Cr-, és a Mokarbidtól is elvonja a karbont, és a felszabadult elemek (Mn,

Cr, Mo) szilárd oldatba mennek A Mn, Cr, Mo, W oldódnak a cementitben, illetve helyettesítik a Fe-t a cementitben, ezért ezek a fémek komplex karbidokat képeznek. A V, Zr, Ti a cementitben nem oldódik, saját karbidokat képez. A Ni, Si, Co, Al és Cu nem képeznek karbidokat. 5.23 Az ötvözők hatása az allotróp átalakulások hőmérsékletére (A3, A4) A vasban oldódó ötvözők az acél kritikus átalakulási hőmérsékleteit megváltoztatják. A fontosabb ötvözők hatását a vas allotróp átalakulásaira a 62. ábra szemlélteti A Mn, Ni az A3 hőmérsékletet csökkenti, az - A4 hőmérsékletet pedig növeli. 15% Mn, illetve 20% Ni tartalom esetében Ar3 szobahőmérsékletig csökken. - A W, Mo, V, Ti, Al, Si, P az A4 hőmérsék- letet csökkenti, az A3-t pedig növeli. Hatásukra a γ mező szűkül. A ferritképződést elősegítik, 6% W és 12% Cr esetében már nem is keletke62. ábra Az ötvözők hatása a vas allotróp átalakulására zik

ausztenit. Azonban a növekvő C-tartalommal egyre nagyobb ötvözőmennyiségre van szükség a tiszta ferrites szövetszerkezet létrehozásához. - Az ötvözött acélok az egyensúlyi Fe-Fe3C rendszerhez képest általában kisebb széntartalomnál vállnak hipereutektoidos, illetve ledeburitos jellegűvé. http://www.doksihu Az ötvözőelemek hatása a ferrit mechanikai tulajdonságaira 5.24 Az ötvözőelemek többsége azα -vasban szubsztitúciósan oldódik. Az oldódás következtében torzul a ferrit térrácsa Általában minél jobban torzítja az ötvöző a rácsot, annál jobban növeli a szilárdságot és a kifáradási határt. 63. ábra Az ötvözőelemek hatása a lágyacél szilárdságára 64. ábra Az ötvözőelemek hatása a lágyacél fajlagos nyúlására Az ötvöző elemek hatását azα -vas szilárdságára a 63. ábra szemlélteti lágyított állapotban A ferrit szakítószilárdságát legjobban növeli a Si, majd sorrendben a Ti, Mn, Ni

és a Cr. Ugyanekkor azonban ezek az ötvözők csökkentik a fajlagos nyúlást (64 ábra) Az ötvözők, különösen azok, amelyek növelik a ferrit szilárdságát, csökkentik a kis széntartalmú lágyacélok ütőmunkáját. A felsorolt ötvözők közül a Ni, Mn, és Cr a legértékesebbek. Növelik a lágyacél szilárdságát, és nem rontják erősen képlékenységét és szívósságát Különösen kedvező hatású a Ni. 5.25 Az ötvözők hatása az acél kritikus lehűlési sebességére Az acél ötvözői, kivételt képez a Co, a kritikus lehűlési sebességet csökkentik, mert az átalakulási diagramokat jobbra, a nagyobb idők irányába tolják el. A kritikus lehűlési sebesség csökkenésével együtt jár az átedződő szelvényátmérő növekedése. (65 ábra) http://www.doksihu 65. ábra Az ötvözőelemek hatása az átalakulási diagram vonalaira (elvi ábra) 5.26 A legfontosabb ötvözők hatása Mangán. Az acél egyik legfontosabb

ötvözője, csaknem valamennyi acélban megtalálható, úgy is mint dezoxidáló, kénlekötő és úgy is mint minőségjavító ötvöző. A Mn ausztenit képző 3% Mn tartalom felett az α szövetelem mellett már megjelenik szobahőmérsékleten is a γ Gyors lehϋlés esetében már 10% Mn-tartalomnál és e fölött a szövet már tisztán ausztenites. Az átalakulási (C) görbéket jobbra tolja, a kritikus lehűlési sebességet csökkenti, az átedzhetőséget erősen javítja. Szilícium. Mint dezoxidáns 0,3 0,4% a a csillapított, és csaknem minden ötvözött acélban megtalálható. Ferritképző, az acél folyáshatárát, szakítószilárdságát erősen növeli, de ridegítő, a szívósságot csökkenti. Csökkenti a kritikus lehűlési sebességet, növeli az acél villamos ellenállását. Króm. A szilárdságot az átedzhetőséget egyaránt növeli, de megeresztési elridegedésre teszi hajlamossá az acélokat. Szerkezeti acélokba legfeljebb 2%-ig ötvözik

A Cr karbidképző, többféle karbidot és komplex karbidot is képez vassal, wolframmal, molibdénnel. Ezek keménnyé, kopásállóvá teszik az acélt Ezért a króm a szerszámacélok fontos ötvözője. Szerszámacélokban egészen 20%-ig előfordul http://www.doksihu Nikkel. Ausztenitképző, csökkenti a kritikus lehűlési sebességet, javítja a lágymágneses tulajdonságokat, csökkenti a hőtágulási együtthatót, szemcsefinomító hatású. Megeresztési ridegséget nem okoz, és javítja az átedzhetőséget; Könnyen ötvözhető, de drága ötvöző A szerkezeti acélok legjobb minőségjavító ötvözője. Molibdén. A szilárdsági tulajdonságokat és az átedzhetőséget egyaránt jelentős mértékben növeli. Szilárdságnövelő hatása csak 1%-ig számottevő Drága ötvöző, a szerkezeti acélokat néhány tized (0,2 0,3) százalékig ötvözik. Wolfram. A molibdénhez rokon tulajdonságú ötvözőelem. Drága, ezért csak szerszám-és különleges

rendeltetésű acélokba ötvözik Kobalt. Az acélt szilárdítja, és melegszilárdságát növeli. Drága ötvöző, csak szerszámacélokhoz és különleges acélokra szánt acélokhoz ötvözik Vanádium. Szemcsefinomító, kiváló dezoxidáló és nitrogénlekötő. A szerszám és szerkezeti acélokba csak néhány tized százalékos mennyiségben adagolják ezt a drága ötvözőt Hatására finom szemcsés, kemény, szívós, elridegedésre nem hajlamos lesz az acél. Titán. Kiváló dezoxidáló és denitráló ötvöző és erős szemcsefinomító. Finomszemcséűek és öregedésre nem hajlamosak az 0,05 0,2% Ti-al ötvözött acélok. Alumínium. Erős dezoxidáns és nitrogénlekötő, de melegtörékenységet okoz. Szerkezeti acélokban csak néhány század százalékban adagolják elsősorban dezoxidálás illetve denitrálás céljaira. 5.27 A szennyezők hatása az acélok tulajdonságaira A szennyezők: nitrogén, oxigén, hidrogén, foszfor és kén a

kohósítás, hőkezelés és meleg-átalakítás során kerülnek be az acélokba. Hatásuk általában káros; csökkentik a szilárdságot és ridegítik az acélokat. Nitrogén. http://www.doksihu Az acélgyártás folyamán 0,001 0,03% mennyiségben kerül az acélba. Öregedésre és elridegedésre hajlamossá teszi az acélt Hasznos a N2 az acélban, ha ezt korrózióvédelem, vagy kopásállóság növelése céljából, az úgynevezett nitridálás során diffundáltatják a felületébe. Tágítja a γ mezőt is és mint ilyen ötvözőelem az ausztenites CrNi acélokban Ni helyettesítésére alkalmas. 0,2% N2, 24% Ni-t helyettesít Oxigén. Az O2 az acélban ferritben oldott állapotban, és mint oxidzárvány kötött állapotban fordulhat elő. Az oldott állapotú O2 az N2-vel együtt az acél öregedését okozhatja Hidrogén. Az acélban oldott, és vegyület alakjában is jelen lehet. Az acél a hőfok csökkentésével mind kevesebb H2-t tud oldani. A gáz egy

része az acélban bennreked Távozását 200°C-ra való hevítéssel lehet segíteni. A H2 az acél keménységét növeli, nyúlását csökkenti, tehát ridegítő hatású. Foszfor. Jellemző tulajdonsága, hogy a vasötvözeteket már egész kis mennyiségben is rideggé teszi. Kén. Az acél “vöröskeménységét” okozza. A vöröstörés a 0,3%-nál nagyobb S-tartalmú acélok kovácsolásánál és hengerlésénél következik be. 5.3 SZERKEZETI ACÉLOK Szerkezeti acéloknak 0,1 0,6% C-t és max. 5% ötvöző fémet tartalmazó acélo- kat nevezzük. A szerkezeti acélokon belül is két fő csoportot különböztetünk meg, attól függően, hogy az acélfajta edzhető, vagy nem edzhető. Ennek megfelelően a max 0,2% C-t tartalmazó acélokat betétben edzhető, a 0,2 0,6% C-t tartalmazó acélokat pedig nemesíthető acéloknak nevezzük. Mindkét csoporton belül megtalálhatók az ötvözetlen C-acélok és az ötvözött acélok. A speciális felhasználási

célra szánt acélokat (pl. rugóacél, gördülőcsapágyak anyaga, nitridálásra alkalmas acélok, stb.) külön szabványok tartalmazzák Ezek összetétele legtöbb- http://www.doksihu ször megegyezik valamelyik nemesíthető acél összetételével, azonban további követelményeket is támasztanak velük szemben. 5.31 Ötvözetlen szerkezeti acélok A járműépítésben és az ipar számos területén legnagyobb mennyiségben a szavatolt mechanikai tulajdonságú, olcsóbb acélfajtákat használják. Az acéltermelés 65%-a a szavatolt mechanikai tulajdonságú, úgynevezett gépacél. Ezek felhasználása szállítási állapotban, hőkezelés nélkül, mechanikai tulajdonságaik alapján történik Az MSZ 500-74 szerint néhány acél: A 0, A 23, A 34X és B 0; B 34Y; B 50 stb. Az A és B betű utáni kettős számok a szakítószilárdság legkisebb értékét jelentik (A 0 szakítószilárdság legfeljebb 500 N/mm2). Az X, Y és Z pedig a dezoxidálás

mértékét jelenti. A szavatolt mechanikai tulajdonságú acélok közül a kisebb szilárdságúak A 32, A 34, A38 betétben edzhetők, a nagyobb szilárdságúak A 50, A 60, A 70 nemesíthetők. 5.32 Betétben edzhető acélok Kis karbontartalmú ötvözetlen és ötvözött acélok, melyeknek kérge nagykemény- ségű, és a magja nagyszilárdságú. Szabványos jelölésük az MSz 31-74 szerinti, és tartalmazza a vegyi összetételt, fontosabb ötvözőket, mechanikai tulajdonságaikat Betétben edzhető ötvözetlen szénacélok A C 10, C 10E és C 10EK, továbbá a C 15, 15E, és C 15EK. Szabványjelükben a C betű a szénacél, a két szám a közepes széntartalom százszorosát, az E betű elektroacél, a K betű pedig a különleges minőség jelzése. Széntartalmuk kicsi, hogy a cementálást követő edzés után a belső magjuk ne edződjön, szívós maradjon A betétben edzhető acélokat olyan szerkezeti elemek készítésére használják, ahol keménykérgű,

szívósmagú, koptató igénybevételnek ellenálló alkatrészekre van szükség, pl csapszegek, dugattyúcsapok, vezérműtengelyek, stb. A C 15, a C 15E és a C 15 jelű anyagokból általában a nagyobb igénybevételnek kitett alkatrészeket gyártják Az ötvözött betétben edzhető acélok olyan ötvözeteket tartalmaznak, amelyek a ferritet nagymértékben szilárdítják, és amelyek nem teszik az acélt érzékennyé a túlhevítés iránt, tehát az ötvözés célja a mag szilárdságának növelése. A kis méretű, kis szilárdságú darabok készítésére a karbonacélokat használják. A közepes méretű és igénybevételű darabokhoz (perselyek, csapszegek, fogaskerekek, stb) krómmal és mangánnal ötvözött acélok használhatók http://www.doksihu A Mo ötvözés tovább növeli a szilárdságot a szívósság megtartása mellett. A BCMo acélok nagy szilárdságúak, ezért belőlük nagy igénybevételnek kitett alkatrészek, fogaskerekek, lánckerekek,

tengelyek, stb. gyárthatók A Cr, Ni ötvözés hatására nő a mag és a kéreg szilárdsága és szívóssága. A Cr-Ni acélok túlhevítésre nem érzékenyek és finom szeműek. Lehűlési sebességük kicsi, még a nagy méretű darabok is olajban edzhetők. Belőlük különleges, alacsony hőmérsékleten is dolgozó, dinamikailag igénybevett alkatrészek, forgattyús tengelyek, kardántengelyek, nagy méretű fogaskerekek, stb. gyárthatók Nemesíthető acélok 5.33 Közepes karbontartalmú ötvözetlen és ötvözött edzett és megeresztett, azaz nemesített állapotú acélok. Szabványos jelölésük (MSz 61 – 74) A nemesíthető ötvözetlen szénacél fajták a C 25-től a C 60-ig terjednek, azaz széntartalmuk 0,25-tól 0,65%-ig változnak. A nemesíthető acélok hőkezelése: az edzést a GOS vonalat 20 30°C-al meghaladó hőmérsékletről végzik. A kisebb széntartalmú acélokat a C 35 C 40 bezárólag vízben, az ezeknél nagyobb széntartalmú

acélokat olajban kell edzeni. Az edzést követő megeresztés hőmérséklete 500 650°C. A megeresztés hőmérsékletéről a darabokat vízben hűtik le A nemesített acélok fárasztó, dinamikai igénybevételre nem érzékenyek, ezért dinamikai és fárasztó igénybevételnek kitett alkatrészek, hajtórudak, tengelyek, váltóvillák, csavarorsók, fogaskerekek, stb. készítésére használják A nemesíthető acélfajták esetében az ötvözés feladata az átedzhetőség, és ezen keresztül a folyáshatár növelése. A nemesíthető ötvözött acélok széntartalma 0,25 – 0,55% között változik. A Cr acélok megeresztési ridegségre hajlamosak. Főképpen hajtóműalkatrészeket készítenek belőlük. A Cr–Mn–Si–al ötvözött acélok nagy szilárdságúak. Nagy szilárdságú szívós acélok Erősen terhelt, dinamikusan igénybevett alkatrészek, hajtórudak, tengelyek gyárthatók belőlük. A V ötvözés növeli a Cr-acélok szilárdságát és

szívóságát. A Ni–Cr–Mo acélok nagyszilárdságúak és szívósak. Az Mo ötvözés megszűnteti a Cr-Ni acélok megeresztési ridegségére való hajlamát. http://www.doksihu Megszabott rendeltetésű szerkezeti acélok 5.34 Acélok hegesztett szerkezetekhez. Acélok hegeszthetőségének feltétele, hogy az acél ne edződjön hegesztéskor, ne ridegedjen el és repedések ne keletkezzenek benne. Ezért a hegeszthető acél minősége kis karbontartalmú, gondosan dezoxidált, denitrált, öregedésre, elöregedésre nem hajlamos, finomszemű acél minőségek Jelölésük az MSz 6280 – 74 szerint történik. Hidegen alakítható acélok. A sajtolt, mélyhúzott alkatrészek nagy képlékenységű lágyacélokból gyárthatók. A kis C-tartalmú acélok öregedésre hajlamosak. Ennek megszűntetésére 0,02 0,04% V-al, illetve Al-al ötvözik. Automata acélok. Forgácsolással tömegcikkek, csavarok, csavaranyák, stb gyártására alkalmas acél minőségek.

Tulajdonságaikat az MSz 4339 írja elő Nitridálható acélok. A nitridált kéreg rendkívül kopásálló, de a cementált kéregnél kisebb fajlagos nyomást visel el. A nitridálás jelentősen növeli a korrózióállóságot, és a kifáradási határt Szabványos jelölésük az MSz 17779 szerinti A nitridált acélokból szoba és nagyobb hőmérsékleteken koptató, fárasztó igénybevételnek kitett alkatrészeket gyártanak. Így például csapokat, bütykös tengelyeket, hengerperselyeket, fogaskerekeket, emelőket, stb Gördülőcsapágy acélok. Követelmény velük szemben a nagy szilárdság és keménység, a kopásállóság és a nagy kifáradási határ Jelölésük MSz 17789 – 75 szerint Rugóacélok. A rugókat nagy folyáshatárú, szívós acélokból gyártják Főbb ötvözők, Mn, Si, Cr, V. A Si növeli az acél szilárdságát, megeresztés állóságát, és kedvező szövetet ad a rugónak A Si-al ötvözött acélokat vasúti, valamint közúti

járművek rugóihoz használják. A legnagyobb igénybevétellel a Cr – V ötvözésű rugóacélok terhelhetők. Túlhevítésre és dekarbonizációra nem hajlamosak. Jelölésük MSz 2666 – 76 szerint 5.4 SZERSZÁMACÉLOK A szerszámacélokkal szemben támasztott követelmények a felhasználásuktól függően sokfélék. Az általános követelmények a következők: ∗ nagy keménység (jó edzhetőség), ugyanakkor megfelelő szívósság http://www.doksihu ∗ a nagy keménységet üzemi körülmények között is megtartsák ∗ jó éltartósság ∗ jó kopásállóság és mérettartósság. Ezeknek a követelményeknek sokféle, más és más acélfajta felel meg. A felhasznált fajták száma ezért kb. 300, amelyeket nagyobb részben szabványosítottak is A szerszámacélok C-tartalma 0,4 2,06%, ötvöző fém tartalma pedig 5-20% között változik. Az MSz-ben található szerszámacélokat a következők szerint csoportosíthatjuk: 1.

felhasználás szerint: ∗ hidegmegmunkáló ∗ melegmegmunkáló 2. összetétel szerint: 1. 5.41 ∗ ötvözetlen ∗ ötvözött A magyar szabványok osztályozása szerint: ∗ ötvözetlen ∗ ötvözött ∗ gyors acélok. Ötvözetlen szerszámacélok (MSz 4354 – 76) Az ötvözetlen szerszámacélok minőségi jelölésük a következő: S 71, S 72, S 81, S 82, S 91, S 92, S 101, S 102, S 111, S 112, S 131, S 132. Az acél minőség jelében az S betű ötvözetlen szerszámacélt jelent Az utolsó számjegy az edzhetőség fokozatára utal, az azt megelőző számjegy vagy számjegyek az átlagos karbontartalom tizedszázalékát jelentik A kis karbon tartalmúak szívósak, a nagyobb széntartalmúak jobb kopásállóak A szerszámok többségét szénacélból készítik. Hőkezelésük egyszerű, és jóval olcsóbbak, mint az ötvözött szerszámacélok Egyszerű követelményeknek a SM gyártott acélfajták is megfelelnek (pl. kalapácsok, fogók,

csavarkulcsok, stb) A villamos kemencében készített acélfajták jobb minőségűek és egyes forgácsoló szerszámok készítésére is alkalmasak. http://www.doksihu 5.42 Hidegmegmunkáló szerszámacélok Ezeket az acélokat olyan szerszámok készítésére használják, amelyekkel hideg álla- potban, legfeljebb 200°C-ig munkálják meg az anyagokat. Legfontosabb tulajdonságuk a kopásállóság, a kellő szilárdság, és szívósság. Ötvözőik Mn, Si, Cr, W, V, Mo. A Mn az edzhetőséget és a mérettartást, a Si a szívósságot, Cr és W a kopásállóságot, a V és a Mo a szemcse finomságát, és a megeresztés állóságot javítja A fontosabb hidegmegmunkáló acélminőségek (MSz 4352 – 72) szerint: K1, K11, K6, M1, W5, W6, W7, W8, W9. 5.43 Melegmegmunkáló szerszámacélok Ezeket a szerszámacélokat elsősorban acélok, színesfémek és ötvözeteik melegalakítására alkalmazzák. Követelmény velük szemben a kellő melegszilárdság,

melegszívósság, melegkopásállóság, megeresztés állóság, hőmérséklet ingadozássokkal szembeni érzéketlenség. Ezeket a tulajdonságokat a Cr, W, V, Mo ötvözés és megfelelő hőkezelés biztosítja Fontos tulajdonságuk a megeresztés állóság, a kiválásos keményedés és a melegrepedésálló-ság. Az acél minőségek jelölése az MSz 4352 – 72 szerint történik. 5.44 Gyorsacélok (MSz 4351 – 72) Nagysebességű gyorsforgácsoló megmunkáló szerszámok készítéséhez alkalmas acélok. 30 60 m/min használhatók Legfontosabb tulajdonságuk a melegkeménység illetve melegkopásállóság. Jelölésük “R” betű, a rapid szó (gyors) rövidítése, és utána következő sorrendiséget jelölő szám, amely az ötvözők és azok mennyiségére is ad felvilágosítást, R1-től R11-ig. R1, R2, és R3. Klasszikus gyorsacélok 18% W ötvözéssel Nagy igénybevételű forgácsoló szerszámok, esztergakések készítésére alkalmasak R9. A szuper

gyorsacélok csoportjába tartozik, 68 HRC keménységre edzhetők (C = 1%, Cr = 4%, W = 7%, Mo = 4%, V = 3%). Rendkívül kopásálló, így nagy szilárdságú acélok forgácsolására is alkalmas. A gyorsacélok megfelelő tulajdonságait hőkezeléssel érik el. Edzés után megeresztés kiváló karbid képződését idézi elő. http://www.doksihu 5.5 KÜLÖNLEGES ACÉLFÉLESÉGEK Az acélok felosztásánál láttuk, hogy a különleges acéloktól különleges tulajdonságo- kat, mint például rozsda-, és hőállóságot, vagy különleges mágneses tulajdonságokat, stb. várunk. Ilyen tulajdonságokat csak nagyobb ötvözéssel tudunk biztosítani Ezért az ilyen acélok ötvöző fém tartalma általában nagyobb, mint 20% 5.51 Korrózióálló acélok (MSz 4360) A vas korrózióállóságát főként az olyan ötvözők növelik, amelyek oxidjai az acél felü- letén vékony 10 20 Å vastagságú, jól tapadó áthatolhatatlan, a korrodálló közegtől

elkülönítő hártyát hoznak létre. Ilyen passzíváló hatása a Cr és Al ötvözésnek van. A korrózióállóság az ötvöző menynyiségével nem arányosan, hanem ugrásszerűen nő A korrózióállóság ugrásszerű növekedése akkor következik be, ha az ötvözőelem 1/8 súlyrészének egész számú többszöröse. Így például az acél korrózióállóságának fokozásához legalább 12% króm ötvözés szükséges Szövetszerkezet szerinti csoportosítás: 5.52 ∗ ferrites korrózióálló acélok ∗ perlit – martenzites korrózióálló acélok ∗ félausztenites korrózióálló acélok ∗ ausztenites korrózióálló acélok. Hőálló acélok (MSz 4359) A hőállóság az acéloknak a revésedéssel, a gázkorrózióval szembeni ellenálló képes- ségét jelenti, növelt üzemi hőmérsékleteken. Az emelt hőmérsékleteken 300 500°C-on igénybevett acélokat olyan elemekkel ötvözik, amelyeknek az oxigénhez való affinitása nagyobb,

mint a vasé. Az acél felületén tömör, áthatolhatatlan oxidréteget képeznek Ez a réteg védi az acélt a további revésedéstől. Ilyen ötvözők: Cr, Si és Al A szövetszerkezet és összetétel szerint megkülönböztetünk: ∗ ferrites, ferrit-martanzites, martenzites és ∗ ausztenites acélokat. Az ausztenites hőálló acélok 18 26% Cr-t és 10 20% Ni-t tartalmaznak. Melegszilárdságuk, nagyobb mint a ferrites acéloké. 1000 1150°C-ig hőállóak és jelentős terhelést elviselnek. http://www.doksihu 5.53 Szelepacélok, szelepülésacélok (MSz 5776) A hőálló acéloknak különleges csoportja a szelep- és szelepülésacélok. A járműépítésben ezeket az acélfajtákat belsőégésű motorok szelep és szelepülések anyagául használják. A nagy hőigénybevételű kipufogó szelepeket az Sz12, 13 fajtákból, az szelepüléseket pedig az SzÜ-1 jelű fajtákból készítik. A Ni-el ötvözött acél minőségek ausztenites szerkezetűek.

Mivel szobahőmérsékleten és üzemi hőmérsékleten szövetszerkezetük ausztenites, nem kristályosodnak át, ezért mérettartóak. Minimális hézaggal illeszthető, nagy hő- és mechanikai terhelésnek kitett diesel motorok, gyorsjáratú Otto-motorok szelepeinek készítésére alkalmazhatók Az ausztenites szerkezet a Cr és Ni ötvözés kiváló hőállóságot és nagy melegszilárdságot biztosít A P és S tartalmuk max 0,03% lehet ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Hogyan csoportosítjuk az acélfajtákat? 2. Milyen területeken kell vizsgálni az ötvözők hatását az acélra? 3. Hogyan változik ötvözők hatására a vas allotróp módosulata? 4. Hogyan változtatja meg az ötvöző az acél mechanikus tulajdonságait? 5. Mely elemek az acél szennyezői, és hogyan befolyásolják a tulajdonságait? 6. Hogyan jelöljük a szerkezeti acélokat az MSz szerint? 7. Hogyan jelöljük a betétben edzett acélokat az MSz szerint, és milyen ötvözőket használunk

a minőség javítására? 8. Milyen típusai ismertek a megszabott rendeltetésű szerkezeti acéloknak? 9. Mi a szerszámacélokkal szemben támasztott követelmény és hogyan csoportosítjuk azokat az MSz szerint? 10. Hogyan jelöljük az ötvözetlen szerszámacélokat? http://www.doksihu 6. ÖNTÉSZET Öntöttvasaknak a 2,06 6,67% közötti C-tartalmú ötvözeteket nevezzük. Öntészeti célra leginkább azok az öntöttvasak felelnek meg, amelyeknek alacsony az olvadáspontjuk, kicsi a zsugorodásuk, és jó a formakitöltő képességük. Ezekkel a tulajdonságokkal az eutektikus összetételű öntöttvas rendelkezik. A gyakorlatban használt öntöttvasak eutektikus, vagy közel eutektikus összetételűek. Az öntöttvas C-on kívül egyéb elemeket is tartalmaz (Si-t, Mn-t, P-t és S-t), amelyek az eutektikus pont koncentrációját megváltoztatják. Az öntöttvas mechanikai és öntészeti tulajdonságai szempontjából lényeges, hogy összetétele

mennyire közelíti meg az eutektikus összetételt. Ezt az öntöttvas telítettségi foka, az úgynevezett telítési szám mutatja C% T = 4,3–0,3 (Si+P) A pontosan eutektikus C-tartalmú öntöttvasnál T = 1, a hipoeutektikusoknál 1-nél kisebb, hipereutektikusoké 1-nél nagyobb. A leggyakrabban alkalmazott öntöttvasak esetében T = 0,9 1,0 között van. Az öntés a fémeknek azon alakító eljárása, mellyel a megolvasztott fémet a darab negatív másának megfelelő üregbe, a formába öntik. A fém megdermedés után a forma alakját veszi fel Az ily módon előállított terméket öntvénynek nevezik Az öntvénygyártás feladata, hogy olyan öntvények előállítását tegye lehetővé, amelyek a forgácsoló megmunkálás mellőzésével, vagy legalább is minimális forgácsolás után gépekben, berendezésekben felhasználhatók legyenek. Az öntészet a formaadás legrégebbi, igen elterjedt, egyszerű módszere Öntéssel olyan darabok is

előállíthatók, amelyeket forgácsolással, vagy képlékeny alakítással egyáltalában nem, vagy csak nagyon körülményesen lehet elkészíteni Feldolgozhatók a kemény, rideg, vagy magas olvadáspontú ötvözetek is. Az öntvénygyártás egyedi darabok és nagy sorozatok előállítására egyaránt alkalmas technika. Az öntészet rugalmas gyártási eljárás. Egyaránt gyárthatók néhány gramm és több száz tonna súlyú bonyolult alakú öntvények egyedi gyártásban és nagy sorozatban. A különböző gépek alkatrészeinek jelentős része öntöttvas-, acél-, vagy színesfém öntvény. Így például a szerszámgépek súlyának 70 80%-a, egyes járművek súlyának 15 30%-a, a traktorok súlyának 55%-a öntvény. http://www.doksihu Az öntvénygyártás technológiai folyamata röviden a következő. A legyártandó alkatrészt az öntvényt, figyelembe véve az öntészet technológiai adottságait és lehetőségeit, öntésre alkalmas formába

megtervezik. Ennek alapján rendszerint minta segítségével elkészítik a gyártandó öntvény negatív mását, a formát, melybe beöntik a megolvasztott fémet A folyékony fém a forma üregét kitölti, és megdermedve felveszi annak alakját. A megszilárdult öntvényt a formából kiveszik, kikészítik és méreteit, minőségét ellenőrzik Az öntvénygyártás igen fontos művelete az öntvény öntésre alkalmas kivitelben, alakban való megtervezése. A helyes öntvény kialakítás csakis formázás technikájának és az öntött fém tulajdonságainak ismeretében lehetséges. A formákat régi idők óta kvarcalapú formázókeverékből, úgynevezett formahomokból készítik. E mellett elterjedten használják a fémből készült formákat, a kokillákat is 6.1 ÖNTÖTTVASAK TULAJDONSÁGAI Az öntöttvas hűtési sebességétől függően két csoportba osztható: 1. Ha az öntöttvas lassan hűl le, akkor a stabilis Fe-C állapotábra szerint grafit vá-

lik ki. Az ilyen öntöttvasak törete a grafit sötétszürke színe miatt szürke, ezért lassan hűtött öntöttvasakat szürke öntvényeknek nevezzük. 2. A gyorsan hűtött öntöttvas a metastabilis állapotábra szerint kristályosodik. Törete tehát, mivel benne a szén ezüstös színű cementit (Fe3C) alakban van jelen, ezért gyorsan hűtött öntöttvasakat fehér öntöttvasaknak nevezzük. Az öntöttvasban előforduló kísérő elemek (Si, Mn, P, S) valamint az ötvözők (Cr, Ni, Mo, Cu, stb.) grafitképződésre való hatásuk szempontjából két csoportra oszthatók: ∗ Grafitképző elemek: C, Si, Al, P, Cu, Ni, Ti, Co. ∗ Grafitkiválást gátlók, a kifehéredést elősegítő elemek: W, Mn, Mo, Cr, V, S, Mg, Ce. Valamennyi grafitképző elem közül a legnagyobb jelentősége a C-nak és a Si-nak van. Az öntöttvas előírt szövetszerkezete, a grafit képződés mértéke a C és Si mennyiségének változásával valósítható meg. A C és Si

mennyiségének és a lehűlés sebességének hatását az öntöttvas szövetszerkezetére az öntöttvas diagramok mutatják. A legrégebbi öntöttvas diagram Maurertől származik A Maurer diagram (66. ábra) a C és a Si hatását fejezi ki légszáraz homokformába öntött 30 mm átmérőjű rudak szövetszerkezetére. http://www.doksihu 66. ábra Maurer öntöttvas diagram A diagram területei a szövetszerkezet szempontjából a következők: I. A kristályosodás és az átalakulás is a metastabil (karbidos) rendszer szerint megy végbe. A szövetelemek ennek megfelelően ledeburit és perlit II. A kristályosodás a stabilis, az átalakulás a metastabilis rendszer szerint megy végbe. A szövetszerkezetben eutektikus grafit és perlit van III. A kristályosodás is és az átalakulás is a stabilis rendszer szerint megy végbe, a szövetszerkezetben eutektikus és eutektoidos grafit és ferrit van. Az I. szerinti ledeburit-perlites, és a II szerinti

grafit-perlites szövetű öntöttvas, valamint a II szerinti grafit-perlites, és a III szerinti ferrit-grafitos öntöttvas között az átmenet fokozatos. Ezért van a IIa terület, melybe eső öntöttvas részben ledeburitosan, részben grafitosan kristályosodik és perlitesen alakul át A IIb területbe eső öntöttvas grafitosan kristályosodik és részben perlitesen, részben ferrit-grafitosan alakul át A Maurer diagram legnagyobb hibája, hogy a hűtési sebességet nem veszi figyelembe. Technológiai szempontból a Greiner-Klingenstein diagram (67 ábra) jobban használható, mert a képződő szövetelemeket a C + Si és a hűtési sebességgel arányos falvastagság függvényében ábrázolja. A Greiner-Klingenstein diagram területei a Maurer diagram területeivel azonosak. http://www.doksihu 67. ábra Greiner-Klingenstein féle öntöttvas diagram Az öntöttvasak öntészeti tulajdonságait az összetétel erősen befolyásolja. Optimális hígfolyóssága, a

legjobb formakitöltő képessége az eutektikumos összetételű vasnak van. Az eutektikus ponttól eltérő összetételű, nagy hőmérséklet közben dermedő öntöttvasak dendrites kristályosodásra hajlamosak, és ezért a hígfolyósságuk is rosszabb. A szürke öntöttvas zsugorodása sokkal kisebb, mivel a grafit kiválást térfogat növekedés kíséri Zsugorodása 0,5 1,2%, a fehér öntöttvasé pedig, 1,5 2,0%. A kisebb zsugorodási tényező azt jelenti, hogy dermedéskor kisebb szívódási üregek keletkeznek, a szürkeöntvényhez tehát kisebb felöntésekre van csak szükség, így az anyag kihozatala jobb. A fehér öntöttvas kemény, rideg, könnyen törik, nem forgácsolható, így a szerkezetekben, ahol bizonyos mértékű szívósság is követelmény, néhány kivételtől eltekintve nem használják. Törekednek arra, hogy csak az öntvény felülete, kérge legyen fehér töretű, magja pedig szürke. Az ilyen öntvényeket kéregöntvényeknek

nevezzük Az öntöttvasak tulajdonságait befolyásoló tényezők 6.11 Az öntöttvas tulajdonságát nagyban befolyásolja, hogy milyen formában jelenik meg a C-tartalom. Ennek alapján a következő a csoportosítás a megjelenés szövetszerkezete szerint: ∗ cementit (fehér öntöttvas) ∗ grafit (szürke öntöttvas) A fehér öntöttvas tulajdonságait, és felhasználási lehetőségeit az előzőekben már tárgyaltuk. http://www.doksihu 6.111 Szürke öntöttvasak A szürkeöntvény szövetszerkezete az acél szövetszerkezetétől csak annyiban tér el, hogy a perlit mellett grafitot is tartalmaz. A grafit mennyisége az öntöttvasban 2 3 súly %. A grafit lehetséges eloszlását és alakját a 68. ábra szemlélteti A grafit szilárdsága 120 N/mm2 A grafit azonban nemcsak térfogatával arányos százalékban csökkenti az öntöttvas szilárdságát, hanem a grafitlemezkék mint bemetszések ridegítik az alapszövetet. A szürke öntött vas

szívóssága a grafit jelenléte miatt kicsi, nyúlás nélkül, ridegen törik. Szakítószilárdsága: 150-300 N/mm2. 68. ábra A grafit eloszlása és alakja a szürke öntöttvasakban A grafit jelenléte azonban több olyan értékes tulajdonságot biztosít a szürke öntvényeknek, amelyek szerkezeti anyagként való felhasználásakor előnyt jelentenek. Ilyen tulajdonságok a következők: ∗ Igen jó rezgéscsillapító képesség. A szürke öntöttvas egyike a legjobb rezgéscsil- lapító anyagoknak. A rezgéseket az alapanyagba ágyazott grafit lemezek veszik fel Ezért szerszámgépállványok, motorok alkatrészéül kiválóan felhasználhatók. ∗ Nagy nyomószilárdság. Nyomó igénybevétel esetén az öntöttvas jól megfelel a terhelésnek. ∗ Jó kopásállóság. A grafit kenőanyag tároló hatást fejt ki A kopásállóság szem- pontjából a perlites anyag a legmegfelelőbb. A foszfid eutektikum jelenléte a kopásállóságot fokozza. Ennek

következtében a szürke öntöttvas igen alkalmas kopásnak kitett részek, csapágyak, hengerperselyek, féktuskók, stb gyártására ∗ Forgácsolással jól megmunkálható. A használatos öntöttvas minőségeket a Magyar Szabvány Öv betűkkel és a szakítószilárdság legkisebb értékére utaló számpárral jelöli. A lemezgrafitos vasöntvények (MSz 8280 – 66) és a gömbgrafitos vasöntvények (MSz 8277 – 68) fontosabb adatait az 5. táblázat tartalmazza http://www.doksihu 5. táblázat Lemezgrafitos öntvények Öv. 10 Szakítószilárdság Rm (N/mm2) legalább 100 Keménység HB legfeljebb Öv. 15 150 212 Öv. 20 200 225 Öv. 25 250 245 Öv. 30 290 260 Öv. 35 340 277 Öv. 40 400 292 Anyagminőség jele Az öntöttvas szilárdsága növelhető a perlit mennyiségének növelésével. A tisztán perlites alapszövetű öntöttvasak szilárdsága a legnagyobb Az öntöttvas szövetszerkezetének szabályozására legegyszerűbb

módszer a C- és Si-tartalom megfelelő beállítása. Az öntöttvasak szilárdsági tulajdonságainak javítása elsősorban a grafit alakjának, méreteinek, eloszlásának és mennyiségének szabályozásával lehetséges. Az ipari gyakorlatban használatos módszerek a következők: ∗ A folyékony vas túlhevítése kb. 100°C-kal A grafit finomabb, apróbb lesz ∗ Modifikálás, művelete abból áll, hogy a folyékony öntöttvashoz csapolás után FeSi-ot és CaSi-ot adagolnak az üstbe. Az elérhető szakítószilárdság 300-380 N/mm2 6.112 Gömbgrafitos öntöttvasak Nagyobb szilárdság, és főleg nagyobb nyúlás érhető el a grafit alakjának megvál- tozásával. Ha a folyékony öntöttvashoz az öntés előtt néhány tized százalék magnéziumot, vagy céziumot adagolunk, akkor a grafit gömb, vagy ahhoz hasonló alakban kristályosodik (69. ábra) Az ilyen öntöttvasat gömbgrafitos öntöttvasnak nevezzük http://www.doksihu 69. ábra A

gömbgrafit és átmeneti alakjai A gömbgrafitos öntöttvas szilárdsági tulajdonságai a szürke öntöttvasét lényegesen felülmúlják. Szilárdsága 400 600 N/mm2, nyúlása 2 10%, ütőmunkája 30 100 mN/cm2. Szilárdsági tulajdonságai nemesítéssel (edzéssel és megeresztéssel), még tovább javíthatók. A gömbgrafitos öntöttvasak szilárdsági tulajdonságai a 6 táblázatban találhatók http://www.doksihu 6. táblázat Gömbgrafitos vasöntvények Minőségi csoport 1 2 Göv. 38 Szakítószilárdság Rm (N/mm2) 370 Kéttizedes határ R0,2 (N/mm2) 250 17 Fajlagos ütőmunka KCU 30 (mN/cm2) Göv. 40 390 270 12 140-200 Göv. 45 440 320 51 150-220 Göv. 50 490 370 3 180-260 Göv. 60 590 310 2 200-280 Göv. 70 690 450 2 220-300 Göv. 38Ü 370 250 17 60 140-170 Göv. 40Ü 390 270 12 40 140-200 Göv. 45Ü 440 370 5 30 160-220 Göv. 50Ü 490 370 3 20 180-260 Göv. 60Ü 590 410 2 20 200-280

Göv. 70Ü 690 460 2 20 220-300 AnyagMinőség Jele Nyúlás A5 % Brinellkeménység HB 140-170 A gömbgrafitos öntöttvas folyási határa kedvezően nagy (szénacélok Re0,2 = (0,5 0,6)Rm, gömbgrafitos öntöttvasaké Re0,2 = (0,7 0,8)Rm ), kopásállósága igen jó, jól önthető. Zsugorodása nagyobb, mint a szürke öntöttvasaké, ezért a szívódási üregek is nagyobbak A gömbgrafitos öntöttvas 20 30%-kal drágább, mint a szürkeöntvény. Az iparilag fejlett országokban a gömbgrafitos öntvény mennyisége az összes öntöttvas- és acélöntvény termelés 5 . 6%-át is eléri, hazánkban ez az érték alig 0,5% Kiválóan alkalmazható belső nyomásra igénybevett öntvények (szelepházak), nagy folyáshatárú és némileg szívós géprészek kopásnak kitett gépalkatrészek (fogaskerekek, kapcsolók, csapágyak, perselyek, stb.) ismétlődő igénybevételnek kitett alkatrészek (forgattyús tengelyek) készítésére. 6.113 Kéregöntvények

Kéregöntvényeknek nevezzük azokat a vasöntvényeket, melyeknek egy meghatáro- zott felületén fehéren kristályosodott kéreg van, a magja pedig szürke. A kéreg és mag közötti átmeneti rész szövetszerkezete ledeburit, perlit és grafit. http://www.doksihu A perlit ledeburitos kéreg igen kemény (HB 500), ez a felületnek igen nagy kopásállóságot, a szürke mag pedig az öntvénynek megfelelő szívósságot biztosít. Kéregöntvényre akkor van szükség, amikor kopásálló felületet kell biztosítani. Meghatározott összetételnél az öntöttvas kristályosodásának (karbidos, vagy grafitos) lefolyása a lehűlési sebesség függvénye, ezért a kéregöntvény előállításánál a felületen gyors, a magrészben pedig lassú hűtést kell biztosítani. Ezt úgy érjük el, hogy az öntvény gyorsan hűtendő felületeit jó hővezető anyaggal, például fémformával, hűtővassal határoljuk. A hőhatást az öntési hőmérséklet, a hűtővas

vastagsága és hőmérséklete befolyásolja. A kéregöntvény minőségét a kéregvastagság és kéregkeménység dönti el. A kéreg keménység elsősorban a C-tartalomtól függ, de Ni, Cr, P ötvözéssel növelhető. A hasznos kéregvastagság tájékoztató értéke a falvastagság, vagy sugár nagyságának 20%-a. A kéregöntvényeket igen sok területen használják. Így például a vasúti vagonkerekek, gumi- és a műanyag malomipari hengerek, törőpofák, rostélyok, őrlőlapok, stb A kéregöntvényeket felhasználásuk szerint szabványosították: az MSz 8279 – 68 a kéregöntvények általános műszaki előírásait tartalmazza. 6.114 Temperöntvények A fehér töretű öntvényből hőkezeléssel (temperálással), állítják elő a temperönt- vényeket. A temperálás alapja, hogy a Fe3C 700°C-nál magasabb hőmérsékleten Fe3C 3 Fe + C egyenlet szerint felbomlik. A temperöntvényeknek két fajtája használatos: 1. Fekete temperöntvény

Gyártásakor a fehér töretű öntvényeket nem oxidáló, semleges közegben (például kvarchomokba) ágyazva 870 940°C-on 12-48 óráig izzítják. A temperálás folyamata három szakaszra bontható: A grafitképződés első szakaszában 870 940°C-on a cementit oldása során Fe-C egyensúlyi diagram ES vonalának megfelelően telített γ szilárd oldat képződik, és megkezdődik az eutektikus karbidok bomlása, az Fe3C 3 Fe + temperszén egyenlet szerint. Az egyensúlyi állapot elérésekor a szövetszerkezet ausztenit és grafit Ezen a hőmérsékleten további hőntartással az öntvény szövetszerkezete már nem változtatható. További grafit kiválás, a második szakaszban a hőmérséklet csökkenésével, lassú lehűlés közben történik, amikor az E’S’ vonal mentén az ausztenitből ismét grafit válik ki. http://www.doksihu A harmadik szakasz az ausztenit perlites átalakulása. Az ilyen öntvények szövetszerkezete perlites alapba ágyazott

gömbszerű grafitból, úgynevezett temperszénből áll A grafit a töretet szürkévé teszi, ezért az ilyen öntvényeket perlites fekete temperöntvényeknek nevezzük. 1. Fehér temperöntvény Gyártása abban különbözik a fekete temperöntvénygyártásától, hogy az izzítást oxi- dáló közegbe (vasércbe, vagy revébe) csomagolva 950 1050°C-on végzik. Az izzítás ideje az öntvény falvastagsága és C-tartalma szerint 40-48 óra Az oxidáló atmoszféra hatására a C a felületen oxidálódik, és így a felület elszéntelenedik (dekarbonizálódik). A felület és a belső részek között koncentráció különbség lép fel, ezért a C diffúzióval a felület felé halad, ahol ismételten oxidálódik. Így a C az öntvényből bizonyos falvastagságig eltávozik A temperöntvényeket az MSz 8282 – 66 szabvány tartalmazza. A szabvány a temperöntvényeket a következőképpen csoportosítja: ∗ Fehér tempervas Tö 35, Tö 40 Az anyagminőség

jelében a kétjegyű szám a 12 mm átmérőjű próbatest szakítószilárdságát jelenti. ∗ Fekete tempervas Töfk 30-06 Az anyagminőség jelében a Tö a temperöntvényt, az fk a ferrites alapszövetet, az első kétjegyű szám a legkisebb szakítószilárdságot, a második kétjegyű szám a legkisebb nyúlást jelenti. ∗ Perlites tempervas Töp 45, Töp 70 Az anyagminőség jelében a p perlites alapszövetet, a kétjegyű szám a legkisebb szakítószilárdságot jelent. Kedvezőek a temperöntvények kopásállósági és siklási tulajdonságai is, ezért csúszó alkatrészek, csapágyak készítésére használják. 6.115 Különleges öntöttvasak Az öntöttvas szilárdságát az ötvözők lényegesen nem növelik, ellenben hőállóságát, és korrózióállóságát egyes ötvözők jelentősen javítják. Hőállóságát az Al, Cr és Si növeli A 20 24% Al-al ötvözött öntöttvas kiváló hőállósága következtében kemence kazánajtók

készítésére használhatók. Korrózióállóságát a Ni, Cr és Cu növeli http://www.doksihu ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Milyen összetételű anyagok felelnek meg öntészeti célra? 2. Milyen technológiai lépésekből áll az öntészet? 3. Hogyan csoportosítjuk az öntöttvasban előforduló kísérő elemeket? 4. Milyen szövetszerkezeteket ábrázol a Maurer öntöttvas diagram? 5. Miért használható jobban a Greiner-Klingenstein diagram? 6. Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek a szürke öntvények? 7. Milyen tulajdonságai vannak a gömbgrafitos öntöttvasaknak? 8. Milyen folyamatot nevezünk temperálásnak? 9. Hány szakaszból áll a fekete temperöntvény temperálása, és melyek azok? 10. Miben különbözik a fehér temperöntvénygyártása a fekete temperöntvényétől? http://www.doksihu http://www.doksihu 7. 7.1 KÖNNYŰFÉMEK, SZÍNESFÉMEK, ÉS AZOK ÖTVÖZETEIK ALUMÍNIUM ÉS ÖTVÖZETEI Az alumínium és ötvözetei egyre inkább a

legfontosabb szerkezeti anyagok egyike. Felhasználása rendkívül széleskörű, különösen jelentős a közlekedési eszközök gyártásában. Ezt indokolja kis fajsúlya és kedvező mechanikai, kémiai és villamos tulajdonságai. Felületen középpontos köbös rácsrendszerben kristályosodik, így kiválóan alakítható. 7.11 Az alumínium előállítása A földkéregben rendelkezésre álló mennyiséget tekintve az alumínium 17,5%, meg- előzi a vasat (5%). Ipari méretekben gazdaságosan Paul Héroult (Franciaország) 1886-ban szabadalmaztatta alumínium előállító eljárását. A mai alumíniumgyártás is ennek megfelelően történik. Az alumíniumot vegyületeiben a többi elemhez igen erős kémiai kötés fűzi Ez a magyarázata, hogy egyszerű redukcióval nem állítható elő. Az alumínium ipari előállítását ezért a kémia kifejlődésének kellett megelőzni. Az alumínium előállítása ércéből a bauxitból két lépésben történik: a.) A

bauxitból először tiszta timföldet (Al2O3) állítanak elő b.) A timföldet kriolittal (Na3AlF6) keverve tűzfolyékony elektrolízissel állítják elő a fém alumíniumot 7.111 A timföld előállítása Az alumínumoxidot tartalmazó anyagok közül az alumíniumkohászat szempontjából a bauxit jelentős. A bauxit bonyolult ércféleség, mely nagyobb részt alumíniumhidroxidot (Al2O3. H2O) tartalmaz, de mellette megtalálható még Fe2O3, SiO2, TiO2 és kisebb mennyiségekben V, Cr, Mn és P oxidok. Színe legtöbbször vörös árnyalatú, de lehet sárgás, vagy szürkés, esetleg zöldes. A Bayer eljárás szerint a kellőképpen kiszárított, előtört, lisztfinomságú bauxitot NaOH (nátriumhidroxid) vizes oldatával keverik. Az iszapszerű elegyet nagyméretű, gőzzel fűtött autoklávban 180-200°C hőmérsékleten főzik. Ez a feltárás folyamata, amikor a forró lúg nagy nyomáson a bauxit alumíniumoxidját nátriumalumináttá (NaAlO2) oldja fel. A

lúgban az alumíniumoxiddal együtt csak az SiO2 oldódik fel, ezért káros, mert lúgot fogyaszt. A többi alkotó a feltárásnál, mint oldhatatlan iszap a folyadékban lebeg Az autok- http://www.doksihu lávból kikerülő oldatot hígítják, majd ülepítőkben az iszapot leülepítik, szűrőpréseken az öszszes oldhatatlan részt leválasztják vörösiszap formájában. A tiszta nátriumaluminát oldatot 90 95°C-ról 60 70°C-ra hűtik és kikeverő tartályba vezetik. A kikeverő tartályban levő oldatot keverik és oltóanyagként alumíniumhidroxidot (timföld-hidrát) adagolnak hozzá Az oldatban levő alumínium teljes egészében kiválik alumíniumhidroxid csapadék formájában és visszamarad a nátronlúg. Az elválasztást vákuumszűrővel végzik. Az alumíniumhidroxidot kiizzításra lassan forgó kalcináló kemencékbe viszik, ahol 1200°C hőmérsékleten elveszti nedvességét és timfölddé (Al2O3-má) ég ki. 7.112 A fém alumínium

előállítása, tulajdonságai Az alumíniumot a timföldből elektrolitikus úton tűz folyó elektrolitból nyerik. A tiszta timföld olvadáspontja 2045°C. Az olvadáspont csökkentésére a timföldet olvasztott kriolitban oldják fel, aminek következtében a fürdő hőmérséklete 900 1000°C-ra mérsékelhető. A kriolitban oldott timföld mennyisége 6-8% Az elektrolit fajsúlya a fém alumínium fajsúlyánál kisebb. Az egyenáram hatására a fém alumínium a katódnál gyűlik össze Az elektrolízisre vaslemezből készült, széntéglával falazott, vagy döngölőmasszával kidöngölt kádat használnak. A 4-6 V feszültségű 35-60 ezer A erősségű áramot áramvezető síneken vezetik (70. ábra) 70. ábra A fém alumíniumot elektrolizáló kád http://www.doksihu Az áramforrás pozitív pólusát (anód) az elektrolitba nyúló szénelektródához, negatív pólusát (katód) a kád fenekének szénbéléséhez kötik. Az elektrolízis folyamán

képződő fém alumínium a kád alján gyűlik össze, az oxigén pedig az anód szenével elég és eltávozik. A csapolt alumínium tisztasága 98 99,5%, melyet homogenizáló kemencékben egyneműsítenek és folyamatos, vagy félfolyamatos öntéssel tuskóvá öntenek. Az alumínium előállítása a szükséges nagymennyiségű elektromos energia miatt nagyon költséges. Az alumínium olvadáspontja 660°C. Igen jó hő- és villamosvezető, képlékenyen, hidegen és melegen jól alakítható A korróziónak jól ellenáll, mert felületén összefüggő, tömör, jól tapadó oxidréteg alakul ki A timföld elektrolízisével előállított műszaki tisztaságú alumínium 99,0 99,9% Al- tartalmú. A szabványos jelölésben (Al 99,85 Al 99) az Al alumíniumot, az ezután következő szám pedig az alumínium tartalmat jelenti A szennyező elemek (Fe, Si, Cu, Zn, Ti) mennyisége az alumínium tulajdonságait jelentősen befolyásolják. Ezek leglényegesebb hatása, hogy

a hő- és villamos vezetőképességet csökkentik, befolyásolják a mechanikai tulajdonságokat. Mennyiségük növelésével Rm nő, a nyúlása pedig csökken. A műszaki tisztaságú alumínium mechanikai mérőszámai (lágy állapotban) a következők: Rm = 40 100 N/mm2 A5 = 30 35% HB = 18 22 (Brinell keménység) A műszaki tisztaságú alumínium adja az alumíniumtermelés döntő többségét, mely alapanyaga a technikai ötvözetek nagy részének. Különleges kohászati eljárással állítják elő a műszaki tisztaságú alumíniumból a nagytisztaságú alumíniumot, (99,9 99,995%) az Al tartalma. Előállítása költséges, ezért csak a nagytisztaságú ötvözeteket használják alapanyagként, vagy színállapotba ritkán, főleg jobb villamos vezetőképessége és korrózióval szembeni ellenálló képessége, valamint kitűnő fényesíthetősége miatt villamos-, vegyi- és műszeripari gyártmányokhoz. A legtisztább szabványosított Al minőség a

különleges tisztaságú Al 99,999 alumínium. Az eddig előállított legnagyobb tisztaságú alumínium 99,99999% alumínium tartalmú Ezt a fémet különleges módszerekkel, igen kis mennyiségben állítják elő. Speciális területe- http://www.doksihu ken használják fel, például félvezetők, híradástechnika, űrrakéták irányító- és vezérlő berendezései. A színalumínium legnagyobb felhasználója az élelmiszeripar és a villamosipar. Az alumínium kedvezőtlen tulajdonságai miatt szerkezeti anyagként nem használatos, csak az ötvözetei. 7.12 Az alumínium ötvözetei Az alumínium ára kb. háromszorosa az acél árának, ezért az acéllal csak olyan terüle- teken veheti fel a versenyt, ahol különleges tulajdonságokra van szükség (korrózióállóság, hőés villamosvezető, stb.) Ha az alumínium szilárdságát megnöveljük, előnyösen használható, kis fajsúlyú szerkezeti anyagot kapunk. Erre több lehetőség van: ∗ ötvözés

szilárd oldatot alkotó elemmel ∗ hidegalakítás ∗ ötvözés és hidegalakítás ∗ ötvözés és nemesítő hőkezelés ∗ ötvözés, homogenizáló izzítás és gyors lehűtés, hidegalakítás és öregbítés ∗ ötvözés, nemesítő hőkezelés és hidegalakítás. A gyakorlatban alkalmazott alumíniumötvözetek nagyon sokfélék. Az alumíniumötvözetek többsége az alumínium és öt leggyakoribb fém két- vagy többalkotós ötvözete Az ötvözőelemek három csoportba sorolhatók: Főötvözők: Si, Cu, Zn, Mn. Ezek javítják a szilárdsági tulajdonságokat, viszonylag nagy mennyiségben ötvöznek. Másodrendű ötvözők: Ni, Co, Cr és Fe. Viszonylag kis mennyiségben ötvöznek a szilárdsági tulajdonságokat kis mértékben befolyásolják. A Ni a melegszilárdságot, a Cr és Fe a forgácsolhatóságot javítja. Minőségjavító ötvözők: Ti, Ce, Na. Ezek az ötvözők önmagukban nem változtatják meg a tulajdonságokat, de

erősítik a főötvözők hatásait. http://www.doksihu 7. táblázat Öntészeti ötvözet Nem nemesíthető Nemesíthető Alakítható ötvözetek Nem nemesíthető Korrózióálló Al – Si – Mg Al – Si – Cu Jó vill. és hővezető Nemesíthető Nagyszilárdságú Al – Mn Al – Si Al - Mg Al – Mg – Si Al – Cu Al – Cu – Ni Al – Zn – Si Al – Zn – Mg Al – Mg Al – Mg – Si Al – Mg – Zn Al – Mg – Li Al – Mg –Si Al –Mg – Li Al – Mg –Si Al – Cu –Mg Al –Zn – Mg Al –Zn –Mg–Cu Az alumínium ötvözet típusokat és azok legfontosabb ötvözőit a 7. táblázatban foglaltuk össze Az alumínium ötvözeteket a feldolgozás módja szerint két csoportba osztjuk: ∗ öntészeti ∗ alakítható ötvözetek. Az öntészeti ötvözetek közé azok az ötvözetek tartoznak, melyek képlékenyen nem, vagy csak igen kis mértékben alakíthatók, de jól önthetők. Az alakítható ötvözeteket képlékeny

alakítással (hengerlés, sajtolás), hideg- vagy meleg állapotban dolgozzák fel Ötvöző fémtartalmuk kisebb, általában szilárd oldatú, szövetszerkezetűek. 7.121 Öntészeti alumíniumötvözetek (MSz 2679) Az öntészeti alumíniumötvözeteket négy csoportba osztjuk: 1. ö AlSi ötvözetek, 2. ö AlMg ötvözetek, 3. réztartalmú ötvözetek, 4. cinktartalmú ötvözetek 1. öAlSi ötvözetek, sziluminok. A sziluminok az eutektikumos összetételhez közelálló ötvözetek. Olvadáspontjuk alacsony, egy fokon vagy kis hőfokhatárok között dermednek meg, így zsugorodási tényezőjük is kicsi, (0,5 1,15%) és jól kitöltik a formát A belőlük készült öntvények tömörek, korrózióállóak, de rosszul forgácsolhatók. Szakítószilárdságuk homokformában öntve 165 220, kokillában pedig 200 260 N/mm2 Az öntött http://www.doksihu szilumin durva szemű. Dermedéskor a szilícium durva szemcsék alakjában kristályosodik, amit nemesítéssel

lehet finomítani. öAlMg ötvözetek. Fő jellemzőjük a korrózióval szemben kiváló ellenálló ké- 2. pességük. Olyan öntvények készítésére használják, melyek az időjárás viszontagságainak illetve egyéb behatásoknak vannak kitéve, például épület-, jármű-, hajóalkatrészek, stb 3. öAlCu ötvözetek. Ezek az ötvözetek 2 8% Cu-tartalmúak Ha 4% körüli a réz és 0,4% a magnézium tartalom, valamint kevés szemcsefinomítóval ötvözve nagy szilárdságot és jó nyúlást lehet elérni. Az ötvözet hátránya a gyenge formakitöltő képesség Ebbe a csoportba tartoznak még az úgynevezett “Y” ötvözetek is (3% Cu, 2% Ni, 1,5% Mg), amelyeknek melegszilárdsága különösen nagy és jól önthetők. Diesel motorok dugattyúi, hengerfejei készülnek belőle. öAlZn ötvözetek. Szilárdságuk közepes, jól önthetők, porozitásra nem haj- 4. lamosak. Bonyolult alakú öntvények gyárthatók belőlük Korrózió-, de nem hőálló

ötvözetek Mg-al ötvözve kb. 410 N/mm2 szakítószilárdságúra nemesíthető, hegesztett szerkezetekben jól használható. Dugattyúötvözetek. Az öntészeti alumínium ötvözetek különleges csoportja A fő ötvözők szerint megkülönböztetünk: ∗ Si – tartalmú ∗ Cu – tartalmú dugattyúötvözeteket. A leggyakrabban használatos dugattyúötvözetek összetételét és tájékoztatási jellemzőit a 8. táblázat tartalmazza 8. táblázat Az öntvény neve Összetétel % Szennyeződés % max. Ötvöző/ Duszil Szennyező Si 11,5-13,0 Cu 0,8-1,2 Mg 0,8-1,2 Ni 0,8-1,2 Al maradék Fe Együtt össz. Ti 0,6-0,8 Mn ebből 0,15 Zn (Fe max.0,6; Si Ti max.0,15-0,5) Duréni Duréz 3,5-4,5 1,3-1,7 1,8-2,2 maradék 1,8-2,2 8-10 0,2-0,35 0,2-0,5 maradék 0,6 0,1 0,2 Együtt 1,2 http://www.doksihu Szállítási állapot HB Hőkezeléssel 130mm átmérőig Hőkezeléssel Hőkezeléssel 85-100 90-120 100-130 hőkezelve 130 mm átmérő felett 7.122

Alakítható alumínium ötvözetek (MSz 2679) Ezeket az ötvözeteket hengerléssel, sajtolással, húzással, kovácsolással és süllyeszté- kes kovácsolással dolgozzák fel alakos gyártmányokká. Az alakítás célja az alakadáson túlmenően a mechanikai tulajdonságok javítása A gyakorlatban használatos fontosabb alakítható ötvözetek öt csoportba sorolhatók. Mn-al ötvözött alakítható ötvözetek. Jellemző tulajdonságuk a kitűnő korrózióállóság, a jó képlékenység és a hegeszthetőség. Leginkább az 1 1,5% Mn-tartalmú ötvözetek terjedtek el. Viszonylag kis szilárdságú ötvözetek (Rm ≈ 200 N/mm2) A szilárdság képlékeny alakítással növelhető Ott használják fel, ahol az alakíthatóság, a jó hegeszthetőség és a korrózióállóság a követelmény 1. Mg-al ötvözött alakítható ötvözetek Leginkább a 2-, 5- és 7% Mg-tartalmúakat használják. A magnézium 7%-ig növeli a szakítószilárdságot, felette erősen

csökkenti a nyúlást. Az 1 3% magnézium tartalmú ötvözetek jól alakíthatók, jól hegeszthetők, korrózióállóságukat nedves levegőn és tengervízben is megtartják Vasúti kocsik, autóbuszok belső elválasztó falai, dísztárgyak készítésére alkalmas. A 4 6% Mg-tartalmúak már nagyobb szilárdságúak, és jól forgácsolhatók. 2. AlMgSi alakítható ötvözetek Összetétel: Mg = 0,3 1,5%, Si = 0,3 1,5%, hőkezelve Mg2Si kiválása keménység növekedést eredményez. Nagy szilárdságú, jó korrózióállóságú mivel nem tartalmaz nehéz fémet, rezet. Jól alkalmazhatók teherviselő szerkezetek, jármű felépítmények, háztartási gázpalackok, sörös hordók, stb. előállítására 3. AlCuMg alakítható ötvözetek Legrégibb és legelterjedtebb csoportját a dúralumíniumok alkotják, kb 2,5 5% Cu-t, 0,4 2,8 Mg-t tartalmaznak A dúralumíniumok nemesíthető, természetesen öregedő ötvözet típus. Öregedése szobahőmérsékleten is

végbemegy http://www.doksihu A dúralumíniumok jellegzetessége, hogy az oldóedzés után, az öregítés előtt hideg állapotban jól alakíthatók. A Ni főleg a melegszilárdságot növeli. AlCuMgNi ötvözetek 150°C-ig is megtartják szilárdságukat, ezért dugattyúk, kompresszor lapátok készítésére alkalmasak 5. Horgannyal ötvözött alakító ötvözetek, a legnagyobb szilárdságúak. Az AlZnMgCu ötvözetek szakítószilárdsága eléri a 600 700 N/mm2, és nem ridegek. 7.2 MAGNÉZIUM ÉS ÖTVÖZETEI (MSZ 817) A magnézium a legkönnyebb iparilag használatos fém. Fajsúlya 1,66 · 10-2 N/m3, ol- vadáspontja 650°C. A 99,9% tisztaságú öntött magnézium szakítószilárdsága 100 120 N/mm2, nyúlása 2 3%. Melegalakítás után szakítószilárdsága mintegy 180 N/mm2, nyúlása 5% Kristályszerkezete szobahőmérsékleten hexagonális, ezért hidegen rosszul alakítható 450°C körül átkristályosodik, ezért melegen már alakítható. Oxigén

iránti affinitása igen nagy. A felületén képződött oxidhártya nem tömör, ezért nedves atmoszférában gyorsan korrodálódik. Villamos és hővezető képessége jó, de gyengébb, mint az alumíniumé Szerkezeti anyagként ötvözetlen magnézium, elsősorban gyenge korrózióállósága, és kis szilárdsága miatt nem használható fel, illetve rövid élettartamú gépekben alkalmazható. Az ötvözéssel és hőkezeléssel a Mg ötvözetek szakítószilárdsága 250 350 N/mm2re növelhető. A magnézium fő ötvözői: alumínium, horgany, mangán, titán. A cirkóniumot és cériumot elsősorban nemesítő, szemcsefinomító ötvözőként adagolják A feldolgozás módja szerint megkülönböztetünk, öntészeti és alakítható magnézium ötvözeteket. Az öntészeti és alakítható ötvözetek összetétele nem különbözik lényegesen. Az alakítható ötvözetek nagyobb szilárdsága a finomabb, egyenletesebb szövetszerkezettel magyarázható Az

alumíniumötvözés növeli a magnézium szilárdságát és képlékenységét. A mangánötvözés pedig a korrózióállóságot javítja A 6%-nál több alumíniumot tartalmazó ötvözeteket nemesített állapotban célszerű felhasználni. A MgAl ötvözeteket csövek, rudak, kovácsolt darabok előállítására használják. http://www.doksihu Az öntészeti ötvözetek közül az MgAlZn típusúakat repülőgépek, repülőgépmotorok, műszerek, fényképezőgép vázak, stb. készítésére használják A MgMn ötvözeteket pedig olyan alkatrészek készítésére használják, ahol követelmény a tömörség, korrózióállóság és a hegeszthetőség. A Zr-al és földfémekkel ötvözött magnézium kb. 300°C-ig terhelhető Szakítószilárdsága még 300°C-on is mintegy 100 N/mm2 7.3 TITÁN ÉS ÖTVÖZETEI A titán ezüstfehér színű fém, fajsúlya 4,41·10-2 N/m3, olvadáspontja 1670°C. A titán 882°C-nál kisebb hőmérsékleten hexagonális térrácsú

(α –titán), ennél nagyobb hőmérsékleten pedig térközepes köbös rácsú (ß–titán). A titán szakítószilárdsága a tisztaságától függően 400 600 N/mm2. Az interstíciósan oldott O2, N2, H2, ridegíti a titánt és lerontja mechanikai tulajdonságait. A titán a lágyacélnál nagyobb szilárdságú, képlékeny fém. Szilárdsági tulajdonságai sem fagypont alatt, sem nagy hőmérsékleten nem változnak lényegesen. Korróziós tulajdonságai is kiválóak. Korrózióállósága megközelíti, sőt meghaladja egyes közegekben az ausztenites korrózióálló acélok ellenálló képességét is. A felületén képződő jól tapadó oxidhártya kb 400°C-ig megvédi a gázkorrózióval szemben, 400°C felett azonban rohamosan oxidálódik. Az ötvözés növeli a titán szilárdságát és egyes ötvözők hatására a titán hőkezelhetővé válik. Az ötvözőket az α – β átalakulásra kifejtett hatásuk alapján három főcsoportba soroljuk: 1. α

– β átalakulás hőmérsékletét növelik: Al, O2, N2, H2 2. α – β átalakulás hőfokát nem befolyásolják: Sn, Zr 3. α – β átalakulás hőmérsékletét csökkentik, a ß ódosulatot stabilizálják: Cr, Mn, Fe, Mo, V, Nb. A titán, argon védőgázban jól hegeszthető. Hidegalakítással keményíthető, de nehezen forgácsolható. A titán fém könnyű, korróziós és mechanikai tulajdonságai kiválóak, megközelítik a nemesített acélokét A nagy szilárdság, képlékenység mellett kicsi a fajsúlyuk, kiváló a korrózió- és hőállóságuk és nagy a melegszilárdságuk. Áruk drága és ezért ma még csak a kémiai, a repülő- és rakétaiparban használják. http://www.doksihu 7.4 7.41 RÉZ ÉS ÖTVÖZETEI A réz előállítása, tulajdonságai A réz a legrégibb idők óta ismert fémek közé tartozik. Előállítása érceiből történik úgynevezett aknás kemencében, szénnel redukálják. A kohóréz tartalmaz 0,5 1%-os

menynyiségben szennyező fémeket, ezek Bi, As, Pb, Sb, Zn, S, Ni, Au és Ag A kohórezet tűzi úton, illetve elektrolízissel finomítják. Az elektrolízissel finomított réz 99,90 99,99%-os tisztaságú. A réz kitűnő hő- és villamos vezető, korrózióállósága kiváló Szakítószilárdsága hengerelt állapotban Rm = 150 200 N/mm2, nyúlása A = 40 60%. A réz, lapon középpontos, köbös rácsú fém, igen jól alakítható Hidegalakítással szilárdsága 400 500 N/mm2-re növelhető A képlékeny alakítás és a szennyezők 5 10%-kal rontják a villamos vezetőképességét. A réz szennyezői között különleges helyet foglal el az oxigén. A folyékony réz minden arányban oldja a rézoxidot, ellenben szilárd állapotban a Cu és Cu2O nem oldják egymást, hanem 1064°C-on dermedő eutektikumot alkotnak. A Cu-Cu2O eutektikum hálószerűen fogja körül a réz kristályokat. A rézoxid növeli a réz keménységét, de nem kívánatos szennyező, mivel az

úgynevezett hidrogén betegséget okozza. A hidrogén nagyobb hőmérsékleten diffundál a rézbe és a Cu2O oxigénjével vízgőzt képez: Cu2O + H2O 2 Cu + H2O A H2O nem tud kidiffundálni a rézből és megrepeszti azt. A réz jó korrózióálló. Nedves levegőben felületén jól tapadó, a további korróziót fékező „patina” rézkarbonát-rézszulfát réteg keletkezik A színrezet elsősorban a villamosiparban használják. A színrezet – vörösrezet – gyenge technológiai tulajdonságai: rossz önthetőség, forgácsolhatóság és gyenge szilárdsági jellemzői miatt szerkezeti anyagként csak kivételes esetben alkalmazzák. Az ötvözés egyaránt javítja a réz technológiai és mechanikai tulajdonságait 7.42 A réz ötvözetei A réz ötvözeteit két csoportra, sárgarezekre és bronzokra oszthatjuk. A sárgarezek réz és horgany ötvözetei. A sárgarezekben a horganyon, mint fő ötvözőn kívül Al, Ni, Mn, Sn, Pb, stb. is jelen lehetnek A

bronzok a réz egyéb ötvözetei, amelyekben nem horgany a fő ötvöző. A fontosabb bronzok a fő ötvöző alapján ónbronz, krómbronz, szilíciumbronz http://www.doksihu Sárgarezek. Réz-cink ötvözetek A cink jól oldódik a rézben A lapközepes köbös rácsú a szilárd oldatban kb 38% Zn oldódik (71 ábra) Az ennél nagyobb cinktartalmú ötvözetek már α + β’ fázisokból állnak. A β’ fázis rendezett térrácsú kemény elektronvegyület, így rosszul alakítható. 455°C-on átalakul ß –vá, ami rendezetlen rácsú szilárd oldat és így már jól alakítható. A γ fázis szintén elektronvegyület, így rideg. Ez magyarázza, hogy a használatos sárgarezek Zn-tartalma nem emelkedik 50% fölé. 71. ábra A feldolgozás szempontjából megkülönböztetünk Cu – Zn állapotábra, Cu-oldal öntészeti és alakító sárgarezeket. Öntészeti sárgarezek legkedvezőbb mechanikai tulajdonságai 60 illetve 63% réztartalomnál érhetők el. Az

előbbiek alapján megkülönböztetünk 60 és 63-as sárgarezeket A sárgaréz öntvények szakítószilárdsága 150 200 N/mm2, nyúlása pedig 8 15% Felhasználási területük: gáz – vízvezeték öntvények, villamosipari berendezések, stb. Alakítható sárgarezek 58 90% rezet tartalmaznak. A homogén a sárgarezek jól alakíthatók hidegen. Az α + β’ fázisú 58 60% réztartalmú sárgarezek melegen alakíthatók jól. Amennyiben horgannyal is ötvözzük, csökken a szakítószilárdsága és nyúlása A különleges sárgarezek 7 8%-ban egyéb (Ni, Al, Mn, Sn, Fe, Pb, stb.) ötvözőket is tartalmaznak. A másodlagos ötvözők növelik a szilárdságot és a korrózióállóságot, különösen az Sn, Ni és az Al javítja a korrózióállóságot. Az alakítható sárgaréz félgyártmányokat hengerléssel, sajtolással, kovácsolással és hidegalakítással gyártják. Felhasználási területük: gáz-vízvezeték szerelvények, villamosipari alkatrészek,

hajó alkatrészek stb. Bronzok. Ónbronzok, kb 5 000 év óta ismert ötvözetek A réz – ón állapotábra szerint a lapközepes köbös térrácsú, hidegen is jól alakítható a fázis kb. 6% óntartalomig terjed a 72 ábra alapján A 6%-nál nagyobb óntartalmú ötvözetek már kétfázisúak. Aδ fázis kemény, rideg elektronvegyület (Cu 32Sn8), amely az ötvözetet ridegíti. A δ fázis nagyobb hőmérsékleten szilárd oldattá alakul át, ezért melegen a nagyobb óntartalmú bronzok is alakíthatók. http://www.doksihu 72. ábra Cu – Sn állapotábra, Cu felöli oldala 73. ábra Bronzok szilárdsági és nyúlási jellemzői az Sn-tartalom függvényében A réz – ón ötvözetek mechanikai tulajdonságainak változását az óntartalom függvényében a 73. ábra mutatja Az iparban a 2, 4, 6 és 8% Sn-tartalmú, alakítható ötvözetek használatosak rúd, lemez, cső, huzal alakban. A 10 12% óntartalmú bronzok az úgynevezett csapágybronzok Az

óntartalom növekedésével a bronz keményedik, ezért a maximális óntartalom 14% A foszforbronzok kb. 1% P-t tartalmaznak szövetük α + β + Cu3P fázisokból áll Alumíniumbronzok. Jó szerkezeti anyagok, korrózióállóságuk kiváló A 6%-nál kevesebb alumíniumot tartalmazó bronzokat lemezek, szalagok, rudak, rugók készítésére használják A 8 10% Al-tartalmú ötvözetekből nagy terhelésnek és koptató igénybevételnek kitett alkatrészeket, csapágyakat fogaskerekeket, dörzskerekeket, csigakerekeket, szelepeket, csapokat, perselyeket, gőz- és vízturbinák alkatrészeit, hajócsavarokat, stb. készítenek Szilárdsága tovább növelhető Mn, Ni és Fe ötvözéssel Az alumíniumbronzok hőkezelhetők Edzéssel martenzites típusú szerkezet jön létre. Így nemesítéssel, edzéssel és megeresztéssel az alumíniumbronzok keménysége 60 100 HB- ről 150 180 HB-re növelhető. Szilíciumbronzokkal jól helyettesíthetők az ónbronzok. Mechanikai és

siklási tulajdonságaik kiválóak Jól önthetők, hegeszthetők Elsősorban a villamosipar használja szorítók, szegecsek, csavarok anyagaként. Ólombronzok. Szilárd állapotban egyáltalán nem, 36% ólomtartalom felett pedig még folyékony állapotban sem oldják egymást a réz és az ólom. Szövetszerkezetét a réz és a rézalapba ágyazott ólomkrisztallitok alkotják. http://www.doksihu Különleges bronzok. Ebben az ötvözet csoportba tartoznak a króm-, berillium- és kadmiumbronzok. Ezek a bronzok igen nagy szilárdságúak és jó a villamos- és hővezető képességük Különösen kiváló a villamosvezető képessége a króm- és kadmiumbronzoknak Szakítószilárdságuk 1200 1350 N/mm2 között változik. 7.5 NIKKEL ÉS ÖTVÖZETEI A nikkel olvadáspontja 1452°C, lapközepes köbös rácsú, nagy szilárdságú (Rm = 400 500 N/mm2), hidegen és melegen jól alakítható képlékeny fém. Korrózió és saválló Levegőn, tengervízben

tökéletesen ellenáll. Sósavban, kénsavban gyengén oldódik. Melegszilárdsága, hőállósága kiváló. Szín állapotban a vegyiparban, elektrotechnikában, a vákuumiparban, és jelentős részben galván bevonatok készítésére használják. A nikkel ötvözetei. Főképpen korrózióálló készülékek, villamos fűtő ellenállások, hőelemek készítésére használják Fontosabb ötvözetei: - konstantán, 60% Cu, 40% Ni és 2% Mn. Hőelemek, melegítő készülékek készíté- sére használják. - monel-fém, 28% Cu, 15% Mn és 2,5% Fe. Jó korrózióálló, szilárd fém Vegyipari alkatrészeket, orvosi műszereket, turbina lapátokat, stb. készítenek belőle A 3 5% Mn-t és nikkelt tartalmazó ötvözetből a belsőégésű motorok gyújtógyertyáinak az elektródáit gyártják. ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Hogyan állítják elő a timföldet? 2. Mi a szerepe az elektrolízisben a kriolitnak? 3. Milyen ötvözeteket használunk és mi a szerepük az

alumínium ötvözésére? 4. Hogyan csoportosítjuk az öntészeti alumínium ötvözeteket? 5. Milyen ötvözetek a belsőégésű motorok dugattyú öntvényei? 6. Milyen az összetétele és mire használják “Y” ötvözeteket? 7. Mi a hidrogén betegség magyarázata? 8. Milyen ötvözet a sárgaréz és hogyan csoportosítják? 9. Milyen ötvözetek a bronzok? 10. Sorolja fel a fontosabb bronzötvözeteket, azok összetételeit és felhasználásukat http://www.doksihu http://www.doksihu 8. NEM FÉMES SZERKEZETI ANYAGOK Az anyagszerkezettan fejezet tárgyalásánál tisztázódtak a fémes és nem fémes anyagok jellemzői, illetve azok viselkedése. A következőkben azokat a jellemző tulajdonságokat tárgyaljuk meg, amelyek főképpen a nem fémes szerkezeti anyagok csoportján belül a műanyagokra és a gumiféleségekre jellemzőek. A nem fémes szerkezeti anyagok közös jellemzője, hogy részben vagy teljes egészében óriás molekulákból –

makromolekulákból – épülnek fel. Az óriás molekulák szerves vegyületek molekulái. Egy molekula legalább 103 atomból áll, felső határ az atomok számának tekintetében nincs Az óriás molekulákból felépülő anyagok – más szóval polimerek – egyes, a fémektől eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezek a tulajdonságok jellemzik a nem fémes szerkezetű anyagokat is, természetesen attól függően, hogy milyen mértékben épülnek fel a polimerekből. A polimerek feszültség – deformáció mechanizmusa a fémekétől különbözik. A polimereknél a feszültség hatására fellépő alakváltozás három komponensre bontható: a.) Pillanatnyi rugalmas alakváltozás: ez a terhelés megszűntetése után azonnal eltűnik A folyamat mechanikailag és termodinamikailag reverzibilis (megfordítható) b.) Késleltetett rugalmas alakváltozás: a terhelés megszűntetése után fokozatosan (tehát az idő függvényében) tűnik el. A folyamat mechanikailag

reverzibilis, de temodinamikailag irreverzibilis (megfordíthatatlan). Az alakváltozási munka egy része hővé alakul. c.) Maradó alakváltozás: terhelés megszűnése után megmarad A folyamat mechanikailag és termodinamikailag irreverzibilis A teljes alakváltozási munka hővé alakul. Ha az előbb említett három komponens egyidejűleg jelentkezik, legfeljebb arányuk tolódik el a terhelés mértékétől függően (például kis terhelésnél vagy kis alakváltozásnál a rugalmas deformációk dominálnak, a maradó alakváltozás kismértékű vagy nem is mérhető). A három alakváltozás komponenst – illetve a jellegzetes késleltetett rugalmas alakváltozást – mutató anyagokat viszkoelasztikus anyagoknak nevezzük. Az előzőekből következik, hogy a megnyúlás mértékét állandó értéken tartva a feszültség időbeli csökkenésével kell számolnunk. Ez a jelenség a fémes szerkezeti anyagoknál http://www.doksihu is megtalálható és feszültség

– ernyedésnek vagy relaxációnak nevezzük. Mivel a nagy molekulájú polimerek nagy része hőre érzékeny, mechanikai viselkedésük erősen függhet a környezet hőmérsékletétől Nem fémes szerkezeti anyagok alkalmazásakor tehát a mechanikai tulajdonságok hőmérséklet-függésével is tisztában kell lennünk. A nem fémes szerkezeti anyagokat felépítő polimerek még számos tulajdonságukban térnek el a fémes szerkezeti anyagoktól. Sok előnyös tulajdonságaik révén (elsősorban a műanyagok) egyre nagyobb jelentőségre tesznek szert A legfontosabb ilyen tulajdonságok: 8.1 ∗ általában jó elektromos szigetelők ∗ jó hő- és hangszigetelők ∗ korrózióállósság ∗ alacsony fajsúly ∗ alacsony ár. MŰANYAGOK FOGALMA ÉS CSOPORTOSÍTÁSA Műanyagoknak nevezzük azokat a szerves eredetű, műszaki eljárásokkal előállít- ható és feldolgozható óriás molekulájú anyagokat, amelyeket szintetikus úton vagy természetes

óriás molekulák átalakításával állítanak elő. A műanyagok ma már nem pótanyagok, mint azt hosszú időkön keresztül gondolták, hanem teljes értékű szerkezeti anyagok. Számos olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik, hogy alkalmazhatóak legyenek a hagyományos anyagok helyett is Korunkat – nem alaptalanul – a műanyagok korának is lehet nevezni. Ezt támasztja alá a műanyagipar rohamos fejlődése. A műanyagok a szerves anyagokra jellemző felépítésűek, tehát kialakulásuk és fejlődésük a szerves vegyiparnak volt a függvénye. 1828-ban Wöhler állított elő először szervetlenből szerves anyagot karbamidot, ezzel lehetővé vált a szerves vegyipar fellendülése és a különböző műanyagok megjelenése. A kaucsuk vulkanizálását 1832-ben Goodyear ismerte fel. A Hyatt fivérek 1865-ben celluloidot állítottak elő A XX. században tovább fejlődött a műanyagipar, amelynek fontosabb évszámai a következők: ∗

1907. Baekeland előállítja a bakelitet ∗ 1910. PVC nagyüzemi gyártása ∗ 1928. polisztirol http://www.doksihu ∗ 1930. polietilén ∗ 1937. poliamid típusú műanyagok (nylon, perlon) ∗ 1940. szilikonok ∗ 1960. politetrafluor – etilén (Teflon) Az elmúlt évtizedekben ez a fejlődés még nagyobb lépésben következett be. Egyre több új műanyagféleség látott napvilágot és a már meglevő típusoknak újabb, jobb tulajdonságokkal (például hőállóság) rendelkező módosulatait fejlesztették ki. A műanyagok csoportosítása a következő szempontok szerint lehetséges: a.) hővel szembeni viselkedés szerint a műanyagok két csoportra oszthatók: ∗ hőre lágyuló műanyagok (termoplasztok) ∗ hőre nem lágyuló műanyagok (duroplasztok) A láncmolekulákból álló hőre lágyuló műanyagok ismételten felolvaszthatók és általában – megfelelő oldószerekben – reverzibilisen feloldhatók. Meghatározott hőmérsékletre

hevítve meglágyulnak és képlékenyen alakíthatók, lehűlve megszilárdulnak. Ügyelni kell arra, hogy a használat során ne melegedhessenek az alakíthatóság hőmérsékletére, mert akkor a felhasználás során is maradó alakváltozást szenvednek A térhálós molekula szerkezetű hőre nem lágyuló műanyagok hő- és oldószer hatására képlékeny, vagy folyékony állapotba nem hozhatók. A végső szerkezet és forma kialakítása előtt folyékonyak, vagy a formázási hőmérsékleten meglágyulnak. A térhálós szerkezet a formázási hő hatására, vagy megfelelő vegyszer hozzáadagolásakor alakul ki. Felmelegítve újra nem lágyulnak, viszont bomláspontjuk fölé hevítve tönkremennek. a.) Eredetük szerint csoportosítva (9 táblázat): ∗ Természetes alapú műanyagok azok, amelyeket a természetben található makromolekulák (cellulóz, fehérjék) vegyi átalakításával állítanak elő. ∗ Mesterséges alapú (szintetikus) műanyagok azok,

amelyeknél a makromolekulák kialakítása is vegyi úton (monomerekből) történik. a.) Feldolgozhatóságuk szerint vannak: ∗ Öntőgyanták ∗ Extruder anyagok ∗ Fröccsanyagok ∗ Sajtoló anyagok http://www.doksihu ∗ Diszperziók, stb. a.) Kémiai összetételük szerint a műanyagok a polimerek felépítésében résztvevő atomok minősége alapján is megkülönböztethetők. Általában mindig szerepel a szén és a hidrogén (- CH csoportok), ezen kívül szerepelhet O, N, halogének (Cl és F), valamint szén helyett szilícium, ezek a szilikonok. 9. táblázat http://www.doksihu 8.2 MŰANYAGOK ELŐÁLLÍTÁSI MÓDJAI Természetes alapú műanyagok gyártásakor a makromolekulákat a természetből ké- szen vesszük át és azokat csupán vegyileg átalakítják. Mesterséges alapú műanyagok gyártásakor (műanyagok szintetikus úton való előállításakor) valamely kis molekulájú vegyületből (monomer) kiindulva alakítják ki a

makromolekulájú vegyületet, a polimert. A makromolekula háromféle vegyi folyamattal állítható elő: ∗ polimerizációval ∗ polikondenzációval ∗ poliaddícióval. Polimerizációnál a feltétel, hogy a monomer telítetlen legyen (tartalmazzon kettős vagy hármas kötést), megfelelő aktiválás hatására a kettős kötés felnyílik és nagyszámú kis molekula melléktermék keletkezése nélkül óriásmolekulává, polimerré kapcsolódik össze. Ha a folyamatban kettő- vagy többfajta monomer vesz részt, akkor kopolimerizációról beszélünk, a terméket kopolimernek nevezzük. Polikondenzáció feltétele, hogy a kiindulási molekulák aktív gyököket tartalmazzanak. Az aktív gyökök, mint például OH, H olyan csoportok, amelyek mindig azonos tulajdonságokat adnak át az anyagoknak A polikondenzáció olyan molekulasokszorozódási forma, amikor a folyamat során egy főtermék és egy kis molekulájú melléktermék keletkezik A kis molekulájú

anyag általában víz. Poliaddíció olyan molekulasokszorozódási forma, amikor a monomer-molekulák átrendeződéséből, illetve összekapcsolódásából, vagy azok összegződéséből egy főtermék keletkezik, melléktermék keletkezése nélkül. A kialakult óriásmolekulák alakja lehet: ∗ fonal alakú ∗ térhálós ∗ gömb alakú (általában átmeneti termék). Ha a kiindulási vegyületekben a funkciós csoportok száma csak kettő, akkor lineáris, fonal alakú makromolekula keletkezik. (Ilyen molekuláris szerkezet mellett a műanyagok hőre reverzibilisen meglágyulnak.) Ha a kiindulási vegyületek egyike kettő, a másik háromfunkciós csoportot tartalmaz, a kapcsolódás kezdeti szakaszában gömb alakú molekulák alakulnak ki (Ezek még hő hatására meglágyulnak) A gömbmolekulák szabad funkciós cso- http://www.doksihu portja is egymással kapcsolódva térhálós molekulaszerkezetet alkot. (A térhálós szerkezetű anyagok hőre nem

lágyulnak.) A makromolekulák alakjától és a közöttük fellépő szekunder kötések fajtájától függően a műanyagok lehetnek: a.) rideg, amorf anyagok (polisztirol, kemény PVC, stb) b.) kemény, de szívós anyagok (polikarbonátok, ütésálló polisztirol, stb) c.) kristályos szerkezetű anyagok (poliamidok, stb) Az idetartozó műanyagoknak viszonylag határozott olvadás- és dermedés pontjuk van, a többi műanyagoknál ez nincs. A molekulaszerkezet kristályos (rendezett) és amorf (rendezetlen) részekből áll. Kristályos részben a láncmolekulák közel kerülnek egymáshoz, párhuzamosan haladnak, közöttük nagyszámú oldalkötés keletkezik. Amorf részben a molekulák szerkezete szabálytalan, rendezetlen állapotot mutat Egy-egy makromolekula több kristályos részt köt össze 8.3 MŰANYAGOK TULAJDONSÁGAI A műanyagok alapvető általános tulajdonsága a kis fajsúly, ami különböző műanyag- szerkezetek és gépek önsúlyának csökkentése

szempontjából nagy jelentőségű. Kopási és siklási tulajdonságuk igen kedvező, így egyes műanyaggyártmányok élettartama többszörösen meghaladhatja a fémek élettartamát. Jelentős előnyük jó és egyszerű alakíthatóságuk és megmunkálhatóságuk, ami különösen tömeggyártásnál kedvező. Kiváló a vegyszerállóságuk és korrózióállóságuk Közismerten jó elektromos-, hő- és hangszigetelők Szilárdságuk a fémötvözetek szilárdságánál általában jóval kisebb; ha azonban szilárdsági megítélésüknél a kis fajsúlyt is figyelembe vesszük – szilárdság/fajsúly mutatószámmal – sok esetben kedvezőbb értékeket kapunk, mint a fémeknél Kedvező tulajdonságuk, hogy jó rezgéscsillapítók. Hátrányként jelentkezik a fémekkel szemben, hogy hővezető képességük nagyságrendekkel kisebb, továbbá, hogy hőbírásuk erősen korlátozott. A hőre lágyuló műanyagokat általában maximálisan 100°C-ig, a hőre nem

lágyuló műanyagokat kb 200°C-ig lehet igénybe venni. Egyes különleges műanyagok hőállósága legfeljebb 300 400°C-ig terjed. http://www.doksihu A hő kedvezőtlen hatása elsősorban a szilárdság rohamos csökkenésében jelentkezik. Kedvezőtlen tulajdonságuk a kifáradásra való hajlamuk, a fáradási határ 30 50%-a általában. Különösen hőre lágyuló műanyagoknál előnytelen tulajdonságként jelentkezik, hogy terhelés hatására már szobahőmérsékleten is jelentős alakváltozások lépnek fel. Úgy szintén kedvezőtlen, hogy viszonylag gyorsan öregednek. Az öregedési hajlam ugyan stabilizátorok alkalmazásával némileg csökkenthető. A műanyagok általános értékelésénél nem hagyható figyelmen kívül viszonylag kedvező áruk. A műanyagok tulajdonságai – bizonyos határok között – lágyítással és társítással megváltoztathatók. Megkülönböztetünk belső és külső lágyítást Belső lágyításnál a fellépő

makromolekulában már monomert is beépítenek, ezzel a szekunder kötések számát csökkentve, így az anyag ridegsége csökken. (Például a törékeny polisztirolt akrilnitrillel és butadiénnel kopoli-merizálva a szívós, ütésálló polisztirolt kapjuk) Külső lágyításnál a kész műanyagokhoz adagolt lágyító szerek a makromolekulák közé behatolva és azokat egymástól eltávolítva gyengítik a szekunder kötéseket. (Például a kemény PVC-hez lágyítószert adagolva lágy, kaucsukszerű termékhez juthatunk.) A társítás során – elsősorban a hőre nem lágyuló - műanyagokat olyan szilárd anyagokkal párosítják, illetve dolgozzák össze, amelyek mechanikai tulajdonságait kedvezően javítják. A művelet során úgynevezett társított, vagy heterogén műanyagokat kapunk A cél elsősorban a szilárdság, szívósság, hőállóság, elektromos szigetelő képesség kedvező megváltoztatása. Társító anyagként vázanyagot (szövetek,

papírok, stb) vagy apró részecskékből álló anyagokat (porok, szálak, stb) alkalmaznak A mechanikai tulajdonságok szempontjából elsősorban a vázanyagok alkalmazása kedvező. A szervetlen eredetű anyagok az elektromos tulajdonságokat és a hőállóságot javítják. 8.4 8.41 8.411 FONTOSABB MŰANYAGFÉLESÉGEK Hőre lágyuló műanyagok Polietilén (PE) A polietilén az etilén gáz polimerizációjával állítható elő: n [ CH2 = CH2 ] polimerizáció etilén ~ CH2 – CH2 – CH2 ~ PE http://www.doksihu A láncmolekulák kialakulása nagy nyomás (50 – 3000 · 105 Pa) és hőmérséklet (100 200°C) vagy katalizátor hatására következik be. A kettős kötések felszakadnak és a CH2 – csoportok egymáshoz kapcsolódva láncot alkotnak. A polietilén vegyszerállóságával és kedvező elektromos tulajdonságaival tűnik ki, de alacsony a lágyulási- és olvadáspontja. Erősen oxidáló hatásnak nem áll ellen Csövek, cső csatlakozások, csőelzáró

szerkezetek, korrózióálló bevonatok, saválló alkatrészek, csomagoló anyagok készülnek belőle. A villamosipar egyik értékes szigetelőanyaga (nagyfeszültségű kábelek, huzalok, kondenzátorok, motortekercsek, stb.) A polietilén ismertetőjegyei: ∗ nem átlátszó, tejszerű ∗ lágy, körömmel megkarcolható ∗ viaszszerűen zsíros tapintású ∗ gyúlékony kis, majd növekvő lánggal ég, égés közben lecsepeg ∗ meggyújtva az égő paraffinhoz hasonló szagú Benzint PE tartályban nem szabad tartani, egy év alatt ugyanis az edény falán teljesen megszökhet. 8.412 Polisztirol (PS) Monomerje a folyékony halmazállapotú sztirol. Ezt szintetikus úton állítják elő eti- lénből és benzolból. A normál polisztirol rideg, törékeny anyag, hőállósága gyenge, már 80°C-on lágyul. Modifikációja két úton lehetséges: a.) A PS pentánnal kezelve lágyul és habosodik, sűrűsége tág határok között változtatható A sűrűség

csökkentésekor számolni kell a nyomószilárdság csökkenésével b.) A normál PS hőállóságának növelése és ridegségének csökkentése kopolimerizációval érhető el A kopolimerizációhoz elsősorban akrilnitrilt és butadiént alkalmaznak A polisztirol ismertetőjegyei: ∗ víztiszta, átlátszó ∗ száraz tapintású ∗ fémszerű csengése van ∗ könnyen színezhető http://www.doksihu ∗ könnyen gyullad, világító lánggal ég, nem csepeg ∗ édeskés szaga van. A PS tulajdonságai Sok szerves oldószerben (észterek, ketonok, stb.) már szobahőmérsékleten oldódik Szervetlen vegyszereknek az erősen oxidáló hatásuk kivételével jól ellenáll. Elektromos szigetelő képessége kiváló A PS alkalmazása Lemezek, csövek, bélésanyagok, kis méretű fogaskerekek, villamosipari forma darabok, műanyag tömegcikkek készülnek elsősorban belőle. A PS fóliát kondenzátorok készítésére használják Az említett kopolimerizátum

az úgynevezett BS gyanta nagy szívósságával, rugalmasságával, jó kopásállóságával és vegyszerállóságával tűnik ki. A butadién – sztirol (BS) kopolimer a műgumigyártás alapanyaga (bunakaucsuk). 8.413 Polimetil-metakrilát (PMMA) Karbon és hidrogén mellett már oxigént is tartalmazó anyagféleség. Monomerje a me- til – metakrilát (a metakrilsav metil – észtere), polimerizációval keletkezik. Közismertebb neve: plexi – üveg. A PMMA ismertetőjegyei ∗ víztiszta ∗ kiváló optikai tulajdonságúak ∗ csengése nem fémszerű, inkább fára emlékeztet ∗ megújítva kis, nem kormozó lánggal ég, amely a tövénél kiég, nem cseppen el ∗ kellemes virágillata van A PMMA tulajdonságai Mechanikai tulajdonságai (különösen az ütésállósága) jók, de könnyen karcolható. Elektromos tulajdonságai jók. Kémiai ellenálló képessége sóoldatokkal és lúgokkal szemben jó. Savak és szerves oldószerek megtámadják

Időjárás állósága jó Külön figyelmet érdemel kiváló fényáteresztő képessége. A PMMA alkalmazása Átlátszó védőszerkezetek (például forgácsvédelem), néző ablakok, átlátszó modellek, tartályok, laboratóriumi berendezések. Repülőgépek, járművek biztonsági üvegeként használják Viszonylag drága http://www.doksihu 8.414 Poliformaldehid (POM) Kémiai összetételét tekintve polioximetilén. A sárgarézhez hasonló fizikai tulajdonsá- gokkal rendelkező fontos műanyagféleség. A POM ismertetőjegyei ∗ meglehetősen nehéz ∗ fehér, átlátszatlan ∗ sima felület ∗ kemény ∗ hő hatására formaldehid hasad le belőle, szagát ez határozza meg ∗ szerves oldószerek szobahőmérsékleten nem oldják ∗ Kék lánggal ég, a láng átterjed az egész felületre, közben bomlik, olvad, átlátszó buborékok keletkeznek ∗ nehezen oltható el, sokáig lágy marad ∗ szálakká húzható A POM tulajdonságai

Tartósan - 40°C-tól + 90°C-ig használható, rövid időre +160°C-ig. HB keménysége 1500 N/mm2. Kiváló siklási tulajdonságokkal rendelkezik A POM felhasználása Elsősorban sárgaréz helyettesítésére szolgál. Fogaskerekek, siklócsapágyak (önkenő), szivattyúházak, lapátkerekek, benzin- és olaj szivattyú alkatrészek, csövek, porlasztók készülnek belőle. Alkalmazzák az elektromos iparban is 8.415 Polikarbonát (PC) A PC ismertetőjegyei ∗ szagtalan, íztelen ∗ nagy szilárdság ∗ átlátszó ∗ ütésálló és kemény ∗ fémes csengés ∗ sötétsárga lánggal ég, koromképződés mellett, égés közben olvad, nem csepeg ∗ kihűlve rideggé válik, fekete kéreg képződik ∗ könnyen eloltható. http://www.doksihu A PC tulajdonságai A polikarbonátok mechanikai tulajdonságai jók, ezt – 100°C-tól + 125°C-ig megtartják, jó hő- és hidegállók. Üvegszállal erősítve feldolgozhatók fröccsöntéssel Az

üvegszál erősítés a zsugorodást és a hőtágulást is csökkenti. Szakítószilárdsága 2800 N/mm2 Hideg folyásra nem hajlamosak (jó mérettartás). Elektromos szigetelőképességük igen jó A PC felhasználása Szigetelő fóliák, fogaskerekek, csapágyak, finom mechanikai precíziós alkatrészek, műszerdobozok, háztartási gépek alkatrészei. Különleges igénybevételű alkatrészek (például az űrhajós sisakok frontüvege), szivattyú alkatrészek készülnek polikarbonátból. 8.416 Poliamidok (PA) A poliamidok képződése polikondenzációval történik. A folyamat során különböző fázisú és állapotú termékek keletkeznek a hőmérséklettől és a nyomástól függően. A PA tulajdonságai A poliamidok elsősorban nagy kopásállóságukkal, hajlítószilárdságukkal és szívóságukkal tűnnek ki. Karcállóságuk rendkívül jó Súrlódási tényezőjük igen kicsi Hátrányos tulajdonságuk, hogy nedvszívók A PA felhasználása

Gördülőcsapágyak kosárszerkezete, siklócsapágyak, fogaskerekek készülnek poliamidból. Poliamid fogaskerék anyagok szakítószilárdsága 50 80 N/mm2, nyomószilárdsága 90 120 N/mm2. Hajtószíjak, tengelytömítések, kötőelemek (például korrózióálló csavarok) előállítására is alkalmazzák. A Rilsan elnevezésű fajtája kiválóan alkalmas mechanikai igénybevételnek kitett korrózióálló bevonat előállítására 8.417 Poliuretán (PU) Izocianátokból és alkoholból poliaddícióval többféle poliuretán állítható elő. A PU tulajdonságai Közel állnak a poliamidokéhoz, de nedvszívó képességük jóval kisebb. Kopásállósá- guk igen jó. Értékes tulajdonságuk, hogy a rugalmassági modolus értéke kb 130°C-ig gyakorlatilag nem változik Maradó alakváltozásuk igen kicsi A PU felhasználása http://www.doksihu Porsapkák, harmonikák, tömítések, hidraulika–mandzsetták, rugalmas tengelykapcsolók. Nagy mennyiségben

használják habanyag – kemény és lágy - formájában, mivel kiváló hang- és hő szigetelő. A kemény hab - 200°C-tól + 130°C, a lágy hab - 40°C-tól + 70°C tartományban használható 8.418 Polivinilklorid (PVC) A vinilklorid polimerizációjával állítják elő. A vinilkloridot acetonból és sósavból nyerik (vinilezés). CH ≡ CH + HCl aceton sósav H2C = CHCl , vinilklorid polimerizáció után: ~ CH2 – CH – CH2 – CH ~ | | Cl Cl A PVC ebben a tiszta állapotban kemény, merev anyag, amelyből lemezek, csövek készülnek. Legnagyobb mennyiségben azonban kopolimerizálva, vagy lágyítva kerül feldolgozásra, ezek a termékek már rugalmasak, szívósak vagy lágyak A PVC ismertetőjegyei ∗ színe barna ∗ a kemény PVC a lángból kivéve magától elalszik, a lángban bomlik és azt világosra színezi ∗ a lágy PVC a lángon kívül is ég. A PVC tulajdonságai Elektromos tulajdonságai kiválóak. Vegyszerállósága jó, savnak és

lúgnak egyaránt ellenáll. - 10°C-tól + 60°C hőmérséklettartományban alkalmazható A PVC felhasználása Vegyszer és korrózióálló csövek, szalagok, tartályok, szivattyúk, stb. készülnek kemény PVC-ből Önállóan és bevonatként egyaránt használatos Habosítva hő- és hangszigetelésre alkalmas Fólia formájában csomagolásra és borító anyagként használják a lágy PVC-t Műbőrök, padlóburkolatok (könnyen moshatók és tisztíthatók) is készülnek PVC-ből. Egyes kopolimerjeiből hanglemez és magnetofonszalag készül. 8.419 Politetrafluoretilén (PTFE). A PTFE vagy másképpen Teflon a legnagyobb vegyszer és hőállósággal rendelkező műanyag. A fluor nagyon erős kötéssel kapcsolódik a karbonhoz, 50%-kal erősebben mint a hidrogén. http://www.doksihu A PTFE ismertetőjegyei ∗ átlátszatlan ∗ viaszszerű, zsíros tapintású, mint a PE A PTFE tulajdonságai Legjelentősebb tulajdonsága a hőállóság, 270 300°C-ig

használható. Vegyszerállóságára jellemző, hogy a királyvíznek is ellenáll Rendkívül jó szigetelőanyag Semmilyen anyag nem tapad hozzá. Különleges tulajdonságai miatt a hőre lágyuló műanyagok szokványos megmunkálási eljárásaival nem dolgozható fel, csak a fém és kerámiaporokra alkalmazott zsugorítási eljárással (szinter – technológia) Az eljárás lényege: teflon – porból előformát sajtolnak, ezt 380°C-on hőkezelik, lassan lehűtik, majd 310 320°C-on készre sajtolják A PTFE felhasználása Kiváló siklási tulajdonságai folytán kenés nélküli, vegyszer- és hőálló csapágy perselyek készítésére alkalmas. Az elektromos iparban hőálló szigetelőként használják, valamint a vegyiparban korrózióálló bevonatként olyan helyeken, ahol a hőállóság is fontos. Mivel semmi nem tapad hozzá, háztartási edények bélelésére is használják 8.4110 Szilikonok (SI) A szilikonoknál a láncmolekulák kialakításában a

karbon szerepét a szilícium veszi át, az oldalcsoportok minősége az eddigihez hasonló: CH3 CH3 | | ~ Si – Si – Si ~ | | CH3 CH3 A SI tulajdonságai Nagyon jó hőállóságukkal tűnnek ki, 300°C-ig használhatók. Vegyszerállóságuk nem a legjobb, kémiailag kissé bizonytalanok. Viszkozitásuk - 60 + 300°C között alig változik A SI felhasználása Legnagyobb gyakorlati jelentőségük a nem polimer szilikon olajaknak és szilikon zsíroknak van, melyeket kenőanyagként használnak fel. http://www.doksihu Hőre nem lágyuló műanyagok 8.42 8.421 Fenoplasztok A fenoplasztokat fenolok és aldehidek polikondenzációjával állítják elő (például fenol és formaldehid). A térhálósodás a katalizátor hatására következik be Savas katalizátort alkalmazva az úgynevezett novolakk műgyantát, lúgos katalizátorral pedig az úgynevezett rezol műgyantát nyerik. A fenoplasztok ismertetőjegyei ∗ alapszíne sötétbarna – fekete ∗ nehezen

gyújtható meg, nagyon kis lánggal ég ∗ eloltás után fehér füst keletkezik ∗ kihűlve fenolra emlékeztető szaga van A fenoplasztok tulajdonságai Önmagukban rideg, törékeny anyagok, ezért társító (töltő) anyaggal együtt használatosak. Az ilyen anyagok tulajdonságai az alkalmazott társító anyagoktól függően változnak Általában vegyi, mechanikai, hőállósági, elektromos és öregedési tulajdonságaik igen jók. A fenoplasztok felhasználása Siklócsapágyak, gördülőcsapágyak kosarai és gördülő testek készülnek fenoplasztból. Társító anyagai papír, textil vagy fa. A gyártás történhet műgyantával átitatott papír, textil vagy fahulladék sajtolásával, vagy méretre szabott papír, textil vagy falemez rétegelésével és sajtolásával. Az ilyen anyagokat nevezzük textil bakelitnek Jármű szerkezetekhez kisebb alkatrészek (fogantyúk, hengerfejborítás, stb.) és ajtók, fedelek készülnek fenoplasztból A

repülőgép iparban a törzs építésére használatos szendvics szerkezeteket alkalmazzák. Habosított változatát, hő- és hangszigetelésre használják 8.422 Aminoplasztok Az aminoplasztok aminocsoportokat tartalmazó vegyületekből (karbamid vagy melamin), és formaldehidből polikondenzációval állíthatók elő. Önmagukban vagy társított sajtoló anyagként használatosak. Az aminoplasztok ismertetőjegyei ∗ világos pasztellszín ∗ nem gyullad meg a lángban, csak serceg ∗ eleinte a cellulózhoz hasonlít a szaga, kihűlve halszag vagy szaruszag a jellemző http://www.doksihu Az aminoplasztok tulajdonságai és felhasználása Közel megegyeznek a fenoplasztokéval. Elsősorban ott használják őket, ahol a fenoplasztok sötét színük miatt nem előnyösek Önmagukban (például, mint faipari ragasztók), vagy társított sajtoló anyagként kerülnek felhasználásra. Az aminoplaszt hab hőszigetelésére alkalmas. Nagy vízfelvételük

következtében a megfelelő alakra vágott habtömböket polietilén fóliával burkolják be. Így készül a hazai gyártmányú Thermonit Telítetlen poliészter műgyanták 8.423 A telítetlen poliésztereket többértékű alkoholoknak, többértékű savakkal történő polikondenzációjával állítják elő. Túlnyomó részben dikarbonsav és kétértékű alkohol (például diol) reakciójával készülnek A terméket polimerizálható monomerben (sztirol) oldják, majd a formázás során katalizátor hozzáadásával térhálósítják. A térhálósodás (keményedés) kopolimerizációval történik, vagyis melléktermék keletkezése nélkül. A poliészterek ismertetőjegyei (kikeményített állapotban) ∗ átlátszó ∗ kemény ∗ világító, kormozó lánggal ég, nem olvad ∗ kioltás után szaga hasonlít a sztirolra A poliészterek tulajdonságai A telítetlen poliészter gyanták vegyszer- és korrózióállóságukkal, hőállóságukkal, jó

elektromos és mechanikai tulajdonságaikkal tűnnek ki. Szilárdságuk (fajsúlyukat is figyelembe véve) rendkívül kedvező A poliészterek felhasználása Üvegszövet vázanyaggal nagy méretű lemezalakító szerszámok, személygépkocsi karosszériák, sárhányók, motorház fedelek, csónakok, szállító és tároló tartályok, védősisakok készülnek belőle. Karosszériagyártásnál textil – gyapoterősítést is használnak (Trabant) Kis fajsúlyuk folytán alkalmasak repülőgépek üzemanyagtartályainak, csővezetékeinek gyártására, valamint nagy méretű radar berendezések védőburkolatához. Kitt anyagként vasöntvények felületi hibáinak javítására használhatók. 8.424 Térhálós szerkezetű epoxigyanták Az epoxigyanták szobahőmérsékleten folyékony vagy szilárd, epoxi–csoportot tar- talmazó szerves vegyületek. A folyékonyak hidegen, a szilárdak melegen térhálósíthatók, http://www.doksihu megfelelő edzőanyag (például

ftálsavanhidrid) hozzáadásával. Melléktermék nem keletkezik Jellemzőjük a fiziológiai agresszivitás, csak védőkesztyűben szabad dolgozni velük Az epoxigyanták ismertetőjegyei ∗ sárgás barna szín ∗ lángba tartva ég ∗ sötét füstje van ∗ szaga égett gumira emlékeztet Az epoxigyanták tulajdonságai Az epoxigyanták vegyszer- és hőállósága (300°C-ig terjed), elektromos és mechanikai tulajdonságai igen kedvezőek. Előnyös tulajdonságuk, hogy tapadóképességük fémekhez, kerámiához, üveghez és általában minden szerkezeti anyaghoz kiváló. Hajlamosak kis mértékű vízfelvételre (30 nap alatt 0,5%) Az epoxigyanták felhasználása Jó szilárdságuk és tapadóképességük folytán kiváló ragasztószerek, acélszerszám darabok egymáshoz erősítésére is alkalmasak. Mint jó fémragasztót, a rakétatechnikában alkalmazzák. Epoxigyantából készülnek lemezalakító szerszámok, idomszerek, öntőminták és

magszekrények, sablonok, műanyagformázó szerszámok, stb. Üvegszövettel erősítve hajótestek, karosszériák, repülővázak gyártására is alkalmas Készültek belőle 4000m mélységig használható mélytengeri kutatógömbök is. Felhasználják tenger alatti bányászati létesítményekhez is Öntőgyanták felhasználásával a villamos berendezéseket teljesen beborító szigetelések készíthetők 8.5 MŰANYAGOK ALKALMAZÁSA A JÁRMŰGYÁRTÁSBAN Tekintettel a műanyagok nedvszívó képességére bizonyos mennyiségű kenőanyagot tudnak tárolni, így ha valamilyen oknál fogva a kenés kimarad az üzem működését rövidebb ideig fenn tudják tartani. Olyan területekre, ahol a kenés nem valósítható meg, kenés nélküli műanyag csapágyakat is készítenek. Erre a célra poliamidokat és Teflont alkalmaznak, mivel súrlódási tényezőjük kicsi és így szárazon is üzemeltethetők Számos területen kedvező a műanyag csapágyak jó

korrózióállósága. A műanyag siklócsapágyak alkalmazása bizonyos hátrányokkal is jár. Méretezéseiknél figyelembe veendő a műanyag kisebb szilárdsága, nagyobb hőtágulási együtthatója és korlátozott hőállósága, valamint kicsi hővezető képessége http://www.doksihu Műanyagból gördülőcsapágyak is készülnek olyan területekre, ahol lökésszerű igénybevételek lépnek fel, vagy a zajcsökkentés lényeges, vagy pedig korrózió- és vegyszerállóság fontos. Műanyag fogaskerekek olcsók, főleg vázas fenoplasztokból és poliamidokból készülnek. Előbbi alkalmazásával nagyobb erőátvitelek is megvalósíthatók Az ilyen fogaskerekek alkalmazásával a fellépő dinamikus erőhatásokat és a fogaskerék okozta zajt lényegesen csökkenteni lehet. Poros, szennyezett, korrózióálló környezetben lényegesen nagyobb élettartamot mutatnak, mint a fémből készült fogaskerekek Járműszerkezetek területén a műanyagok alkalmazása

jelentős súlycsökkenést eredményez. További előny a könnyű szerelhetőség és egyszerű alkatrész csere, a vízzel, olajokkal és üzemanyagokkal szembeni jobb ellenállás, valamint a rosszabb hővezetés és jobb hangszigetelő képesség. 8.6 MŰANYAG ALKATRÉSZEK EGYESÍTÉSE (OLVASMÁNY) Az alkatrészek egyesítése többek között történhet hegesztés, ragasztás és kötőelemek felhasználása segítségével. Hegesztéssel csak hőre lágyuló műanyagok egyesíthetők. Ezek a megfelelő részen közölt hő hatására képlékennyé válnak és nyomás alkalmazása mellett, mintegy egymásba folynak Lehűlés után az összefolyt részek között az alapanyag szilárdságával egyenértékű kötés jön létre. Ragasztásnál a két műanyag felület egymáshoz kötése adhéziós kapcsolattal történik. A ragasztóanyagnak megfelelő szilárdságúnak kell lenni, továbbá nem lehet ridegebb, mint az összeragasztott anyagok. Rideg ragasztó alkalmazása

feszültséggyűjtő helyek keletkezéséhez vezet, ezen kívül a hajlító igénybevételt nem bírja. Kötőelemek közül elsősorban a szegecskötést alkalmazzák műanyagoknál. Figyelembe kell venni azonban, hogy ezek a fémes szerkezeti anyagoknál jóval kisebb szilárdságúak Szegecselésükhöz ezért nagyobb szegecsfejet és a könnyebb alakíthatóság érdekében, üreges szegecsszárat (csőszegecs) alkalmaznak. Műanyagoknál a csavarkötést lehetőleg kerülni kell, vagy pedig szívós poliamidból készített csavarokat kell használni. http://www.doksihu 8.7 MŰANYAGOK JELENTŐSEBB MŰSZAKI FELHASZNÁLÁSI TERÜLETEI 8.71 Fémek ragasztása Egyes műanyagragasztók – a fenol, epoxi és telítetlen poliészter gyanták – alkalmasak fémek nagy szilárdságú ragasztására. A ragasztások tervezése során az alább felsoroltakat kell elsősorban figyelembe venni: ∗ megállapítandó, hogy a ragasztás milyen környezeti hatásnak lesz kitéve,

különösen a hőhatás fontos ∗ a ragasztás úgy tervezendő, hogy lehetőleg csak nyírásra legyen igénybe véve ∗ a ragasztási hézagot minél vékonyabbra kell venni, a ragasztók adhéziója ugyanis erősebb, mint saját szilárdságuk, kohéziójuk a ragasztandó felületeket megfelelően elő kell készíteni, tiszta és nem túl sima, de ∗ nem is túl durva felületeket kell biztosítani. 8.72 Optikai feszültség vizsgálatok A vizsgálat alapja az, hogy feszültség hatására a fényáteresztő műanyagok kettős törő- vé válnak. A vizsgált alkatrészből modellt készítenek megfelelő műanyagból, azt az üzemi körülményeknek megfelelően terhelik, majd polarizált fénnyel átvilágítva a jelentkező képen vizsgálják és elemzik a feszültség viszonyokat. A vizsgálat hasznos támpontokat ad gépelemek és gépszerkezetek szilárdsági mértezéséhez 8.8 MŰANYAGOK MEGMUNKÁLÁSA A műanyagok megmunkálása forgácsolással és forgács

nélküli megmunkálási eljárá- sokkal valósítható meg. Különösen az utóbbi a jelentős Forgácsolást csak olyan helyen alkalmaznak, ahol elkerülhetetlen, vagy ahol a kis darabszám miatt gazdaságos 8.81 Megmunkálás forgácsolással A műanyagok nagy része, ugyanúgy, mint a fémek, valamennyi forgácsolási művelet- tel megmunkálhatók. Munkagépként főleg különleges könnyű fém– és famegmunkáló gépeket alkalmaznak A megmunkálásnál azonban figyelembe kell venni néhány, a műanyagok alapvető tulajdonságaiból fakadó szempontot. http://www.doksihu Mivel hőállóságuk viszonylag gyenge, hűtéssel kell gondoskodni hőmérsékletük megfelelő szinten tartásáról. Hűtésre általában sűrített levegőt, egyes anyagoknál azonban vizet kell használni. A felmelegedés csökkentésére a megmunkálásnál kis fogás mélységet, ugyanakkor a gazdaságosság növelésére nagy forgácsolási sebességet alkalmaznak Vázanyaggal ellátott,

hőre nem lágyuló műanyagok esetenként jobban koptatják a szerszámot, mint a fémek, ezért megmunkálásukhoz is nagyobb keménységű szerszámot kell használni. A szívós műanyagokhoz (például poliamidok) élesebb szerszám alkalmazható és gondoskodni kell az egybefüggő nyírt forgács elvezetéséről. Üvegszál erősítésű műanyagok forgácsolásánál szilikózis veszély áll fenn, ezért hatékony porelszívásról kell gondoskodni, valamint védeni kell a szálló portól a gép sikló felületeit. 8.82 Forgács nélküli megmunkálás A műanyagokat túlnyomó részben forgács nélküli megmunkálással dolgozzák fel. Ezek a feldolgozási módszerek attól függően különböznek, hogy hőre lágyuló, vagy hőre nem lágyuló műanyagokat kell-e alakítani. Hőre lágyuló műanyagok esetén a végleges (polimer) szerkezetű anyagot hőhatással meglágyítják, nyomás segítségével a kívánt formára alakítják, majd a kialakított darabot

lehűtéssel szilárdítják. Hőre nem lágyuló műanyagok esetén csak úgynevezett előpolimer formázható és a forma kialakítása után hő, vegyszer, stb. hatására jön létre a műanyag végleges térhálós szerkezete, amely egyben a forma darab megszilárdulását jelent A legfontosabb forgács nélküli műanyag megmunkálási technológiák: ∗ sajtolás ∗ fröccs – sajtolás ∗ kisnyomású sajtolás ∗ fröccsöntés ∗ extrudálás ∗ kalanderezés ∗ vákuum és préslégformázás ∗ öntés ∗ műanyag bevonatok készítése ∗ műanyag habok előállítása http://www.doksihu ∗ 8.821 műanyag alkatrészek egyesítése Fröccsöntés A hőre lágyuló műanyagok, jellemző feldolgozási módja, szakaszos művelet. A munkaciklus kezdetén a feldolgozandó műanyag az anyagtartályból az úgynevezett plasztikáló egységbe jut, ahol hő hatására plasztikus (ömledék) állapotba kerül. Az így előkészített műanyagot a

fröccsdugattyú egy kis átmérőjű furaton – fúvókán - keresztül az összezárt kétrészes szerszám üregébe lövelli. A plasztikus állapotú műanyag a hideg szerszámmal érintkezve dermedni kezd, közben zsugorodik. A zsugorodás ellensúlyozására a fröccsdugattyú nyomását a befröccsentés után is fenn kell tartani (utánnyomás). A műanyag a szerszámcsatorna legkisebb keresztmetszetében dermed meg a leghamarabb, miáltal a szerszámban levő műanyag – lepecsételődik –, azaz nem hat már rá az utánnyomás. A formadarab a további hűlés során teljesen megszilárdul, közben zsugorodik, és az anyagban a belső fröccsnyomás csökkenésével jár együtt A szerszám szétnyitása után a formadarab a szerszámból eltávolítható, majd a szerszám összezárása után a fröccsöntési ciklus újra kezdődhet. A fröccsöntés menetét a 74 ábra szemlélteti. 74. ábra Fröccsöntés. A – fröccshenger, B – dugattyú, C – torpedó, D –

fúvóka, E – munkadarab, F – kidobó, G – szerszám, H – bélyeg, mozgató rész http://www.doksihu Az ábrán látható a C-vel jelölt torpedó a hengertérbe beépített torló elem, amely a rossz hővezető képességű műanyag hőátadásának növelését, ezáltal az anyag egyenletes megömlését segíti elő. A fröccsöntött formadaraboknál utózsugorodás lép fel, a vékony falú tárgyaknál ez vetemedést okoz A fröccsöntő gépek korszerű típusa a csigadugattyús gép (75 ábra). 75. ábra Csigadugattyús plasztikáló egység. 1 gyűjtőtér, 2 csigadugattyú, 3 hajtómű, 4 hidraulikus munkahenger, 5 hidraulikus dugattyú, 6 – 7 löket – végállás kapcsolók A csiga biztosítja a műanyag egyenletes felmelegedését és azt, hogy a hőhatására érzékeny anyag ne stagnáljon, és ne térhálósodjék a hengerben. 8.822 Extrudálás Az extrudálást főleg hőre lágyuló műanyagoknál alkalmazzák folyamatos alaksajto- lásra. Az extruder

a megömlesztett anyagot csigasajtoló segítségével megfelelő alakú nyíláson sajtolja át (76. ábra) 76. ábra Extrudálás. 1 csiga, 2 köpeny, 3 extruderfej, 4 fűtő köpeny http://www.doksihu Ezzel a módszerrel különféle idomszelvények, rudak, csövek készülnek. Fólia is készíthető extrudálással oly módon, hogy keskeny résű extruderfejet alkalmaznak, vagy vékony falú csövet extrudálnak és ezt sűrített levegővel nyújtják ki a megfelelő falvastagságra, majd felvágják. Hőre nem lágyuló műanyagokból hidraulikus dugattyúval működő extrudáló gépeken gyártanak rudakat, csöveket. 8.823 Kalanderezés A kalanderek lemezhengerlő gépek, amelyeken hengerpárok között a hőre lágyuló műanyagokból vékony lemezek hengerelhetők. Alkalmasak arra is, hogy a műanyagot valamilyen hordozóra (textil, papír, stb) folyamatosan ráhengereljék (77 ábra) 77. ábra Kalanderezés Műanyag habok előállítása 8.824 A műanyag hab

diszpergált gáztöltésű, porózus szerkezet. Elemi része a sejt, amely egy gázbuborékból és az azt határoló lamellákból áll. A sejtek mérete változó Szerkezetük alapján a műanyag habok lehetnek: ∗ zárt sejtszerkezetűek, ha a gáz buborékok egymással nem kapcsolódnak ∗ nyitott sejtszerkezetűek (szélső eset a szivacsos szerkezet ) ∗ vegyes szerkezetűek Rugalmasságuk és alakíthatóságuk alapján kemény és lágy habokat különböztetünk meg. A hab előállítása során levegőt vagy más gázt kell finom buborékok formájában eloszlatni a műanyagban http://www.doksihu A habosítás történhet: ∗ mechanikus úton, amikor a műanyagot szilárdítás előtt habveréssel habosítják ∗ gázfejlesztő anyag hozzákeverésével, amely például a sajtolás hőmérsékletén bomlik, és gázt fejleszt ∗ alacsony forráspontú szerves vegyületek hozzáadásával ∗ a polimer képződést gázfejlesztő reakció kíséri

(például poliuretán habok) ∗ a műanyagba kioldható anyagot (például sókat) kevernek és ezt utólag kioldják. A műanyag habokat hő- és hangszigetelésre, csomagolásra, rezgéscsillapításra, ruházati és műbőrgyártási célra használják. Kemény műanyag habok: ∗ karbidgyanta hab: olcsó, de törékeny és nedvszívó, ezért műanyag fóliába csomagolva használják ∗ polisztirol hab: zárt sejtszerkezetű, így nem nedvszívó, szilárdsági jellemzői jók (magyar gyártmány a Hungarocell) ∗ poliuretán hab: előnye, hogy a helyszínen habosítható. Lágy műanyag habok Textilbélelésre, műbőrgyártásra, kárpitozási célra, rezgéscsillapításra használják. Legismertebb fajták: 8.9 8.91 ∗ lágy poliuretán hab ∗ lágy polivinilklorid habok. KAUCSUKOK, GUMIK Természetes kaucsuk A természetes eredetű nem fémes szerkezeti anyagok közül a kaucsuk az, amelynek fizikai tulajdonságait a legszélesebb határok között

lehet változtatni. Több száz olyan forró égövi növény ismeretes, melynek háncsrétege kaucsuktejet, illetve latexet tartalmaz. Ezek közül legjelentősebb a gumifa (“Hevea Brasiliensis”) A kaucsuktej 30% körüli kaucsukot tartalmaz A latexben levő kaucsukrészecskék a levegőből a tejbe jutó baktériumok hatására összeállnak, koagulálnak. Így a latex tej formájában nem szállítható A gumiipar sokáig kizárólag szilárd kaucsukot dolgozott fel A kaucsukot ecetsavval csapatják ki a tejből, majd alapos mosás után füstöléssel szárítják és konzerválják. Az előké- http://www.doksihu szített kaucsuk tömbökbe préselve kerül a kereskedelmi forgalomba. A nyers kaucsuk fajsúlya 9100 N/m3, szakítószilárdsága 2,5 N/mm2, nyúlása 1200 %. A kaucsukot izoprén molekulákból felépülő láncmolekulák alkotják: [ – CH2 – C = CH – CH2 – ]n „n” átlagos értéke kb. 2000 A molekuláris szerkezet túlnyomó részben lineáris,

kevés elágazással Ez a szerkezet kedvező a rugalmasság szempontjából, kicsi a belső súrlódás A kaucsuk igen nagy molekulájú szénhidrogén C5H8 összetételű izoprén csoportjai láncszerűen kapcsolódnak egymáshoz. Az egyes csoportok a kötéseik körül elfordulhatnak Ennek a mozgási lehetőségnek a következménye a gumi nagyfokú alakíthatósága, melyet az iparban számos területen használnak fel. Néhány ipari gyártmány kaucsuk szükséglete: ∗ vadászrepülőgép ∗ 2,5 tonnás teherautó ∗ 30 ezer tonnás hadihajó 50 kg 250 kg 60 000 kg A legnagyobb kaucsukfogyasztó a járműipar, amely gumiabroncsként nagy mennyiséget használ fel (például 1990-ben a kaucsuktermelés 82%-át). 8.92 Műkaucsukok A kaucsuk ismert tulajdonságai felhasználásával, sikerült butadiénből a XX. század elején előállítani egy azonos tulajdonságokkal rendelkező terméket, “Buna” néven a műkaucsukot. Az 1954 – 56-os években sikerült a

legnagyobb eredményeket elérni a műkaucsuk fejlesztése területén. A vulkanizálható műkaucsuk féleségek csoportjai a következők: 1. “Kaucsuk”– szénhidrogének, melyek a szorosabb értelembe vett szintetikus kaucsukok: a.) butadién polimerizátum (számjelzéses bunaféleségek) például Buna 85; b.) butadién – sztirol kopolimerizátum: Buna S 3 c.) butadién – akrilnitril kopolimerizátum: Buna N, Perbunán d.) izobutilén és butadién vagy izoprén kopolimerizátum: butilkaucsukok e.) klórbutadién – polimerizátum: Neoprén, Szovprén 2. Alifás dihalogének és az alkáli poliszulfidok reakciós termékei (tioplasztok) A különféle műkaucsukokról általánosságban elmondható, hogy a természetes gumikhoz viszonyítva milyen tulajdonságokkal rendelkeznek: http://www.doksihu ∗ olajokkal, vegyszerekkel, öregedéssel szembeni ellenállásuk általában jobb ∗ gáz át nem eresztő képességük jobb ∗ belső súrlódásuk (és emiatt

ismétlődő igénybevételnél a felmelegedésük) és gördülő ellenállásuk nagyobb ∗ hőállóságuk jobb ∗ mechanikai tulajdonságaik valamivel rosszabbak A műkaucsuk gyártás eddigi eredményeit figyelembe véve, a közeljövőben számos általános felhasználási területen a gumival egyenrangúvá, vagy közel egyenrangúvá válnak, illetve egyes speciális felhasználási területen jóformán nélkülözhetetlenek lesznek. 8.93 Gumigyártás A kaucsuk, vulkanizálással rugalmassá tehető. A vulkanizálást 1839-ben Goodyear fedezte fel. Ezzel a felfedezéssel kezdődött a gumi széleskörű felhasználása Vulkanizálás céljából a nyersgumit leginkább kénnel keverik. A kén kapcsolódása (a kénhidak kialakulása) hő és katalizátor hatására jön létre A kén hatására a kaucsuk elveszti képlékenységét, és rugalmassá válik. Ezt az eljárást mivel ehhez hőre van szükség “Vulkán” isten nevéről “vulkanizálásnak”

nevezték el Az egyes atomcsoportoknak, illetve molekulaláncoknak a vulkanizálás következtében kialakuló kötései, valamint az izoprén (elágazás) csoportok láncszerű kapcsolódását a 78. ábra szemlélteti 78. ábra A vulkanizált gumi szerkezete A kén nemcsak az egyes molekulaláncokat kapcsolja össze, hanem az egyes láncrészeken belül is kapcsolódhat a kettős kötéshez. Ennek megfelelően a kén kötése intermolekuláris (molekulák között) és intramolekuláris (molekulán belüli) lehet Az intermolekuláris kötés a molekulák elcsúszását, vagyis az anyag képlékeny alakváltozását akadályozza meg. Az intramolekuláris kötések pedig a molekulán belüli rugalmas alakváltozást korlátozzák Ez a kötés a gumi keménységét befolyásolja A vulkanizálási folyamat nem fordítható http://www.doksihu meg. A gumianyaghoz a kötést létrehozó, vulkanizáló anyagokon kívül más különféle anyagokat is kevernek Ezek az anyagok vagy a

gumiáru térfogatát növelik, vagy pedig a tulajdonságait, felhasználhatóságát is módosítják A keverék készítés során különböző anyagféleségeket használnak fel. Öregedésgátló anyagokat elsősorban a gumi oxidálásának megakadályozására, mert az oxidálás a gumit merevvé, törékennyé teszi. Kötőanyagok a keverék feldolgozhatóságát, továbbá a termék tulajdonságait és árát befolyásolják. Az erősítő töltőanyagok a mechanikai tulajdonságokat javítják, a semleges töltőanyagok a gyártmányt olcsóbbá teszik Lágyítók a keverék feldolgozhatóságát javítják, a terméket puhábbá teszik. A nyers keverékekből kalanderezéssel, extrudálással vagy oldatkészítéssel állíthatók elő félkész termékek. Extrudálással, illetve extruder vagy csigás csőprés alkalmazásával tetszőleges hosszúságú rudak, tömlő, zsinórok, szálak és különböző profilú szalagok gyárthatók 8.94 Gumiféleségek tulajdonságai A

különböző minőségű gumiféleségek szakítószilárdsága 18 30 N/mm2, szakadási nyúlása 500 700% között változik, rugalmassági modulusa 1,5 4,0 N/mm2. A modulus értéke jellemző a gumi keménységére, amelyet Shore fokokban adnak meg. Szilárdsági jellemzői közül számos felhasználási területen nagy jelentőségű az úgynevezett tépőszilárdsága, mely a sérült gumigyártmányok szakadási hajlamáról ad tájékoztatást. A gumi hővezető képessége és fajhője a felhasznált keverék összetételétől függően változik. A gumiféleségek rugalmas tulajdonságai a töltőanyag mennyiségétől függnek Hő hatására igen érzékeny. Viszonylag kis hőemelkedés már fizikai tulajdonságainak (szilárdság, rugalmasság, stb.) jelentős megváltozását eredményezi A gumi öregedésre hajlamos. Hosszabb ideig tartó használat vagy tárolás következtében tulajdonságai romlanak A folyamatot a magasabb hőmérséklet és a környező levegő

nagyobb oxigéntartalma meggyorsítja. Öregedést gátló anyagok alkalmazásával ezen kedvezőtlen tulajdonság mérsékelhető Számos műszaki felhasználási területen jelentős a gumi olajállósága. Olajféleségek hatására a gumi – fajtától függően – többé-kevésbé megduzzad és egyidejűleg fizikai tulajdonságai, romlanak Az olajállóságot a megfelelő olajféleségekbe merített gumi térfogat növekedésével jellemzik http://www.doksihu 8.95 Gumiipari termékek és felhasználásuk A gumicikkek egy része préseléssel készül, mely művelet során a kaucsuk-keveréket nyomás alatt, szabadon (kirakó lécek között) vagy formában vulkanizálják. A formában történő vulkanizálásnál a kiképzendő formadarabot, a formatér alakját megközelítő – extrudálással, vagy kalanderezéssel előállított – egyszerű testekből állítják össze. A gumiféleségeknek a bennük levő kénmennyiségétől függően két csoportját

különböztetjük meg: 1. lágy gumi (maximálisan 4% kén) 2. kemény gumi (20 25%, esetleg 32% kén) 8.951 Gumiabroncsok gyártása és szerkezeti felépítése A világ kaucsuk és a – korábbiak során tárgyalt – műkaucsuk termelésének legna- gyobb részét gumiabroncs köpenyek (pneumatikok) előállítására használják, melyekkel kapcsolatos mennyiségi és minőségi igények a járművek növekvő száma miatt napról napra fokozódik. Mivel az abroncs köpenyek különböző részei eltérő igénybevételnek vannak alávetve, szerkezetük nem egységes, eltérő tulajdonságokkal bíró anyagokból állítják össze: ∗ a perem merev és kemény ∗ a futófelület szívós és kopásálló ∗ az oldalgumi az ismételt hajlítgatást jól bírja, rugalmas. (79 ábra) 79. ábra A gumiabroncs szerkezete: 1 futófelület, 2 peremszövet, 3 párnagumi réteg, 4 kordbetét, 5 huzalszalag, 6 peremzsinór 80. ábra A kordszálak iránya a) diagonál és b)

radiál gumiabroncsok http://www.doksihu A gumiabroncs futókerék minősége, szilárdsága és egyéb tulajdonságai függnek a keverék összetételétől. Az alábbi táblázatban (10 táblázat) egy futókerék, keverék recept öszszetételét adjuk meg 10. táblázat Összetevők Természetes kaucsuk Súly% 61,0 Kén ( S ) 1,5 Gyorsító 0,3 Cinkoxid ( ZnO ) 3,0 Sztearinsav 1,3 Öregedésgátló 0,9 Aktív korom (töltőanyag) 29,5 Paraffin 0,9 Lágyító 1,6 Összesen 100,0 Az abroncs köpenyek szilárdságának biztosításában jelentős szerepet játszanak a különböző kordfonalakból előállított betétszövetek. A tartóssággal és biztonsággal kapcsolatos fokozódó követelmények új gumiabroncs konstrukciók kialakulásához vezettek: ∗ tömlő nélküli abroncsok ∗ cserélhető futógumival ellátott abroncsok ∗ hagyományos, úgynevezett diagonál gumiabroncsok ∗ radiál szerkezetű abroncsok. (80 ábra) A diagonál

konstrukció esetén a szilárdsághordozó szövetváz kordcérnái a korona vonallal hegyesszöget alkotnak. A radiál abroncsban levő kordok merőlegesek a korona vonalra és a szövetváz kordjai nem keresztezik egymást. Az ilyen típusú abroncsok futója alá úgynevezett övet építenek be, amely igen merev szerkezetet tesz lehetővé. Háromféle kivitelben készülnek: ∗ textil szövetváz, textil öv ∗ textil szövetváz, acél öv ∗ acél szövetváz, acél öv. A radiál konstrukció előnyei a diagonállal szemben: http://www.doksihu ∗ biztonságosabb kanyarodás, jó úttartás (fékezéskor is) ∗ jól bírja a nagy sebességű üzemet ∗ kisebb gördülő ellenállása folytán az üzemanyag fogyasztás 5 – 10%-kal csökken ∗ nagyobb élettartam ∗ az öv hatására a talajnyomás eloszlása egyenletesebb, a csúszás és a kopás nagymértékben csökken ∗ a lengési tulajdonságok (különösen nagy sebességeknél) javulnak.

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Milyen tulajdonságok jellemzik a nem fémes szerkezeti anyagokat? 2. Mit nevezünk műanyagoknak, és hogyan igazolható a meghatározás? 3. Milyen csoportjait különbözetünk meg a műanyagoknak? 4. Milyen kémiai módszerei vannak a műanyagok előállításának? 5. Milyen tulajdonságokkal rendelkeznek a műanyagok? 6. Mi a kopolimerizáció, és melyik műanyag keletkezik így? 7. Milyen területeken alkalmazzák a műanyagokat a járműiparban? 8. Hogyan keletkezik a PVC, és milyen területeken alkalmazzák? 9. Hogyan állítják elő a PE – t, és hol alkalmazzák? 10. Milyen eljárással, és miből állítják elő a fenoplasztokat? 11. Hol alkalmazzák a telítetlen poliésztereket? 12. Hogyan keletkeznek az epoxigyanták? 13. Gyűjtse össze a műanyagok felhasználási területeit. 14. Mi a kaucsuk kémiai összetétele, és miért használják a gumigyártáshoz? 15. Milyen a diagonál és radiál gumiabroncs

szerkezete? http://www.doksihu http://www.doksihu 9. 9.1 ANYAGVIZSGÁLAT A TÖKÉLETES RÁCSÚ KRISTÁLY A múlt század elején a röntgen szerkezettel történő vizsgálatok eredményei alapján tisztázódott, hogy a fémek kristályos szerkezetű anyagok. A kristályos szerkezetből és az atomok szabályos elrendeződéséből, elméletileg számítható volt a tökéletes rácsúnak feltételezett kristályok szilárdsága. Az első ilyen számítás a magyar származású Orowantól származott Az egyszerűség kedvéért egy köbös térrácsú fémet tételezve fel, egy alapsíkra merőleges erő az atomsíkokat egymástól törekszik szétválasztani (81. ábra) Amikor az erő hatására a törés két vonalkázott atomsík között bekövetkezik, akkor két szabad törési felület fog képződni, amelyeken levő atomoknak a koordinációs száma szükségképpen megváltozik. Az ábrán „S”– el a felület egységre jutó felületi energiát jelöltük, ez

egyenlő a felületi feszültséggel, értéke az irodalomban megtalálható. 81. ábra Felületi energia képződése töréskor A rácshibáknak rendkívül nagy szerepe van a fémek szilárdságának és képlékeny alakváltozásának elméletében. Az a tény, hogy a valóságos polikrisztallin testeken mért szilárdsági értékek sokkal kisebbek, mint az ideális kristályon mért értékek, feltétlenül a rácsrendezetlenségek jelenlétére mutat A fémek szilárdsági és alakváltozási tulajdonságait csak a rácsrendezetlenségek alapján lehet megmagyarázni. Ezért ezeket szerkezet érzékeny sajátságoknak nevezik Azokat a sajátosságokat, amelyeket a rácshibák csak igen kevéssé, vagy egyáltalán nem befolyásolnak, és amelyeket a tökéletesnek feltételezett rácsú kristályok sajátságaiból is meg lehet határozni http://www.doksihu szerkezet érzéketlen sajátságoknak szokás nevezni. (például a fajhő, a hőtágulási együttható, a hővezető

képesség, a villamos vezetőképesség, stb) A rácsrendezetlenségek okozta változást az anyag szerkezetében az 14-es fejezet tárgyalja 9.2 ANYAGVIZSGÁLATOK FELADATA ÉS CSOPORTOSÍTÁSA Az ipar különböző területein a gépszerkesztő legfőbb igyekezete, hogy a legkülönbö- zőbb igénybevételekhez a legmegfelelőbb anyagokat kiválassza. Ismernie kell az anyagok azon tulajdonságait, amelyek a beépítés helyén meghatározzák az illető anyagból készült alkatrész tartósságát. A gépgyártó az átvételi próbák útján győződik meg arról, hogy a szállításra jelentett anyagok a követelménynek megfelelnek-e Az anyagvizsgálat célja olyan anyagjellemzők megállapítása, melyek az anyag előállítói és felhasználói számára szükségesek. Célja lehet továbbá esetleges rejtett hibák felderítése, különféle megmunkálások, hőkezelések következményeinek, illetve eredményeinek ellenőrzése. A fémes anyagok azon tulajdonságait,

amelyek alapján a rendeltetésszerű felhasználásra való alkalmasságát elbírálják, az anyagvizsgálat módszereivel határozzák meg. Ezeknek a módszereknek olyanoknak kell lenniük, hogy a vizsgált tulajdonságot egyértelműen és hibátlanul, tehát megbízhatóan állapítsák meg. Az anyagvizsgálat megbízhatóságának próbaköve az, ha a vizsgált tulajdonság szempontjából egynemű anyagnak még ellentétes érdekű (például gyártó és felhasználó) vizsgáló helyen történt vizsgálata többször ismételve is azonos. Megengedhető az is, hogy ha a mérési pontosság és tulajdonság megengedett szórási határain belüli eredményt kapunk Az egyértelműséget és a megismételhetőség által biztosítható szavatosságot úgy érik el, hogy az eljárásokat kötelező erejű, vagy legalább ajánlott szabványokba foglalják. Az anyagvizsgálati eljárásokat amennyire az lehetséges, az üzem közben előforduló igénybevételek laboratóriumban

való utánzásával dolgozzák ki. A megismétlés egyértelmű eredményét, a vizsgálati körülmények szabatos meghatározása biztosítja. Az anyagvizsgálat eljárásait a fémes anyagok tulajdonságai, feldolgozási technológiája és a készgyártmány hibátlanságának ellenőrzési módszerei szempontjából lehet csoportosítani. 1. Kémiai vizsgálatokkal az anyag kémiai tulajdonságait, összetételét állapítják meg. http://www.doksihu 2. Fizikai vizsgálatok során az anyagok fizikai tulajdonságait állapítják meg, például sűrűség, fajhő, mágneses sajátságok, stb. 3. Metallográfiai vizsgálatok célja az anyag kristályosodási folyamatainak, és különféle átalakulásoknak, az anyag mikroszkópi szerkezetének feltárása 4. Szilárdsági vizsgálatok során a tervezés, megmunkálás számára szükséges anyagjellemzőket, mint például szakító-, nyomó-, hajlító-, nyíró-, csavarószilárdság, folyáshatár, nyúlás, keménység,

ütőmunka, kifáradási határ értékeit határozzák meg. 5. Technológiai vizsgálatokkal dönthető el, hogy a vizsgált szerkezeti anyag a meghatározott igénybevétel, vagy meghatározott technológiai eljárás, illetve gyártási folyamat számára megfelelő-e. Általánosan használható anyagjellemzőket nem határoznak meg, csupán azt állapítják meg, hogy a megszabott igénybevétel hatására az anyag hogyan viselkedik. Ilyen vizsgálatok például a hőkezelhetőség, hegeszthetőség, stb 6. Roncsolás nélküli vizsgálatokat egyrészt az anyag belső folytonossági hiányainak (repedések, zárványok) felderítésére, másrészt az anyag szubmikroszkópikus szerkezetének (térrács - szerkezet, kifáradási rácshibák, stb.) megállapítására használják 7. Korróziós vizsgálatokkal a különféle fémeknek a környező közeg hatására bekövetkező kémiai folyamatait, illetve ezek jellemzőit állapítják meg 9.3 SZILÁRDSÁGI VIZSGÁLATOK A

szilárdsági vizsgálatokat a vizsgálandó anyagból készített, szabványos méretű próbatesteken végzik. A próbatest szakítása, nyírása, törése, roncsolása során állapítják meg a kívánt anyagjellemzőket. A szükséges próbatestek számát egyrészt azok a tényezők határozzák meg, amelyek a minőség tekintetében várható szóródást okozzák, másrészt az a biztonság, amelyet az eredmények általánosíthatósága tekintetében célul tűzünk ki. A szilárdsági vizsgálatok próbaanyagát, az átvételt képező szállítási tételből kell kivenni úgy, hogy a belőlük kimunkált próbatestek a tételt jellemző szilárdsági értékeket adják. Közel homogén anyagminőséget eredményező gyártási eljárások után viszonylag kis számú vizsgálat elegendő (például acélgyártásnál adagonként néhány vizsgálat). Heterogén anyagot eredményező gyártási eljárás esetén nagyobb számú próba végzése szükséges (például

hegesztéssel előállított darabok ellenőrzésénél). Vannak olyan szerkezeti részek, amelyeknek az üzembiztonság érdekében minden egyes darabján ellenőrző vizsgálatot kell végezni (vasúti kerékpártengelyek ultrahang vizsgálata, dugattyúcsapszeg vizsgálata). Ilyen esetekben http://www.doksihu természetesen olyan vizsgálati eljárást kell választani, amely a vizsgálat során roncsolást nem okoz. A vizsgálatok tehát lehetnek roncsolással járók, és roncsolás nélküliek. A roncsolással járó vizsgálatokat az igénybevétel fajtája szerint is szokás csoportosítani Ennek megfelelően a vizsgálatok végezhetők: 9.31 ∗ statikus, ∗ dinamikus, ∗ ismétlődő és változó igénybevétellel. Szakítóvizsgálat A szakítóvizsgálat az egyik legrégibb és ma is leggyakrabban használatos statikus anyagvizsgálati módszer. A vizsgálati anyagból szabványos méretű, többnyire körkeresztmetszetű próbapálcát készítenek A

próbapálcát befogják a szakítógépbe és egyenletesen, lassan növekvő erővel a szakadásig terhelik. Az erő hatására a próbapálca hossza megnő, keresztmetszete csökken. Általában olyan szakítógépek használatosak, melyekhez diagramíró szerkezet is tartozik. A próbatest hosszváltozása és a hosszváltozást létrehozó erő közötti összefüggést a szakítódiagram rögzíti A szakítódiagram vízszintes tengelyén a próbatest nyúlását, függőleges tengelyén az erőt ábrázolják. Az íróberendezés tűje ennek megfelelően vízszintes irányban a nyúlással, függőleges irányban pedig az erővel arányosan mozdul el. A szakítódiagram alakja az anyag fajtájától és minőségétől függően változik A 82 ábrán a lágyacél szakítódiagramját ábrázoltuk A vizsgálat kezdetén a terhelés gyorsan emelkedik, a nyúlás aránylag kicsi. Így a diagram kezdő szakasza meredeken emelkedő Ez a szakasz az ábrán FeH-val jelölt terhelésig

egyenes. Eddig a terhelésig a próbapálca a terhelés megszűntével visszanyeri eredeti méretét. 82. ábra Az FeH pont után az anyag tovább nyúlik akkor is, A lágyacél szakítódiagramja ha a terhelés nem növekszik. Ezt a változatlan erőhatásra végbemenő, aránylag nagy mértékű nyúlást folyásnak nevezzük Egyes anyagoknál előfordul, hogy folyás közben a terhelés http://www.doksihu csökken (FeL). Ilyen a lágyacéloknál tapasztalható A folyásnak megfelelő terhelést követően a nyúlás növeléséhez az erő növelése szükséges. A diagram ismét emelkedik mindaddig, míg Fm erőnél legmagasabb pontját el nem éri. Az FeL és Fm erők között végbemenő alakváltozást szívós alakváltozásnak nevezzük Erre az alakváltozásra jellemző, hogy az erő növekedésével a nyúlás növekszik A nyúlás és az erő közötti összefüggés azonban nem lineáris Az Fm pont a kísérletek tanulsága szerint az egyenletes nyúlás határa is.

Ennek megfelelő terhelésig a próbapálca átmérője a teljes hossza mentén állandó marad. Az F1 erő elérésekor a terhelést szüntessük meg és ezt követően folytassuk a szakítókísérletet. Az eljárás során a következők tapasztalhatók Az F1 erő hatására a próbatest teljes nyúlása ∆L 1, a terhelés megszűnte után a nyúlás ∆L r értékkel csökken. Terheletlen állapotban a nyúlás ∆Lm. ( Az F1 terhelés következtében mérhető nyúlás egy része ∆L tehát a terhelés megszűntével eltűnik. A másik része (∆L m r a rugalmas nyúlás) a maradó nyúlás) pedig meg- marad. Az Fm pont után a képlékeny alakváltozás szakasza következik, melyben állandó, vagy csökkenő erő hatására egészen a próbapálca szakadásáig továbbfolytatódik a nyúlás. Az Fm erőt követő szakaszon a próbapálca már nem egyenletesen nyúlik Egy adott helyen erősebben megnyúlik, keresztmetszete csökken (kontrahál), majd a legvékonyabb

helyen elszakad. A szakítóvizsgálat során mérhető erő nem használható közvetlenül az anyag jellemzésére, mivel az anyag minőségén kívül a próbatest keresztmetszeti méretétől is függ. Ezért általában a keresztmetszet egységére eső fajlagos erőt – vagy a használt elnevezésnek megfelelően –, a feszültséget állapítjuk meg. Jelölésére általában a görög s (szigma) betűt használják. Az anyagvizsgálati fogalmak jelölése területén az R betű használata terjedt el Ennek megfelelően: F R = , N/mm2 , S Szakítóvizsgálat során a következő feszültségeket, illetve az anyagra jellemző szilárdsági értékeket szokták meghatározni. Felső folyáshatárnak nevezik abból a terhelő erőből számítható feszültséget, amelynél a képlékeny alakváltozás megindul, vagy azt a feszültséget, amely a terhelőerő első ma- http://www.doksihu ximumából számítható függetlenül attól, hogy a folyás közben hasonló, vagy

még nagyobb feszültség is előfordulhat. FeH ReH = , So N/mm2 . ahol FeH – a szakítódiagramon bejelölt erő, S0 – a próbapálca eredtei, terhelés nélküli keresztmetszete Alsó folyáshatár: a folyás közben mért legkisebb terhelőerőből számított feszültség. FeL ReL = , So N/mm2 . Szakítószilárdságnak nevezik a legnagyobb erő és az eredeti keresztmetszet hányadosát. Fm Rm = , So N/mm2 . A szakítószilárdság nem mindig a szakadás pillanatában fellépő valódi feszültséget jelent. Az anyagok szilárdságát mégis ezzel a mérőszámmal jellemezzük Elfogadását többek között az indokolja, hogy mintegy száz év óta a végzett anyagvizsgálatok során általánosan ezt használják. A szakítóvizsgálat eredményeként különböző formájú szakítódiagramok alakulnak ki (83. ábra) http://www.doksihu 83. ábra Néhány anyag szakítódiagramja Az anyag alakváltozását a próbapálca nyúlásával és a szakadás helyén

bekövetkező keresztmetszet csökkenéssel jellemzik. A szakítóvizsgálat próbapálcáinak méretét valamint a vizsgálatok módját szabványok szabályozzák Ennek megfelelően a próbapálca állandó keresztmetszetű részén a nyúlás kiszámításához ki kell jelölni az L0 jeltávolságot (84 ábra). Körszelvényű próbatestek esetén a rövid, arányos próbatest jeltávolsága: L0 = 5 d, hoszszú arányos próbatest jeltávolsága: L0 = 10 d 84. ábra Szakítópróbatest jelölései http://www.doksihu Terhelés hatására a próbatest megnyúlik. A teljes megnyúlás az adott terhelésnek alávetett próbatest eredeti jeltávolságának növekedése a terhelés alatt Tartalmazza az anyag rugalmas és maradandó megnyúlását Maradandó megnyúlás az adott terhelésnek alávetett próbatest eredeti jeltávolságának – a terhelés megszűntetése után mért - méretnövekedése A teljes megnyúlás értékből, a terhelésnek megfelelő rugalmas nyúlás

számított értékének levonása után, a nem arányos megnyúlás értéke adódik Ez az érték általában különbözik a maradó megnyúlás értékétől. A próbatest eredeti jeltávolságának a próbatest szakadásáig bekövetkezett maradó megnövekedését szakadási megnyúlásnak nevezzük A nyúlás, és a maradó nyúlás a megfelelő megnyúlás értékeknek a kifejezése az eredeti jeltávolság százalékában. A nem arányos nyúlás a teljes nyúlás értékéből az adott terhelésnek megfelelő rugalmas nyúlás számított értékének levonása után adódik. A szakadási nyúlás (A), az eredeti nyúlásnak (L0), a próbatest elszakadásáig bekövetkezett (Lu) maradó megnövekedése az eredeti jeltáv százalékában kifejezve: Lu– L0 A = · 100 %. Lo A nyúlás jele mellett indexbe meg kell adni az eredeti jeltáv nagyságát. Arányos próbatest alkalmazásánál A5, vagy A10 a jeltáv, a hossz a függvényében Az anyag alakíthatóságának

mérőszáma a keresztmetszet csökkenésének (kontrakciónak) fajlagos, százalékos értéke, amely az eredeti S0 és a szakadás utáni legkisebb (kontrahált) keresztmetszetének Su, – 85. ábra – ismeretében a következőképpen számítható: Su – So Z = · 100 , %. So 85. ábra Keresztmetszet a szakadás után http://www.doksihu 9.311 Arányossági, rugalmassági és folyási határ Arányossági határ alatt értjük azt a legnagyobb feszültséget, amelynél a próba- test megnyúlása még arányos az alakváltozást okozó erővel. Az arányossági határra vonatkozó jellemzőket p indexszel (proporcionális: arányos) szokás jelölni Fp Rp = , N/mm2 . So A szakítóvizsgálattal foglalkozó MSz 105/1 sz. szabvány az Rp feszültséget „terhelt állapotban mért egyezményes folyáshatár” – nak nevezi. Eddig a feszültségig az erő arányos a nyúlással, ezért írható a következő alakban: F = C · ∆L. Az előző egyenletbe

behelyettesítve a megfelelő kifejezéseket és rendezve – a levezetés mellőzésével – kapjuk a következő összefüggést: R = E · A Ez az összefüggés a Hooke – törvény, mely szerint a feszültség arányos a fajlagos nyúlással. Érvényessége természetesen csak az arányossági határig tart Az E–vel jelölt érték tulajdonképpen a feszültség és a nyúlás közötti arányt kifejező tényező, mely az anyagra jellemző állandó, neve az anyag rugalmassági modulusa. Arányossági határ megállapítása céljából a próbatestet lépcsőzetesen terhelik és valamilyen nagy pontosságú nyúlásmérő eszközzel mérik az egyes terhelési lépcsőkhöz tartozó nyúlásokat. A mérési adatokból megállapítják az E értékét és azt a határt, ameddig E értéke még állandó. Ezt a határt nevezzük a Hooke – törvény érvényességi határának is Egyszerűbben megszerkeszthető a nagypontosságú nyúlásmérővel felvett szakítódiagramból

(86. ábra) A szakítódiagram vízszintes tengelyének a megadott nagyságú (általában 0,2%) nyúlást jelentő pontjából párhuzamost kell húzni a görbe kezdeti, egyenes vonalú részével. Az egyenes kimetszi a görbéből azt a terhelő erőt, amely az eredeti keresztmetszetet elosztva megadja az Rp értékét. Az így meghatározott feszültséget, mivel megadott határon belüli közelítő érték, szokták Rp0,2 – vel is jelölni. http://www.doksihu 86. ábra Rp0,2 és Rp0,02 értékek meghatározása Rugalmassági határnak tekintjük azt a legnagyobb feszültséget, amelynél még nem keletkezik maradó alakváltozás. Az említett szabvány szerinti neve: „terheletlen állapotban mért egyezményes folyáshatár” Fr Rr = , N/mm2 . So A folyáshatár értéke, mint említettük, nem minden anyagra állapítható meg egyértelműen a szakítódiagram alapján. Jelentős azoknak az anyagoknak a száma (például alumínium, ötvözött acélok), melyeknek

szakítódiagramjában nem jelzi vízszintes szakasz vagy töréspont a folyáshatárt, hanem a rugalmas és a szívós alakváltozás között az átmenet folyamatos. Ilyen esetben, a szabványban is rögzített gyakorlatnak megfelelően, a 0,2%, vagy 0,5% maradó nyúláshoz tartozó feszültséget kell az anyag folyáshatárának tekinteni. Ezt az értéket névleges folyáshatárnak nevezi a szabvány. Jele: Rt0,2 vagy Rt0,5 9.312 Szakítógép szerkezete A korszerű szakítógépek általában nemcsak húzó, hanem nyomó, hajlító és nyíró igénybevétel létesítésére is alkalmasak. Korszerű, univerzális gépek az erőt, mint a próbatest megnyúlásának függvényét diagramba rajzolják fel. Egyben lehetővé teszik az erő pillanatnyi értékének közvetlen leolvasását is. A szakítógépek, illetve az univerzális gépek az erőmérés szempontjából alapvetően három típusba sorolhatók: a.) ingás manométer, http://www.doksihu b.) futósúlyos

erőmérés, c.) erőmérés villamos úton A nyúlás mérésre alapvetően két megoldás lehetséges: a.) mechanikus áttétellel, b.) villamos úton A legkorszerűbb berendezéseken mind az erőmérés, mind a megnyúlásmérés villamos úton történik, de jelenleg még használatban vannak a többi típusok is. Az ilyen típusú gépek elvi vázlatát a 87. ábra mutatja Ezeknél a gépeknél a B2 pofa a V jelű villamos erőmérővel van összekötve. A próbatestre szokás ráhelyezni az Ny jelű nyúlásmérőt. Mind az erő mind a megnyúlásmérőből csak egy vezetékpár vezet a diagramíró szerkezethez Sz, amelyen az írószerkezet rendszerint sík papírra rajzolja fel a diagramot. A V villamos erőmérő berendezés cserélhető és így a korszerű gépek a gramm nagyságrendtől a tonna nagyságrendig végzendő mérésekre egyaránt alkalmasak. A próbatest megnyúlása villamos úton 1 : 1 – 1 : 1 000, sőt szükség esetén 87.ábra Villamos erő- és

nyúlásmérő nagyobb mértékben is kinagyítható. A szakítóvizsgálat eredményeit befolyásoló tényezők 9.313 Általában szabványok határozzák meg a próbavétel helyét és módját, a próbatest méretét, megmunkálási eljárását és minőségét. A szabvány előírásoknak többek között az is a célja, hogy kiküszöböljék az egyes tényezők befolyását. Abban az esetben, ha a vizsgálat nem végezhető a szabványos körülményeknek megfelelően, vagy pedig az adott esetre nincsen külön szabvány, az értékelésnél számításba kell venni az eredményt befolyásoló tényezőket. A vizsgálat eredményét lényeges módon befolyásolja: ∗ a próbatest keresztmetszetének mérete ∗ a próbatest keresztmetszetének alakja ∗ a szakítás sebessége ∗ a próbatest hőfoka. http://www.doksihu A keresztmetszet méretének befolyását, röviden úgy foglalhatjuk össze, hogy ugyanazon anyagból készült kisebb átmérőjű

próbapálca szakítási adatai alapján nagyobb szakítószilárdság állapítható meg, mint a nagyobb átmérőjű pálcák szakítási adatai alapján. Különösen jelentős az átmérő befolyása 8 10 mm alatt. Ezért a vizsgálatokhoz célszerű 8 10 mm-es vagy nagyobb átmérőjű próbapálcákat választani. A keresztmetszet alakjának hatásáról azt mondhatjuk, hogy a szilárdsági értékek annál kisebbek, minél jobban eltér a keresztmetszet alakja a körtől. A szakítás sebessége mind a folyáshatár, mind a szakítószilárdság értékét befolyásolja. A szakítás sebességének további növelése a folyáshatárát egészen a szakítószilárdságig növeli. A próbapálca hőmérséklete +10 és +35°C között változhat. Az értékelésnél a laboratórium hőmérsékletének ingadozását nem kell figyelembe venni Nagyobb méretű hőmérsékletváltozások hatása azonban már nem hagyható figyelmen kívül Ha az alkatrészek nagyobb vagy kisebb

hőmérsékletingadozásnak vannak kitéve, akkor célszerű a vizsgálatot üzemi hőmérsékletnek megfelelő hőfokon is megvizsgálni. 9.32 Hajlítóvizsgálat Hajlítóvizsgálatot egyetemes anyagvizsgáló gépen, a hajlításra szolgáló berendezés- sel végzik. A berendezés egyik szerszáma az l0 távolságú R sugárral legömbölyített két támasz, és a szabványos D átmérőre legömbölyített nyomótüske Ezek közé helyezik a hengeres vagy lapos keresztmetszetű hajlító próbatestet a 88. ábra szerint 88. ábra Próbatest terhelése hajlításnál http://www.doksihu A hajlítókísérletnél készített diagramok a hajlításnál keletkező F erőt ábrázolják a próbatest behajlásának f függvényében. A különféle tulajdonságú anyagok jellegzetes hajlítási diagramját a 89 ábra mutatja 89. ábra Hajlítódiagramok: 1 öntöttvas, 2 edzett acél, 3 nemesített acél, 4 lágyacél, 5 ólom Hajlítással csak rideg vagy legfeljebb szívós

anyagok törhetők el. Szívós és képlékeny, valamint csak képlékeny anyagok törés nélkül hajlíthatók át a támaszok között. Gyakran a hajlítás után, nyomólapok között, összesajtolva, törés nélkül 180°-ra is összehajlíthatók, amint azt a technológiai próbáknál, a képlékeny hajlíthatóság ellenőrzésére el is szoktak végezni. Hajlítószilárdságot főleg rideg anyagon lehet meghatározni. Szívós anyagon legtöbbször csak folyáshatárig lehet a hajlítással értékelhető, feszültség jellegű anyagjellemző értékeket, rugalmassági, illetve folyáshatárt kapni A hajlítókísérletnek alávetett rúd terhelési körülményeit a 90. ábra szemlélteti A rúd közepére ható F erő a két támaszon keletkezett úgynevezett reakcióerőkkel tart egyensúlyt. Mivel az F erő középen hat, egyszerűen érzékelhető, hogy a két reakcióerő F F mindegyike nagyságú. Az erő úgy 2 2 l akarja eltörni a rudat, hogy a erőn hat. Az az

2 igénybevétel, amely a rúd középső keresztmetszetét veszi igénybe, az úgynevezett hajlítónyomaték annál nagyobb, minél nagyobb a 90. ábra Hajlítás terhelési körülményei http://www.doksihu F l hatóerő és minél hosszabb az a kar , amelyen ez az erő hat. A hajlítókísérletnél a 2 2 próbatest hosszának nem minden egyes keresztmetszetét veszi igénybe ugyanaz a F hajlítónyomaték, mert a rúd középső keresztmetszete a legtávolabb van az hajlító erőtől. 2 Ez a keresztmetszet tehát törés szempontjából az úgynevezett veszélyes keresztmetszet. Ezt a keresztmetszetet támadó hajlítónyomaték nagysága: F·l Mh max = , Nmm 4 A különböző keresztmetszetű próbatestek hajlítószilárdságának meghatározására olyan fajlagos erőre van szükségünk, mint amilyen fajlagos erő volt a szakítószilárdság. A szakítószilárdságot úgy kaptuk, hogy a szakítóvizsgálatnál mért erőt elosztottuk az eredeti keresztmetszettel A

hajlítószilárdságot, mint fajlagos erőt úgy kapjuk, hogy a hajlítónyomatékot osztjuk a keresztmetszet méreteitől függő úgynevezett keresztmetszeti tényezővel (K). Ez a keresztmetszeti tényező kör keresztmetszetre π b2 K = d0 · , négyszög keresztmetszetre pedig K = a · , ahol „a” az alátámasz32 6 tásra felfekvő, „b” pedig arra merőleges éle a keresztmetszetnek. 3 Rideg anyagokra jellemző hajlítószilárdság: Fm l R = , 4K N/mm2 . Szívós anyagoknál a folyáshatár, illetve rugalmassági határ értelemszerűleg ugyanebből a képletből állapítható meg oly módon, hogy az Fm helyébe a vonatkozó erőértékeket helyettesítik be. A hajlítószilárdság és szakítószilárdság között szabatos összefüggés nincs. Általában a hajlítószilárdság a szakítószilárdságnak 1,8 – 2,3–szerese szokott lenni. A hajlítókísérletnek előnye még, hogy a behajlás lényegesen nagyobb, mint a szakítókísérletnél mérhető

nyúlás http://www.doksihu 9.33 Csavaróvizsgálat A csavaróvizsgálatot úgy végzik, hogy a próbatest egyik végét mereven befogják, másik végét M csavarónyomatékkal terhelik. Vizsgálat közben mérik a nyomaték nagyságát és a próbatest elcsavarodását A vizsgálathoz rendszerint kör, vagy körgyűrű keresztmetszetű próbatesteket használnak A próbatestet itt is hosszabbra készítik a mérés céljára szükséges hossznál A mérő hosszúságot körkeresztmetszetű próbatestnél L0 = 20d vagy 100d –re választják. „M” csavarónyomaték hatására a körkeresztmetszetű próbatest szélső szálában ébredő legnagyobb feszültség értéke a következőképpen számítható: M·d 16 M τ = = , 2 · Ip π d3 N/mm2 Ahol M a csavarónyomaték, „d” a próbatest átmérője, Ip pedig a poláris inercianyomaték. Ez az összefüggés azonban csak a rugalmassági határig érvényes A maradó alakváltozás tartományában nem alkalmas a

feszültség helyes értékének kiszámítására. Szívós és képlékeny anyagoknál ezek szerint csak a rugalmasság határáig fellépő csavarófeszültség határozható meg Rideg anyagoknál viszont a csavarószilárdság megállapítására is van lehetőség 91. ábra Körkeresztmetszetű próbatest elcsavarodása A terheletlen próbatest alkotója mentén lévő pontok, mint az a 91. ábrán látható, a csavarónyomaték hatására csavarvonal alakban helyezkednek el. Az egymástól L0 távolságra levő keresztmetszeti szelvények a próbatest tengelyvonala körül egymáshoz viszonyítva φ szöggel csavarodnak el. A deformáció jellemzésére a próbatest egységnyi hosszúságára eső fajlagos elcsavarodást szokták meghatározni (ν, nű). φ http://www.doksihu ν = . L0 A körkeresztmetszetű próbatest fajlagos elcsavarodása kifejezhető a szilárdságtanból ismert módon is: M 32M ν = = , Ip G π G d4 Ahol a G az anyag csúsztatási illetve csavaró

rugalmassági modulusa. 9.34 Nyíróvizsgálat A próbatest két, egy síkban ható erővel történő terhelése során a tiszta nyírás esete alakul ki. Ehhez vastagság nélküli szerszám lenne szükséges Mivel a nyírószerszámoknak van vastagságuk, ezért mindig fellép a nyírás mellet a hajlítás is. Kétféle próbatest befogási lehetőség van: ∗ egyszeres nyírási módszer: megfelelő nyírás mellett a keletkező hajlítónyomaték a próbatest elfordulását és a szerszám deformálódását okozhatja (92.a ábra) ∗ kettős nyírási módszer: az „a” ábra hibái, a bemutatott módszerrel kiküszöbölhetők (92.b ábra) Nyírásnak kitett alkatrészek (például szegecsek), vizsgálatát mivel rendszerint körkeresztmetszetűek hengeres próbatesteken végzik. A vizsgálatnál nem szoktak diagramot felvenni A nyíráshoz szükséges legnagyobb erőt Fny mérik Ennek értékéből számítják a nyírószilárdságot A nyírószilárdság a nyíró

erő és a nyírt keresztmetszet hányadosa: Fny τny = , Sny N/mm2 . Körkeresztmetszetű próbatest és kettős nyírás esetén a nyírószilárdság: τny 2Fny = , d2 π N/mm2 . http://www.doksihu A vizsgálat eredményét a nyírószerszám méretei, keménysége és a nyírás sebessége is befolyásolja. 92. ábra A próbatest befogása a nyíróvizsgálathoz A próbatest elnyíródásáig létrejövő teljes alakváltozás viszonylag kicsi ezért vizsgálat közben kismértékű deformáció létrehozásához is nagy erő szükséges. Ez a körülmény nehezíti az erő pontos mérhetőségét. A sebesség befolyása, a szakítóvizsgálattal kapcsolatban említettekhez hasonlóan, a sebesség csökkenésével mind kisebb lesz 9.35 Tartósfolyás vizsgálat A tartósfolyás vagy más szóval kúszás jelenségét legelőször a nagy hőmérsékleten állandó nyomással igénybevett kazáncsöveken észlelték. A tartósfolyás vagy kúszás az anyagnak az a

tulajdonsága, amely szerint állandó terhelés hatására is növekszik alakváltozása. A mechanikai lágyulás hőmérsékletén hosszú ideig ható terhelés alatt folyamatosan végbemenő maradó alakváltozást kúszásnak, vagy tartósfolyásnak nevezik. Állandó húzóerő hatására bekövetkező kúszás közben a keresztmetszet csökken, ezért a feszültség nő, a próbatest végül is elszakad. Állandó nyomás esetén az alakváltozás a keresztmetszetet növeli, a feszültség csökken, ezért az alakváltozás megszűnik, kúszás jelenségével nem találkozunk A kúszás időbeli lefolyását jellemzi az a diagram, amely a próbatest állandó terhelés hatására állandó hőmérsékleten bekövetkező nyúlását mutatja az idő függvényében (93. ábra) http://www.doksihu 93. ábra Az anyag kúszására jellemző nyúlás – idő diagram A diagram három területre osztható, az egyes területek jellemzése: ∗ 1 szakasz: gyors az alakváltozás, a

keménység nő. Érvényesül az újra kristályosodás lágyító hatása ∗ 2 szakasz: a keményedés és a lágyulás egyensúlyban van. A szakasz végén megnő a kúszás sebessége. ∗ 3 szakasz: lényegében rövid, és törésben végződik. Bekövetkezik a kontrakció A nagy hőmérsékletű szerkezetek szempontjából az az elsődleges, hogy valamely anyagot meghatározott hőmérsékleten mekkora feszültséggel terhelhetünk. A kúszás természetéből következik, hogy a kúszás határnak nevezett feszültség nem lehet olyan egyetlen érték, mint például a folyás határ. Egyetlen anyagnak nem lehet például 500°C –ra érvényes, egyetlen számértékkel jellemezhető kúszási határa. Kúszáshatárként definiálható az az állandó feszültség, amely bizonyos hőmérsékleten, előírt idő alatt meghatározott mértékű nyúlást okoz. A korábban szokásos rövid vizsgálatok eredménye nem bizonyult elég megbízhatónak. A kúszási nyúlásnak

a 25 35 óra között mért sebességéből nem lehet elég biztosan következtetni a 10 000 vagy 100 000 óráig üzemben tartott szerkezetek viselkedésére. Ma elfogadott az a vélemény, hogy a 100 000 óráig üzemben tartandó szerkezetek anyagát legalább 30 000 óráig (kb. 40 hónapig) tartó vizsgálat alapján lehet elég megbízhatóan minősíteni A kúszás folyamatának elemzése alapján számos eljárást dolgoztak ki, amelyek szerint a hosszú vizsgálati időt 100 vagy 1000 órára lehet rövidíteni, és a kapott eredményeket lényegesen hosszabb időre lehet extrapolálni. http://www.doksihu 9.36 Dinamikus szilárdsági vizsgálatok A szakítóvizsgálatnál említettük, hogy az eredményt többek között a sebessége is be- folyásolja. Sok olyan alkatrész van különböző szerkezetekben, amelyek rendes üzemi körülmények között is lökésszerű, dinamikus erőhatásoknak vannak kitéve (például abroncsok, tengelyek, járműrugók, vasúti

sínek, stb.) Az ilyen alkatrészek anyagát nemcsak statikus, hanem a várható igénybevételnek megfelelő dinamikus vizsgálatnak is célszerű alávetni. Megállapítható ily módon egyes anyagjellemzők többféle tulajdonsága is (szívósság, öregedés, stb.) Az igénybevétel sebességének az anyagra jellemző határát meghaladó növekedésével a képlékeny anyagok rideg anyag módjára viselkednek Az előzőket a próbatest vagy szerkezet alakja és hőmérséklete is befolyásolja. A hőfok csökkenése, valamint a próbatesteken levő hirtelen keresztmetszet változás, mint például bemetszés, a rideg jellegű törés létrejöttét segíti elő A leggyakrabban használt dinamikus vizsgálati eljárások: a bemetszett próbatest ütővizsgálata (Charpy – vizsgálat) és a dinamikus szakítóvizsgálat 9.361 Bemetszett próbatest ütővizsgálata A vizsgálatot Charpy – féle ütőművel végzik. Szerkezeti felépítése a 94 ábrán látható A

meghatározott felső helyzetből induló inga egyetlen ütéssel eltöri a pálya legalsó pontján támasztókkal rögzített bemetszett próbatestet. A vizsgálat alapján megállapítják a próbatest eltöréséhez szükséges fajlagos munkát Jelöljük az ingának az ütőfej tömegközéppontjára redukált tömegét mr – rel, a tömegközéppont induló magasságát h1 – gyel, a törés utáni túllendülés magasságát h2 – vel. A próbatest eltöréséhez felhasznált munka: K = mr g (h1 – h2) , J. A törési munkának Jouleban kifejezett értékét az inga tengelyére erősített mutató, a túllendülésnek megfelelően mutatja. Ennek a munkának a fajlagos értékét, az eltört keresztmetszet (S0) 1 cm2 – ére eső részét használják anyagjellemzőül, és fajlagos ütőmunkának nevezik. A fajlagos ütőmunkát a bemetszés alakjától (95 ábra) függően KCV – vel, vagy KCU – val jelölik. A V bemetszésű próbatest fajlagos ütőmunkája: 94.

ábra Charpy – féle ingás ütőmű mr g (h1 – h2) KCV = , S0 J/cm2 http://www.doksihu Az ingás ütőművek többnyire 100, 150, 300 és 750 Joule ütőmunka kifejtésére alkalmas kivitelben készülnek. A vizsgálat eredményét befolyásoló tényezők: ∗ próbatest mérete ∗ próbatest alakja ∗ próbatest hőmérséklete ∗ az ütés sebessége. A 95. ábrán láthatók a V és U bemetszésű szabványos próbatestek A próbatestek néhány mérete ettől eltérő is lehet Amennyiben eltérőek akkor azt az eredménnyel együtt is meg kell adni. A különböző alakú és méretű próbapálcákon végzett vizsgálatok eredményei nem hasonlíthatók össze. A bemetszést marással, köszörüléssel, vagy fúrással és bevágással állítják elő. Ügyelni kell azonban arra, hogy a bemetszés alján ne maradjanak karcok, mert ezek befolyása is jelentős. Az ütés sebessége a szabvány előírásai szerint 5 5,5 m/s lehet Ez a sebesség az ütőmű

méretei által meghatározott érték, tehát ugyanazon berendezésen végzett vizsgálatok esetén állandó. 95. ábra Charpy – vizsgálathoz használatos próbatestek Mivel az ütőpróba elsősorban ellenőrző vizsgálat, a kapott eredményekből nem állapítható meg anyagjellemző, amelyet a tervező szilárdsági számításokhoz közvetlenül felhasználhat. 9.362 Dinamikus szakítóvizsgálatok Az anyagok lökésszerű igénybevétellel szembeni viselkedésének meghatározására di- namikus szakítóvizsgálat (ütve szakítás) is használatos. Ezt a vizsgálatot rendszerint ingás ütőművel végzik. A menetes fejű próbapálca egyik végét becsavarják az ütőfej hátlapjába, a http://www.doksihu másik végére pedig ütköző tárcsát erősítenek. Az inga a próbapálcával együtt lendül egészen az alsó helyzetig, itt a tárcsa az állvány ütköző felületéhez ütközik. A próbapálca egyik végét hirtelen megállítja, majd a túllendülő

inga a próbapálcát az ingához kötött végénél fogva dinamikusan terheli és elszakítja. Az előbbiek miatt a próbapálca keresztmetszetét olyanra kell választani, hogy az ütőmű munkája elegendő legyen az elszakadáshoz. A szakítás közben ébredő erőhatásokról a folyamat gyorsasága miatt csak elektronikus berendezés segítségével lehet diagramot felvenni. A diagramból a maximális erő (Fm din) leolvasható, ennek ismeretében pedig a dinamikus szakítószilárdság kiszámítható Rm din Fm din = , So N/mm2 . Abban az esetben, ha az említett diagramfelvevő berendezés nem áll rendelkezésre, a közepes dinamikus szilárdságot szokás meghatározni. A számításhoz használatos összefüggést és annak levezetését – mivel nem tananyag – mellőzzük, megtalálható a szakirodalomban 9.4 TECHNOLÓGIAI VIZSGÁLATOK Technológiai próbáknak szokás nevezni azokat a vizsgálatokat, amelyből továbbra is az anyag feldolgozhatóságára lehet

következtetéseket levonni. Ezek a próbák nem mindig eredményeznek meghatározott mérőszámokat Annak a megállapítására alkalmasak, hogy a fém bizonyos igénybevételt képes-e elviselni, illetőleg, hogy technológiai szempontból az egyes követelményeknek megfelel-e. Egyes idetartozó próbákat igen sok esetben a gyakorlat alakította ki. Így azt a tényt, hogy a próba bizonyos jelenség megismétlésére alkalmas, hosszú tapasztalat igazolja. Technológiai próbát a gyártásnak jóformán minden ágazatában szokás alkalmazni. A legtöbb technológiai próba egyszerű eszközökkel, könnyen és gyorsan keresztülvihető. Egyszerűsége mellett is igen értékes adatokat szolgáltat az anyag megítélésére, viselkedésére http://www.doksihu 9.41 Alakíthatóság vizsgálata 9.411 Technológiai hajlító próba Technológiai hajlító próba kétféleképpen végezhető. A próbatestek vagy egy megha- tározott szög eléréséig hajlítják, vagy pedig

a próba két szára egymással párhuzamos helyzetet vesz fel. Mindkét esetben a próbadarabon a hajlítás után sem repedésnek, sem törésnek nem szabad előfordulni A technológiai hajlító próbához a 96. ábra szerinti berendezést szokás alkalmazni A berendezés méretei különbözők lehetnek az egyes országok előírásai szerint. 96. ábra Technológiai hajlító próba vázlata A hajlítást vagy egy megadott szögig, vagy pedig az egymással párhuzamos szárak eléréséig kell folytatni. Az előbbi esetben szükség van a szög megfelelő pontosságú mérésére (), ami szögmérővel végezhetőel. A technológiai hajlító próbát rendszerint hidegen szokták végrehajtani. Például a kazánlemezeknél, ahol a gyártás során a kazánlemezt hidegen hajlítják A próba 180°C –ra hajlítható, csaknem teljes biztonságot nyújt arra, hogy a feldolgozás során a lemez nem fog megrepedni A hajlító próba érzékenyen jelzi az anyag szennyeződéseit,

záródmányait, az esetleges edzési, vagy megmunkálási repedéseket, a hideg alakítás mértékét, stb A technológiai hajlító próbát nemcsak szobahőmérsékleten, hanem magasabb hőmérsékleten is végre lehet hajtani. http://www.doksihu 9.412 Hajtogató vizsgálat A hajlítási próbának igen gyakran használt változata a hajtogató próba. Ennél a vizsgá- latnál alkalmazott készülék vázlatát a 97. ábra szemlélteti A vizsgálandó huzalt, vagy lemezcsíkot az ábrán R –rel jelölt hajlító hengerek közé fogják be és a K – kar segítségével mindkét irányban 90°-ra hajtják. A törésig elviselt hajtogatások száma adja a hajtogatási számot. A kísérlethez a magyar szabványok szerint 7 mm – nél kisebb átmérőjű huzalokat, lemezeket, vagy szalagokat lehet használni A hajtogatás számlálása huzaloknál a következőképpen történik: a függőlegesen befogott huzalnak az egyikirányba történő 90°-os meghajlítása jelenti az

első hajlítást. Ezt követő minden 180°-os áthajlítás egy-egy további hajlítást jelent Az a hajlítás amely törést okoz, már nem számít. A hajtogatási szám értéke függ: a hajlító henger sugarától (R) 97. ábra Hajtogató készülék 9.413 és a vizsgálandó huzal átmérőjétől, illetve a lemez vastagságától. Csavaró próba A technológiai csavaró próbát acélhuzalok elsősorban rugóacél huzalok egyenetlensé- geinek kimutatására szokták felhasználni. A technológiai csavaró próbához rendszerint az átmérő százszorosát kitevő hosszúságú huzaldarabot használnak. A huzal egyik végét mereven rögzítve, a másik végét csavaró szerkezet segítségével addig csavarják, amíg a törés bekövetkezik A csavaró próba mérőszáma az, hogy hány teljes fordulat volt szükséges a törés eléréséig. A próba igen érzékenyen kimutatja akár a felületi hibákat, akár pedig az anyag belsejében levő salakzárványokat és

egyéb rendellenességeket 9.414 Csővizsgálati eljárások A csöveket, mint igen gyakran előforduló szerkezeti elemeket, a szokásos szilárdsági vizsgálatokon kívül igen sokféle próbának vetik alá beépítés előtt. Ezek a próbák nagyjából megfelelnek azoknak az igénybevételeknek, amelyeknek a cső a beépítés során ki van téve. A csöveket elsősorban belső nyomáspróbának vetik alá, ahol a csővégeket elzárva, a cső belsejében víznyomást létesítenek. A próbát a csőnek felrepedés, illetőleg számottevő méretvál- http://www.doksihu tozás nélkül kell kibírnia. A próbanyomás nagysága függ a cső üzemi feltételeitől, és rendszerint nagyobb, mint az a nyomás, amelynek a cső üzem közben ki van téve 98. ábra 99. ábra Vékonyfalú cső lapítási próbája Csőtágulási próba A csövek lapítási próbája csak vékony falú csöveknél alkalmazandó, melyeknek falvastagsága nem több, mint 15%- a a külső

átmérőnek. Erre a célra 50 100 mm hosszúságú csődarabot alkalmaznak. A cső belsejében előírt vastagságú lemezt helyeznek el, majd pedig a csövet nyomógépen a 98. ábra szerint a behelyezett lemez által megszabott vastagságra összenyomják Összenyomás után a csövön nem szabad repedésnek mutatkoznia A csöveket igen gyakran behengerléssel erősítik be a helyükre. E közben természetesen a csőnek nem szabad felszakadnia Ahhoz, hogy a cső jól behelyezhető-e, annak az ellenőrzésére a csőtágulási próba szolgál A csőtágulási próbánál olyan szerszámot alkalmaznak, mely enyhén kúpos és egy ahhoz csatlakozó hengeres részből áll (99. ábra) A szerszámot addig nyomják bele a csőbe, amíg az első repedés a cső szélén nem mutatkozik. A tágítási próba mérőszáma: d1 – d0 T = · 100 , do %, ahol d1 az az átmérő, amelynél a berepedés bekövetkezett, d0 pedig a cső kezdeti átmérője. 9.5 AZ ÖNTHETŐSÉG VIZSGÁLATA A

fémek feldolgozásának egyik leggyakrabban használt formája az öntés. Az öntésnél a megolvadt fémet olyan tűzálló anyagból, vagy fémből készült formába öntik, amelynek belső üreges része a készítendő öntvénynek felel meg. Tűzálló anyagként rendszerint valamilyen http://www.doksihu kötőanyaggal (például agyag) kevert kvarchomokot használnak. Az ilyen öntési módot homoköntésnek nevezik. A fémformák alkalmazása a forma költséges előállítása folytán csak olyankor gazdaságos, ha az öntvényt nagy példányszámban kell előállítani. Ilyenkor célszerű fémből készült állandó formát használni A fémformát kokillának, az öntési módszert pedig “kokillaöntésnek” nevezik. Mindkét öntési eljárásnál alapvető fontosságú az, hogy a formába öntött fém a formát jól kitöltse, lehetőleg kicsi legyen a megdermedés során keletkező összehúzódása, valamint a szilárd állapotban történő zsugorodása,

továbbá az öntvény lehetőleg gázmentes legyen. A formakitöltés vizsgálatára a magas olvadáspontú ötvözeteknél (öntöttvas) homokformát, a fémeknél pedig kokillát szokás alkalmazni. A vizsgálat céljaira szolgáló kokillát, melyet szerkesztője után Courty – féle kokillának is szokás nevezni Előírt keresztmetszetű, trapéz alakú spirál (100. ábra) a formakitöltés mérőszámául azt a hosszúságot adják meg centiméterben kifejezve, ameddig a fém a spirálban kifolyt. Ez a mérőszám a gyakorlat számára jó összehasonlítási alapot ad, mert nyilvánvaló, hogy minél hosszabb utat tud a fém a kokilla spirálisában megtenni, annál jobb lesz a formakitöltő képessége. A vizsgálatot azonban erősen befolyásolja az öntési hőmérséklet, a kokilla töltő hőmérséklete, továbbá az a magasság is, amelyből az öntés történik. Nyilvánvaló, hogy minél magasabbról történik a fémnek a kokillába való öntése, annál nagyobb

lesz az áramlási sebessége, tehát annál hosszabb lesz az az út, amelyet a spirálisban megtenni képes, mielőtt megdermedne. A mérés pontossága érdekében a kokilla úgy van megszerkesztve, hogy a beömlő nyílása (100. ábra) egy kiemelhető dugóval van elzárva A kokilla beömlő nyílását meghatározott 100. ábra Courty – kokilla magasságig töltik fémmel, majd a dugót kiemelik. Ezzel a megoldással az öntés mindig meghatározott magasság- ról történik. Igen erős az öntési hőmérséklet befolyása, és pedig olyan értelemben, hogy minél magasabb az öntési hőmérséklet, annál hosszabb a spirális. Az egy megadott hőmérsékleten dermedő tiszta fémek, eutektikus ötvözetek, továbbá a fémes vegyületek formakitöltése általában jobb, mint azoké az ötvözeteké, amelyek hőközben dermednek. A Courty–féle kokilla magasabb olvadáspontú ötvözetek formakitöltésének vizsgálatára nem alkalmas Ezeknél http://www.doksihu egy

homokba formázott spirálist alkalmaznak formakitöltés mérésére, teljesen a Courty – kokillánál ismertetett elvek szerint. 9.6 AZ EDZHETŐSÉG VIZSGÁLATA Az ötvözetek keménységének növelése két hőkezelési módszer, az edzés és a kivá- lásos keményedés segítségével lehetséges. Az edzés csak olyan ötvözeteknél lehetséges, amelyeknél allotróp átalakulás lép fel, mint például a Fe – C ötvözeteknél. Kiválásos keményedést minden olyan ötvözet mutat ahol a két fém egymást korlátoltan oldja és a korlátolt oldás következtében a kiváló fázis keménysége nagyobb, mint a másik fázisé Mint a harmadik fejezetben látható volt, az acél szövetszerkezete az ausztenitmezőből történő lehűlés során attól függően alakul ki, hogy milyen a lehűlés sebessége (C – görbék). Az edzett acél minőségét, tehát szilárdsági és egyéb tulajdonságait, a keletkező szövet szabja meg. Ilyen szempontból döntő

jelentőségű a keletkezett szövetelemek nagysága is. Mivel mindegyik szövetelem az ausztenit elbomlásából keletkezik, végeredményben a létrejött szövetelemek szemcsenagyságát döntően fogja befolyásolni az ausztenit szemcsenagysága Az edzhetőség vizsgálatánál tehát elsőrendű fontosságú feladat az ausztenit szemcsenagyságának meghatározása 9.61 Az ausztenit szemcsenagyságának meghatározása Az ausztenit szemcsenagysága az ausztenit átalakulása során a keletkező szövetelem szemcsenagyságát nagymértékben befolyásolja. Az ausztenit szemcsenagyságának mérésére számos eljárás alakult ki, amelyek közül a legáltalánosabban használható a fokozatos edzés módszere. Ennek lényege az, hogy a vizsgálandó 80 mm hosszú, 5 mm átmérőjű henger alakú próbatestet megfelelő T °C hőmérsékletre hevítik és ott „t” ideig tartják. Utána a próbatest egyik végét 10 mm hosszon vízben lehűtjük. A próbatestnek a vízből

kiálló részein a hűtési sebesség fokozatosan kisebb lesz A legkisebb hűlési sebesség a próbatestnek a hűtővíztől legtávolabb eső végén fog mutatkozni. A próbatest vízben hűtött vége martenzites szerkezetű lesz. A vízben hűtött résztől távolodva azonban a próbatest hosszában a szerkezet először martenzit + troósztitos, még távolabb pedig esetleg perlites. Azon a helyen, ahol a martenzit mellett először jelenik meg a troósztit http://www.doksihu az ausztenit szemcsék eredeti mérete meghatározható lesz, mert a troósztit a martenzit szemcsék határain fog elhelyezkedni. Az ismertetett, vagy más eljárással megállapított szemcsék méretét, rendszerint a területegységre jutó szemcsék számával szokás megadni. Ezen az alapon a szemcseméreteket 8 fokozatba szokás osztani, ahol az első fokozatnál négyzet milliméterenként 16 szemcse, a második fokozatnál 32 szemcse adja a standard szemcseszámot. 9.62 A Jominy – próba

Ismeretes, hogy az átedzhetőség mértéke és az acélok átedzhetősége a kritikus lehű- lési sebességtől függ (erről a 2. és 3 fejezetekben már tettünk említést) A közönséges karbonacél a nagy vkrit miatt a kisebb szelvény átmérőben, míg az ötvözött acélok vastagabb szelvényátmérőben lesznek átedzhetők. Ez tovább fokozható ha többféle ötvözőelem is van az acélban. A gyakorlat számára az edzhetőség tulajdonképpen azzal jellemezhető, hogy – adott hűtési viszonyok között – milyen átmérőjű szelvény edzhető át teljesen. Ennek megállapítására az úgynevezett Jominy – féle edzhetőségi próba szolgál. A vizsgálathoz szükséges próbatest 1” átmérőjű, 4” hosszúságú hengeres próbatest, amely egyik végén a befogáshoz peremmel van ellátva (101. ábra) A próbatest edzési hőmérsékletre előmelegítve kerül a befogó fejbe és az alsó véglapját vízsugárral hűtik. Annak érdekében, hogy a

hűtési viszonyok mindig állandóak legyenek, a hűtés adatai szabványosítva vannak, oly módon, hogy a vízsugár ½” átmérõju csövön át pontosan függőlegesen irányul a próba 101. ábra véglapjára. A víz nyomása úgy választandó meg, hogy a vízsugár Jominy – féle próba szabadon 2 ½” magasságra emelkedjék. A próbatest alsó véglapja az érintkező hűtővíz miatt martenzitesre edződik. A próbatest további részén, ahol már a vkrit csökken a szerkezet troósztitossá, majd esetleg perlitessé válik. A kísérlet után a próbatestet két egymással szemben fekvő alkotója mentén 0,4 mm mélyen megköszörülik. Így kapunk két sík felületet, amelyen mikroszkópi vizsgálatot, vagy keménységet mérünk. A keménységet Vickers – vagy Rockwell módszerrel kell végezni, kb 1,5 mm – enként készítve a lenyomatokat http://www.doksihu 102. ábra Jominy – próbatest keménységének 103. ábra Jominy – távolság és az

átedzhető változása szelvényátmérő kapcsolata A kapott keménységi értékek a véglaptól mért távolság függvényében felmérve a 102. ábrán bemutatott görbén adódnak. A görbén két jellegzetes pont mutatkozik A véglaptól egy bizonyos távolságig a keménység gyakorlatilag állandó, majd pedig gyorsan csökken (A pont). Eddig a távolságig a próbatest tiszta martenzites szerkezetű Ott, ahol a mikroszkópi vizsgálat szerint kb. 50 % martenzit és 50 % troósztit adódik, a keménységi görbe inflexiót mutat (102. ábra B pont) E két jellegzetes pont távolsága 1/6 hüvelyekben kifejezve adja a Jominy – távolságot. Ezekből a távolságokból közvetlenül lehet következtetni az átedzhető szelvény átmérőjére. Az átszámítás alapjául a 103 ábrán megadott görbe szolgál Vízszintes tengelyén a felső skála a Jominy – távolságot adja 1/6 hüvelyekben, az alsó skála ugyanezt milliméterekben mutatja. A görbe függőleges

tengelyén az adott Jominy – távolsághoz tartozó átedzhető szelvényátmérő van feltűntetve milliméterekben. 9.7 KEMÉNYSÉGVIZSGÁLATOK FOGALMA ÉS CSOPORTOSÍTÁSA Valamely anyag keménységét számos módszerrel lehet mérni. A keménységvizsgálat- nak a műszaki gyakorlatban két rendszere alakult ki: a szúró keménység és a rugalmas ütő keménységvizsgálata. Ez utóbbi tulajdonképpen dinamikus vizsgálati mód, az előbbit pedig a statikus tulajdonság mérésére alkalmazzák. Keménységen az anyagoknak az alakváltozással, nevezetesen egy keményebb test benyomódásával szemben kifejtett ellenállását értjük. A keménységmérési eljárások közös http://www.doksihu hiányossága, hogy mindegyik eredménye relatív mérőszámnak tekinthető és ezért csak összehasonlítás céljaira alkalmas. A gyakorlatban legáltalánosabban az úgynevezett szúró keménységvizsgáló eljárásokat alkalmazzák. A vizsgálatok során meghatározott

alakú és méretű tárgyat ugyancsak meghatározott nagyságú erővel nyomnak a vizsgálandó anyagba, majd mérik a keletkezett benyomódás mélységét, átmérőjét, vagy átlóját. A szúró keménységvizsgálatok közül legygyakrabban használják a Brinell–, Vickers– és Rockwell– féle keménységmérő eljárásokat 9.71 Brinell – féle keménységmérés A Brinell–féle keménységméréséhez a szúrószerszám D átmérőjű üvegkeményre edzett acélgolyó vagy keményfém golyó. A vizsgálatnál a golyót F erővel nyomják a vizsgálandó tárgy felületébe és mérik a maradó lenyomat átmérőjét, “d”- t. A Brinell – keménység számértékét (HB), az F terhelőerő és a benyomódott gömbsüveg számított A felületének hányadosával fejezik ki. 104. ábra A Brinell - keménységmérés A Brinell – keménység értéke tehát: F HB = . Dπh A benyomódás mélysége (h) elegendő pontossággal nehezen mérhető, ezért

helyette a lenyomat átmérőjét (d) mérik és ebből számítják ki a benyomódás mélységét, illetve a gömbsüveg felületét. A 104 ábra jelölései szerint: D 2 – 2 d 2 = m2 √ D2 – d2 = m 2 D http://www.doksihu – m = h 2 D – √ D2 - d2 h = 2 Ezt behelyettesítve és rendezve: 2F HB = . D π (D – √ D2 - d2 ) A HB keménységet a jelenleg érvényes előírások szerint mértékegység nélküli számnak kell tekinteni. A keménységmérés alkalmával gyakorlatilag, egyáltalán nem kell számításokat végezni. A lenyomat átmérőjét (d) kell mérni, a keménységet pedig – adott D és F esetén – táblázatból kell kikeresni. A mért keménységi érték mérőszáma az alábbi körülményektől függ: ∗ golyó átmérőjétől ∗ terhelőerőtől ∗ kísérlet időtartamától A golyó átmérőjét a tárgy vastagsága szabja meg. Éppen ezért a golyó átmérőjét a tárgy vastagsága – illetve a lenyomat

átmérőjének – függvényében kell megadni a következő egyenlőtlenség szerint: 0,25 D ≤ d ≤ 0,5 D A vizsgálat közben nemcsak a golyó deformálja az anyagot, hanem az anyag is deformálja a golyót. A keményre edzett acél Brinell – golyó keménysége 850 HB A 400 HB– nél keményebb anyagok vizsgálata esetén a golyó alakváltozása már olyan mértékű, hogy a vizsgálat eredményét számottevően befolyásolja. A belapult golyó ugyanis nagyobb átmérőjű nyomot hagy, mint az, amelyik nem deformálódott és ezért az anyagot kisebb keménységűnek méri. Az előzőkből következik, hogy a 400 HB– nél keményebb anyagok keménységének pontos meghatározására tehát az acélgolyóval végzett Brinell – vizsgálat nem alkalmas. A kísérletet mindig pontosan meghatározott erővel kell végezni, tehát az F értéke nem választható tetszőlegesen. Ennek oka az, hogy a Brinell – keménység értéke nem független az erőtől

http://www.doksihu Szabványosították az egyes golyókhoz használható terhelő erőket is, a kettő közötti kapcsolatot kifejező egyenlet: F = 9,81 K D2 , N. Amennyiben a K terhelési tényező értékét helyesen választják, teljesül a lenyomat átmérőjére vonatkozó előbbi feltétel. A terhelési tényező szabványos értékei különféle anyagok vizsgálata esetén (például vas, acél és nagyszilárdságú ötvözetek K = 30) műszaki táblázatban találhatók. Acél vizsgálata esetén a golyó átmérők és terhelőerők összetartozó értékei (például D = 10 mm esetén a F = 29 430 N) előzőekhez hasonlóan megtalálhatók műszaki táblázatokban. A vizsgálat eredménye a terhelés időtartamától is függ, mert az alakváltozáshoz idő kell. A teljes terhelést általában 10 – 15 mp alatt kell elérni Azok a vizsgálatok adnak összehasonlító eredményeket, melyeknél az említett három befolyásoló tényező: a golyó átmérője, a

terhelő erő nagysága, és a vizsgálat időtartama azonosak. A keménység HB jele mellé írt számokkal adják meg a vizsgálathoz használt golyó átmérőjét, a terhelés nagyságát, és időtartamát (például 250 HB 5/750/15 ). A Brinell – vizsgálat végezhető univerzális szakítógépen. Sokkal gyorsabban és pontosabban végezhető a mérés külön erre a célra készített keménységmérő berendezésekkel A 105. ábra egy korszerű keménységmérő berendezés felépítését szemlélteti A vetítőrendszer a lenyomat nagyított képét – például 70-szeres nagyításban – a homályos üvegre vetíti. A lenyomat átmérőjének pontos mérését állítható mérőszerkezet teszi lehetővé A vizsgált anyagtól, valamint a golyó méretétől függően választott erő a berendezésen gombnyomással állítható http://www.doksihu 105. ábra Keménységmérő készülék 9.72 Vickers – féle keménységmérés A Vickers – keménységmérés

kiküszöböli a Brinell – vizsgálat hibáit: 1. A szúrószerszám gyémántból készül A legkeményebb anyagok vizsgálatára is al- kalmas. 2. A szerszám és az alkalmazott terhelés oly kicsi, hogy alig észrevehető nyomot hagy és így a kész tárgyak károsodás nélkül vizsgálhatók. 3. Nem töri át a vékony kérget, tehát vékony nitrát, vagy cementit felületek keménységének mérésére is alkalmas módszer 4. A lenyomat felülete arányos az erővel, és így az alkalmazott terhelés nem, vagy alig befolyásolja a mért keménységi értéket. A HV keménységmérést 136°- os csúcsszögű négyzet alakú gyémántgúlának F erővel a tárgy felületébe való benyomása útján végzik úgy, hogy a közel négyzetes lenyomat két átlóját mérik és azok középértékéből (d) számítják a lenyomat felületét (106. ábra) A keménység számértéke – hasonlóan a Brinell-keménységhez – az „F” erőnek, és a lenyomat „A”

felületének hányadosa: F HV = A http://www.doksihu 106. ábra A Vickers szúrótest méretei am A = 4 ; 2 a BCD – ből: = sin 68° 2m a m = ; 2 sin 68° 2 a2 = d2 am 4a a 2 a2 d2 A = 4 = = = 2 2 2 sin 68° 2 sin 68° 1,854 F HV = 1,854 . d2 A Vickers – keménység értékét (HV) – t a HB-hez hasonlóan mértékegység nélküli számnak kell tekintenünk. Számítás helyett a készüléken beállítható minden egyes erőre vonatkozóan külön táblázatot használnak, melyen a lenyomat átlójának a függvényében közvetlenül leolvasható a keménység mértéke. 136° csúcsszögű gyémántgúlával végezve a vizsgálatot gyakorlatilag ugyanazt a keménységi értéket kapjuk, mint a Brinell – vizsgálatnál akkor, ha a lenyomat átmérője d = 0,375 D. A Brinell – vizsgálathoz használatos szabványos terhelések esetén az ilyen benyomódásnak nagy a valószínűsége, ezért a gyakorlatban a Vickers – keménység számértéke

általában megegyezik a Brinell – keményégével. A nagyobb keménységű (400 http://www.doksihu HV feletti) anyagok vizsgálatánál azonban egyirányú eltérés tapasztalható. Ennek az eltérésnek az oka, a Brinell – golyó deformálódása A Vickers – vizsgálat eredménye nem függ a választott terhelés nagyságától. A különböző terhelőerővel végzett Vickers – vizsgálatok eredményei tehát – ellentétben a Brinell-vizsgálatokéval – egymással összehasonlíthatók, helyettesíthetők. Mind a Brinell mind a Vickers keménységmérésnek hátránya, hogy lassú, mert a szúrószerszám benyomása, majd eltávolítása után mikroszkóppal le kell mérni a lenyomat méretét. Ezután ki kell számítani, vagy táblázatból meg kell keresni a keménység értékét A gyors, sorozatos ellenőrzés céljára ezeknél megfelelőbb a Rockwell – keménységmérő eljárás. 9.73 Rockwell – féle keménységmérés A Rockwell módszer szintén a

szúró keménységmérő eljárások csoportjába tartozik. A mérőszám megállapítási elve tekintetében azonban lényegesen különbözik a Brinell és Vickers eljárásoktól, közvetlenül méri a lenyomat mélységét. A Rockwell – keménységméréshez szúrótestként 120° - os csúcsszögű gyémántkúpot, vagy 1/16” átmérőjű golyót használnak. A keménység mérőszáma a szerszám besüllyedésének valamely számból való kivonásával állapítható meg, de a mérőkészüléken közvetlenül is leolvasható. A mérés menetét a 107. és a 108 ábra szemlélteti 1. A szúrótestet F0 = 98 N előterheléssel a tárgy felületébe nyomják Az előterhelésnek az a célja, hogy a szúrótest biztosan érintkezzék a tárgy felületével, így a besüllyedés pontosan meghatározott helyzetből kiindulóan mérhető. A mérőóra mutatója az előterhelés közben elmozdul. Ezt az állást tekintik a mérés alapállásának, ezért a skála 0 pontját az

elmozdult mutatóhoz állítják 2. A szúrótestet az F = F0 + F1 erővel terhelik, melynek hatására jobban nyomódik az anyagba. A benyomódás értékét az óra mutatja http://www.doksihu 107. ábra A Rockwell C (HRC) keménységmérés menete 108. ábra A Rockwell B (HRB) keménységmérés menete 3. Megszűntetik az F1 főterhelést, közben az előterhelés továbbra is hat A szúrótest a rugalmas alakváltozás mértékével kissé felemelkedik, ennek megfelelően az óra mutatója is kissé visszafelé mozdul. Ebben a helyzetben tehát az óra a főterhelés által okozott maradó http://www.doksihu besüllyedés mélységét mutatja. A besüllyedés mélységét 0,002 mm –es egységekben, úgynevezett Rockwell – egységekben mérik A benyomódás mélységének 0,002 mm –es egységekben kifejezett értékét, a vizsgálat fajtájától függően egy állandó számból vonják le A különbség értéke az órán közvetlenül leolvasható. A különféle

Rockwell – keménységmérő eljárások jellemző adatait a 11. táblázatban foglaltuk össze. 11. táblázat Szúrótest Előterhelés F0 Főterhelés F1 Teljes terhelés F = F0 + F1 A keménység mérőszámának meghatározása Rockwell C Rockwell A HRC HRA 120° - os csúcsszögű gyémántkúp 98 N 1373 N 490 N 1471 N 588 N e 100 - 0,002 Rockwell B HRB 1/16” átmérőjű acélgolyó 883 N 980 N e 130 - 0,002 A Brinell és Vickers, másrészt a Rockwell keménységmérő eljárások között elvi különbség miatt az egyes keménységérték közvetlen átszámítására nincs lehetőség. A Rockwell – értékeknek megfelelő Brinell vagy Vickers értékek csak nagyszámú összehasonlító mérési adatok alapján szerkesztett táblázatokkal vagy diagramokkal adhatók meg. A Brinell, Vickers és a Rockwell – keménységmérési módszereket egymással összehasonlítva, alkalmazási területüket a következőként jelölhetjük meg. Pontos laboratóriumi

mérésekre a Vickers – vizsgálat, nagyobb felületek átlagkeménységének meghatározására Brinell – keménységmérés a leginkább alkalmazható. Üzemi mérések kielégítő pontossággal a Rockwell módszerrel végezhetők 9.74 Dinamikus keménységvizsgálatok A dinamikus keménységméréseknek két fajtája van. Az egyik elvileg hasonló a Brinell – vizsgálathoz. Vagyis valamilyen szúrószerszámot dinamikus igénybevétellel nyomnak be a tárgyba és hasonlóan mint a Brinell kísérletnél a visszamaradt lenyomatból következtetnek a keménységre A másik csoportot azok a dinamikus vizsgálatok képezik, amelyek a rugalmas visszahatás elvén alapulnak. Abból indul ki, hogy a keményebb tárgy rugalmasabb, tehát rugalmas ütközés révén egy ráejtett szerszámot a keményebb tárgy jobban fog http://www.doksihu visszalökni. Mind a két csoportba tartozó vizsgálatok az eddigiekhez képest alárendelt jelentőségűek Kivételes esetben

alkalmazzák őket, rendszerint csak olyankor, ha más módszerrel az anyag keménységét meghatározni nem lehet 9.741 Poldi – féle keménységmérés A Poldi - kalapács összehasonlító keménységmérésekre szolgál. A golyótartóba egy 10 mm átmérőjű golyó van lazán befogva. Az r rugó az f rudat állandó erővel szorítja az n jelű ismert keménységű testhez. Ennek következtében az n jelű rúd is a golyóra fekszik fel A golyót a mérendő tárgyra helyezve és egy kalapáccsal az f rúd végére ütést mérve, a mérendő tárgyon valamilyen dx, az n jelű próbatesten pedig dn átmérőjű lenyomat fog jelentkezni Az ütés következtében fellépő F erő hatása mindkét tárgyra nézve ugyanaz, tehát a Brinell – keménység fogalmazása szerint: 2F HBn = , D π ( D - √ D2 – dn2 ) 109. ábra A Poldi – kalapács szerkezete 2F HBx = . D π ( D - √ D2 – dx2 ) az ismeretlen keménységű tárgynál pedig: A matematikai levezetés

mellőzésével a számításhoz szükséges végképlet a következő: Hn dx = Hx dn 2 . A Poldi–kalapáccsal kisebb pontosság érhető el, mint a laboratóriumi keménységmérő berendezésekkel. Az eljárás azonban például tájékoztató mérések, különféle anyagok közelítő minősítése céljára jól használható. Nagy előnye, hogy olyan tárgyak keménységének meghatározására is alkalmas, melyek laboratóriumban (például nagy méretük miatt, vagy helyhez kötöttségük miatt) nem vihetők be. 9.742 Shore – féle keménységmérés A rugalmas visszahatás elvén alapuló eljárás. A vizsgálat alapja, hogy a keményebb http://www.doksihu tárgy rugalmasabb is. Tehát rugalmas ütközés révén egy ráejtett szerszámot a keményebb tárgy jobban fog visszalökni. A mérés eszköze a szkleroszkóp (110 ábra) A mérés végzéséhez az „a” állványon elmozdítható „b” ejtőcsövet a „c” kézi kerékkel olyan magasságba

állítják be, hogy a „d” vizsgálandó próbatesttel érintkezzék és azt kis nyomással a készülék tárgyasztalára szorítsa. Az edzett acélból készült, vagy lekerekített gyémántvégződésű ejtő-kalapácsot meghatározott 110. ábra Szkelroszkóp magasságból (256 mm) a tárgyra ejtik. Az ejtőkalapács visszapattanásának magassága az ejtőcső oldalára erősített beosztáson leolvasható A beosztást úgy készítik, hogy közvetlenül a Shore – keménység értékeit mutassa. Az előbbivel azonos elven működik az úgynevezett durométer, vagy másnéven duroszkóp, melynek vázlata a 111. ábrán látható Szerszáma acélkalapács „a”, amelyet a doboz belsejében ingára függesztenek A kalapácsos inga a vízszintes helyzetből indul, majd a „b” tárgyhoz ütődve visszapattan. A visszapattanás mértékét a „c” végállás – mutató rögzíti A keménység mérőszáma a beosztáson olvasható le A szkleroszkóppal és durométerrel

végzett keménységvizsgálatok eredményét számos tényező befolyásolja, például a próbadarab 111. ábra felületének érdessége, a próbadarab vastagsága, stb. Durométer A szkleroszkóp és a durométer nem alkalmas általános anyagjellemzők meghatározására. Jól használható viszont összehasonlító mérések végzésére, és annak megállapítására, hogy a sorozatban készült alkatrészek keménysége a tűréshatáron belül van-e. 9.8 HIBAKERESŐ VIZSGÁLATOK A kristályos szilárd testeket alkotó rácsszerkezet, illetve krisztallitok méretei között, nagyságrendi különbségek vannak. Az angström nagyságrendű rácsszerkezet, a röntgensugarak visszaverődésével vizsgálható Hasonló célokra alkalmazható az elektronsugár, illetve a neutronsugár is. http://www.doksihu A krisztallitok, valamint a szemcsehatár szerkezete mikroszkóp segítségével vizsgálható. A látható fénnyel dolgozó mikroszkópok mellett újabban

kifejlődött az elektronmikroszkóp, amelynek segítségével már kb 105 –szeres nagyítások is elérhetők Ezzel szemben a közönséges mikroszkópnak 103 szoros nagyságrendű a nagyítása. A hibakereső vizsgálatok célja, hogy kész, vagy félkész áruknak hibáit, folytonossági hiányait, szemmel nem észlelhető repedéseit felderítsék. Ezek az eljárások a szerkezet, vagy alkatrész épségének veszélyeztetése nélkül végezhetők. Így a legtöbb más jellegű eljárástól megkülönböztetésül roncsolás mentes vizsgálatoknak is nevezik őket E vizsgálatok jelentőségét jól megértjük, ha meggondoljuk mennyi kárt okozhat emberéletben és anyagi javakban egy repülőgép-motor hajtótengelyének rejtett repedése, vagy egy fel nem derített hegesztési hiba, mely a hegesztett híd leszakadását is okozhatja. 9.81 Röntgen hibakereső vizsgálat A röntgensugarakkal végzett hibakereső vizsgálatokat kész szerkezetek belső folytonossági

hiányainak, nem fémes záródmányok, gázhólyagok, lunkerek, repedések, hegesztési hibák kimutatására használják. A röntgensugár vizsgálatnak, az úgynevezett radiográfiai vizsgálatnak az alapja, hogy 10 – 0,1 Å hullámhosszúságú röntgensugarak az anyagon áthaladva abban különbözõ mértékben nyelődnek el. Az így átvilágított tárgy hátlapjára helyezett érzékelőernyőn, vagy filmen a változó sugárintenzitás világos, illetve sötét foltokat okoz a 112. ábra Röntgenvizsgálat hibahelyek lenyomatán. A röntgensugaras vizsgálat berendezését a 112 ábra mutatja Az üvegből készült röntgencső belsejében vákuum van. A kisfeszültségű árammal izzított katódként szereplő wolframspirálból elektronok lépnek ki, és a rákapcsolt nagyfeszültségű (50 – 300 KV) áram hatására nagy sebességgel ütődnek fel a W – lemezből készült vetítőtükörként szolgáló anódon Itt kinetikai energiájuk nagy része hővé

alakul, kisebb része, röntgensugarak alakjában hagyja el a csövet. http://www.doksihu A röntgen sugárnyaláb útjába helyezett tárgyak a röntgensugarak egy részét szétszórják, megmaradó része a sugaraknak kilép a tárgy hátsó lapján. A röntgensugár intenzitásváltozása a tárgyon való áthaladás közben I1 = I0 e –μd képlettel fejezhető ki, ahol I0 a felületre érkező intenzitás mérőszáma. I1 a tárgyat elhagyó röntgensugár intenzitása. Az „e” természetes logaritmus alapja, „µ” a gyengülési együttható és „d” a vizsgált tárgy vastagsága. A röntgensugár homogénnek feltételezett tárgyon való áthaladása közben annak minden hosszegységén kb. egyforma mértékben gyengül A röntgensugárzás intenzitásának csökkenése tehát elsősorban az átvilágított tárgy vastagságának a függvénye A gyengülés függ az anyag sűrűségétől és rendszámától. E két jellemző, növekedésével a gyengülés is nő

Ez a fizikai törvényszerűség az alapja a hibakereső röntgensugár – vizsgálatnak. Ugyanis a fémes anyagokban található hibahely anyaga, a gáz vagy nem fémes záródmány lényegesen kisebb sűrűségű és kisebb rendszámú, mint a fém. Az ilyen hibahely gyengülési tényezője tehát a féméhez képest elhanyagolható. Ez annyit jelent, hogy a hibahelyen áthaladó röntgensugár intenzitásból nem, vagy alig veszít. A hibás helyen áthaladó röntgensugár távozó intenzitása: I2 = I0 e –μ (d – x) ahol „x” a hibának sugárirányú mérete. A hibás hely mögött tehát nagyobb lesz a sugárintenzitás, ami az érzékelő részen (képernyőn, filmen) megvilágítás – különbséget, kontrasztot hoz létre. A filmen jelentkező feketedés különbség a hibás helyen és az ép helyen áthaladó sugár kilépő intenzitásának viszonyszámával jellemezhető: I2 = eμx I1 A sugárkontraszt tehát annál nagyobb, minél nagyobb a gyengülési

együttható és minél nagyobb a hibának sugárirányú mérete. Ebből következik a röntgen, – és az γ – sugár vizsgálatnak az a jellege, hogy csak a sugárzással közel párhuzamos repedést jelzi. A röntgenvizsgálat hibakimutatása ritkábban fluoreszkáló ernyőn, rendesen röntgenfényképezés útján történik. A röntgenfényképezés alapelve az, hogy ha a zselatinban eloszlott brómezüstöt tartalmazó fényérzékeny réteget éri a sugárzás, akkor a nagyobb sugárintenzitás- http://www.doksihu sal megvilágított brómezüst a hívóban gyorsabban redukálódik fémezüstté, mint a kisebb intenzitást kapott szemcsék. A meg nem világított sugár által nem ért szemcsék, nem redukálódnak, és a fixáló fürdőben kioldódnak A film feketedésének mértékét a film átvilágítására használt beérkező sugár, és a távozó sugár intenzitáshányadosának a logaritmusával adják meg. A feketedés mértéke: I0 S = log I1 A

röntgenfelvételt minősíteni szokták, a legkisebb kimutatható hiba nagyságának az átvilágított vastagsághoz való viszonyítása útján. 9.82 Anyagvizsgálat radioaktív izotópokkal A fémek vizsgálatára a röntgensugárzáson kívül használják egyre kiterjedtebb mérték- ben a gammasugárzást is. A gammasugarak nem stabil atommagok, stabil állapotba való átmenete közben keletkeznek úgy, hogy sugárzás formájában energia szabadul fel. Ilyen gammasugárzás keletkezik természetes radioaktív anyagok, például rádium stabilabb állapotba való átmenete közben. A radiográfiai vizsgálathoz azonban sohasem használnak természetes radioaktív anyagot Azok egy része ritka előfordulásuk miatt drága, más részt pedig kicsi az aktivitásuk. A gammasugár vizsgálatokhoz mindig mesterséges radioaktív izotópokat használnak. Ezeknek előnye, hogy a szükséges nagyságú aktivitással lehet őket előállítani és hogy viszonylag kis méretűek.

Olyan szűk helyre is eljuttathatók, ahova röntgencsővel beférni nem lehet. Előnyük még, hogy nincsenek áramforráshoz kötve, és így tetszőleges helyen való átvilágításra használhatók fel Az izotópok a periódusos rendszer azonos helyén levő különböző tömegszámú elemek, amelyek neutronszáma a protonszámával nem egyezik. Ilyen izotópokat mesterségesen úgy állítanak elő, hogy az elemet atomreaktorban neutronsugárzásba helyezik. A neutronsugárzásban az elem atommagjai neutronokat vesznek fel és az így keletkezett izotóp instabil állapotba kerül A stabil állapot felé való törekvés közben fölös energiáját sugárzás alakjában adja le Ezt a sugárzást használják fel átvilágításra Az anyagvizsgálatnál leggyakrabban használt izotópok a Co–60, és az Ir–192. A különböző izotópokra jellemző az az idő, mialatt az aktivitásuk felére csökken Ezt az időt ne- http://www.doksihu vezzük a radioaktív elem felezési

idejének. A Co-60 esetében a felezési idő 5,3 év Az Ir192 – nél 74 nap Az izotópok tehát, használat nélkül, pusztán tárolás alatt is veszítenek energiájukból. Az izotópos sugárvizsgálat elveiben azonos a röntgenvizsgálattal. Állandó sugárzásuk miatt az izotópokat gondosan el kell zárni az úgynevezett izotóptartókba Ezek rendszeresen ólomból készült gömb alakú tartályok, amelyeknek a közepén van elzárva a sugárzó izotóp Szokás a nagyobb, nehezebb, tárolótartó mellett könnyebb, kisebb, munkatartót is használni Ezek csak egy adott távolságig és ideig közelíthetők meg használat közben Az izotópos vizsgálatok technikájában fokozott mértékben kell betartani a sugárvédelmi intézkedéseket. Az izotópos vizsgálati technika általában abban különbözik a röntgenvizsgálat technikájától, hogy nagy energiájú, kemény sugárzásra érzékeny filmeket (például AGFA – Texo F) használnak, és hosszabb expozíciós

időket alkalmaznak. Ultrahangos hibakereső vizsgálatok 9.83 Az ultrahangvizsgálat nyomáshullámok terjedését és a közeg határfelületeiről való visszaverődését használja fel belső folytonossági hiányok, repedések, záródmányok, stb. felderítésére Meghatározott frekvenciatartományhoz tartozó rezgések hallószerveink közvetítésével a hang képzetét keltik. Az emberi fül által érzékelt rezgések másodpercenkénti rezgésszáma kb 18 és 20 000 között van A hallhatóság alsó határa (16 Hz) alatti rezgéseket infrahangoknak, a felső határ (kb.20 000 Hz) feletti rezgéseket pedig ultrahangoknak hívják. Az ultrahang vizsgálatnál főleg hosszirányú (longitudinális) rezgéseket alkalmaznak. Egyidőben keletkeznek azonban keresztirányú (tranzverzális) rezgések is. A longitudinális ultrahangrezgések az acélban 6920 m/s sebességgel terjednek, és így igen nagy vastagságú fémtárgyak vizsgálatára alkalmasak. A levegő vagy nem

fémes záródmányok az ultrahang hullámok számára olyan nagy akadályt jelentenek, hogy azok felületéről teljes egészükben visszaverődnek Ez a magyarázata az ultrahangvizsgálat olyan jellegének, hogy a röntgenvizsgálattal ellentétben a hullámzásukra merőleges irányban elhelyezkedő legvékonyabb (1 mikrométer vastagságú) repedésre is reagál. Az ultrahanghullámokat a piezo – elektromosság jelenségének felhasználásával állítják elő. A piezo-elektromos kristályoknak az a tulajdonsága, hogy változó elektromos tér http://www.doksihu hatására térfogatukat változtatják. Ezzel elektromos hullámokat mechanikai rezgésekké lehet átalakítani. A hatás megfordítható: a mechanikus rezgésbe hozott piezo-elektromos tulajdonságú kristály egy bizonyos frekvenciájú elektromos hullámokat kelt A legjobb hatásfokú energia átalakítás akkor következik be, ha a mechanikus rezgések megközelítik a kristály önrezgésszámát. Ebben az

esetben a kristály rezonanciába kerül Ultrahangvizsgálatokra majdnem kivétel nélkül kvarckristályokat használnak. A kvarckristályból kristálytanilag pontosan meghatározott irányban metszik ki a párhuzamos felületekkel határolt kristálylapot. Ezt, az ultrahangvizsgáló készülék fejébe szerelve, annak felületére vezetett nagyfrekvenciás áram hatására váltakozva kap ellenkező előjelű töltéseket és így mechanikus rezgésbe jön. Ezeket a rezgéseket megfelelő kapcsolóközeg: víz, vagy szilikonolaj közvetítésével átadjuk a vizsgálandó tárgynak, amelyben a longitudinális ultrahanghullámok majdnem párhuzamos irányban terjednek. A vizsgált anyagon áthaladó hullámokat vevőfejjel foghatjuk fel, melynek berendezése azonos az ultrahang rezgéseket keltő adófejjel. A vevőfej kristálya az anyag folytonossági hiányaitól átvett mechanikus rezgéseket nagyfrekvenciás elektromos rezgésekre alakítja át, majd a rezgéseket elektronikus

erősítő útján katódsugárcsőbe vezetik, ahol észlelhetők a folytonossági hiányok. Az ultrahangvizsgáló berendezés általános elrendezési rajzát a 113 ábra mutatja Az ultrahangvizsgálatnál alkalmazott frekvenciaszámot a vizsgált anyag minősége határozza meg. Az ultrahangvizsgálatoknak két alapvető módszere terjedt el: ∗ 113. ábra Ultrahangvizsgáló berendezés átsugárzásos módszer (113. ábra) ∗ az impulzus-visszhang módszer A hibakereső anyagvizsgálatok korszerű eljárásai kö- zé tartozik az ultrahangvizsgálat, melyet gyakran használnak a röntgenvizsgálatok költségeinek csökkentésére, oly módon, hogy ultrahanggal feltárják a hibák helyét és az így indikált hibákat röntgenfelvétellel ellenőrzik. 9.84 Mágneses és elektroinduktív anyagvizsgálati eljárások A mágneses repedésvizsgálat feladata, hogy ferromágneses anyagok felületéről ki- induló, vagy annak közeléig hatoló, szemmel nem látható

repedéseit kimutassa. http://www.doksihu Az eljárás lényege az, hogy a vizsgálandó tárgyat, illetve annak vizsgálandó helyét felmágnesezik. Így a mágneses erővonalakkal átjárt felületre kolloid finomságú ferromágneses anyagot szórnak poralakban, vagy öntenek a hordozófolyadékba Az erővonalak a fémben nagyjából párhuzamosan haladnak, de a repedés diamágneses jellege miatt annak határain kilépnek a levegőbe, és ott szórt mezőt képeznek. A mágneses repedésvizsgálat fizikai alapja, hogy a ferromágneses anyagok permeabilitása a levegőhöz képest ezerszeres. Így a bennük jelenlevő minden folytonossági hiány ezerszeres ellenállást jelent a mágneses erővonalak útjában. Ha a repedés a felületen vagy annak közelében van, ellenállása oly nagy lehet, hogy az erővonalakat a tárgyból a levegőbe való kilépésre kényszerítheti. Ily módon a repedést közvetlenül körülvevő levegőben, szórt mezőt létesít. A szórt mező

erővonalai áthidalják a repedést Ennek a szórt mezőnek mágneses erővonalai vonzzák magukhoz, és irányítják útjukkal párhuzamosan a ferromágneses porszemcséket. Ezek a repedés felett összesűrűsödnek, és ez fogja jelezni a repedés helyét A mágneses erővonalak irányukból csak akkor térnek ki észrevehető mértékben, ha a repedés a hosszra merőleges, illetve azzal egy bizonyos szögnél nagyobb szöget zár be. Ebből következik a mágneses repedésvizsgálat célszerű végzésének az alapszabálya, hogy a vizsgálandó tárgyakat többirányú, de legalább két egymásra merőleges irányú mágneses mezővel kell gerjeszteni. A mágneses repedésvizsgálat sikerét a következő 4 alapkövetelmény határozza meg. 1. A vizsgálandó tárgynak mágnesezhetőnek, ferromágnesesnek kell lennie Ilyen anyagok a vasötvözetek, a nikkel és a kobalt. Nem alkalmasak a vizsgálatra az ausztenites acélok; a 18/8 CrNi, és a 12% -os Mn-acél, az alumínium, a

réz és ötvözetei. 2. A mágnesezést megfelelő irányban, illetve több irányban kell végezni 3. Megfelelő finomságú ferromágneses indikátorszert kell használni 4. Az indikációt gondosan, kellő gyakorlattal kell értékelni A mágnesező áram 2 – 20 V feszültségű és a vizsgálandó darab keresztmetszetétől függően 20 – 1 000 A erősségű egyenáram. Lökésszerű felmágnesezéshez 5 000 A áramerősségű váltóáramot használnak Utóbbi esetben a szükséges szórt mezőt a vizsgált darabban visszamaradt úgynevezett remanens mágnesesség szolgáltatja. Mágnesezésre a vizsgált darab alakjától, és a hiba várható elhelyezkedésétől függően, többféle lehetőség van. A mágneses repedésvizsgálat néhány módszerét mutatja a 114 ábra. http://www.doksihu Hosszú, vékony darabok, rudak, tengelyek mágnesezése a mágnestekercs belsejébe való behelyezéssel (114.a ábra), vagy a tekercs elektromágneses pólusai közé helyezéssel

(114.b ábra) történik Kis méretű tárgyak vizsgálatához elektromágnes helyett állandó mágnes is használható 114. ábra Különböző tárgyak mágneses repedésvizsgálata Az erővonalak az a. és b ábra szerinti esetben a tárgy hosszirányában haladnak Ezzel a módszerrel tehát legjobban a keresztirányú hibákat lehet láthatóvá tenni. Hosszirányú repedések olyan mágneses térben mutathatók ki, melynek erővonalai a tárgy hossztengelyére merőleges síkban mágnesesköröket alkotnak. Ilyen mágneses tér keletkezik akkor, ha a vizsgált tárgyat vezetőnek használva, rajta nagy erősségű (több ezer amperes) áramlökést bocsátanak keresztül 114.c ábra Üreges tárgyakban, csövekben az előbbihez hasonló mágneses tér a résen keresztül húzott vezetőn keresztül átbocsátott árammal is gerjeszthető (114.d ábra) 9.85 Mikroszkópi vizsgálatok, fémmikroszkóp felépítése és működése A fémek krisztallitjai a legkülönbözőbb

méretűek lehetnek, de általánosságban kiseb- bek annál, hogy szabad szemmel észlelhetők legyenek. Ezért a krisztallitok vizsgálata rendszerint nagyobb nagyításban, a mikroszkóp segítségével történik Az állapotábrák szerkezetéből következik, hogy pusztán a kémiai összetétel nem lehet mértékadó a fém sajátosságaira Az ötvözet minősége elsősorban a keletkezett krisztallitok szerkezetétől és eloszlásától függ. A mikroszkóp a fém vizsgálatának fontos eszköze. Segítségével gyors és egyszerű áttekintést lehet nyerni az ötvözet szövetszerkezetéről, annak esetleges hibáiról, és a hő- http://www.doksihu kezelés menetéről, stb. Az állapotábrák ismeretében a mikroszkóp segítségével számos felvilágosítást lehet nyerni az ötvözetek természetéről A fémek mikroszkópi vizsgálata – tekintettel arra, hogy a fémből átlátszó preparátumot nem lehet készíteni – különleges mikroszkópi berendezéseket

igényel. A hagyományos vizsgálati eljárásokkal (biológiai mikroszkóp), ahol a tárgyat áteső fényben vizsgálják, a fémek vizsgálata mindig visszavert fényben történik. Egy fém vagy ötvözet felülete normális állapotában annyira egyenlőtlen, hogy fényvisszaverő képessége egészen csekély, ezért csiszolással és maratással kell a vizsgálathoz alkalmas állapotba hozni. A mikroszkóp két lencserendszerből áll. Ezek egy csőben a mikroszkóp tubusában vannak elhelyezve. A tárgyhoz közelebb eső lencsét, illetve lencserendszert tárgylencsének (objektív), a megfigyelő szeméhez közelebb esőt pedig szemlencsének (okulár) szokás nevezni. A mikroszkóp képalkotásának sugármenetét a 115 ábra mutatja 115. ábra Sugármenet a mikroszkópban Fizika törvényei szerint a végtelenből érkező párhuzamos fénysugarakat a lencse a fókuszpontban gyűjti össze. A lencse középpontján átmenő sugarak, pedig törés nélkül folytatják

útjukat A 115 ábrán a vizsgálati tárgy (AB) képalkotásának menetét követhetjük Az objektív fókuszán kívül elhelyezett AB tárgyról valódi, fordított állású kép (A1B1) keletkezik az okulár fókusztávolságán belül. Ezt a képet az okulár erősen kinagyított fordított (virtuális) képpé alakítja (A1’B1’). A mikroszkóp teljes nagyítása az objektív (N0) és a szemlencse (Nsz) nagyításainak szorzatából adódik: N = N0 · Nsz http://www.doksihu A mikroszkóp nagyítása azonban csak egy bizonyos határig növelhető. Létezik egy olyan határ, amelyen túl a kép nagyítása újabb részleteket már nem nyújt, legfeljebb a már meglevő részleteket nagyítja ki. A mikroszkóp hasznos nagyítása elsősorban a mikroszkóp feloldó képességétől függ. A mikroszkóp feloldó képességét pedig kizárólag a tárgylencse szabja meg, mert a szemlencse már csak a tárgylencse által adott képet nagyítja meg. A feloldó képesség két

vonalnak az a legkisebb távolsága, amely az adott lencsével még észlelhető Ha „d” a két vonal távolsága,λ a fény hullámhosszúsága, „a” pedig a tárgylencse n umerikus apertúrája, akkor: λ d = . a A lencse apertúráján (116. ábra) a tárgy valamely pontjáról visszavert, és a lencsébe még belépő – tehát képalkotásra még felhasználható – fénysugárkúp fél csúcsszögének (α ) szinuszát szokás érteni: a = sin α . Ez a szög természetesen nem lehet nagyobb 90° -nál. Így az apertúra elméleti értéke (mivel sin 90° = 1), maximálisan 1 lehet A gyakorlatban 0,95 –nél nagyobb apertúrájú lencsét nem 116. ábra A tárgylencse apertúrája lehet előállítani. A viszonyok némileg megváltoznak, ha a lencse és a tárgy közé olyan anyag kerül, amelynek törésmutatója egynél nagyobb. Ilyenkor a numerikus apertúra értéke: a = n sin α , ahol „n” a közeg törésmutatója. A levegőnél nagyobb törésmutatójú

közegek alkalmazásával a numerikus apertúra megnövelhető. A levegő törésmutatója: 1, a vízé 1,33 A fémmikroszkópok általános elrendezése, néhány kivételtől eltekintve, a Le Chatelier által megadott elven épül fel. A tárgy vizsgálata mindig visszavert fényben történik A mikroszkóp elrendezésétől függően a tárgy a mikroszkóp alatt, és fölött helyezhető el. Ennek megfelelően alsó és felső tárgyasztalos mikroszkópok használatosak A Le Chatelier – féle mikroszkópoknak kétféle elrendeződése van, amelyek a 117. ábrán láthatók http://www.doksihu 117. ábra A Le Chatelier – féle mikroszkópok elrendezése: a) alsó tárgyasztalos, b) felső tárgyasztalos A tárgy megvilágítása az objektíven áthaladó fénysugárral történik. A fénysugarat az úgynevezett illuminátor vetíti a tárgylencsére. Az illuminátor vagy egy planparallel üveglemez, vagy pedig tükör, illetőleg prizma szokott lenni. A tükrös, vagy prizmás

illuminátor erősebb megvilágítást ad, mert a fénysugarakat jóformán veszteség nélkül vetíti a tárgylencsére. Hátránya, hogy a tárgyról visszavert képalkotó fénysugarak egy részét felfogja. A planparallel üveglemez viszont jóval kisebb fényerőt szolgáltat, azonban a tárgylencse nyílását szabadon hagyja. Ezért általában nagy felbontóképességű lencséknél 118. ábra A mikroszkóp megvilágító berendezése a planparallel üveglemezes illuminátorokat szokás alkalmazni. Teljesen pontszerű fényfor- rást előállítani nem lehet, ezért a megvilágító berendezést a 118. ábrán látható módon szokás összeállítani. A lehetőleg pontszerű fényforrásból (pontlámpa, vagy ívlámpa) kiinduló fénysugár a kondenzorlencsén halad át Ott ahol a fénysugarak egy pontban metszik egymást, az A apertúra fényrekesz található. A fény innen a K lencserendszeren és a látótér szabályozó fényrekeszen át (L) kerül az illuminátorba.

A látótér fényrekesz úgy van elhelyezve, hogy képe élesen képződjék le a tárgyra (118.a ábra) http://www.doksihu A látótér fényrekesz feladata az, hogy a látótéren kívül eső fénysugarakat felfogja, mert ezek a felesleges tükröződésekkel a kép tisztaságát erősen zavarják. A látótér fényrekesz a megvilágított felület méretét szabályozza. Az apertúra fényrekesz a fényerősséget szabályozza. Zárásával csökken a lencse apertúrája, és ezzel együtt a felbontóképessége is, mint a 118.b és 118c ábra vázlatosan mutatja 9.851 Elektronmikroszkópos vizsgálat Az anyagszerkezeti vizsgálat másik lehetősége az elektronsugarak alkalmazásával működő úgynevezett elektronmikroszkóp használatával is lehetséges. Az elektronsugár 3 · 10-2 - 5 · 10-2 Å nagyságrendben mozgó hullámhosszúságnak felel meg. Az elektronmikroszkóppal elérhető felbontóképesség jóval nagyobb, mint látható fényben, bár a “lencséit”

olyan nagy apertúrával nem lehet megszerkeszteni, mint a fénymikroszkóp lencséit. Az elektronmikroszkóp szerkezetét a 119. ábra mutatja. A kb 50 - 100 kV potenciálkülönbséggel gyorsított elektronok egy mágneses lencserendszeren haladnak keresztül. Az elektronmikroszkóp “lencséi” tulajdonképpen mágnes tekercsek, amelyeken átfolyó gerjesztő áram segítségével az elektronsugár – 119. ábra elhajlítható és így éppen úgy egyenesíthető a mágneses Elektronmikroszkóp szerkezete “lencse” fókuszában –, mint a fénysugarak az üveglen- cséken keresztül. Rendszerint két kondenzor lencséje van Ezeket úgy állították be, hogy a második lencse után a sugarak éppen a tárgyban metszik egymást. A tárgy közvetlenül az objektív lencse felett helyezkedik el Az objektív kb 30 – 40 –szeres nagyítást ad További két lencse egyenként kb. 40 – 50 –szeres nagyítással vetíti tovább a képet, egy fluoreszkáló ernyőre, ahol az

láthatóvá tehető, vagy fényképezhető Az elektronmikroszkóp az utóbbi időben egyre nagyobb szerephez jut a fémek szerkezetének vizsgálatában. Igen nehéz és nagy gyakorlatot igényel az elektronmikroszkópi preparátum készítése A vizsgált tárgy vastagsága 10-4 mm nagyságrendű lehet http://www.doksihu A preparátumok előállítása a rendes fényben működő mikroszkóp számára eléggé egyszerű. Az elektronmikroszkóp esetében, a készítés menete megegyezik A különbség az utolsó fázisban van. A ma használatos három legfőbb módszer: a teljesen kézi csiszolás, a gépi csiszolás (a próbatestet kézzel kell tartani), és a teljesen gépesített csiszolás. Mindhárom módszer menete a következő: a próbatestet először durva csiszolópapírral kell csiszolni Ezután egyre fokozódó finomságú csiszolópapírokkal folytatódik a csiszolás, oly módon, hogy minden következő fokozatnál a csiszolás iránya az előzőre merőleges legyen.

A csiszolást addig kell folytatni, amíg az előző csiszolópapír karcai teljesen eltűnnek A legfinomabb csiszolópapíron való csiszolás után következik a polírozás, amelyhez puha nemezlapot alkalmaznak. A nemezlapra vízben szuszpendált alumínium – trioxidot, vagy iszapolt vörösvasoxidot fújnak rá A polírozás után a próbatestnek tükörfényesnek kell lennie A mikroszkóp alatt vizsgálva, nagy nagyításban sem szabad, hogy a felületén karc vagy egyenlőtlenség mutatkozzék. Ezután a polírozott próbadarab felületét megfelelő kémiai anyaggal lemaratják Az eddigiek érvényesek mind a fény-, mind az elektronmikroszkóp preparátumának készítésére. Ezt követően az elektronmikroszkóp esetében a lemaratott preparátum felületére mindig sűrűbb és sűrűbb lakk réteget viszünk fel. Amikor a száraz lakk réteg vastagsága eléri a 0,3 0,6 mm vastagságot, letépjük a felületről A lakk rétegnek arra a felületére, amely felvette a

csiszolat domborzati képét, gőzöljük a vizsgálandó réteget. A preparátum készítés utolsó lépésében a vizsgálandó réteg alól kioldjuk az alap lakk réteget A kis méretű, kis keresztmetszetű próbadarabokat vagy műanyagba ágyazzák, vagy csavaros szorítók közé rögzítik a 120. ábrán bemutatott módon http://www.doksihu 120. ábra Kis méretű próbadarabok befogása csiszoláshoz 9.86 Az anyaghibák értékelése A röntgen-, izotóp-, mágneses repedésvizsgálat, vagy hasonló hibakereső anyagvizs- gálatok alkalmazásával az első és legfontosabb feladat eldönteni azt, hogy a várható hiba jellegének megfelelően melyik eljárás alkalmazandó. Például edzett darabokban az edzéshez szükséges gyors lehűtés következtében elsősorban repedések keletkezése várható, tehát ultrahang vagy mágneses vizsgálat jöhet szóba. Hegesztett szerkezetekben, ahol gázzárvány, salakhiba, összeolvadási hiba a leggyakoribb, ott elsősorban

röntgen- vagy ultrahangvizsgálatot kell alkalmazni. Mágneses repedésvizsgálat csak akkor szükséges, ha valamilyen okból a hegesztett anyag meleg- vagy hideg repedésekre gyanús lehet. Minden hibakereső anyagvizsgálatnál arra kell törekedni, hogy a felderített hiba mérete, fekvése és jellege egyértelműen eldönthető legyen. Igen sok esetben egy kisebb, jelentéktelen hibának a javítása nagyobb kárt okoz műszaki szempontból, mint a hiba meghagyása. Éppen ezért a hibáknak az anyagra gyakorolt hatását esetenként rendkívül gondosan kell mérlegelni. Egyes gyakrabban előforduló technológiák során keletkező anyaghibákat és azoknak ellenőrzési módját a szabványok előírják. Ilyen például az, hogy egyes nagynyomású csövek gyártásához használt kiinduló bugákat ultrahanggal kell ellenőrizni. Ugyancsak előírt sorozatvizsgálat a fedettívű automatikus hegesztéssel készülő úgynevezett spirálcsövek varratainak ultrahanggal

történő vizsgálata. Az értékelésnél figyelembe kell venni a szerkezetben ébredő feszültségeket és azok lefolyását is. Általában az egyszerű, tisztán statikus terhelésű szerkezetekben az anyaghibák hatása kevésbé veszélyes, mint a dinamikus vagy ismétlődő igénybevételeknek kitett szerkezetekben. Ezen az általános szabályon belül is egy hiba annál rosszabb, minél nagyobb http://www.doksihu az anyag szilárdsága, és minél kisebb a képlékenysége, amelyet akár a nyúlás, akár a kontrakció jellemezhet. A felsorolt, inkább példaszerű néhány irányelv csak támpontul szolgál. Ismételten hangsúlyozandó, hogy a hibakereső anyagvizsgálat által kimutatott hibák hatását a vizsgált szerkezet vagy anyag igénybevételétől, üzemétől, stb. függően kell esetenként elbírálni Ez a munka igen nagy gyakorlatot igényel. ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK 1. Mi az anyagvizsgálat célja, hogyan csoportosítjuk? 2. Értékelje a lágyacél

szakítódiagramot (rajz) 3. Hogyan számoljuk az „A” és „Z” értékeket? 4. Hogyan alakul ki a folyáshatár? 5. Milyen tényező, és hogyan befolyásolják a szakítóvizsgálatot? 6. Hogyan működik a hajtogató készülék? 7. A Courty – féle kokilla eredménye milyen tényezőktől függ? 8. Milyen kapcsolat van a Jominy – próba, és a keménységvizsgálat között? 9. Milyen tényezőktől függ a Brinell – keménységmérés? 10. Hasonlítsa össze a három keménységmérés jellemzőit 11. Értékelje a hajlítóvizsgálat nyomatékábráját 12. Milyen összefüggések szükségesek az elcsavarodás értékeléséhez? 13. Milyen kapcsolat van a Brinell – féle keménységmérés és a Poldi – kalapács között? 14. Hasonlítsa össze a különböző típusú Rockwell – vizsgálat menetét és mérőszámait 15. Milyen elven működik a röntgenvizsgálat? 16. Rajzolja le a mikroszkóp sugármenetét, és magyarázza annak szabályszerűségeit 17.

Mi az ultrahangvizsgálat fizikai alapja? 18. Milyen lehetőségek vannak a mágneses repedésvizsgálat elvégzésére? 19. Milyen anyagokat alkalmazunk radioaktív anyagvizsgálathoz? 20. Hogyan készül a mikroszkópi vizsgálatokhoz szükséges preparátum? http://www.doksihu FELHASZNÁLT IRODALOM 1. Fodor L – Enyingi K: ANYAGISMERET – TECHNOLÓGIA I. Tankönyvkiadó, Budapest 1980 2. Csizmazia Ferencné: ANYAGISMERET ÉS TECHNOLÓGIA II. Tankönyvkiadó, Budapest 1986 3. Szabados Mátyás: ANYAGSZERKEZETTAN ÉS ANYAGVIZSGÁLAT Tankönyvkiadó, Budapest 1985. 4. Dr Gillemot László: ANYAGSZERKEZETTAN ÉS ANYAGVIZSGÁLAT Tankönyvkiadó, Budapest, 1976. 5. Dr Verő J – Dr Káldor M: FÉMTAN MK 1977 6. Berke Péter – Győri József – SZERKEZETI ANYAGOK TECHNOLÓGIÁJA I – Kiss Gyula: 7. A Frischherz – W Dax: II. Műegyetemi Kiadó, 1998 FÉMTECHNOLÓGIAI TÁBLÁZATOK B+V Lap-és Könyvkiadó Kft., 1997 http://www.doksihu TARTALOMJEGYZÉK Oldal ELŐSZÓ

. 2 1. ANYAGSZERKEZETTAN . 3 1.1 Anyagszerkezeti alapfogalmak 4 1.2 Az anyag kristályos és amorf szerkezete, fizikai és kémiai tulajdonságaik 6 1.11 Kristálytani ismeretek 8 1.12 A fémek kristályrendszerei 9 1.3 Az atomok elhelyezkedése a kristályrácsokban 11 1.4 Rácsrendezetlenségek, rácshibák 21 1.41 Pontszerű (nullméretű) rácshibák 21 1.5 Diffúzió 22 1.6 Halmazállapot és fázisváltozások 23 1.7 A kristályosodás folyamata (Olvasmány) 26 1.8 Polimorfizmus, allotrópia 29 2. ÖTVÖZETEK SZERKEZETE . 34 2.1 Ötvözetek fogalma, előállítása 34 2.11 Ötvözetek egyensúlyi viszonyai 35 2.2 Ötvözetek szerkezete és kristályosodása 36 2.3 Tiszta fém és ötvözet dermedése, és lehűlési görbéjének felvétele 39 2.31 Lehűlési görbék felvétele (Olvasmány) 40 2.4 Kétalkotós egyensúlyi diagramok szerkesztése, emelőszabály 41 3. VAS-KARBON ÖTVÖZETRENDSZER . 44 3.1 A kétkomponensű rendszer egyensúlyi diagramjának

néhány szabályszerűsége 44 3.2 A Heyn-Charpy-féle ikerdiagram 45 3.21 A Fe-Fe3C ötvözetek diagramja 48 3.22 A vas-karbon ötvözetek jellegzetes szövetelemei 50 3.23 A különböző összetételű szövetszerkezetek vizsgálata a fázisszabály alapján 56 3.24 A vas grafitos ötvözetrendszer vizsgálata (Olvasmány) 60 3.25 Gyakorlati Fe-C ötvözetek 60 3.3 Hűtés sebességének hatása az acél szövetszerkezetére 61 http://www.doksihu 3.31 Egyensúlytól eltérő átalakulások a vas-karbon ötvözetekben 62 3.32 Az ötvözőelemek hatása az ausztenit-martenzit átalakulásra 67 4. VAS- ÉS ACÉLGYÁRTÁS . 70 4.1 Nyersvasgyártás 70 4.11 A nyersvasgyártás alapanyagai, előkészítése 70 4.12 A nyersvasgyártás segédanyagai 72 4.13 A nagyolvasztó szerkezete 72 4.14 A nagyolvasztóban lejátszódó metallurgiai folyamatok 73 4.15 A nyersvasgyártás termékei 74 4.2 Acélgyártás 75 4.21 Az acélgyártó eljárások csoportosítása 76 4.22

Az acélgyártás metallurgiája 76 4.23 Az acélgyártás betétanyagai 77 4.24 Siemens-Martin acélgyártás 78 4.25 Elektroacélgyártás 80 4.251 Acélgyártás ívfényes kemencében 80 4.252 Acélgyártás indukciós kemencében 81 4.26 Konverteres acélgyártás 82 4.261 Szélfrissítéses acélgyártó eljárások 82 4.2611 Bessemer eljárás 82 4.2612 Thomas eljárás 83 4.27 Vákuumkohászat 83 4.271 Acélok gáztalanítására szolgáló eljárások és berendezések 84 4.2711 Acélgyártó és átolvasztó eljárások vákuumban 84 5. ACÉLOK ÉS VASÖTVÖZETEK . 88 5.1 Az acélok felosztása 88 5.11 Gyártási mód szerint 88 5.12 Összetétel szerint 88 5.13 Szövetszerkezetük alapján 89 5.14 Felhasználási terület szerint 89 5.2 Ötvöző és szennyező elemek hatása az acél tulajdonságaira 90 5.21 A karbon hatása az acélok tulajdonságaira 90 http://www.doksihu 5.22 Az ötvözők hatása az acélok tulajdonságaira 91 5.23 Az ötvözők

hatása az allotróp átalakulások hőmérsékletére (A3, A4) 92 5.24 Az ötvözőelemek hatása a ferrit mechanikai tulajdonságaira 93 5.25 Az ötvözők hatása az acél kritikus lehűlési sebességére 93 5.26 A legfontosabb ötvözők hatása 94 5.27 A szennyezők hatása az acélok tulajdonságaira 95 5.3 Szerkezeti acélok 96 5.31 Ötvözetlen szerkezeti acélok 97 5.32 Betétben edzhető acélok 97 5.33 Nemesíthető acélok 98 5.34 Megszabott rendeltetésű szerkezeti acélok 99 5.4 Szerszámacélok 99 5.41 Ötvözetlen szerszámacélok (MSz 4354 – 76) 100 5.42 Hidegmegmunkáló szerszámacélok 101 5.43 Melegmegmunkáló szerszámacélok 101 5.44 Gyorsacélok (MSz 4351 – 72) 101 5.5 Különleges acélféleségek 102 5.51 Korrózióálló acélok (MSz 4360) 102 5.52 Hőálló acélok (MSz 4359) 102 5.53 Szelepacélok, szelepülésacélok (MSz 5776) 103 6. ÖNTÉSZET . 104 6.1 Öntöttvasak tulajdonságai 105 6.11 Az öntöttvasak tulajdonságait

befolyásoló tényezők 107 6.111 Szürke öntöttvasak 108 6.112 Gömbgrafitos öntöttvasak 109 6.113 Kéregöntvények 111 6.114 Temperöntvények 112 6.115 Különleges öntöttvasak 113 7. KÖNNYŰFÉMEK, SZÍNESFÉMEK, ÉS AZOK ÖTVÖZETEIK . 116 7.1 Alumínium és ötvözetei 116 7.11 Az alumínium előállítása 116 7.111 A timföld előállítása 116 http://www.doksihu 7.112 A fém alumínium előállítása, tulajdonságai 117 7.12 Az alumínium ötvözetei 119 7.121 Öntészeti alumíniumötvözetek (MSz 2679) 120 7.122 Alakítható alumínium ötvözetek (MSz 2679) 122 7.2 Magnézium és ötvözetei (MSz 817) 123 7.3 Titán és ötvözetei 124 7.4 Réz és ötvözetei 125 7.41 A réz előállítása, tulajdonságai 125 7.42 A réz ötvözetei 125 7.5 Nikkel és ötvözetei 128 8. NEM FÉMES SZERKEZETI ANYAGOK . 130 8.1 Műanyagok fogalma és csoportosítása 131 8.2 Műanyagok előállítási módjai 134 8.3 Műanyagok tulajdonságai 135 8.4

Fontosabb műanyagféleségek 136 8.41 Hőre lágyuló műanyagok 136 8.411 Polietilén (PE) 136 8.412 Polisztirol (PS) 137 8.413 Polimetil-metakrilát (PMMA) 138 8.414 Poliformaldehid (POM) 139 8.415 Polikarbonát (PC) 139 8.416 Poliamidok (PA) 140 8.417 Poliuretán (PU) 140 8.418 Polivinilklorid (PVC) 141 8.419 Politetrafluoretilén (PTFE) 141 8.4110 Szilikonok (SI) 142 8.42 Hőre nem lágyuló műanyagok 143 8.421 Fenoplasztok 143 8.422 Aminoplasztok 143 8.423 Telítetlen poliészter műgyanták 144 8.424 Térhálós szerkezetű epoxigyanták 144 8.5 Műanyagok alkalmazása a járműgyártásban 145 http://www.doksihu 8.6 Műanyag alkatrészek egyesítése (Olvasmány) 146 8.7 Műanyagok jelentősebb műszaki felhasználási területei 147 8.71 Fémek ragasztása 147 8.72 Optikai feszültség vizsgálatok 147 8.8 Műanyagok megmunkálása 147 8.81 Megmunkálás forgácsolással 147 8.82 Forgács nélküli megmunkálás 148 8.821 Fröccsöntés 149 8.822

Extrudálás 150 8.823 Kalanderezés 151 8.824 Műanyag habok előállítása 151 8.9 Kaucsukok, gumik 152 8.91 Természetes kaucsuk 152 8.92 Műkaucsukok 153 8.93 Gumigyártás 154 8.94 Gumiféleségek tulajdonságai 155 8.95 Gumiipari termékek és felhasználásuk 156 8.951 Gumiabroncsok gyártása és szerkezeti felépítése 156 9. ANYAGVIZSGÁLAT. 160 9.1 A tökéletes rácsú kristály 160 9.2 Anyagvizsgálatok feladata és csoportosítása 161 9.3 Szilárdsági vizsgálatok 162 9.31 Szakítóvizsgálat 163 9.311 Arányossági, rugalmassági és folyási határ 168 9.312 Szakítógép szerkezete 169 9.313 A szakítóvizsgálat eredményeit befolyásoló tényezők 170 9.32 Hajlítóvizsgálat 171 9.33 Csavaróvizsgálat 174 9.34 Nyíróvizsgálat 175 9.35 Tartósfolyás vizsgálat 176 9.36 Dinamikus szilárdsági vizsgálatok 178 9.361 Bemetszett próbatest ütővizsgálata 178 http://www.doksihu 9.362 Dinamikus szakítóvizsgálatok 179 9.4 Technológiai

vizsgálatok 180 9.41 Alakíthatóság vizsgálata 181 9.411 Technológiai hajlító próba 181 9.412 Hajtogató vizsgálat 182 9.413 Csavaró próba 182 9.414 Csővizsgálati eljárások 182 9.5 Az önthetőség vizsgálata 183 9.6 Az edzhetőség vizsgálata 185 9.61 Az ausztenit szemcsenagyságának meghatározása 185 9.62 A Jominy – próba 186 9.7 Keménységvizsgálatok fogalma és csoportosítása 187 9.71 Brinell – féle keménységmérés 188 9.72 Vickers – féle keménységmérés 191 9.73 Rockwell – féle keménységmérés 193 9.74 Dinamikus keménységvizsgálatok 195 9.741 Poldi – féle keménységmérés 196 9.742 Shore – féle keménységmérés 196 9.8 Hibakereső vizsgálatok 197 9.81 Röntgen hibakereső vizsgálat 198 9.82 Anyagvizsgálat radioaktív izotópokkal 200 9.83 Ultrahangos hibakereső vizsgálatok 201 9.84 Mágneses és elektroinduktív anyagvizsgálati eljárások 202 9.85 Mikroszkópi vizsgálatok, fémmikroszkóp

felépítése és működése 204 9.851 Elektronmikroszkópos vizsgálat 208 9.86 Az anyaghibák értékelése 210 FELHASZNÁLT IRODALOM . 212