Gépészet | Gépgyártástechnológia » Bagyinszky-Czinege - Fémek gyártási eljárásai

Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre Fémek gyártási eljárásai (Előállító-, alakadó- és kötőtechnológiák) Széchenyi István Egyetem 2006 Szerzők: Dr. Bagyinszki Gyula CSc, PhD – Dr Czinege Imre CSc, PhD Lektor: A könyv a HEFOP támogatásával készült. Széchenyi István Egyetem. Minden jog fenntartva ETO: 621.7 Bagyinszki Gyula, Czinege Imre 2006 Felelős kiadó: Azonosítószám: Készült: Felelős vezető: Munkaszám: Példányszám: Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Tartalomjegyzék Előszó 1. Bevezetés 1.1 Gyártással kapcsolatos alapfogalmak 1.11 Gyártási folyamat meghatározó elemei 1.12 Gyártás és terméke fontosabb jellemzői 1.2 Gyártási eljárások felosztása 1.21 Primer megmunkálások 1.22 Szekunder megmunkálások 1.3 Gyártásfejlesztés 1.31 Gyártástervezés 1.32 Gyártásgépesítés 2. Fémkohászat 2.1 Vas- és acélkohászat 2.11 Nyersvasgyártás 2.12 Acélgyártás 2.2

Nemvas fémek kohászata 2.21 Alumínium- és könnyűfémkohászat 2.22 Réz- és színesfémkohászat 3. Fémek alakadó eljárásai 3.1 Fémöntészet 3.11 Fémek önthetősége 3.12 Öntés elvesző formába 3.13 Öntés tartós formába 3.2 Porkohászat 3.21 Fémek szinterelhetősége 3.22 Sajtoló alakadás 3.23 Zsugorító izzítás 3.3 Képlékenyalakítás 3.31 Fémek képlékenyalakíthatósága 3.32 Térfogatalakítás 3.33 Lemezalakítás 3.4 Forgácsolás 3.41 Fémek forgácsolhatósága 3.42 Forgácsolás szabályos szerszámélekkel 3.43 Forgácsolás szabálytalan szerszámélekkel 3.5 Vágás 3.51 Fémek vághatósága 3.52 Vágás szilárd, elmozduló élekkel 3.53 Vágás nem szilárd, átáramló közegekkel 4. Fémek kötő eljárásai 4.1 Hegesztés 4.11 Fémek hegeszthetősége 4.12 Sajtoló hegesztés 4.13 Ömlesztő hegesztés 4.2 Forrasztás 4.21 Fémek forraszthatósága 4.22 Lágyforrasztás 4.23 Keményforrasztás -3- 5 6 6 7 8 10 11 13 13 17 21 23 29 30

32 42 42 45 54 54 55 62 66 68 69 71 77 77 79 83 120 123 126 128 132 141 148 152 162 179 198 201 203 Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.3 Ragasztás 4.31 Fémek ragaszthatósága 4.32 Hidegragasztás 4.33 Melegragasztás 4.4 Mechanikus kötés 4.41 Kötőelem nélküli mechanikus kötés 4.42 Kötőelemes mechanikus kötés 5. Fémmátrixú kompozitok 5.1 Szemcsés kompozitok 5.2 Szálas kompozitok 5.3 Réteges kompozitok 5.4 Bevonatos kompozitok Összefoglalás Felhasznált és ajánlott szakirodalom -4- 205 210 211 213 214 220 48 49 49 52 53 200 227 Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Előszó Az anyagtudomány keretében megismertük: a szilárd anyagok szerkezetét és szerkezetvizsgálatait; a szerkezeti anyagok választékát és jellemzőit, tulajdonságait és tulajdonságvizsgálatát, megmunkálhatóságát és technológiai vizsgálatait, károsodásállóságát és üzemeltetési

vizsgálatait, valamint az anyagkiválasztás szempontjait. Ezekre a témakörökre alapozva jelen írásmű olyan - elsősorban fémes szerkezeti anyagokhoz kapcsolódó technológiákkal foglalkozik, amelyeket azok előállítására ill. további megmunkálására alkalmaznak. Tehát az anyagismeret folytatásaként a gyártásismeret következik Az anyagtechnológiák felosztása sokféleképpen lehetséges. Az egyik jellemző szempont szerint megkülönböztetünk forgácsoló és forgácsnélküli (nem forgácsoló) technológiákat. Más megközelítésben alakadó-, kötő- és anyagszerkezet-módosító technológiákról beszélünk. E könyv tartalmát főképpen a fémek előállítása és forgácsnélküli megmunkálása képezi, míg a forgácsoló technológiák részletesebb bemutatása más írásművekre hárul. A könyvben a gyártási eljárások, anyagtechnológiák nem kész "recept"-ként, hanem alapelvek formájában szerepelnek, melyekhez az adott

szituációban rendelkezésre álló tárgyi (technikai) és személyi (szakértői) feltételek adják azt a ”többletet”, ami - elterjedt szóhasználattal - a "know-how"-t eredményez(het)i. A tudomány és a technika fejlődése újabb és újabb technológiai eljárások, eljárásváltozatok megjelenését hozza magával, melyek értelmezése a könyvben szereplő információk ismeretének birtokában már remélhetően egyszerűbb feladat. A teljes körű (termék)tervezés a kiválasztott anyag(ok)hoz rendelhető technológiá(k) kidolgozását, fejlesztését is magába foglalja. A technológia megfelelőségének biztosítása előzetes gyártástervezést igényel, kitérve a szükséges részműveletekre és azok ellenőrzött paramétereire egyaránt. A bevezetésben röviden e tématerületről is szó esik A könyv tartalma középfokú – főként fizikai és kémiai - előképzettséget és alapvetően olyan szakmai orientáltságot feltételez,

amelynél elsősorban "kommunikáció-képes" műszakianyagtechnológiai háttértudásra van szükség. Ez az írásmű sem törekszik (nem törekedhet) teljességre, hiszen a téma hatalmas, viszont a lehetséges terjedelem korlátozott. A fejezetekkel szinkronban számozott ábrák jelentős hányada - a könyv rendszerező felépítéséből következően - nem csak szemlélteti a leírtakat, hanem azt kiegészíti, ill. tömörsége és összefüggés-láttatása révén helyettesíti is, azaz információtartalmuk az ismeretanyag fontos részleteit képezi. A többi műszaki (tan)könyvhöz hasonlóan a szakmai műveltség és a műszaki intelligencia formálásához, fejlesztéséhez ez a könyv is hozzá kíván járulni. E gondolatok jegyében - remélve, hogy e könyv ismeretanyaga nem csupán tanulmányi kényszert, hanem műveltségigényt kielégítő, szemléletformáló, műszaki kommunikációkészséget fejlesztő, hasznos információforrást jelent Olvasói

számára - sok tanulmányi és munkabeli sikert kívánnak a Szerzők -5- Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 1. Bevezetés Amióta a szilárd szerkezeti anyagokat alkalmazásba vette az ember, azóta beszélhetünk anyagtechnológiákról is. Elődeink már az ősi időkben megtapasztalták, hogy a természeti erők által létrehozott anyagok vagy a "készen" talált tárgyak (kövek, kavicsok, csontok, szilánkok, .) nem elégítik ki az egyre fokozódó igényeket Ez a szükséglet eredményezte különféle technológiák kifejlesztését és a szerves természeti anyagok ill. a szervetlen természetes kerámiák (kőkorszak) mellé újabb anyagok keresését, többek között a fémek alkalmazásba vételét (bronzkorszak, vaskorszak). Az anyagtechnológiák igen gyors, látványos fejlődése a XIX. - XX század időszakára esik, aminek oka elsősorban az elektromosság elveinek, eszközeinek felfedezésében, ill. az

elektromos hőtechnikának ekkor bekövetkezett nagyarányú térhódításában keresendő. Továbbá ezen korszaktól jellemző a módszeres tudományos kutatás az empirikus megfigyelések és tapasztalatok felhasználása mellett. 1.1 Gyártással kapcsolatos alapfogalmak A gyártás az a folyamat, amellyel nyersanyagokból terméket készítünk. A gyártás során különböző technológiai eljárásokat alkalmazunk, melyek jól szervezett folyamatban követik egymást. A gyártás meghatározó erőforrásai: az anyag, az energia, a munkaerő és a tőke A gyártás komplex értelmezésben a termék előállításán kívül többek között a tervezést is magába foglalja, vagyis a folyamat több szakaszra tagolható: a termék és a gyártási folyamat tervezése ⇒ anyagbeszerzés, gyártás, ellenőrzés ⇒ elosztás, eladás ⇒ szerviz, piacelemzés ⇒ visszacsatolás a fejlesztéshez, és a folyamat egy magasabb (fejlettebb) szinten ismétlődik. A gyártás és a

társadalmi fejlődés kapcsolatára jellemző, hogy: − az ipari tevékenység színvonala meghatározó a társadalmi fejlettségben; − a gyártás fejlettsége szoros kapcsolatban van a GDP (Gross Domestic Product = bruttó hazai termék, vagyis az ország területén létrehozott termékek és szolgáltatások értéke) nagyságával; − a gyártás hozzáadott érték, mely annál nagyobb, minél fejlettebb a gyártás. Az 1.1 ábrán szereplő példa a fa feldolgozásához hozzáadott értéket szemlélteti Levonható belőle az a következtetés, hogy minél magasabb a nyersanyag feldolgozottsági foka (a hozzáadott érték), annál nagyobb a termék ára. kivágott fa fűrészáru közönséges papír speciális papír egészségügyi steril géz Hozzáadott érték 1.1 ábra A fa feldolgozása során hozzáadott érték -6- Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 1.11 Gyártási folyamat meghatározó elemei A megmunkálandó

szerkezeti anyagaink eredete a természeti erőforrásokban rejlik, és a "feladatuk ellátása" után a természet "fogadja vissza" azokat. A közbenső állapotokat – a jellegzetes technológiákkal - az 1.2 ábra foglalja rendszerbe, bemutatva a szerkezeti anyagok körfolyamát, életciklusát. A Föld tehát egyszerre jelent emberi életteret, nyersanyag- és energiaforrást, valamint hulladékbefogadót. Ezen funkcióinak "ellátására való képessége" nagymértékben függ az emberi Világ termékigényétől, hulladékkezelő és környezetkímélő tevékenységétől. A vázolt anyag-körfolyamatból részletesebben az anyagok előállító- és feldolgozó technológiáival foglalkozunk. 1.2 ábra Anyagok technológiai körfolyama Az 1.2 ábra kapcsán értelmezhetővé válnak az anyagok különböző gyártási, technológiai állapotai is a következők szerint: − nyersanyagok: azok a természetben megtalálható ill. földkéregből

bányászható anyagok, amelyekből fizikai és kémiai módszereket alkalmazó ipari technológiákkal gazdaságosan állíthatók elő alapanyagok; − alapanyagok: nyersanyagokból ipari technológiákkal kinyert, jellegzetes összetételű anyagok, melyekből további megmunkálással fél(kész)gyártmányok vagy késztermékek állíthatók elő; − fél(kész)gyártmányok: az alapanyagokból bizonyos mértékű megmunkálással nyert félkész termékek, általában a késztermékgyártás igényeihez igazodó alak- és méretválasztékkal. Gyakran az alapanyagok előállításához térben és időben kötődő gyártóeljárásokkal készülnek (pl. az acélt előállító kohászati üzemek meleg- és hidegalakítással rúd- és lemezszerű fél/kész/gyártmányok széles választékát gyártják). − késztermékek: fél(kész)gyártmányokból, esetenként alapanyagokból előállított, további megmunkálást már nem igénylő, minőségileg megfelelő

gyártmányok. -7- Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − hulladékok: nyersanyag-kinyerés, alapanyag-előállítás, félgyártmány- vagy késztermékgyártás során keletkező melléktermékek, továbbá a minőségileg nem megfelelő vagy elhasználódott késztermékek. Az anyagtechnológiai folyamatok során keletkező szilárd hulladékok, cseppfolyós és/vagy légnemű melléktermékek (továbbá zaj, hő- és fénysugárzások) jelentős környezetterhelést jelenthetnek. Ezért fontosak az olyan hulladéktechnológiák (újrahasznosítás, újrafeldolgozás), melyek alkalmazásával a környezetszennyezés csökkenthető, sőt a technológiák anyagköltség-igénye is kedvezőbbé tehető. Az anyagmegmunkáló technológiák a megfelelő alapanyagon (előgyártmányon) kívül alkalmas gyártóeszközöket: megmunkálógépe(ke)t és szerszámo(ka)t, valamint segédanyago(ka)t is igényelnek. A megmunkálandó anyag külső

makroszerkezetének (alak, méret, felületminőség) a megmunkáló gép adagoló-kiszolgáló egységéhez és a szerszám jellemzőihez kell igazodnia. A gép a rá felszerelt szerszám által munkálja meg a terméket A célnak megfelelő gépet a gyártás során fellépő igénybevételi maximumhoz igazodva kell kiválasztani. Például egy képlékenyalakító gépnek azonban nem csak az erőmaximumot kell tudnia elviselni minimális saját rugalmas alakváltozás mellett, hanem biztosítania kell az alakítóművelet energia- vagy munkaszükségletét ill. az alakítómozgáshoz (munkaúthoz) elegendő löketet (szerszám-elmozdítást) is. Az egyes anyagtechnológiai folyamatszakaszok alkalmazandó segédanyagok elsősorban kenő, hűtő vagy védő funkciót látnak el, az egyes megmunkálások végtermékébe nem épülnek be: − A kenőanyagok a gyártóeszközök tervezett karbantartásai közötti időszakokban a zavartalan üzemeltetést, a gyártóeszközök

(szerszámok) élettartamának növelését segítik. De nem csak a súrlódást csökkentik, hanem alkalmazásuk helyén bizonyos fokú korrózióvédelmet és hűtőhatást (súrlódási hő elvezetésével) is biztosítanak. − A technológiai hűtőközegek szerepe a megmunkáló szerszámok védelme és ez által élettartamuk növelése, a megmunkálandó anyagok nemkívánatos szerkezetváltozásainak megakadályozása vagy éppen ellenkezőleg: anyagszerkezetmódosulásuk elősegítése. − Technológiai szempontból védőközegnek azt a légnemű, cseppfolyós vagy szilárd anyagot tekinthetjük, amely csak a megmunkálás során, a munkadarab felületvédelme, anyaga károsodásának elkerülése érdekében fejti ki hatását. 1.12 Gyártás és terméke fontosabb jellemzői A minőség mindazon tulajdonságok és jellemzők összessége, ami alkalmassá teszi a terméket az igények kielégítésére. Ez fokozott követelményeket támaszt az alapanyaggal ill a

munkadarabokkal szemben, továbbá szűkebb gyártási tűrést és kedvezőbb felületi tulajdonságokat igényel. A megbízhatóság valamely gyártmány jellemző tulajdonsága, melyet annak valószínűsége fejez ki, hogy az illető termék meghatározott feltételek mellett és meghatározott ideig rendeltetésszerűen működik ill. használható Jellemzően a begyűjtött meghibásodási adatokból statisztikai módszerekkel értékelhető ki és így egyetlen egyedre vonatkozóan nem értelmezhető. -8- Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A gazdaságosság a gyártási tevékenység hatékonyságát fejezi ki az eredmény és a ráfordítás szembeállításával. Az optimalizálásának célfüggvénye lehet: − a legrövidebb gyártási idő; − a termék előállításának legkisebb költsége; − az abszolút értékben elérhető legnagyobb nyereség; − az egységnyi idő alatt elérhető legnagyobb nyereség (profit). A

megmunkálások tervezésében is érvényesíthetők gazdaságossági szempontok, mint például: − maximális teljesítmény – minimális költség, vagyis a legtöbbet kapjuk a pénzünkért. Ha sorrendbe rakjuk teljesítmény/ár szerint a termékeket, korlátoző tényezőt jelent(het) a fizetőképesség; − gyártás közel a végső alakra, azaz a beszerelési állapotot lehetőleg egy gyártási eljárással közelítsük meg. Ennek révén az eljárással elérhető pontosság, felületi simaság legyen megfelelő, a további megmunkálás csak a legszükségesebb felületekre terjedjen ki. Ez a „near net shape technology” elv tehát azt fejezi ki, hogy olyan technológiát alkalmazzunk, mely a végső (kész) termékalakot minél kevesebb időráfordítással, minél pontosabban megközelítve képes produkálni, csökkentve a költséges - de a pontos méretbeállításhoz és a felületi érdesség biztosításához szükséges - forgácsolás mennyiségi

igényét; − minimális energia felhasználás kifejezi, hogy a szerkezeti anyagok szoros kapcsolatban vannak az energiával, amely előállításukhoz, termékké való feldolgozásukhoz, majd hulladékká válásuk utáni kezelésükhöz szükséges. Ökológiai szempontból nem mindegy, hogy mennyi egy anyag ill. termék fajlagos (tömegegységre vonatkoztatott) energiatartalma, ami kitermelése, előállítása, feldolgozása energiaigényét jelenti. Ugyanis a hagyományos energiahordozókból (szén, kőolaj, földgáz) történő energiakinyerés jelentős környezetszennyezéssel jár. Így a még "tisztának" nyilvánított elektromos energia alkalmazásakor is tekintettel kell lenni arra, hogy az azt előállító szén-, kőolaj- (pakura-) vagy földgáztüzelésű erőmű tetemes levegő- és vízszennyezést okoz. Tehát ez esetben nem közvetlenül a gyárban, hanem az erőműnél lép fel környezetszennyezés, azaz közvetetten jelentkezik. − „do it well

first step”, vagyis elsőre jót produkálni, megfelelő minőségirányítási feltételek biztosításával; − „material tayloring” ill. „inclusion tayloring” (anyag- ill zárványtervezés), azaz kihasználni a technológiákban rejlő anyagszerkezet-módosítási lehetőségeket (mechanikus ötvözés, pórusos szerkezet kialakítása), csökkentve a szükséges műveletek számát is; − környezetvédelem, újrafelhasználhatóság igényli, hogy környezetkonform irányba fejlesszük az anyagokat, a termékeket, a szolgáltatásokat és az alkalmazott technológiákat. Különösen fontos a károsanyag-kibocsátás csökkentése, az előzőekben már említett energia-felhasználás mérséklése és/vagy újrahasznosítható (reciklálható), ill. biológiailag lebomló anyagok alkalmazása A reciklálási hányad - mint egy 0 és 100% közötti arányszám - kifejezi, hogy mekkora az adott anyagból készült tipikus termékek használat (üzemeltetés) utáni

újrahasznosításának szokásos ill. ésszerű (elfogadható) mértéke az összmennyiséghez képest. -9- Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 1.2 Gyártási eljárások felosztása Az 1.3 ábra a szerkezeti- és szerszámanyagok legfontosabb csoportjainak iparszerű előállítási (és feldolgozási) folyamatait tekinti át. Ezeken belül vannak: − elsődleges (primer) eljárások, melyeknek célja félkész gyártmányok előállítása nyersanyagokból és alapanyagokból; − másodlagos (szekunder) eljárások, melyeknek célja az elsődleges eljárásokkal gyártott félgyártmányok alakjának, belső szerkezetének, felületi jellemzőinek megváltoztatása. Tehát az előállított alapanyagokból ill. félkész- vagy előgyártmányokból (pl rúd /kör-, négyszög, hatszög- stb. keresztmetszetű/, drót, huzal, vékony és vastag lemez, szalag, fólia, cső, nyitott profil, zárt szelvény, tömb, formázott öntvény, alakos

kovácsdarab, fémporok) további megmunkálásokkal gyárthatók a különféle rendeltetésű késztermékek. Az alkalmazható anyagtechnológiák három nagy csoportja az alakadó, a kötő és az anyagszerkezet-módosító technológiák: − az alakadó technológiák alkatrészek alapanyagokból vagy félkész termékekből kiinduló előállítására ill. megmunkálására, − a kötő technológiák alkatrészek egyesítésére ill. szerelésére, − az anyagszerkezet-módosító technológiák - az előző technológiák valamely szakaszán az alkatrész anyaga szerkezetének és ezáltal tulajdonságainak módosítására irányulnak. 1.3 ábra Szerkezeti anyagok előállító és megmunkáló technológiái - 10 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 1.21 Primer megmunkálások Az 1.4 ábrán az elsődleges (primer) megmunkálások felosztása, az 15-110 ábrákon ezek néhány jellegzetes példája ill. terméke látható

Nyersan yag; Alapanyag Öntészet Porkohászat Meleg- és hidegalakítás Speciális megmunkálások pl. homokformázással, kokillaöntéssel pl. koaxiális sajtolással, izosztatikus sajtolással pl. hengerléssel, kovácsolással pl. horganyzás, kombinált alakítás+hegesztés 1.4 ábra Elsődleges (primer) megmunkálások felosztása 1.5 ábra Kokilla öntés 1.6 ábra Alumínium öntvények - 11 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 1.7 ábra Meleghengerlés és széles szalag hideghengerlése 1.8 ábra Kovácsolt villáskulcs különböző gyártási fázisokban 1.9 ábra További kovácsolt alkatrészek - 12 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 1.10 ábra Tartály csonkzóna kovácsolása 1.22 Szekunder megmunkálások Az 1.11 ábrán a másodlagos (szekunder) megmunkálások felosztása, az 112 ábrán ezekhez rendelhető megmunkálási alakok láthatók. Előgyártmány pl.

öntött, kovácsolt, hengerelt, húzott Alakadó eljárások Kötő eljárások Hőkezelés Felületkezelés pl. képlékenyalakítás, forgácsolás pl. hegesztés, forrasztás pl. edzés, megeresztés pl. galvanizálás, termikus szórás 1.11 ábra Másodlagos (szekunder) megmunkálások felosztása Alak: Sík felületek -----------------------------------Üreges testek ----------------------------------Csövek -----------------------------------------Nagy méretű szerkezetek --------------------Nagyon kicsi alkatrészek --------------------- Megmunkálás: Hengerlés, marás Öntés, szikraforgácsolás Kisajtolás, továbbhúzás Hegesztés, szerelés Precíziós öntés, forgácsolás 1.12 ábra Elérendő gyártmányalakokhoz rendelhető megmunkálások 1.3 Gyártásfejlesztés A terméktervezéskor kiválasztott megmunkálandó anyagok tulajdonságainak, a kialakítandó konstrukció jellemzőinek ismeretében lehet elvégezni a technológia tervezését, az

alkalmazandó eljárás(ok) technológiai paramétereinek meghatározását. Az adott szituációban rendelkezésre álló gyártási kultúra színvonalához, a gyártandó széria nagyságához, az egyes termékek "átfutási" idejéhez igazodva lehet ill. esetenként szükséges a technológia egészének vagy részfolyamatainak gépesítését, robotosítását, automatizálását megoldani. - 13 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Mind a technológia-tervezés, mind a technológia-gépesítés egyfajta fejlesztési tevékenység, amelyek hozzájárulnak az adott anyagtechnológia ill. a gyártandó termék műszaki és minőségi színvonalának emeléséhez. Nincsenek univerzális, azaz minden feladatra alkalmas technológiai eljárások és főképp nincsenek általánosan ("receptszerűen") érvényes technológiai paraméterek. Ezért van szükség technológiatervezésre, ami tapasztalatokon ill matematikai

eljárásokon alapuló, azokat szakmai kritikával alkalmazó mérnöki alkotó tevékenység. A konstrukciós és a technológiai tervezés folyamata a korszerű mérnöki gyakorlatban számítógéppel segített mérnöki eljárások (CAE ≡ Computer Aided Engineering) révén valósul meg. Ezen eljárások két nagy "területe" a számítógéppel segített (konstrukciós) tervezés (CAD ≡ Computer Aided Design) és a számítógéppel segített folyamattervezés (CAPP ≡ Computer Aided Process Planning), melyek jól "támogathatók" a végeselem módszer (FEM ≡ Finite Element Method) és szakértői rendszerek (ES ≡ Expert Systems) alkalmazásával. A technológiák gépesítését, robotosítását, automatizálását is lehetővé tevő számítógéppel segített gyártás (CAM ≡ Computer Aided Manufacturing) kapcsolódása a tervezéshez CIM-környezetben valósul(hat) meg. A számítógéppel integrált gyártás (CIM ≡ Computer Integrated

Manufacturing) általános értelemben a tervezés, a marketing ill. a gyártás logikai kapcsolata, mely számítógép-hálózattal valósul meg és fő jellemzője az integráltsági fok, vagyis az egyes rendszerelemek közötti közvetlen adatátvitel (file-transfer) megvalósíthatóságának terjedelme. Ez többek között azt is jelenti, hogy a konstrukciós tervezés dokumentációja közvetlenül felhasználható legyen a technológiai tervezésben és a technológiai terv adatai azonnal átvihetők legyenek a számítógéppel irányított megmunkáló gépekre. A magas szintű mérnöki alkotó munka során tehát a szerkezeti anyagok adatbázisainak felhasználásával, számítógéppel támogatott tervezési módszerek segítségével hoznak létre új konstrukciókat, amelyeket számítógéppel irányított vizsgáló berendezésekben tesztelnek. A gyártmány, termék kifejlesztését megelőzően és annak piacra vitelekor korszerű marketing módszereket alkalmaznak,

a termelési folyamatot kemény árversenyben szervezik meg, törekedve a minél gazdaságosabb gyártás megvalósítására, ill. korszerű menedzsmenttel irányítják és biztosítják az egyenletesen jó, sőt javuló minőséget. Az informatika ezekhez teljes hardver és szoftver eszköztárával járul hozzá, szavatolva azt a "rugalmasságot", ami a piaci versenyben való helytállást, vagyis a vevői igényekhez való gyors és eredményes alkalmazkodást segíti. A tervezési szempontok kapcsolatát tevékenység-orientált megközelítésben az 1.13 ábra, funkció centrikus megközelítésben az 1.14 ábra szemlélteti Alak Funkció Anyag Megmunkálás 1.13 ábra Tervezési szempontok kapcsolata tevékenység orientált megközelítésben - 14 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Funkció Anyag Alak Megmunkálás 1.14 ábra Tervezési szempontok kapcsolata funkció centrikus megközelítésben A tervezés négy fő

tevékenysége, a funkcionális tervezés, az anyagkiválasztás, a konstrukciós méretezés (alak, méretek, felületminőség, tűrések meghatározása) és a megmunkálás tervezése között szoros kapcsolat van, mindegyik tényező hat a többire. A tervezés a funkció tisztázásával indul, ezt követi az anyagkiválasztás és a méretezés, majd az anyag és alak ismeretében a megmunkálás tervezése. Azonos funkciójú alkatrészek is készíthetők eltérő anyagból, ekkor az alak és a megmunkálási mód is változik (1.15-117 ábrák) Ezek között a variációk között a költség és a sorozatnagyság dönti el, hogy melyik megoldást célszerű választani. Funkció: mozgás átvitel Alak: méretezés szerint Anyag: speciális öntöttvas Megmunkálás: öntés 1.15 ábra Speciális öntöttvas alapanyagú hajtórúd tervezési szempontjai Funkció: mozgás átvitel Anyag: szerkezeti acél Alak: méretezés szerint Megmunkálás: kovácsolás 1.16 ábra

Szerkezeti acél alapanyagú hajtórúd tervezési szempontjai - 15 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Funkció: mozgás átvitel Anyag: fémpor Alak: méretezés szerint Megmunkálás: porkohászat 1.17 ábra Fémpor alapanyagú hajtórúd tervezési szempontjai Azonos alakú munkadarab gyártásának tervezésekor célszerű mérlegelni az alternatív megoldásokat (1.18 ábra) Forgácsoló megmunkálás Esztergálás Forgácsnélküli alakítások bélyeg Munkadarab Redukálás matrica Előrefolyatás Zömítés Darabolás + vágás + hegesztés Dörzshegesztés 1.18 ábra Azonos alakú munkadarab gyártásának alternatív megoldásai Míg a térfogatalakítással és a lemezalakítással gyártott termékek jelentősen eltérő megoldásokat igényelnek (1.19 ábra), addig az azonos funkciójú, de eltérő anyagú termékek esetében vannak közös vonások (1.20 ábra) A térfogatalakítást („hosszú” termékekből

kiindulva) és lemezalakítást („széles” termékekből kiindulva) a félgyártmányok alaki jellegzetességeihez igazodva különböztetik meg: − Térfogatalakítás során a megmunkálandó anyagdarab különböző térirányokban észlelhető méretei rendszerint azonos nagyságrendben vannak, vagyis 3D-s gyártmány alakításáról van szó. − Lemezalakításnál a feldolgozandó anyag vastagságirányú méretei lényegesen kisebbek (nagyságrendben eltérnek) a hossz- ill. szélességirányú kiterjedéshez képest, vagyis kvázi 2D-s gyártmány alakításáról van szó. - 16 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Térfogatalakítás: csavar: − Darabolás rúdból − Szár redukálása − Fej zömítése − Menethengerlés − Felületkezelés Lemezalakítás: fazék: − Finomlemez előkészítés − Tárcsa kivágása − Mélyhúzás − Fülek felhegesztése − Zománcozás 1.19 ábra Térfogatalakított csavar és

lemezalakított fazék gyártási fázisai Anyag: szerkezeti acél − Kovácsolás − Forgácsolás − Hőkezelés − Köszörülés Anyag: speciális öntöttvas − Öntés − Forgácsolás − Köszörülés 1.20 ábra Eltérő anyagú forgattyús tengely főbb gyártási lépcsői 1.31 Gyártástervezés A konstrukciós tervezés tehát a méretezés és az anyagkiválasztás folyamatát jelenti, különféle szempontok figyelembevételével. Az eredményként adódó műszaki dokumentáció tartalmazza az egyes alkatrészek alakját, geometriai méreteit, anyagával szemben támasztott követelményeket, a gyártáskor betartandó alak- és mérettűréseit, az egyes felületrészeinek előírt minőségét (érdesség, keménység, ) stb. Az egyes alkatrészekből felépülő részegységek, valamint az azokból összeálló szerkezet szintén a konstrukciós tervezés eredménye. A közismert személygépkocsi - mint önálló szerkezet - több részegységből (motor,

sebességváltó, kormánymű, futómű, karosszéria stb.) épül fel Egy-egy ilyen részegység önálló fejlesztési és gyártási feladatot képez, mely egyedileg megtervezett alkatrészekből (a gépkocsi motor esetében forgattyústengely vagy "főtengely", hajtórudak, dugattyúk, bütyköstengely vagy "vezértengely", szelepek, hengerperselyek, motorház, stb.) áll (121 ábra). Például a forgattyús tengely tervezése során a mérnök figyelembe veszi az alkatrészre ható igénybevétel jellegét (hajlító, csavaró), módját (ciklikusan ismétlődő), nagyságát (Mh, Mcs), a szerkezetbe való illesztés korlátait (csapágyazás, hajtórúd csatlakozások, stb.), majd ezek alapján választ anyagot és határozza meg a geometriai méreteket. A technológiai tervezés a konstrukciós tervezés eredményeként adódó gyártmány elkészítésének folyamatát rögzíti. Meghatározza az egyes megmunkálásokat (gyártási eljárásokat), azok

sorrendjét, műveleti paramétereit, előírt minősítési jellemzőit, az ellenőrzés módját, stb. Ehhez kapcsolódó további tevékenységek: a megmunkáló gépek kiválasztása, a szerszámgyártás, a termelési folyamat időbeli ütemezése (anyagbeszerzés, kivitelezés, raktározás, .) stb - 17 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 1.21 ábra Alkatrész tervezési szintjei - 18 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Maradva az előző példánál: a forgattyús tengely gyártása többlépcsős folyamat, melynek fontosabb műveletei a következők. A nemesíthető acél alapanyag darabolása után melegalakítás hőmérsékletére történő hevítés és többlépéses süllyesztékes kovácsolás következik, majd elvégzik a csapágyazási helyek nagyoló ill. elősimító esztergálását A megfelelő szilárdság-szívósság arány elérése érdekében nemesítő hőkezelést

alkalmaznak, a kopásnak kitett csapágyazási felületeket pedig felületkezeléssel keményítik. Ezután köszörüléssel alakítják ki a korábban esztergált részek végleges méreteit ill. felületi simaságát. A gyártási sorrend rögzítése ill. az egyes technológiai eljárások kiválasztása után kerül sor a technológiai paraméterek meghatározására, pl. a kovácsolás esetén az alakító süllyesztéküregek geometriai méreteinek, az egyes alakítások erő- és munkaszükségletének, valamint a szerszám terhelésének számítására. Ennek ismeretében kerül sor a szerszámtervezésre, melynek eredménye egy új konstrukció (1.21 ábra jobb alsó része), ami új gyártási folyamat (a szerszámkészítés) indítását teszi szükségessé. Az anyag szerkezetét és tulajdonságait megváltoztató nemesítő hőkezelés tervezése magában foglalja az ausztenitesítési hőmérséklet és idő meghatározását, a felhevítés és a lehűtés

módjának, közegének, berendezéseinek kiválasztását, a megeresztési hőmérséklet és idő definiálását stb. A felületkezelő indukciós edzésnél fontos a megfelelő kéregkeménységet és kéregvastagságot biztosító teljesítmény, frekvencia, hevítési időtartam, hűtési mód meghatározása. Az anyagtechnológiákat alkalmazó termelést, gyártást, szolgáltatást jó szervezéssel, a technológiai fegyelem betartásával, környezet- és egészségvédelmi szempontok érvényesítésével, mennyiségi és határidő ütemezéssel, a szükséges terjedelmű (statisztikai mintavétellel támogatott) minőségellenőrzéssel - tervszerű minőségirányítással - lehet és kell kézben tartani. Nem szabad megfeledkezni célszerű (szállítás műszaki követelményeinek megfelelő) és esztétikus csomagolásról, a termékek és dokumentációik biztonságos tárolásáról sem. A kivitelezéshez alkalmazandó technológiá(k) kiválasztását gyakran a

helyi adottságok korlátai kényszerítik ki és nem a szükségszerű műszaki, gazdasági szempontok vezérlik. Nem feltétlenül jó megoldás, ha mindent cégen belül - pl. meg nem térülő beruházásokkal igyekeznek elvégezni, hiszen egyes feladatok kiadhatók bérmunkába az adott területen nagyobb gyakorlattal és korszerűbb felszereléssel rendelkező üzemeknek. Sőt a minőségellenőrző vizsgálatokat - vagy azok egy részét - is meg lehet rendelni akkreditált szakszolgáltató laboroktól. Szinte valamennyi számítógépes technológia tervező rendszer szükségképpen tartalmaz anyagadatbázis(oka)t (pl. alakítható ill forgácsolható anyagokra, alakító ill forgácsoló szerszámok anyagaira; hegeszthető ill. hegesztőanyagokra; hőkezelhető, bevonatképző, anyagokra vonatkozóan), továbbá a megmunkáló gépekre, a dolgozók szakképzettségére, a minőségi és vizsgálati követelményekre, stb. kiterjedően is tárol(hat)nak információkat Az

önálló számítógépes adatbázisok az anyagok összetételéről, fizikai-, mechanikai-, termikusés technológiai tulajdonságairól, ekvivalens (helyettesítő) minőségeiről, javasolt felhasználási területeiről tartalmaznak számszerű és szöveges információkat. Az on-line (hálózaton elérhető) vagy off-line (pl. CD-ROM-on, DVD-n hozzáférhető) számítógépes adatbázisok mellett nem szabad megfeledkezni az ezek alapját képező hagyományos - egyedi vagy egyszerűbb tervezési feladatokhoz még mindig jól alkalmazható - információforrásokról sem. Ezek közé tartoznak a kézikönyvek, a szabványok, a műszaki irányelvek, a katalógusok, a táblázatok, a diagramok, a nomogramok, stb. Ezen szöveges-grafikus dokumentumokon - 19 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai kívül szükségessé válhat technológiai próbák, eljárásvizsgálatok, gyártási felülvizsgálatok elvégzése is a tervezési adatok ill.

eredmények megbízhatóságának fokozása végett A (számítógépes) tervezés gyakorlatában - valamely anyagviselkedés, technológiai (rész)folyamat "leírása" céljából - leginkább matematikai modellekkel (a kérdéses jelenséget jól leíró számítási képletekkel) dolgoznak. A matematikai közelítés egzaktsága szerint megkülönböztetnek elméletileg megalapozott ("white box"), félempirikus és "fekete doboz" (black box) modelleket. Az elméletileg megalapozott matematikai modellek alapvető tudományos törvényszerűségekből származtathatók és minimális elhanyagolásokkal írják le a vizsgált jelenséget, ezért rendszerint csak "egyszerűbb" esetekben alkalmazhatók. A félempirikus matematikai modellek szintén elméleti tudományos összefüggéseken alapulnak, de valamilyen mérési vagy tapasztalati alapon (empírián) nyugvó korrekciós tényezőt is alkalmaznak. Ezek használata akkor válik

szükségessé, ha a modellezendő folyamat nem írható le teljes egzaktsággal vagy a bonyolultság miatt egyszerűsítésre van szükség. A legtöbb technológiai (rész)folyamatra ez a megközelítés alkalmas. A "fekete doboz" (teljesen empírikus) matematikai modelleknél a folyamat jellege nem vagy nem eléggé ismert ill. matematikailag sem kezelhető, vagy csak nagyon bonyolult módon jellemezhető. Ilyenkor célszerű adatokat gyűjteni a folyamatról, "be- és kimenetének" összefüggéséről, majd egy olyan egyszerű matematikai képletet kell konstruálni, mely noha nincs kapcsolatban a jelenség fizikai tartalmával, mégis kielégítő pontosságú információkat biztosít. 1.22 ábra Számítógéppel segített technológia tervezés A számítógéppel támogatott tervező rendszerek (1.22 ábra) alkalmazásának legfőbb tanulsága: megalapozott mérnöki (szakértői) tudás nélkül a legtökéletesebben felépített rendszer sem

szolgáltat(hat) megbízható eredményt, vagyis a kapott adatokat szakmai - 20 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai kontroll nélkül felhasználni igen kockázatos, sőt olykor veszélyes is lehet. Elég csak arra gondolni, hogy már az adatbevitelnél történhet olyan "elütés", amellyel a számítás halmozott hibát, a nem megfelelő tervek alapján legyártott termék az anyagi veszteségeken túlmenően pedig veszélyt jelent, sőt balesetet okoz. 1.32 Gyártásgépesítés A technológiai eljárások áttekintéséből láthatóvá válik, hogy szinte mindegyik "alkalmaz" valamilyen gépet, készüléket, segédeszközt. Ezek az eljárás alapját képezik, azaz nem helyettesíthetők "emberi erővel". Például a képlékenyalakítások elvégzéséhez szükséges nagy erők ill. nyomások csakis gépi úton "állíthatók elő" Ezért a gépesítés fogalma alatt azon technológai műveletek

mechanizálása értendő, amelyek egyébként manuálisan (emberi mozgásokkal) is elvégezhetők lennének. Leginkább a szerszámok és/vagy a munkadarabok mozgatása, manipulálása tartozik a gépesítendő és ezáltal gyorsabbá, pontosabbá, reprodukálhatóbbá, vagy éppen folyamatosabbá tehető technológiai folyamatelemek közé. Veszélyes (egészségkárosító) munkakörnyezetből vagy monoton (ciklikusan, nagy számban ismétlődő) munkafeladatok végzéséből is gépesítéssel lehet az embert "kiváltani". A gépesítéssel elérhető minőséget és pontosságot jelentősen befolyásolja: a munkadarabok előkészítési (darabolási) pontossága, a befogókészülék tájolási pontossága, a munkadarabot a készülékkel együtt mozgató manipulátor működési pontossága, a műveletvégzés pontossága, a művelet közben fellépő deformációk. A gyártási folyamatokban alkalmazható ipari robot: − önműködő, azaz saját elektromechanikus,

hidraulikus, vagy pneumatikus hajtásrendszerrel rendelkező, − szerszám, munkadarab vagy mérőeszköz megfelelő pontosságú megfogására, ill. mozgatására alkalmas, − adott munkatartományon belül több térbeli mozgásirányban, ill. mozgáspályán szabadon, azaz szoftveresen (újra)programozható (programvezérlésű) manipulátor. Csak ezen utóbbi jellemző különbözteti meg a célgéptől, ami kötött mozgáspályás ill. mozgásirányú, "hardveresen programozható", azaz átszereléssel vagy átépítéssel tehető korlátozottan alkalmassá más feladat elvégzésére. Attól függően, hogy az ipari robotok melyik "objektumot" (a technológia mely eszközét ill. tárgyát) manipulálják, mozgatják, megkülönböztetünk: − "make" (csinál) funkciójú, azaz szerszámot mozgató technológiai robotokat, − "move" (mozgat) funkciójú, azaz munkadarabot mozgató kiszolgáló robotokat, − "test" (vizsgál)

funkciójú, azaz mérőeszközt mozgató mérő robotokat. A robotkarok mozgásainak két fajtája a Transzlációs (haladó) és Rotációs (forgó) mozgás, amelyeknek az egyes térbeli koordináta irányokban értelmezett kombinációi alkotják a robot karrendszerének struktúráját, míg az egymástól függetlenül vezérelhető mozgatóegységek (tengelyek) száma az ún. robot szabadsági fokok számát adja meg Az 123/a ábrán vázolt humanoid vagy antropomorf (azaz „emberutánzó”) karrendszer hat szabadsági fokú, azaz hat függetlenül vezérelhető hajtásrendszer-eleme van. Ez valósítja meg a mozgatott objektum (szerszám, munkadarab vagy mérőeszköz) manipulálását a robot "intelligens agya" nagyteljesítményű számítógépi hardver és "testreszabott" rendszerszoftver - révén. - 21 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai a) b) 1.23 ábra Emberutánzó robotkonstrukció és -irányítás A

humán (emberi) irányítást és a szenzorok révén megvalósuló - szintén „emberutánzó” számítógépi szabályozást az 1.22/b ábra vázlatai állítják párhuzamba Egyébként a szenzorok a technológiai körülmények és -paraméterek változásának érzékelésére szolgáló jelátalakító eszközök, amelyek bemenete (inputja) valamilyen fizikai jelenség ill. mért jellemző, a kimenete (outputja) a fizikai jelenség hatáserősségének mértékével arányos (vezérlő)jel. A gépesítéssel - vagyis célgépesítéssel, robotosítással, automatizálással - elérhető gazdasági eredmények többek között a következők lehetnek: a) Közvetlenül meghatározható eredmények: − a kiváltott dolgozók bér- és járulékterheiből megtakarítható összeg; − a termelékenység növekedése ill. a gyártási-, kieső- és átfutási idő csökkenése révén elérhető többletbevétel; − az előállított nagyobb termékmennyiség járulékos

nyeresége. b) Közvetlenül meg nem határozható eredmények: − anyag- és energia-megtakarítás érhető el a pontosan ütemezett tevékenységi sorrend, az előre programozott optimális technológiai jellemzők és a nagyobb pontosság következtében; − csökken a munkadarabok ellenőrzésére fordított idő ill. a selejt is, a szubjektív befolyásoló hatások elmaradása révén; − nő(het) a műszakszám és ezzel javul az állóeszközök kihasználtsága, csökken a termeléshez szükséges forgótőke-igény. - 22 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 2. Fémkohászat A természetben csak a viszonylag csekély mennyiségű nemesfémek találhatók meg tiszta fémes állapotukban. A fémek zöme különböző vegyületek (oxidok, szulfidok, karbonátok, hidrátok, kloridok, arzenidek, .) formájában fordul elő A fémet feldolgozásra alkalmas mennyiségben tartalmazó kőzetet, üledéket, talajt, stb. érceknek nevezzük,

amelyek kitermelés utáni feldolgozása a fémkohászat feladata. A Föld hasznosítható érckészletei kimerülőben vannak, ezért mindenképpen szükséges a fémtermelés nyersanyagforrásaként a fémhulladékokat („ócska”-fémeket) és a fel nem dolgozott fémipari melléktermékeket (fémhulladékokat) is felhasználni. A fémkohászat folyamatának, vagyis fémes alapanyagok és félkész termékek gyártásának főbb szakaszai a következők: 1. Ércelőkészítés: − a beszállított ércek törése, őrlése, vagyis aprítása; − az aprított ércek fémet tartalmazó (hasznosítható) alkotórészeinek elválasztása a meddőtől (nem hasznosítható részektől): eltérő mágnesezhetőség, sűrűség-különbség, savakban és lúgokban való eltérő oldhatóság, szerves folyadékokban való különböző nedvesíthetőség (flotáció) alapján; − a szulfidokat, karbonátokat, vagy hidrátokat tartalmazó ércek levegőn történő hevítéssel

pörköléssel - oxidokká alakítása, SO2, H2O vagy CO2 kilépésével. 2. Nyersfém (szennyezőtartalmú fém) kinyerés az előkészített ércekből: − pirometallurgiai eljárásokkal, melyek során az ércet redukáló ill. salakképző adalékokkal hevítik, megolvasztják. A reakciótermék folyékony állapotban - sűrűség-különbség következtében - elkülönülő nyersfém és salak. − hidrometallurgiai eljárásokkal, ahol az ércet oldószerekkel hozzák kapcsolatba, melyek a fémet vegyület formájában feloldják. Ilyen oldatból a fém kicsapatható vagy elektrolizálható. − elektrometallurgiai eljárásokkal, mikor az ércet olvadáspont-csökkentő adalékkal olvadék állapotba hozzák, mivel a fém oxigénaffin (kevésbé nemes) volta miatt oldatból nem elektrolizálható. A létrehozott olvadékot elektrolízisnek vetik alá 3. Nyersfém finomítás, azaz a nem kívánatos szennyező elemek eltávolítása vagy koncentrációjuk (részarányuk)

csökkentése: − pirometallurgiai eljárásokkal, mikor a megolvasztott nyersfémet olyan salakképző anyagokkal hozzák kapcsolatba, melyek a szennyezőket elkülöníthető salakba viszik; − elektrolízissel, melynek során pl. az anódként kapcsolt nyers (szennyezett) fém oldatba megy, majd a katódon már a tisztított fém válik ki. 4. Ötvözés, azaz a különböző felhasználási területekre a színfémeknél kedvezőbb fizikai (mechanikai) tulajdonságú, előnyösebb megmunkálhatóságú, jobb károsodásállóságú ötvözetek létrehozása. A fémes vagy nemfémes ötvözőket leggyakrabban - a költségtakarékosabb és kis mennyiségű ötvözési igény mellett is megfelelő adagolási pontosságot biztosító - segédötvözetek formájában juttatják a fémbe. Pl a vashoz nem színkrómot, hanem ferrokrómot, azaz krómtartalmú vasat tesznek. Az ötvözés olvadék állapotban történik, mértékének határa a korlátozott oldékonyság, mivel egymás

korlátlan oldása a leggyakoribb fémötvözetek alkotóira kevésbé jellemző. - 23 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 5. Leöntés: − szakaszos öntéssel, nagyobb szelvényű tuskókká, egyszerűbb geometriájú, alul és felül nyitott kokillába, további alakítás céljára (2.1 ábra) A felső öntés előnye: egyszerű, termelékeny; hátránya: a felfröccsenő fémcseppek felületi hibát okoznak. Az alsó öntés előnye: egyenletes, jó formakitöltés; hátránya: lassú, s eközben a fém oxidálódik; − folyamatos öntéssel, különböző szelvényméretű rudakká, a további alakítással való takarékosság érdekében. Folyamatos öntéskor a fémolvadékot egy nyitott, vízzel hűtött kokillába (a kristályosítóba) öntik, ahol az intenzív hőelvonás hatására megdermed és folytonos rúd formájában az előtoló és szállító hengerek között halad tovább (2.2 ábra) A nagyobb dermedési sebesség

miatt csökken az üregek és a dúsulások kialakulásának lehetősége, ezáltal egyenletesebb az anyagszerkezet. 2.1 ábra Felső és alsó kokillaöntés 2.2 ábra Folyamatosan öntött termék dermedése - 24 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A szakaszos kokillaöntést és a folyamatos öntést összehasonlítva megállapítható, hogy: − a kokilla öntésnél jelentős alakítási energiát igényel a további feldolgozás, nagy az anyagveszteség a felöntés és a kéreg eltávolítása miatt, viszont nagy méretű tömbök, táblák alakíthatók ki; − a folyamatos öntés a készítendő rudak, széles szalagok alakját jobban megközelíti, emiatt az anyagveszteség kicsi, a rúd azonnal tovább hengerelhető, viszont csak ott alkalmazható ahol a méretek engedik. A kristályosítás körülményei - különösen a hűtési (dermedési) sebesség - jelentősen befolyásolják az anyag makroszkopikus, mikroszkopikus és

szubmikroszkopikus szerkezetét és ezen keresztül tulajdonságait is. A túlhűtött olvadékban sok helyen kristályrács-elemek keletkeznek, amelyek a belőlük kifejlődő krisztallitok (szemcsék) csírái. Mivel kristálytengelyeik általában különböző orientációjúak, ezért sok, szabálytalan határfelületű krisztallit alakul ki, a fém így polikristályos lesz (2.3/a ábra) Az olvadékot hűtő forma jelentős hőelvonást, és az olvadék belseje irányában nagy hőmérséklet-gradienst (kis távolságon nagy hőmérséklet-különbséget) hoz létre. Ezért a kristályosodás kezdetén a forma viszonylag hideg fala mentén nagyszámú kristálycsíra és ezáltal igen finom szemcseméret alakul ki. Beljebb - a kristályosodási front formafalhoz képesti nagyobb távolsága és a forma felmelegedése következtében - a hőmérséklet-gradiens és a hőelvonás kisebb. Így azok a kristályok tudnak a többiek rovására növekedni, amelyek kristálytani

orientációjából adódó legkedvezőbb növekedési iránya a legkevésbé tér el a pillanatnyi maximális hőmérséklet-gradiens irányától, vagyis oszlopos kristályok jönnek létre. A kristályosodás előre haladtával a maradék olvadékban jellemzővé válik a kéttengelyű hőelvonás, így a kristályoszlopok tengelyére merőleges irányban oldalágak jelennek meg, ami a jellegzetes dendrites képződményt eredményezi (2.3/b ábra) Az ötvözőket és/vagy szennyezőket tartalmazó olvadék kristályosodásakor a kristályosodási front közelében az olvadék összetétele eltér az átlagos összetételtől, így különbség van a szemcsék először és utoljára kristályosodó része között, azaz koncentrációkülönbség miatti mikrodúsulás lép fel (2.3/c ábra) A kristályosodás során visszamaradó olvadék általában az oldott szennyezőkben és ötvözőkben egyre dúsul, s az anyag utoljára dermedő részén - a végtermékre nézve

anizotrópiát okozó - makro(szkopikus) dúsulás fellép (2.3/d ábra) Különösen hajlamosak a dúsulásra a fém nem kívánatos félfémes és nemfémes szennyezői, mint pl. S, P, O, N, H és a C. Ez utóbbira egyes esetekben mégis nagy szükség van, hiszen pl az oldott C teszi a vasat acéllá. Nagyobb keresztmetszetű anyag kristályosodásakor (23/e ábra) a belső részben (magban) az egyes irányok menti hőmérséklet-gradiens kevésbé tér el, a kristályosodás még inkább lelassul és heterogén szerkezet alakul ki (2.3/f ábra) A kristályosodás fentiekben vázolt folyamata nem csak a fémkohászati termékekre, hanem az ún. ömlesztő (olvasztó) hegesztéssel készített varratokra is jellemző. Egyes esetekben különleges dermedési (kristályosodási) folyamatok játszódhatnak le: − nagyon kicsi hőmérséklet-gradiens esetén az olvadékban mozgó fémionoknak kellő idő áll rendelkezésére, hogy elfoglalják a kristály növekedési síkján (vagy

síkjain) a kristálytanilag szabatos helyüket, így nagytisztaságú olvadékból egy már meglévő kristálycsírán nagyméretű egykristályok növeszthetők; − nagyon nagy hőmérséklet-gradiens esetén a kristályszerkezetnek megfelelő rendeződésre nem jut idő, az olvadék „befagy”, amorf szerkezet, vagyis szilárd fémüveg állítható elő. - 25 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 2.3 ábra Fémkristályosodás jellegzetességei - 26 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 6. Átolvasztás, azaz már leöntött rudak, tuskók újraolvasztása és -dermesztése tisztítás (szennyező-tartalom csökkentés), szemcsefinomítás céljából. A különlegesen nagy, pl 99,9999 %-os tisztaságú fémek előállításának módszere a zónás átolvasztás, mely azon alapul, hogy a szennyező elemek jobban oldódnak az olvadék(zóná)ban, mint a szilárd anyagban. A tisztítandó anyagból

készült rudat egy keskeny sávban megolvasztják, majd ezt az olvadt zónát a ”fűtőtest” (pl. nagyfrekvenciás induktor) mozgatásával lassan "végigvezetik" a rúd teljes hossza mentén. Az olvadékzóna haladási irányában a szennyezőelem-tartalom egyre nő. Az oldott kísérőelemek a rúd végére "vezetett" olvadékban dúsulnak, majd dermedés után ezt a szennyezőkben dús részt a rúdról levágják. Többször megismételve az eljárást, a kívánt tisztaság érhető el. A nagy hőmérsékletre hevült olvadék védelmét az újraszennyeződéstől vákuum vagy semleges védőgáz biztosítja. 2.1 Vas- és acélkohászat Az előzőekben ismertetett fémkohászat folyamatát, illetve a vasalapú fémes alapanyagok gyártásának főbb szakaszait a 2.4 ábra szemlélteti 2.4 ábra Vas- és acélkohászat folyamata 2.11 Nyersvasgyártás Kohászatra alkalmas fontosabb vasércek közül a mágnesvasérc vagy magnetit (Fe2O3⋅FeO) kb. 5070 %

vasat, a vörösvasérc vagy hematit (α-Fe2O3) kb 4060 %-ot, a barnavasérc vagy limonit (Fe2O3⋅H2O) kb. 3050 %-ot, míg a pátvasérc vagy sziderit (FeCO3) kb 2040 %-ot tartalmaz. - 27 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Nyersvasgyártás a flotációval, mágneses szétválasztással, aprítással, őrléssel előkészített vasércek redukálása pirometallurgiai eljárással, aminek hagyományos eszköze a nagyolvasztó (2.5 ábra) A nagyolvasztóba felülről folyamatosan ércet, salakképzőket (mészkövet, dolomitot, földpátot, agyagpalát) és kokszot adagolnak. A szükséges hőenergiát a koksz egy részének a befúvott forró levegővel táplált égése fedezi. Az előmelegedett ércek süllyedésükkor a koksz tökéletlen égéséből származó CO-dal reagálva indirekt redukció, az izzó koksszal (C-nal) reagálva pedig direkt redukció révén eredményeznek nyersvasat. Az ércek meddő része a salakképzőkkel alkot

olvadt salakot. A megolvadt nyersvas és a salak a nagyolvasztó aljába folyik, ahonnan - a sűrűség szerinti elkülönülés révén - különböző magasságban lévő nyílásokon át időnként lecsapolhatók. 2.5 ábra Nagyolvasztó távlati képe és működési vázlata Az olvadt nyersvas oldja a karbont és más ötvöző- ill. szennyező elemeket, ezért nagy karbontartalmú, ill. Mn-t, Si-t, P-t és S-t is tartalmaz 1t nyersvas előállításához 2 t érc, 1 t koksz, 0,5 t salakképző és 5,5 t (~4250 m3) befúvott levegő szükséges, melyekből 1 t salak és 7 t torokgáz is képződik. A nagyolvasztó termékei tehát: − nyersvas: ƒ öntészeti (C=3,54,0 %; Mn≤1 %; Si=1,53,0 %; P=0,32,0 %; S<0,06 %, a többi Fe), mely a nagyobb szilícium-tartalom hatására szürketöretű (grafitos), ƒ acélgyártó (C=3,54,5 %; Mn=0,41,0 %; Si≤1 %; P=0,10,3 %, S<0,04 %, a többi Fe), mely a nagyobb mangán-tartalom hatására fehértöretű (karbidos); −

kohósalak, mely építőanyagokká (pl. falazóblokk, salakgyapot) feldolgozható; − torokgáz (N2+CO+CO2+H2+CH4), mely energiahordozóként felhasználható. Gyakorlati szempontokból az öntöttvasakat (öntészeti vasötvözeteket) a következő csoportokra osztják fel (2.6 ábra): − Lemezgrafitos öntöttvas: a lassú dermedés során benne kialakuló "bemetsző hatású" lemezes (lamellás) grafit miatt a szakítószilárdsága a nyomószilárdságának csak mintegy negyede, alakíthatósága csekély (tehát rideg), viszont jó rezgéscsillapító képességgel rendelkezik. A grafit méretének és eloszlásának finomításával - modifikálással - a szakítószilárdság javítható. - 28 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − Gömbgrafitos öntöttvas: a grafit gömbös (globulitos) alakja az öntés előtti kis mennyiségű Mg vagy Ce adagolás ("beoltás") következménye. Ilyen módon már melegen

alakítható, lemezgrafitosnál jobb szilárdsági és szívóssági jellemzőkkel bíró szerkezeti anyag adódik. − Átmenetigrafitos vagy vermikuláris grafitformájú öntöttvas: ritka földfém és/vagy Mg-bázisú szerekkel (esetleg kombinálva Ca, Ti vagy Al-mal) kezelt olvadék a gömb- és a lemezgrafitos öntöttvasak közötti tulajdonságú anyagot eredményez. A grafitkeletkezés mechanizmusa gömbgrafitos jellegű, míg az alaki jellemzők (hosszúkás, „féregszerű”) lemezgrafitos képet mutatnak. − Temperöntvény: metastabil rendszerben kristályosodik, azaz először cementites (grafitmentes) fehér öntöttvas. A megdermedt öntvényben lévő cementit izzító kezelés során tempervassá és temperszénné bomlik el (Fe3C 3 Fe + C). Oxidáló közegben végzett izzítás során a temperszén nagy része kiég, vagyis az anyag karbonkoncentrációja csökken (az anyag dekarbonizálódik), és ún. fehér temperöntvény jön létre Semleges közegű

izzításkor temperszén-csomók alakulnak ki ferrit-perlites szövetbe ágyazódva, így az eredmény az ún. fekete temperöntvény A temperöntvény-gyártás kihasználja az öntöttvas jó öntészeti tulajdonságait, majd a hőkezeléssel közelíti az acélok mechanikai és technológiai tulajdonságait. − Kéregöntvény: felületi rétege karbidosan, belső magja grafitosan kristályosodik. Így kombinálhatók a kopásálló fehér (karbidos) öntöttvas és a kevésbé rideg szürke (grafitos) öntöttvas előnyei. 2.6 ábra Öntöttvasak mikroszerkezetének kialakulása a gyártástechnológia során - 29 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 2.12 Acélgyártás Az olvadt acélgyártó nyersvasat egy pufferként szolgáló, igen nagy méretű, fűtött keverőkemence tárolja, amelyből az acélgyártó alapberendezésbe adagolják. Acélgyártó eljárástól függően szilárd acélhulladék (ócskavas) is adagolható az olvadt

nyersvashoz. Az acélgyártás oxidáló pirometallurgiai eljárás, mellyel az acélgyártó nyersvas nagy karbontartalmát a különböző - rendszerint szabványos - acélminőségeknél megkívánt értékre mérséklik és a káros szennyezők (S, P) koncentrációját is csökkentik. E frissítési folyamat során a karbon és a vasnál oxigénaffinabb szennyezők a fémolvadékba juttatott oxigén segítségével kiégethetők. A szennyezők kivonása lehetséges a fémolvadékon képezett aktív (szennyezőkkel reagáló) és cserélhető salak alkalmazásával, ill. aktív salakos átolvasztással is. Az olvadék káros gázszennyezőket (H2, N2, O2) is tartalmaz(hat), ezért gáztalanításra is szükség van, ami végezhető az olvadék vákuumozásával, az olvadék nemesgázzal (pl. Ar) történő átöblítésével, vagy vákuumban történő olvasztással Acélgyártásra Emile és Pierre Martin gazdaságtalanná vált eljárását már nem alkalmazzák. Henry Bessemer

billenthető, tűzálló anyaggal bélelt, alulról nagynyomású levegő befúvását lehetővé tevő konvertere a karbonon kívül az acél egyéb nemkívánatos szennyező-tartalmát is kellőképpen csökkenti, viszont a levegő 78%-os nitrogéntartalma erős hűtőhatást vált ki. Ezért helyette leginkább az LD (Linz-Donawitz)-eljárást (2.7 ábra) alkalmazzák, aminek körte alakú billenthető konverterébe - az oda adagolt nyersvas olvadék, acélhulladék és adalékanyag betétbe - oxigént fújnak be. A karbon és a szennyezők kiégésének hője fedezi a karbontartalom-csökkenés (pl. 0,250,30 %-ra) miatti olvadáspont-növekedés hőmérséklet-különbségét, vagyis az olvadék állapotban tartáshoz szükséges hőmennyiséget. 2.7 ábra Acélgyártó LD-eljárás - 30 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az acélgyártás oxidáló folyamat, így az acél oxigénnel ill. oxiddal telített A szakaszos vagy folyamatos

leöntést követő hűlés hatására a karbon-oxigén egyensúly eltolódik és a C+FeOFe+CO reakcióval, szénmonoxid felszabadulás közben zajlik a dermedés. A gázfelszabadulás miatti áramlás - a kristályosodási front szennyezőkben (pl. S-ben) dúsult olvadéka révén - a központi részben makrodúsulásokat okoz. Az öntött darab külső dendrites részében hólyagosodás lép fel, ami úgy kompenzál(hat)ja a dermedéssel járó térfogatcsökkenést, hogy fogyási üreg gyakorlatilag nem képződik. Az így nyert ún csillapítatlan acél lágy (C<0,25 %) tömegacélok gyártásakor engedhető meg, ill. itt előnyös is lehet, mert a gázhólyagok hengerléskor összehegednek és a fogyási üreg hiánya miatt kevesebb a véghulladék, jobb az anyagkihozatal. Ha az acélba leöntés előtt vasnál oxigénaffinabb elemeket (pl. Si, Al) juttatnak, akkor az FeOból SiO2 ill Al2O3 keletkezik, ami nagyrészt a salakba megy Ezt a kezelést csillapításnak,

megnyugtatásnak, dezoxidálásnak nevezik. Csillapított acélból öntött tuskó dermedése közben nem képződnek gázhólyagok és a dúsulás is mérsékeltebb (2.8 ábra), viszont jelentős fogyási üreg képződik. Nagyobb karbontartalmú (C≥0,25 %) és jobb minőségű acélokat mindig csillapítani kell az intenzív gázképződés ill. a nagyobb tisztasági és homogenitási igény miatt. Csillapított acéltuskó hosszmetszete Csillapítatlan acéltuskó hosszmetszete Öntött tuskó keresztmetszete 2.8 ábra Csillapított és csillapítatlan öntött acéltuskó szerkezete - 31 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az acél ötvözése ferroötvözetek alkalmazásával történhet. A vasnál kevésbé oxigénaffin ötvözőket az acélgyártó eljárás során bármikor, az oxigénaffinabbakat - a kiégési veszély miatt - csak az eljárás végén lehet beadagolni. A karbon lényegében meghatározza az acél

keménységét, szilárdságát, alakváltozó képességét, de a kedvezőtlen tulajdonságok (pl. nem megfelelő szívósság és szemcseméret) javítása és speciális jellemzők (pl. melegszilárdság, hidegszívósság, korrózióállóság, hőállóság) elérése érdekében más ötvözőkre (Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, W, Co ill. Ti, Al, Nb, Zr, B) is szükség van Az ötvözőtartalomtól függően megkülönböztetnek: − ötvözetlen acélokat, amelyek a vason és a karbonon kívül csak az acélgyártásból visszamaradt (szándékolt ötvözés nélküli) mennyiségben tartalmaznak ötvözőket; − gyengén ötvözött acélokat, amelyek ötvözőtartalma < 5 %; − erősen ötvözött acélokat, amelyekben az ötvözőtartalom ≥ 5 %. A kész, folyékony acél további feldolgozásának lehetőségei a következők: − acélöntödében kész alakos öntvényekké öntik; − tuskóvá öntik és továbbhengerlik vagy kovácsolják; − folyamatos öntéssel a

hengerlések számát csökkentő keresztmetszetűvé öntik; − tovább finomítják (szennyező-tartalmát csökkentik), majd leöntik; − gáztalanítják (gázzárvány-mentessé teszik), majd leöntik. A frissítés és az öntés során a folyékony acél a levegőből oxigént, nitrogént és vízgőzt nyel el. A vízgőz a nagy hőmérséklet hatására felbomlik hidrogénre és oxigénre. A gáztartalom ridegséget, repedésképződést okoz, ezért - különösen az ún. nemesacélok esetében szükség van az acél utókezelésére, tisztítására 2.9 ábra Acél sugárvákuumozása Sugárvákuumozásnál (2.9 ábra) a cseppfolyós acélsugarat gáztalanítják, miközben az acélolvadék az öntőüstből a kristályosító kokillába folyik. A vákuum következtében az acél apró cseppekre bomlik és az így könnyebben felszabaduló gázokat folyamatosan elszívják, sőt a könnyen oxidálódó elemekkel történő ötvözés is egyszerűbb. Elektronsugaras

átolvasztáskor a vákuumkamrában lévő tisztítandó acél gáz- és szennyező-tartalma igen nagy mértékben csökken. - 32 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Vákuumívfényes átolvasztás (2.10 ábra) során vákuumkemencében a feszültségforrás egyik pólusára a tisztítandó acélrudat kapcsolják, míg a másik pólus a vízhűtésű kristályosító rézkokilla. Az elektromos ív hatására az acélrúd megolvad és lecsöpög, miközben a gázbuborékokból felszabaduló gázokat elszívják. Az olvadékcseppek a rézkokillában egyenletes, finom szemcseeloszlású vákuumacél-önteccsé (elektroacéllá) szilárdulnak meg. 2.10 ábra Vákuumívfényes acélgyártás Elektrosalakos átolvasztás (2.11 ábra) segítségével különösen tiszta és egyenletes szerkezetű nemesacéltuskók (elektroacél) állíthatók elő. Az elektromos kemencében a tisztítandó acéltuskó-elektródából a leolvadó acél salakrétegen

át a vízhűtésű rézkokillába csepeg. Az acélt a nagy hőmérsékletű salakkeverék olvasztja le, a szükséges hőt a salakon átfolyó áram Joule- (ellenállás-) hője biztosítja. A folyékony salakban az oldott gázokon kívül megkötődnek a törékenységet okozó nemfémes (pl. S vagy P alkotta) zárványok is 2.11 ábra Elektrosalakos átolvasztás - 33 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az acélgyártással elérhető tisztaság, hibamentesség és szemcseeloszlás alapján a következő minőségi kategóriákat (2.12 ábra) különböztetik meg: − alapacélok, melyek tisztasága alacsony fokú, szemcseeloszlása nem teljesen egyenletes. Ezek az acélok ötvözetlenek és hőkezelésre nem alkalmasak, folyáshatáruk (vagy szakítószilárdságuk) viszonylag kicsi (a szabványból már kikerültek); − minőségi acélok, amelyek nagyobb szilárdsággal, jobb hideg- és meleg-alakíthatósággal rendelkeznek. Az

ötvözetlen minőségi acélokat általános szerkezeti acélokként alkalmazzák, elsősorban képlékeny alakítással ill. hegesztéssel gyártandó termékekhez Az ötvözött minőségi acélok növelt folyáshatárú finomszemcsés szerkezeti acélok, nagy és összetett igénybevételnek kitett gépelemek előállítására; − nemesacélok a finomabb ill. egyenletesebb szemcseeloszlásuk és a zárványmentességük révén jobbak a minőségi acéloknál. Ezeket fokozott követelményű, rendszerint hőkezelendő szerkezeti acélokként, továbbá szerszámacélokként és különleges tulajdonságú acélokként alkalmazzák. 2.12 ábra Acélok felosztása Az acélok kémiai összetétel és mechanikai (ill. fizikai) tulajdonságok, valamint alkalmazási terület szerinti szabványos választékáról táblázatok adnak kicsit bővebb tájékoztatást. Az első a megszűnésre ítélt - de elterjedt és megszokott - "régi" magyar szabványos MSZ

jelölésrendszert (2.13 ábra) tekinti át Látható, hogy az elnevezések és a jelek elsősorban a célszerű felhasználásra, anyagtulajdonságokra, megmunkálhatóságra, károsodásállóságra utalnak, kiemelve a mechanikai tulajdonságok, vagy a kémiai összetétel legfontosabb értéké(i)t. E jelölésrendszer előnyei: az egyes jelek rövidsége, a tulajdonságra ill. felhasználásra utaló, zömmel magyar szóból származó betűjelölések szerepeltetése és ezáltal a hazai műszaki kommunikációban való jó használhatósága. A másik a bevezetés alatt álló - európai normákhoz (Euronorm) igazodó MSZ EN – jelölésrendszert (2.14 ábra) mutatja Ebben az egyik csoportot (főként ötvözetlen acélokat) tulajdonságaikra, ill. felhasználásukra utaló - nem magyar szóból származó - betűvel jelölik, kiegészítve valamilyen fizikai tulajdonságadattal. A másik csoportot (elsősorban ötvözött acélokat) a kémiai összetételükkel jelölik,

törekedve arra, hogy a fontosnak tartott ötvözők mennyisége a jelben egész számként szerepeljen. A harmadik a német eredetű anyagszám („Werkstoff-Nummer") rendszerre (2.15 ábra) vonatkozik. Ez csak kódszámokat használ jelölésre, így a mátrix-szerű táblázat ismerete nélkül nehéz hasznos információkat nyerni a jelölés tartalmi hátteréről. Az utóbbi két rendszer előnye az informatikai feldolgozhatóságukban rejlik, azaz a viszonylag egységes számkódok számítástechnikailag könnyebben "megfejthetők", az egymásnak megfeleltethető (ekvivalens) anyagok egyszerűbben kiválaszthatók. Pl az egymásnak összetétel szerint megfeleltethető anyagok anyagszáma (Werkstoff-Nummere) megegyezik, azaz ugyanahhoz a mátrix-rovathoz (táblázat-cellához) tartoznak. - 34 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 2.13 ábra MSZ szerinti acélválaszték - 35 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege

Imre: Fémek gyártási eljárásai 2.14 ábra MSZ EN szerinti acélválaszték - 36 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 2.15 ábra Anyagszám szerinti acélválaszték - 37 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az acélok leggyakoribb szállítási formái a hengerelt szabványos profilacélok: − a rúdacélok (3, 6, 8, 12 m-es hosszban); − az idomacélok és a különleges acélok 4-től 18 m-ig terjedő hosszban; − a szélesacélok különböző lemezvastagságban, táblaméretekben, felület-minőségben (bevonattal is); − a szalagacélok 8 mm vastagságig és 500 mm szélességig, tekercselve; − a hengerhuzalok 56 mm átmérő felett (alatta húzással állítják elő a drótokat). Ezeken kívül jelentős mennyiségben készülnek: − hegesztett és varratnélküli ötvözetlen acélcsövek végmenettel vagy anélkül, ill. védőréteg nélkül (fekete cső), vagy horganyzott

kivitelben, − varratnélküli melegszilárd acélcsövek, − hidegen húzott vagy hengerelt precíziós varratnélküli acélcsövek, − hegesztett vagy varratnélküli zártszelvények. 2.2 Nemvas fémek kohászata 2.21 Alumínium- és könnyűfémkohászat Az alumíniumkohászat érce a bauxit (4060 % Al2O3, 1230 % H2O, 730 % Fe2O3, 115 % SiO2, 34 % TiO2, 0,050,2 % F+P2O5+V2O5+.), amit először őrölnek, vizes mosással az agyagszerű meddőtől megtisztítanak, majd szárítanak. Az így előkészített bauxitot nátronlúg (NaOH) vizes oldatához adagolják, azaz nedves feltárást végeznek. A meleg (180230 °C-os) nátronlúgos oldatban nátriumaluminát [NaAl(OH)4] keletkezik. Az oldat szétválasztása az oldhatatlan vörösiszaptól ülepítéssel történik. A nátriumaluminátot a lebegő szemcséktől megtisztítják, majd hűtőtoronyban 100 °C-ra lehűtik és vízzel hígítják. Lehűlés során kristályos szilárd alumíniumhidroxid [Al(OH)3] válik ki. A

szilárd és a cseppfolyós fázist vákuumszűréssel szétválasztják, az Al-hidroxidot 12001300 °C-on kalcinálják (kiizzítják), ekkor keletkezik (2.16 ábra) a szilárd, finom, porszerű timföld (Al2O3). 2.16 ábra Timföldgyártás - 38 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Mivel a hidro- és pirometallurgiai eljárással előállított timföld olvadáspontja nagy (2040 °C), ezért nem olvadékát, hanem olvadt kriolittal (Na3AlF6) képezett eutektikus elegyét vetik elektrometallurgiai eljárás (2.17 ábra) alá Az olvadt kriolit elektromos vezetőképessége nagy, így az elektrolízis hővesztesége kicsi. Az 1010 °C olvadáspontú kriolithoz adagolt timföld hatására módosul az elegy olvadáspontja, kb. 15 % Al 2O3 tartalomnál 935950 °C olvadáspontú eutektikum keletkezik. Az alumíniumkinyerés acélköpenyű, grafitbélésű elektrolizáló kádakban történik, ahol a grafitbélés a katód szerepét is betölti. A

68 % Al2O3 tartalmú 950.980 °C-os hőmérsékletű elektrolitba merül be a grafitanód A disszociált állapotú olvadt kriolitot és a benne oldott timföldet tartalmazó elektroliton átvezetett egyenáram (U=4.7 V, I=50250 kA) hatására a katódbélésen alumínium olvadék válik ki Az anódon az oxigén reakcióba lép a grafittal, szén-monoxiddá ill. szén-dioxiddá elégetve azt, ezért a grafitanód előtolásáról és pótlásáról gondoskodni kell. A fémolvadék kád aljára való leülepedését elősegíti az elektrolithoz képesti nagyobb sűrűsége. Az elektrolizáló kád aljáról az alumíniumolvadékot szakaszosan lecsapolják. A kapott kohóalumínium általában 98,5.99,5 % tisztaságú 1 tonna alumínium előállításához 4 t bauxit, ill abból keletkezően 2 t timföld és 15000.16000 kWh elektromos energia szükséges Az utóbbi időkben az alumíniumot iparilag AlCl3 elektrolízisével is előállítják. Ennek az eljárásnak előnye, hogy nem

igényel olvadáspont-csökkentő adalékot és környezetkárosító hatása is kisebb. 2.17 ábra Alumínium olvadékelektrolízise Kohóalumíniumot, ill. alumíniumhulladékot háromrétegű olvadékelektrolízissel finomítanak (tisztítanak). Az erre szolgáló kád bélése az anód és a bemerülő grafitrúd a katód. A kád medencéjében három, egymástól elkülönülő olvadékréteg van Legalul anódfémként a - sűrűség növelése érdekében rézzel ötvözött - tisztítandó alumínium, középen a bárium-kloridban oldott kriolitból és nátrium-kloridból álló elektrolit, felül olvadt katódként is funkcionáló finomított, tisztított alumínium úszik. Az Al-nál nagyobb standard elektródpotenciállal rendelkező elemek (pl. Cu, Fe, Sn, Si, Cr, Zn, Mn) nem oldódnak az elektrolitban, hanem az anódfémben maradnak. Az Al-nál kisebb standard elektródpotenciállal rendelkező elemek (pl. Na, Ca, Mg, Ti) oldódnak az elektrolitban, de a katódon nem

tudnak kiválni. Ezáltal a tisztítandó, anód szerepét betöltő szennyezett Alolvadékból az Al az elektrolitba oldódik, majd onnan a tisztított, katód szerepét betöltő alumínium-olvadékba kerül. A megtisztított 99,99 %-os tisztaságú alumíniumot időszakonként vákuumszivattyúval lecsapolják. A tisztítás energiaszükséglete 2000022000 kWh tonnánként. - 39 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A jó hő- és elektromos vezető, nem mágnesezhető, korrózióálló, a hő-, fény- és más elektromágneses sugárzást jól reflektáló színalumínium mellett fontosak az Al-ötvözetek is, amelyek jellegzetes kohászati alakító eljárásait és gyártmányait a 2.18 ábra foglalja össze Az alakítható Al-ötvözetek Mg-, Cu-, Mn-, Zn- ötvözésűek lehetnek. A nem nemesíthető (természetes keménységű) Al-ötvözeteknél szilárdságnövekedést a szobahőmérsékleten végzett képlékeny hidegalakítással

lehet biztosítani. A nemesíthető (kiválásosan keményíthető) ötvözeteknek a hidegalakításon túlmenően diszperz szegregátumokat létrehozó hőkezeléssel (természetes vagy mesterséges öregítéssel) is növelhető a szilárdságuk. Az öntészeti alumíniumötvözetek közül az eutektikus Al-Si ötvözetek (sziluminok) a legjobban önthetők, az Al-Si-Cu ötvözetek hőkezelhetők is, míg az Al-Mg ötvözetek nagyon jó kémiai ellenállásukkal tűnnek ki. A fémhabok olyan kis sűrűségű, nyitott vagy zárt cellás könnyűfémek, amelyek pl. ütközési energia-elnyelők, nagy hőmérsékleti szűrők, hangfogók lehetnek, azaz olyan helyeken is alkalmazhatók, ahol a műanyaghabok szilárdságilag és hőállóság tekintetében nem felelnek meg. 2.18 ábra Alumínium és ötvözetei feldolgozása A magnézium legnagyobb mennyiségben a magnezitben (MgCO3), a dolomitban [CaCO3⋅MgCO3 vagy CaMg(CO3)2] és a tengervízben oldott magnézium-kloridban (MgCl2)

fordul elő. Ez utóbbit a tengeri eredetű kősótelepeken előforduló karnallit (MgCl2⋅KCl⋅6H2O) ásványból lehet nyerni. A tengerben található sók 15 %-a Mg-vegyület, így a tengervíz 0,13 % Mg-ot tartalmaz. A fehér, higroszkópos, kristályos MgCl2 700720 °C-os olvadékának elektrolízisével, Dow-féle cellákban állítható elő (2.19 ábra) a könnyű, gyúlékony, kis szilárdságú és korrózióállóságú 99,9 % tisztaságú magnézium. 1 kg magnézium előállításához 20 kWh elektromos energia szükséges. Az előállított fémet rudakká öntik vagy rögtön ötvözik. A Mg legfontosabb ötvözői az Al, Mn, Zn, Cu, Li és a Zr, melyek közül az Al a szilárdságot, a Mn a korrózióállóságot, míg a Zn a képlékenységet, ill. a melegalakíthatóságot - 40 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai javítja. Az alakítható és öntészeti Mg-ötvözetek jelentősége ott van, ahol a kis sűrűség előnyöket

nyújt. 2.19 ábra Magnézium előállítása Titánércekből - rutilból (TiO2) vagy a titánvasércnek is nevezett ilmenitből (FeTiO3) először kémiai vagy metallurgiai úton tiszta titándioxidot állítanak elő, majd azt szénnel keverve klóráramban hevítik, hogy titántetraklorid (TiCl4) képződjön. A TiCl4-ot argon védőgázban, kb. 850-900 °C-on Mg-mal redukálják A kapott titánszivacsot vagy -port a Mg- és a MgCl2 maradványoktól vízben való mosással és híg sósavban való kezeléssel, vagy vákuumban való desztillálással tisztítják meg. Az így előállított 99,499,9 % tisztaságú titánt porkohászati úton dolgozzák fel, ill. semleges gázatmoszférában átolvasztják Vákuumívfényes átolvasztással az O2, N2, H2 mennyisége csökken, viszont a C- és Fetartalom kissé nő. Az ipari fémtitán 99,299,7 % titánt tartalmaz A magas előállítási költségek (az Al-énak kb. 4-szerese) miatt a titán - gyakori földkéregbeni előfordulása

ellenére - drága anyag. Az ötvözőelemek a titánban oldódva növelik a szilárdságot, az acélhoz hasonlóan hőkezelhetővé teszik, sőt az allotróp átalakulás hőmérsékletét (hexagonális α-titán ←882°C térközepes köbös β-titán) is megváltoztatják. Legjelentősebbek a titánnak Al-mal és Sn-nal, ill. Al-mal és V-mal alkotott nagyszilárdságú, melegszilárd (kúszásálló 480550°C-ig), korrózióálló (saválló), hegeszthető ötvözetei A berillium legfontosabb érce a berill (3BeO.Al2O36SiO2), ami gyakran gránitba, palába és mészkőbe ágyazódva nagy kristályokat képez. Egyébként a berill krómtartalmú változata a smaragd, vastartalmú módosulata az akvamarin. Az őrölt berillt klóráramban, szénnel 800 °C-on hevítik, majd a képződött illékony kloridokat frakcionált kondenzációval vagy oldószeres extrakcióval választják szét. A berillium-kloridot 1:1 arányban nátriumkloriddal keverik és nikkeledényben

elektrolizálják A fém berillium a falakon lemezkék alakjában lerakódik, a felszabaduló klórt a berill klórozásához visszavezetik a folyamat elejére. A fehéresszürke, kemény, nagy olvadáspontú, kis sűrűségű, de rideg és nagyon mérgező berilliumot reaktorépítésben (reflektorok, moderátorok, fűtőelem burkolatok), - 41 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai röntgenkészülékekhez (kilépőablak), űrhajók hőpajzsához alkalmazzák. Alumíniummal, rézzel és nikkellel alkotott kemény ötvözetei jelentősek a gyakorlati felhasználás (repülőgépek, műholdak, rakéták) szempontjából. 2.22 Réz- és színesfémkohászat A rézkohászat (2.20 ábra) számára kitermelt rézércek döntő többsége a réz és a vas közös szulfidja, a kalkopirit (CuFeS2). Ezt őrlés, porítás és flotálás (ércdúsítás) után pörköléssel oxigéndús közegben hevítve - három vegyület (Cu2S, FeS, Fe3O4) elegyévé

alakítják kéndioxid képződés mellett A szükséges 12001300 °C-os hőmérséklet eléréséhez és fenntartásához az energia nagy részét a kén és a vas kiégési reakcióhője szolgáltatja. Az olvadékból a vas bázikus oxidja (Fe3O4) a savas kémhatású kovasavval (SiO2) kicsapatható egy komplex szilikátvegyület (FeSiO3) formájában. Ez az oldhatatlan olvadt salakfázis kisebb sűrűsége révén a fémet tartalmazó olvadék felszínére úszik fel, ahonnan időszakonként lecsapolható. A fémet tartalmazó kéneskő-olvadékból a réz oxidációval nyerhető, ugyanis a kén oxigén iránti affinitása nagyobb, mint a rézé. Az 11501200 °C-os hőmérsékleten végezhető eljárás oxigénforrása az olvadékra fúvatott levegő. Az oxidáció során keletkező kéndioxidot elvezetik, de a kéntartalom csökkenésével az oxigén oldódik a rézben is. A csapolt réz hőmérsékletének csökkenésével ez az oldhatóság jelentősen csökken, ami kén-dioxid

kiválásával jár. A kristályosodó rézből kiváló gáz egy része már nem képes eltávozni és pórusok formájában "befagy". A 98,599,5 % tisztaságú nyersrezet (bliszterrezet) az oxigén, a kén és más szennyezők eltávolítása végett finomítják, tisztítják. 1 t nyersréz (99% Cu) előállításához 1000 t kőzet ill. abból keletkezően 200 t nyersérc (0,5% Cu), majd 4 t dúsított érc (25% Cu) szükséges. A termelt réznek ma már kb 40 %-a rézhulladék újrahasznosításából származik. 2.20 ábra Rézkohászat - 42 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Nyersréz és a rézhulladék tisztítását oldható anódos eljárással (2.21 ábra) végzik Az anódot a tisztítandó rézből öntött lemez képezi. A szennyezőktől mentes réz a vékony már tisztított induló lemezkatódon válik ki. Elektrolitként kénsavas réz-szulfát vizes oldata használható. Az elektrolízis előre haladásával az

elektrolit rézion koncentrációja csak csekély mértékben változik, mert az átfolyó áram az anódról gyakorlatilag ugyanannyi rezet választ le, mint amennyi kiválik a katódon. Az így előállított tiszta rezet katódréznek vagy elektrolitréznek nevezik. A szennyezők egy része az elektrolitban dúsul fel, másik része anódiszapban gyűlik össze a kád alján. 2.21 ábra Nyersréz tisztítása oldható anódos eljárással Az elektrolitot időnként cserélni kell, melynek hasznosítható a Cu-, Ni- és Fe-tartalma. Az anódiszapból hidrometallurgiai úton értékes elemek (Au, Pt, Ag, Se, Te) nyerhetők ki. Az elektrolitrezet redukáló atmoszférában újra megolvasztják és hengerlési ill. préstuskókká öntik. A redukáló atmoszférában elkerülhető a tisztított réz oxidálódása és ezáltal a réz ún. hidrogénbetegsége A hidrogén ugyanis nagyobb hőmérsékleten bediffundál a rézbe és a rézoxid (Cu2O) oxigénjével vízgőzt alkot, ami nem

tud a rézből kidiffundálni, így azt megrepeszti. Különlegesen nagy tisztaságú réz zónás átolvasztással állítható elő A vezetékgyártásra használt vörösréz (Cu≥99,9 %) jó elektromos vezetőképességét kismértékű szennyezés (P, Fe, Si, As, Cr, Be, Bi, Pb, Sb) és a hidegalakítás is lényegesen rontja. Ha rézvezeték gumiszigetelést kap, felületét ónbevonattal kell ellátni, mert a Cu elősegíti a gumi öregedését, ill. a gumi aktív kéntartalma korróziót okoz Lemezek, szalagok, csövek, rudak és extrudált-profilok is készülnek a jó hővezető, időjárásálló, hidegalakítással növelhető szilárdságú tiszta rézből. Réznek cinkkel (horgannyal) alkotott ötvözetei a sárgarezek, melyek közül az alakíthatók 1040 %, az öntészetiek 3740 % cinket tartalmaznak. A 20 % Zn-tartalom alatti ötvözetek "vörös-sárgarezek", a 80 % Zn-tartalom felettiek "fehér- sárgarezek". A Cu-Sn (Sn≤14 %) ötvözetek az

(ón)bronzok (0,5 % foszforral adalékolva "ágyúbronzok"), a Cu-SnZn (Zn≤6 %) -ötvözetek az ún. vörösötvözetek, elsősorban öntészeti célokra A Cu-Al (Al=5.25 %) -ötvözetek a nagyszilárdságú, korrózióálló alumínium-bronzok Az 525 % ólmot (és ónt is) tartalmazó ólombronzok nagyterhelésű siklócsapágy alapanyagok. A konstantán kb. 40 % Ni-t, az újezüst és az alpakka kb 20 % Ni-t és kb ugyanennyi Zn-t tartalmaz. - 43 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A cink - vagy nyelvújításból származó nevén horgany - előállítása flotációval szétválasztott, ill. dúsított szfaleritből vagy másnéven "cinkfényből" (ZnS-ből) történik, amit 900 °C-os pörköléssel cinkoxiddá (ZnO) alakítanak kéndioxid kilépés mellett. A cinkoxidból a cinket termikus (950.1200 °C-on) karbon- vagy CO-redukciós eljárással ("cinkdesztillációval") nyerik ki (2.22 ábra) A

redukálás hőmérsékletén a cink gőz halmazállapotban van A lehűtött horgany 23 % szennyezőt tartalmaz. Az átolvasztással finomított cink is csak 99,0 % tisztaságú. Ennél tisztábbat (99,99 %-osat) elektrolízissel állítanak elő Cinkötvözetek ZnAl, Zn-Al-Cu és Zn-Al-Cu-Mg ötvözetek, amelyekből bonyolult formájú, mérethű, nyomásos öntéssel készülő öntvények (pl. karburátorok) készíthetők 2.22 ábra Cink kohászata Az ólom előállítása galenitből vagy másnéven "ólomfényből" (PbS) történik, előkészítés (aprítás, flotációs dúsítás, víztelenítés), oxiddá pörkölés, megolvasztással járó koksszal redukálás és finomítás útján. A hosszú, többfázisú tisztítás után nyert ólom 99,9599,992 % tisztaságú. Ólomhulladékok átolvasztásával 97 %, átolvasztásával és tisztításával 9999,92 % ólomtartalmú fém állítható elő. Az ólom legfontosabb ötvözői az antimon, az ón, az arzén és a

bizmut. Az Sb és az As az ötvözetet kemény, kopásálló öntvényanyaggá, míg az Sn és a Bi alacsony olvadáspontú forraszanyaggá teszi. Ca-ötvözéssel - az elektromos tulajdonságok számottevő romlása nélkül - javítható a szilárdság, ami csökkenti az ólomakkumulátor-lemezek önsúly miatti, cellazárlatot okoz(hat)ó kúszását. Az ónt kassziteritből vagy ónkőből (SnO2) flotációs előkészítést követő pörköléssel és redukcióval állítják elő, majd csurgatással vagy elektrolízissel finomítják. A csurgatás során a nyersón hőmérsékletét kevéssel olvadáspontja fölé emelik, így az ón lecsurog, a többi alkotórész (szennyezés) a salakban marad. Előzetesen tisztított, dúsított érceiből kohászati úton 96,2.99,9 %-os tisztaságú ón állítható elő Az ónötvözetek közül az Sn-Sb-Cu csapágyfémek és Pb-Sn forraszanyagok fontosak, az élelmiszerek okozta korróziós hatásokkal szemben ellenálló és így káros

vegyületeket nem képező ötvözetlen ón mellett. - 44 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3. Fémek alakadó eljárásai 3.1 Fémöntészet Az öntés során az anyag olvadékát egy célszerűen kialakított üregbe, a formába öntik vagy sajtolják, ami meghatározza a megdermedés utáni szilárd öntvény alakját, méretét és felületminőségét. Öntéssel elsősorban bonyolult geometriájú termékeket készítenek, amelyek előállítása más eljárással (pl. alakítás, forgácsolás) nem vagy csak gazdaságtalanul lenne megvalósítható. A kész öntvényen szükség lehet további megmunkálásra (pl forgácsolás, hőkezelés), az alak- és méretpontosság ill. a tulajdonságok beállítása céljából Az öntés egyedi-, sorozat- és tömeggyártásban egyaránt alkalmazható, a gyártható öntvény tömege néhány grammtól akár 100 tonnáig is terjedhet. 3.11 Fémek önthetősége A fém(ötvözet)ek

önthetősége annál kedvezőbbnek ítélhető, minél kisebb az olvadáspontjuk (minél kisebb energia-felhasználással olvaszthatók), minél kisebb a viszkozitásuk (minél jobb a formakitöltő képességük), minél kisebb hőmérséklet-intervallumban dermednek meg (minél kisebb a zsugorodásuk), minél kevésbé reagálnak környezetükkel (kevésbé oxidálódó felületűek, .) Ezek szerint a viszonylag kicsit olvadáspontú színfémek, ill az eutektikumok, valamint ezekhez közeli összetételű ötvözetek (pl. ólom-, ón-, cinkötvözetek; sárgarezek, bronzok; öntöttvasak, .) a legkedvezőbbek öntészeti szempontból Igen fontos önthetőségi követelmény, hogy az anyag megdermedése után repedés-, pórus- és zárványmentes legyen, azaz ne tartalmazzon olyan folytonossági hiányokat (lunkereket), amelyek az öntvény rendeltetésszerű felhasználását korlátozzák. Pl a színréz önthetősége rossz, mert megdermedéskor porózus lesz, viszont csekély

mennyiségű foszfor, mangán, szilícium, magnézium és berillium beötvözésével az üregképződés megakadályozható. Az öntés után kialakuló szemcsék nagysága az olvadék hűlési-dermedési sebességétől függ. Gyors lehűlés esetén kicsi (finom) szemcsék képződnek, mert sok kristálycsíra alakul ki, melyek köré növekvő szemcsék így hamar egymásba ütköznek. Lassú lehűléskor viszont nagy (durva) szemcsék alakulnak ki a kevés kristálycsíra képződése, ill. az ebből eredő nagy szemcsenövekedési hely következtében. A szemcsenagyság ismerete azért is fontos, mert jelentős hatása van az anyagtulajdonságokra és utólag rendszerint csak energiaigényes hőkezeléssel ill. felületkezeléssel befolyásolható Öntéskor tehát az olvadékot a gyártandó öntvény külső geometriájának megfelelő formába öntik, amelyben az öntvény belső üregeit kialakító magok pozícionálását, rögzítését célszerűen elhelyezett

magtámaszokkal oldják meg. A formával és magokkal határolt üreg az öntvény negatívja. Ezzel az üreggel szemben támasztott fontosabb követelmények: − méretei a zsugorodási és a szükséges mértékű utóforgácsolási ráhagyások figyelembe vételével legyenek nagyobbak a kész darab méreteinél; − legyen ellátva megfelelő beömlővel, táplálóval az olvadék zuhanás- ill. örvénylés-mentes bevezetésére, és tartalmazzon az olvadék felületén úszó salak (oxid) üregbe jutását megakadályozó salakvisszafogó gátat; − része legyen felöntés (tápfej), hogy a dermedés közbeni zsugorodás hatására képződő fogyási üreg abban (öntvénytérfogaton kívül) jöjjön létre; - 45 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − foglaljon magába levegőelvezető járatokat, hogy a beömlő olvadék a levegőt az üregből akadálytalanul kiszoríthassa és ne térfogathiányosan dermedjen meg; − fala

biztosítson gázáteresztést, hogy a dermedő anyagból, valamint a formából és a magból felszabaduló gázok szabadon távozhassanak, csökkentve a porozitást; − fala a fellépő mechanikai, termikus és kémiai igénybevételekkel szemben kellő mértékben ellenálló legyen; − falának felületminősége és -állapota olyan legyen, hogy az öntvény felületén ne keletkezhessenek ráégések, feltapadások, továbbá az öntvény felületi minősége az előírásoknak megfeleljen; − fala rendelkezzék bizonyos mértékű alakváltozó-képességgel, hogy a zsugorodó öntvényben keletkező mechanikai feszültségek leépülhessenek, megakadályozva az öntvény zsugorodás közbeni repedését; − biztosítsa az elkészítését segítő minta (az üreg "pozitívja") formázás utáni kiemelhetőségét, ill. öntés után a szilárd öntvény eltávolíthatóságát osztott kivitellel, osztósíkokkal, kúpossággal, ferdeséggel; − feleljen meg a

konkrét öntési eljárás speciális követelményeinek is. Megkülönböztethetünk egyszer használatos (formázóanyag-keverékből készített) elvesző formákat és többszöri felhasználásra alkalmas (fémből gyártott) tartós formákat. Az egyszer használatos formák készülhetnek tartós (fa, fém, műanyag), vagy elvesző (kiolvadó viasz, kiégő műanyaghab) minták felhasználásával. 3.12 Öntés elvesző formába Az öntészeti gyakorlatban a legismertebb öntési eljárás homokformázáson (elvesző formák alkalmazásán) alapul. Ennél a formakészítés alapanyaga 815 % agyagtartalmú kvarchomok, amelyhez különféle kötő- és adalékanyagokat (cement, műgyanta, grafitfekecs, szénpor, faliszt, stb.) kever(het)nek a forma szilárdságának, hőállóságának növelése, ill. gázáteresztő képességének, felületminőségének javítása érdekében A kötőanyag fajtája szerint szervetlen (agyag, bentonit, cement, vízüveg), szerves (gyanta,

dextrin, melasz, ), ill. vegyes kötőanyagú formázókeverékeket különböztetnek meg E kötőanyagok a formaszilárdság növelése mellett a kötési időt is csökkentik. Az öntvény üregeit kialakító magokat (alakos betéteket) szintén hőálló homokkeverékből készítik. Mivel öntéskor a folyékony fém a magot körülfolyja - jelentős termikus és mechanikai terhelést okozva -, ezért a mag szilárdságát a formázóanyagba ágyazott magvasakkal szokás javítani. A formákat az osztósíknál összeilleszthető, ill szétválasztható kétrészes formaszekrényben, a magokat magszekrényben alakítják ki (3.1 ábra) 3.1 ábra Mag kialakítása - 46 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Mivel a magokat gyakran csak több részből lehet megformázni, ezért a részeket ragasztással egyesítik. A magok a formához magtámaszok révén illeszkednek (32 ábra), amelyek részben pozícionálásra, részben a fellépő

mechanikai és hőigénybevétel ellensúlyozására - a magok elmozdulásának és roncsolódásának megakadályozására - szolgálnak. 3.2 ábra Minta és mag elhelyezése a formaszekrényben A kézi homokformázás menete vázlatosan a 3.3 ábrán követhető nyomon, egyszerű, üreges kialakítású (hüvelyszerű) öntvény példája kapcsán. A belső üreg kiképzéséhez magszekrényben magot készítenek, amelyet szükség esetén szárítanak és fekecselnek (védőbevonattal látnak el). Az öntvény külső geometriáját meghatározó formafelületeket szintén két darabra osztott famintával állítják elő. Ezeket két külön mintalapra - a felső és az alsó mintalapra - rögzítik az osztósík mentén. Az egyes mintalapokon elhelyezik a mag pozícionálására hivatott magtámaszok mintaelemeit, ill. a beömlőcsatlakozást biztosító mintarészeket is. Először az alsó mintalapra helyezett alsó formaszekrényt töltik meg homokkeverékkel, miközben

réteges döngöléssel tömörítik. A formaszekrény megfordítása után a mintalapot kiemelik, majd a tömörített formázóanyag osztósík felületén - a gázáteresztő képesség biztosítására - pl. huzalszerű szerszámmal "lélegzőnyílásokat" karcolnak be Ezt követően a felső mintafél köré helyezett felső formaszekrényt töltik meg formázóanyaggal, miután elhelyezték benne a beömlő és a felöntés(ek) kialakítására szolgáló hengeres és/vagy kúpos mintatoldalékokat. Réteges döngölés (tömörítés) után a mintalapot, ill vele a mintát és járulékos elemeit a formafélből eltávolítják. 3.3 ábra Homokformázás menete - 47 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Ha szükséges, a formafeleket szárítják ill. felületüket fekecselik Az alsó formaszekrényben lévő formafélbe a magot behelyezik és pozíciójában rögzítik, majd ráillesztik a felső formaszekrényt. A folyékony

fém öntés közbeni felhajtóerejének ellensúlyozása céljából - a két formafelet csavarkötéssel, vagy súlyterheléssel összeszorítják. Igen nagy méretű öntvényeket talajformázással készítenek (3.4 ábra) A mintát megfelelően előkészített, talajban kialakított formakeverék-ágyba nyomják vagy egy mintasablonnal „esztergálják ki” a formaüreget, majd a kialakult formát gázelvezető „szúrásokkal" látják el. Felülről fedőszekrénnyel határolják le, ami tartalmazza a beömlő(ke)t, ill. a tápfeje(ke)t, (felöntést) 3.4 ábra Talajformázásos öntés és öntvénye A homokforma-készítés nehéz fizikai munka, aminek részbeni vagy teljes kiváltására formázógépet is alkalmaznak. Ez a formakeverék tömörítésének módja szerint lehet rázó, sajtoló, belövő, befúvó. Megvalósítható velük a formaszekrény forgatása, a minta kiemelése és a forma összerakása is. Alkalmazásuk feltétele olyan mintalap, amelyre

tartósan és stabilan rögzítve vannak az öntvény és a beömlő rendszer mintaelemei, ill. a pontos pozícionálást biztosító illesztőcsapok. - 48 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.5 ábra Formázó- és öntvényanyag adagolás Az elkészített formákat szükség szerint szárítják, majd beleöntik az olvadékot (3.5 ábra) ügyelve arra, hogy a beömlő mindig telve legyen, salakrészek, légbuborékok bekerülésének elhárítása végett. Az öntést akkor lehet befejezni, ha a felöntés(ek) is megteltek A formába öntött anyag a lehűlés során először viszkózus, majd pépes lesz és végül szilárd állapotba kerül, miközben térfogata csökken: − olvadék állapotbani térfogatcsökkenés a vízszintes felületű olvadékszintek hőmérsékletcsökkenéssel összefüggő különbségéből adódóan, a beömlőnyílásban figyelhető meg; − vegyes állapotbani térfogatcsökkenés a már megdermedt és a

még olvadék anyag sűrűségkülönbségéből adódóan, fogyási üreg formájában mutatkozik, azaz az öntvénydermedési térfogatcsökkenés a beömlőben, ill. a felöntésben található folyékony anyagból pótlódik. (Fontos, hogy a fogyási üreg teljes egészében a beömlőben, ill a felöntésben keletkezzék, ne húzódjon bele az öntvénybe!) − szilárd állapotbani térfogatcsökkenés a negatív hőtágulásból (zsugorodásból) adódik, amit a formakészítésnél figyelembe vett zsugorodási ráhagyás fedez. Acélnál 2%, öntöttvasnál 1%, alumíniumnál 1,25% a hosszirányú zsugorodás. A megszilárdult és már károsodást nem okozó hőmérsékletre lehűlt öntvényt a formából eltávolítják ("kirámolják"), majd szükség esetén tisztítják. Ridegebb anyagú öntvényekről a beömlőket, tápfejeket és egyéb olvadékvezető csatornákat letörik, szívósabb anyagú öntvényekről valamilyen vágóeljárással levágják. A

feltapadt felületi szennyeződéseket szemcseszórással "lekoptatják", a "kiemelkedő" hibákat leköszörülik, a "bemélyedő" hibákat - ha a hegeszthetőségi szempontok megengedik - javító hegesztéssel feltöltik. Az elkészítendő öntvény méretpontosságának fokozása, ill. felületi minőségének javítása érdekében más elvesző formás öntési eljárások is alkalmazhatók. Ezek többségére jellemző, hogy a forma héjszerű, aminek előállítása viszonylag kevés formázóanyag felhasználását igényli. Héjformázásnál (3.6 ábra) 9395 % kvarc (SiO2) tartalmú, száraz, 0,2 mm-nél kisebb szemcseméretű agyagmentes homokot és műgyanta kötőanyagot (10:125:1 arányban) használnak a forma elkészítéséhez. A fémből készült mintalap az öntvény és a beömlőrendszer mintáját is tartalmazza A formakeveréket egy buktatható tartályban helyezik el, amelynek fedele a lefelé fordított, 250300 °C-ra

előmelegített mintalap. Amikor a tartályt 180°-kal elfordítják, a formázókeverék a mintára szóródik, a kötőanyag meglágyul - 49 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai és a minta felületén néhány másodperc alatt 510 mm vastagságú képlékeny héj képződik. Ezt követően a tartályt kiinduló helyzetbe forgatják, a héjképzésben részt nem vevő formaanyag a tartályba visszahullik. A héjat tartalmazó mintalapot leemelik és kemencébe helyezve a héjformát kikeményítik (a műgyanta kötőanyagot térhálósítják, „bakelizálják”). A kemencéből kivett a héjformát a mintáról leválasztják. Ugyanilyen módon elkészítik az osztott héjforma másik felét ill. a szükséges magokat is Végül a formaelemeket ragasztással, kapcsozással összeerősítik és homokba vagy gyöngykavicsba ágyazva öntésre kész állapotba hozzák. A 37 ábra héjformázott alkatrészt mutat 3.6 ábra Héjformázásos

öntés 3.7 ábra Héjformázott alkatrész - 50 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Keramikus formázásnál (3.8 ábra) tűzálló kvarc- vagy cirkonhomok őrleményből iszapszerű formázókeveréket készítenek, amelyben a kötőanyag rendszerint etilszilikát. Ezt a formázókeretbe helyezett mintára ráöntve, az etilszilikát víz jelenlétében néhány perc alatt hidrolizálja a formakeveréket, amelyből a minta könnyen kiemelhető. A megszilárduló formából a képződött alkoholt lángkezeléssel kiégetik. A hevítés hatására a forma felületén egyenletes, finom repedéshálózat keletkezik, ami a forma felületét nem károsítja, viszont gázáteresztő képességet biztosít. A formát kb 1000 °C-os kemencében kiégetik (keramizálják), majd a kiégetett (megfelelő szilárdságú) formafeleket az öntést megelőzően fémkerettel összefogják. Keramikus formázás tárgykörébe sorolhatók a cement-, a gipsz-

stb kötőanyagú, folyékony ill. pépes formázókeveréket használó eljárások is 3.8 ábra Keramikus formás öntés Precíziós öntés alatt a kiolvadó mintás formázási eljárásokat szokás érteni, melyeknél az elvesző mintát iszapszerű formázókeverékbe mártogatás és formaszilárdulás után - a forma megbontása nélkül - arra alkalmas módszerrel eltávolítják. A technológia tehát kiolvadó minta és héjszerű, osztósík nélküli (egyrészes) forma elkészítésén alapul (3.9 ábra) A gyártandó termék pontos geometriájához igazodva először egy precíz mestermintát állítanak elő fémből. E mesterminta segítségével - annak "beformázásával" - kis olvadáspontú fémötvözetből vagy műanyagból présformát (présszerszámot) készítenek. A szigorú tűréssel előállított présszerszámban sajtolással készítik a többnyire viasz alapanyagú mintákat. E viaszminta darabokat sorjázzák, majd a beömlő rendszert

mintázó fémvázas viaszoszlopra fürtszerűen felragasztják, azaz "bokrosítják". Ezt követően a viaszbokrot finomszemcsés kvarcliszt, etilszilikát, alkohol, sósav és víz tejfölszerű keverékébe mártják. Innen kiemelve a felesleges formaanyag lecsepegtetése után - finom kvarcliszttel beszitálják, majd szobahőmérsékleten szárítják. A szükséges vastagságú kéreg kialakítása általában többszöri bemártással-szárítással történik. Az utolsó szárítás után a formakéreggel ellátott viaszbokrokat vékonyfalú fémszekrényekbe állítják és stabilitásuk fokozása érdekében kvarchomokba vagy gyöngykavicsba ágyazzák. A fémszekrényeket kb 100200 °C-os kemencébe helyezik, s miközben a formák tovább száradnak, a viasz kiolvad és a kemence alján kifolyik. A kiolvasztott viasz esetleges regenerálás után mintakészítésre újra felhasználható. A most már üres kéregszerű formákat a kellő szilárdság elérése

végett kb 1000 °C-on kiégetik. A pl indukciós kemencében megolvasztott fémes öntőanyagot a kemencéből kivett, még meleg formába öntik, biztosítva a jó formakitöltést. A megszilárdulást követően a beágyazó anyagból kiemelt öntvényről a kéregszerű formát lefejtik, végül a kész öntvénydarabokat a beömlő rendszerről vágókoronggal lemetszik. A leírtakból következik, hogy az ilyen forma elkészítése költség- és időigényes, az öntvény mérete ill. tömege korlátozott Elsősorban bonyolult(abb) alakú, nehezen megmunkálható, nagy méretpontossági igényű, sorozatban gyártandó öntvényekhez (3.10 ábra) célszerű alkalmazni ezt az eljárást. - 51 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.9 ábra Precíziós öntés 3.10 ábra Precíziós öntéssel készült gyártmányok Kiégetéses öntéshez (3.11 ábra) mesterminta felhasználásával készített fémformába habosodó, elgázosodásra

hajlamos műanyagot öntenek elvesző minta előállítása céljából. A létrejött szilárd műanyaghab mintát homokformázzák, majd a formában hagyva öntik rá az öntvényanyag-olvadékot. A nagy hőmérsékletű olvadék "frontja" elpárologtatja ill kiégeti a mintaanyagot, miközben a helyét elfoglalja és a formát kitölti. Éppen ezért nincs szükség osztósíkra, csak megfelelően kialakított beömlő rendszerre és gázelvezető nyílás(ok)ra. - 52 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.11 ábra Kiégetéses öntés és terméke 3.13 Öntés tartós formába A többszöri felhasználású tartós öntőformák készítése inkább szerszámgyártási és kevésbé öntészeti feladat, így az automatizálás is könnyebben megvalósítható, a berendezés összeépíthető a formával, vagy annak elemeivel. A termelékenységre jellemző, hogy egy öntvény gyártása - tömegtől (1.60 kg) függően - 30

másodperctől mintegy 6 percig terjed A nagyobb termelékenységet és kisebb méretszóródást biztosító, osztott kivitelű tartós formák (kokillák) ill. magok általában öntöttvasból vagy melegszilárd szerszámacélból készülnek Mivel a fémek jó hővezetők, ezért a kokilla a beöntött fémolvadék hőtartalmát viszonylag gyorsan elvezeti, elősegítve a rövid idejű megszilárdulást. A kokillák (öntőszerszámok) élettartama anyaguk és a beléjük öntött olvadék minőségétől függően 200-tól akár 200000 db-ig terjedő öntvény előállíthatóságát (sorozat-gyárthatóságát) jelenti. Rendszerint kisebb olvadáspontú nemvas fémek és ötvözeteik öntésére alkalmazzák. Az öntvényanyagot tartós formába juttató erőhatás lehet gravitációs, túlnyomásból származó vagy centrifugális. A gravitációs kokillaöntés (3.12 ábra) szerszáma a homokformázás elvei szerint van ellátva osztósík(ok)kal, beömlő rendszerrel,

tápfejjel. Viszont itt lehetőség van arra is, hogy homokból készült mellett többrészes szerelhető magot, levegőelvezető furatokat, ill. a formafal bizonyos szakaszain intenzívebben hűtött, anyagszerkezet módosítást előidéző betéteket alkalmazzanak. 3.12 ábra Gravitációs kokillaöntés és egy gyártmánya - 53 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A kiszorításos kokillaöntés (3.13 ábra) szerszámába sajtolással préselik be a fémolvadékot, ezáltal kedvezőbb a forma kitöltése. Az eljárásnak létezik vízszintes és függőleges elrendezésű változata is. 3.13 ábra Kiszorításos kokillaöntés A nyomásos kokillaöntéskor az olvadékot kellően nagy - sűrített levegővel vagy dugattyúval létesített - nyomással juttatják (lövik) be az öntőszerszámba, így az öntvények felöntés nélkül is kitűnő méret- és alakpontossággal készülhetnek. Igen bonyolult alakú és/vagy vékonyfalú

öntvényeket (3.14 ábra) is lehet nyomásos öntéssel készíteni, gyakorlatilag utólagos megmunkálási igény nélkül. Ez az eljárás jól gépesíthető, beleértve az öntőszerszám-felek, a magok, a kilökők mozgatását, az olvadék formaüregbe juttatását, valamint a kész öntvény eltávolítását. 3.14 ábra Nyomásos öntéssel készült alkatrészek - 54 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A kisnyomású kokillaöntés (3.15 ábra) során a - rendszerint indukciós kemencében olvasztott - fémet 0,55 MPa nyomású levegő préseli a formaüregbe. 3.15 ábra Kisnyomású kokillaöntés A melegkamrás nyomásos öntéskor (3.16 ábra) az öntendő olvadék az adagolóegység "részét" képezi, azaz nyomásközvetítő (max. 35 MPa) közegként is funkcionál Az öntőszerszám zárását-nyitását és a dugattyú mozgatásához szükséges erőhatást hidraulikus rendszer biztosítja. 3.16 ábra

Melegkamrás nyomásos öntés A hidegkamrás nyomásos öntés (3.17 ábra) során a külön kemencében megolvasztott anyagból adagolnak egy öntvényre való mennyiséget a nyomókamra töltő-nyílásába. Az előrehaladó hűtött dugattyú először lezárja a beömlőnyílást, majd belövi az olvadékot az összeszorított álló és mozgó szerszámfél közötti formaüregbe. A megszilárdulást követően a szerszámfeleket szétnyitják, a dugattyút kiindulási pozícióba állítják, majd az öntvényt a kilökőkkel távolítják el a formából. - 55 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.17 ábra Hidegkamrás nyomásos öntés Pörgető vagy centrifugál(is) öntéskor forgó kokillába (öntőszerszámba) öntik az olvadékot, így a dermedés a centrifugális erőhatás érvényesülése közben megy végbe. Az eljárás elsősorban forgásszimmetrikus öntvények (csőszerű termékek) előállítására alkalmas

vízszintes vagy függőleges elrendezésben, de lehetőség nyílik a precíziós öntés kiváltására is kisebb öntvényeknél (3.18 ábra) Az eljárás jellegéből adódóan nincs szükség magra, beömlőre és tápfejre, ill. a statikus öntési eljárások gravitációs erőhatásánál lényegesen nagyobb centrifugális erőhatás tömör, gázzárvány mentes, jó formakitöltésű, valamint vékonyfalú öntvények előállítását is lehetővé teszi. Megoldható az is, hogy különböző összetételű anyagrétegeket öntsenek egymásba, egyfajta réteges kompozitot produkálva. 3.18 ábra Centrifugál öntés - 56 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.2 Porkohászat A porkohászat – mint szintereléses technológia - során az előkészített, kívánt szemcsenagyságra beállított, sajtoláskönnyítő- ill. ötvözőadalékkal összekevert, esetleg granulált anyagport a megfelelő alakot és méretet biztosító

módon tömörítik, ill. sajtolják, majd oxidációt megakadályozó védőatmoszférában izzítják, zsugorítják (3.19 ábra) A pontos méretek, a felületi finomság és a porozitás beállítása érdekében még kalibráló sajtoló műveletekre is szükség lehet. 3.19 ábra Porkohászat folyamatai 3.21 Fémek szinterelhetősége Olvasztásos, vagyis öntési technológia helyett szilárd porokból kiinduló szintereléses technológia jön szóba: − túl nagy olvadáspontú színfémek (W, Mo, Ta, Nb, .), − egymásban nem (vagy nem kellő mértékben) oldódó fém, nemfém (és/vagy vegyület) komponensekből álló álötvözetek (pl. keményfémek), − porózus (pórusos) szerkezetű fémtermék (pl. fémszűrő, önkenő csapágy) előállításához, a szükséges végső alakot minél jobban megközelítve. Ha a porozitás nem igény, törekedni kell annak lehető legkisebb mértékére, ugyanis a porozitás csökkenti a szilárdságot, az elektromos

vezetőképességet, a mágneses permeabilitást és különösen a szívósságot. Ha a porkomponensek közül valamelyik (a legkisebb olvadáspontú) a zsugorító izzítás hőmérsékletén megolvad, akkor a porkohászati termékben kevesebb pórus marad vissza. Olvadás nélküli szintereléssel állítható elő pl a volfrám, olvadásos szintereléssel gyárthatók pl. a keményfémek (widiák) A keményfémekben a keramikus alkotók (karbidok, nitridek) biztosítják a keménységet, míg a fémes alkotók (Co, Ni, Mo, Fe) a kötőanyag ill. a póruscsökkentés feladatát látják el A fémes alkotók mennyiségének növelésével a szívósság is növelhető. Mindkét alapalkotóval szemben vannak szinterelhetőségi követelmények. - 57 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A kemény fázisokkal szembeni követelmények: − a porszemcséik mérete megfelelő határon belül legyen, − az összetételük (bennük kötötten és

szabadon lévő elemek mennyisége) előírt tartományon belül legyen, − ne legyenek oxidáltak ill. a gyártási folyamat során sem oxidálódjanak A kötőfázissal szembeni követelmények: − a zsugorítás hőmérsékletén egy folyékony fázist képezzen, − a kemény fázisokat jól nedvesítse, − a zsugorítási hőmérsékleten kismértékben oldja a kemény fázisokat, de ne képezzen velük más kedvezőtlen mechanikai tulajdonságú szilárd fázist, − a használatkori üzemi hőmérsékleten a kemény fázis szemcséi közötti vékony rétegként fel tudja venni a fellépő igénybevételeket. A porkohászat kiinduló alapanyagai szilárd színfémporok (vas-, réz-, nikkel-, titán-, kobalt, volfrám-, molibdénpor stb.), ötvözetporok (bronz-, gyorsacél-, rozsdamentes acél por stb), ferroötvözetporok (ferromangán-, ferrokróm-por stb.) és nemfém-porok (grafit-, fémkarbid, fémnitrid-, fémoxidporok stb) Ilyen poralapanyagokat különböző

módszerekkel és geometriával lehet készíteni: − szilárd darabos anyagok mechanikai porításával, azaz aprítással és henger-, golyós-, vibrációs-, örvény-, rudas-, kalapácsos malomban történő őrléssel; − semleges, oxidáló vagy redukáló atmoszférában elgőzölögtetett anyag (ill. reakciótermékei) vagy különféle módszerekkel porlasztott olvadék hűtött felületre történő lecsapatásával (3.20 ábra); − karbonil eljárással, azaz egyes fémek szénmonoxiddal - meghatározott körülmények között - képezett, szobahőmérsékleten folyékony, kis stabilitású karbonil vegyületének növelt hőmérsékleten történő felbomlasztásával; − fémsók vizes oldatából a fémnek egy másik, kevésbé nemes fém segítségével történő kicsapatásával; − fémsók vizes oldatának speciális technológiai paraméterek (növelt oldat-koncentráció és katódáramsűrűség) melletti elektrolízisével; − szilárd fémoxidporok nagy

(de a fém olvadáspontja alatti) hőmérsékleten, szilárd (korom, grafitpor) vagy légnemű (H2, CO) közegben történő redukálásával. 3.20 ábra Fémporlasztás - 58 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A szükséges szilárd poralapanyagokból megfelelő összetételű, szemcseméretű és speciális adalékanyagokat is tartalmazó porkeveréket készítenek. A változatos alakú porszemcsék (3.21 ábra) méret szerinti osztályozására szitasort, a különböző anyagú és méreteloszlású porfrakciók keverésére pl. golyósmalmot vagy excentrikus tengelyű keverődobot használnak A keverést gyakran megelőzi egy redukáló atmoszférában történő hevítés a porok gáztalanítása, oxid- és nedvességtartalmának eltávolítása céljából. A túlságosan finom porok esetében a jobb szerszámtöltés végett előzetesen granulálás (szemcsésítés, csomósítás) is szükségessé válik. 3.21 ábra Porszemcse

alakzatok Az optimális szemcsézet olyan kvázi gömbszerű részecskéket jelent, amelyek a legjobban rendeződnek el tömör halmazba, kellően reakcióképesek, kevésbé hajlamosak szemcsedurvulásra és jól szinterelhetők. Azonban még a legjobban tömörödött azonos méretű gömbszemcsék is a térfogat közel 30 %-át üresen hagyják egymás között. Változó szemcsemérettel, ami például 20 µm-esektől az 50 nm-nél is kisebb szemcsékig terjedhet, nagyon tömör elrendeződés lehetséges, 5 %-nál kisebb pórustartalommal. Ilyen esetben a kellő sűrűség eléréséhez jóval kisebb mértékű sajtolás szükséges. A porszemcsék közötti ill a sajtolószerszám fala menti jelentős súrlódás csökkentése végett sajtoláskönnyítő adalékot (pl. glicerin, cinksztearát, grafit) is kevernek a poralapanyaghoz Ez az adalék a sajtolást követő zsugorítás ill. az azt megelőző felhevítés során elpárolog vagy oldódik valamelyik porkomponensben.

Nagyon fontos a szinterelt termék előállításához szükséges pormennyiség pontos meghatározása és szerszámba adagolása. A poradagok bemérése ill betöltése végezhető tömeg- vagy térfogategységekben. 3.22 Sajtoló alakadás A sajtoló alakadás környezeti hőmérsékleten vagy a sajtolást követő zsugorítás hőmérséklete közelében történhet. A koaxiális sajtolás (322 ábra) a porkohászatban legelterjedtebben használatos alakadó eljárás, amelynek két alapváltozata az egyirányú és a kétirányú sajtolás. Az egyirányú sajtolásnál a tömörség axiális irányban jelentősen változhat, ami a kétirányú sajtolással mérsékelhető. Ugyanis itt a falsúrlódás hatása csökken, a munkadarab sűrűsége, s ezzel a zsugorítás utáni késztermék szilárdsága is egyenletesebbé válik. - 59 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.22 ábra Koaxiális sajtolás Az egyoldali sajtolás

továbbfejlesztett változatánál ún. lebegő matricás szerszámot alkalmaznak, amelynél az alsó bélyeg fix helyzetű, a felső bélyeg mozog és mozgását szabályozott módon követi a matrica, egyenletesebb sűrűség-eloszlású terméket eredményezve. Egy másik szerszámkialakításnál - a sajtolást követően - a termék eltávolítását nem kilökő szerszám végzi, hanem a matricát húzzák le a munkadarabról. Az ilyen lehúzóeljárás előnye - a kilökőeljárással szemben - a még kis szilárdságú, zsugorítás előtt álló darab sérülésveszélyének csökkentése. Bonyolultabb alakú ill változó magasságú munkadarabokat osztott - több mozgó sajtolóbélyeget működtető - szerszámban sajtolnak, mivel csak így lehet az egész terméket egyenletes sűrűségre tömöríteni. A sajtolási nyomás sűrűségre, ill. a sűrűség termék-tulajdonságokra vonatkozó hatását mutatja a 323 ábra Sűrűség Színfém sűrűsége Végtermék

tulajdonságai Szilárdság Vezetőképesség Sajtolt termék sűrűsége Nyúlás Sajtoló nyomás Sűrűség 3.23 ábra Sajtolási paraméterek hatása a tulajdonságokra - 60 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az izosztatikus (minden oldalon egyszerre és azonos nyomással végzett) sajtoláskor a porkeveréket rugalmas (elasztikus) gumi- vagy fémburokba zárják és folyadék- vagy gáznyomású térbe helyezik (3.24 ábra) Mivel a folyadékban ill gázban a nyomás minden irányban egyenletesen hat ill. igen nagy nyomás (4001000 MPa) állítható elő, a sajtolt munkadarab sűrűsége, tömörsége homogén eloszlású lesz. A hideg izosztatikus sajtolás (CIP = Cold Isostatic Pressing) mellett alkalmazzák az 1000 °C feletti technológiai hőmérsékletet elérő meleg izosztatikus sajtolást (HIP = Hot Isostatic Pressing) is. Az így gyártott egyszerűbb geometriájú termék szükség esetén még tovább alakítható. 3.24

ábra Izosztatikus sajtolás Porkovácsolással - ami kihasználja a süllyesztékes kovácsolás előnyeit is - bonyolultabb geometriájú, méretpontos, gyakorlatilag pórusmentes termékek gyárthatók bizonyos geometriai korlátozásokkal (3.25 ábra) A megfelelő összetételű porkeveréket hidegen sajtolják, majd védőgáz alatt felhevítve melegen kovácsolják, és ha szükséges, az alakítás hőmérsékletéről közvetlenül hőkezelik (pl. edzik) 3.25 ábra Porkovácsolás geometriai korlátai A porhengerlés különleges elektromos vagy mágneses tulajdonságokkal bíró porkohászati lemez- ill. szalagtermékek szinte kizárólagos alakadó eljárása Az előkészített porkeverék egy tároló térből szabályozottan és folyamatosan adagolva forgó hengerek közé kerül, ahol lemezzé vagy szalaggá "egyesül". - 61 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.23 Zsugorító izzítás A sajtolást követő

zsugorítással a termék elnyeri megcélzott fizikai tulajdonságait. Egykomponensű por esetében az illető anyag, többalkotós por esetében a keverék fő alkotóját képező komponens olvadáspontja alatti hőmérsékleten, semleges vagy redukáló védőgáz atmoszférájú kemencében történik. Az alkalmazott por összetételétől függően egyes esetekben a zsugorítás során olvadék fázis nem keletkezik, máskor igen. Ez utóbbi esetben a zsugorítási hőmérsékletnél kisebb olvadáspontú porszemcsék megolvadnak, vagy bizonyos porkomponensek egymással reagálva - pl. vonatkozó állapotábrájuk szerinti eutektikum képződése révén - olvadáspontcsökkenést "produkálnak", így olvadékot hoznak létre A zsugorítás közben jelen lévő olvadék fázis jelentősége abban rejlik, hogy gyorsítja a porozitás csökkenését, elősegíti ötvözet(ek) vagy vegyület(ek) képződését. A zsugorítás során összetett fizikai-kémiai folyamatok

játszódnak le (3.26 ábra), diffúziós és anyagszerkezet változással járó átalakulási jelenségek (újrakristályosodás, allotróp átalakulás, szilárdoldat-képződés, vegyületképződés, szemcsenövekedés, stb.) mehetnek ill mennek végbe 3.26 ábra Zsugorító izzítás hatása az anyagszerkezetre A zsugorított termék tulajdonságait (3.27 ábra) a porkeverék összetételén, szemcseméretén és egyéb fizikai-kémiai jellemzőin túlmenően a zsugorítás technológiai paraméterei (hőmérséklet, időtartam, védőatmoszféra) alapvetően befolyásolják. A munkadarab méretcsökkenése térfogatilag elérheti a 3050 %-ot, ill. lineárisan (hosszirányban) a 1020 %-ot. Kis porozitású, nagy szilárdságú és méretpontosságú porkohászati termékeket kétszeri (esetleg többszöri) sajtolással és zsugorítással, továbbá utólagos kalibrálással gyártanak. Sűrűség Tulajdonságok Szilárdság Képlékenység Izzítás ideje sajtolt ⇒ hidak a

⇒ részecskék ⇒pórusok por részecskék összenőnek eltűnnek között 3.27 ábra Zsugorító izzítás hatása a tulajdonságokra - 62 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A zsugorítás utáni kalibráló sajtolás a méretpontosság biztosításán túlmenően szilárdságnövelést és felületfinomság-javítást is szolgál. A porkohászati termékeket esetenként még utólagos forgácsoló megmunkálásnak vetik alá, vagy ha az szükséges ill. lehetséges, hőkezelik is. A felületi súrlódás csökkentése (siklási tulajdonságok javítása), a kopásállóság fokozása, vagy a korrózióállóság növelése céljából a szándékosan porózusra gyártott termékeket impregnálják (pl. átitatják, telítik kenő- ill védőanyagokkal), más termékeket felületi bevonattal látnak el. A zsugorítás nemcsak különálló műveletként, hanem a sajtolással kombináltan is alkalmazható. Ezt valósítja meg a

melegsajtolás (nyomás alatti zsugorítás), amikor alakadás és a zsugorítás egyidejűleg megy végbe. Technikai megvalósítását nehezíti, hogy védőgáz használatát és hőálló (melegszilárd) ill. igen kopásálló matrica alkalmazását feltételezi Ilyen matrica egyes műszaki kerámiákból ill. jelentős kerámiatartalmú kompozitokból készíthető Porkohászat alkalmazásai közül néhány jellegzetes példa: a) Porkohászati gyorsacélok (ötvözött forgácsoló szerszámacélok) ill. ilyen anyagú szerszámelemek gyártása (3.28 ábra), kedvező karbideloszlással (329 ábra): − Az egyik eljárásnál a gázporlasztással előállított gyorsacél-port megfelelő kapszulákba töltve meleg izosztatikus sajtolással tömörítik ill. zsugorítják; − Egy másik eljárásnál a kapszulába töltött gyorsacél-port meleg izosztatikus eljárással szinte tökéletesen tömörré zsugorítják, majd képlékeny melegalakítással (kovácsolással vagy

hengerléssel) késztermékké formálják. 3.28 ábra Porkohászati gyorsacélok gyártása 3.29 ábra Porkohászati és hagyományos gyorsacél karbideloszlása - 63 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai b) Keményfémek (volfrámkarbid-bázisú, Co-kötésű álötvözetek), ill. ilyen anyagú szerszámelemek gyártása: Először ércekből fémvegyületeket (fémoxidokat) állítanak elő, amelyeket fémmé vagy fémkarbiddá redukálnak, vagy fémporokból karbidokat képeznek. A karbidokat (WC, TiC, TaC, NbC) segéd- vagy kötőfémmel (Co, Ni) keverik, majd sajtolás-könnyítő adalékokat hozzáadva hidegen vagy melegen alakra sajtolják. A hidegsajtolt darabokat előzsugorítják és szükség esetén megmunkálják, végül készre zsugorítják védőgázos- vagy vákuumkemencében. A keményfém termékeket minősítő vizsgálatoknak vetik alá (hajlítószilárdság, keménység, sűrűség, porozitás, mágneses koercitív

erő mérése) és szereléssel (mechanikus kötéssel) vagy keményforrasztással szerszámokba építik be (3.30 ábra) 3.30 ábra Keményfém lapkás szerszámok Az ún. edzhető keményfémek jelentős vas- és karbontartalmuk révén szerszámacélokéhoz hasonló megmunkálhatósággal, nagy karbidtartalmuknak köszönhetően nagyobb kopásállósággal rendelkeznek. Ráadásul a hagyományos acélgyártás hibalehetőségei a porkohászati előállításnak köszönhetően elmaradnak. Tulajdonképpen a szerszámacélok és a hagyományos keményfémek közötti tulajdonságokkal bírnak. Példaként egy jellemző összetétel: 33 % TiC + 3 % Cr + 3 % Mo + 1,5 % Cu + 0,65 % C + 58,85 % Fe. c) Cermetek (TiC-bázisú, Mo-kötésű álötvözetek; CERamic METalls ≡ fémkötésű kerámiák) ill. ilyen anyagú szerszámelemek gyártása: A cermetek a keményfémektől csak abban különböznek, hogy a domináns TiC-tartalom nagyobb melegkeménységet, jobb oxidációval szembeni

ellenállást, és így nagyobb éltartamot eredményez a belőle készülő szerszámelemnek (lapkának). Ezen előnyök ára a kisebb szívósság, a rosszabb hővezetőképesség, a nagyobb hőtágulás. E keményfémek és kerámiák közötti tulajdonságokkal rendelkező, keményfémekhez hasonlóan gyártható anyagokba a TiC és a Mo mellé más kerámia- ill. fémporokat is kever(het)nek Néhány lehetséges típus (A, B, C1, C2, D) összetevői: − A = TiC+Mo+Ni; − B = TiC+(TaC-WC)+Mo+Ni+Co; − C = TiC+TiN+Mo+Ni+Co; − D = TiC+(TaC-WC)+Mo+Ni+Co. - 64 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai d) Porkohászati Al-ötvözetek ill. ilyen anyagú termékek gyártása: A gázporlasztással vagy őrléssel előállított porkomponenseket megkötött vagy megtapadt szennyeződéseiktől megtisztítják, majd sajtolással tömörítik. Ezután nagymértékű alakítással - pl. kovácsolással - feldolgozzák Porkohászatilag csak olyan

alumíniumötvözeteket ill munkadarabokat célszerű gyártani, amelyek a költséges előállítást indokolják. Például karbonnal és oxigénnel mechanikusan (hozzákeveréssel) ötvözött alumínium (vagy Al-Mg ötvözet) porkohászata karbid- és oxidfázissal kiválásosan keményíthető (szegregációsan nemesíthető), melegszilárd és korrózióálló anyagot eredményez. Ezeken kívül sajátos alkalmazási területet jelent a motor- és hajtómű alkatrészek gyártása (3.31 ábra) 3.31 ábra Porkohászati úton gyártott alkatrészek Például a fogaskerék-gyártás esetében lényegesen kedvezőbb anyagkihozatal (jelentős anyagmegtakarítás) érhető el, mint a forgácsoláson alapuló változatnál: Forgácsolással: • Kovácsolás • Esztergálás • Fogazás anyagkihozatal: 31% Porkohászati eljárással: • Porkohászati előgyártás • Fogazás anyagkihozatal: 86% A porkohászat alkalmazható öntés, kovácsolás, hidegfolyatás helyett is olyan

esetekben, amikor az alakkal kapcsolatosan kötöttségek vannak (alámetszés, éles sarok nem lehet). Példaképpen tekintsük a belsőégésű motor hajtórúd három lehetséges gyártási módjának kovácsolás szerkezeti acélból, öntés gömbgrafitos öntöttvasból, porkohászati gyártás gyengén ötvözött vasporból - összehasonlítását anyagköltség, gyártási költség és elérhető tulajdonság szempontjából: Anyagköltség Előgyártmány költsége Készremunkálás költsége Szilárdság Kovácsolt Jó (5) Közepes (3) Gyenge (1) Jó (5) - 65 - Öntött Jó (5) Jó (5) Közepes (3) Közepes (3) Porkohászati Közepes(3) Gyenge (1) Jó (5) Jó (5) Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.3 Képlékenyalakítás 3.31 Fémek alakíthatósága Mechanikai erő ill. feszültség hatására bekövetkező – a rugalmas alakváltozást meghaladó mértékű – deformáció az anyag maradó (képlékeny)

alakváltozását jelenti. Az anyagok repedés és törésmentes alakíthatósága függ rácsszerkezetüktől ill. annak jellemzőitől Jól alakíthatóak a felületen középpontos köbös térrácsú, nagy (12-es) koordinációs számú anyagok. Ha az alakítás erő- vagy munkaszükséglete a meghatározó, akkor az alakítási szilárdságot, ill. annak állapothatározóktól és technológiai paraméterektől való függését célszerű alapul venni. Ilyen értelemben képlékenyen jól alakítható az az anyag, mely az állapothatározók (hőmérséklet: T, alakváltozási sebesség: ϕ’, feszültségállapot: σ1, σ2, σ3) és a technológiai paraméterek tág intervallumában kis erő- és munkaszükséglettel formálható. Az említett kf = f (ϕ, ϕ’, T) alakítási szilárdság az a növekvő egyenértékű feszültség, amely az alakítás során a képlékeny alakváltozás fenntartásához szükséges. Az ún alakítási ellenállás pedig adott képlékeny

alakító technológiánál az alakítószerszám elmozdulásának irányába eső főfeszültséget, azaz az alakítógép által kifejtendő erő és az arra merőleges alakított keresztmetszet hányadosát jelenti. Ötvözetlen acélok közül a 350 MPa körüli szilárdságúak a legmegfelelőbbek alakítás céljára. Ha a felületminőség fontos (pl. drót, vékony lemez), akkor csillapítatlan acélt lenne célszerű választani, egyébként a szennyezőkben dúsult mag (belső rész) elkerülésére csillapított acél szükséges. Az alakíthatóság változása a hőmérséklet függvényében pl a szakítóvizsgálatnál megismert kontrakció (Z %) változásával jellemezhető. A hőmérséklet növekedésével az alakíthatóság javul, de bizonyos hőmérséklet-tartományban ridegedési (öregedési) jelenség tapasztalható. Ez az alakítási ridegedés vegyületfázisok nemkívánatos szegregációjával (kiválásával) hozható összefüggésbe, ami a

szakítószilárdság (Rm), keménység (HB, HV) növekedését, de a kontrakció és a nyúlás (A5 %, A10 %) erőteljes csökkenését eredményezi. Ha repedés, törés nélkül elérhető legnagyobb alakítási mérték (megengedhető maximális alakváltozás) a megítélés alapja, akkor - az adott technológiára nézve - minél szélesebb állapothatározó- és technológiai paraméter-tartományt nagy alakváltozó képességgel átfogó anyag a kedvezőbb. Egy-egy alakítási művelet kivitelezhetőségét az alapanyag fentiek szerinti megfelelőségén túl befolyásol(hat)ja az alak- és méretpontossága, felületminősége, az alkalmazásra kerülő kenőanyag, alakító-szerszám és alakítógép is. Az alakíthatóság nagyon jelentős növekedése figyelhető meg egyes fémötvözetek szuperképlékeny állapotában. Ez a jelenség akkor lép(het) fel, ha alakításkor egyidejűleg teljesülnek a következők: alakítási hőmérséklet > 0,4 · Tolv, alakítási

sebesség = 0,010,1%/s, szemcsenagyság < 1015 µm. Az alakváltozás mértéke: Az ε fajlagos, vagy mérnöki alakváltozás számításakor a méretváltozást az eredeti mérethez viszonyítjuk, pl. hosszméret-változásnál (332 ábra): - 66 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai dL dε = L0 ⇒ εi = L1i dL L0 0 ∫L L1 − L 0 ∆L = L0 L0 = Lo (2.1) ∆L L1 3.32 ábra Hosszméretváltozás A ϕ valódi vagy logaritmikus alakváltozás számításakor a méretváltozást az aktuális, azaz a pillanatnyi mérethez viszonyítjuk, pl. hosszméretváltozásnál: dL dϕ = L ⇒ ϕ= L1i L dL = ln 1 L L0 L0 ∫ (2.2) A 3.33 ábra szerinti példára vonatkozó logaritmikus hosszméretváltozás: ϕ L = ln L1 100 = ln = ln 2 = 0,693 L0 50 3.33 ábra Térfogatállandóság alakváltozáskor: Vo = Lo·bo·ho = V1 = L1·b1·h1 Ha egy alakított test méretei változnak, értelmezhetők a szilárdságtanból ismert 3

főtengely menti logaritmikus alakváltozások: φ1 = φL φ2 = φb φ3 = φh (2.3) Ezek eredője az összehasonlító alakváltozás: ϕö = 2 (ϕ1 − ϕ 2 ) 2 + (ϕ 2 − ϕ 3 ) 2 + (ϕ1 − ϕ 3 ) 2 3 - 67 - (2.4) Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A feszültségi állapot: A feszültségi állapot alatt az anyag egy adott pontjában előforduló feszültségek összességét értjük. A síkra merőleges feszültséget normál (σ) feszültségnek, a síkba esőt csúsztató (τ) feszültségnek nevezzük. A feszültségek irányát - és azt a síkot, ahol a feszültség működik - a 3.34 ábrán látható módon jelölik Z σz τzx τzy Y X 3.34 ábra Feszültségek jelölése Ha az adott pontnál felveszünk három, egymásra kölcsönösen merőleges síkot és megadjuk a síkokban ébredő normál, illetve csúsztató feszültségek értékét (9 adat), akkor ez egyértelműen meghatározza az adott pont feszültségi

állapotát. Mindig létezik az előbb említett három síknak egy olyan állása, amikor csak normál feszültségek lépnek fel. Ilyenkor a normál feszültségeket főfeszültségeknek nevezzük. Egytengelyű feszültségi állapotról akkor beszélhetünk, ha a test egy pontjában csak egy főfeszültségi síkon ébred feszültség. Ez a feszültség csak húzó vagy nyomó lehet Ilyen feszültségi állapot alakul ki tiszta húzásnál vagy nyomásnál (3.35 ábra) 3.35 ábra Egytengelyű feszültségi állapot Síkbeli feszültségi állapot esetén vegyes (húzó és nyomó) feszültségek egyaránt működnek a síkban (3.36 ábra) Síkbeli feszültségi állapot vékony lemezekben alakul ki 3.36 ábra Síkbeli feszültségi állapot - 68 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Térbeli feszültségi állapot (3.37 ábra) esetében vegyes (húzó és nyomó) feszültségek egyaránt működnek a térben (itt több kombináció is

lehet). 3.37 ábra Térbeli feszültségi állapot A σö összehasonlító vagy σr redukált feszültség egymagában is jellemzi a feszültségi állapotot. Mohr szerinti összehasonlító, vagy redukált feszültség: σö = σ1 - σ3 (2.5) Huber-Mises-Hencky szerinti összehasonlító, vagy redukált feszültség: σö = 1 [(ϕ1 − ϕ 2 ) 2 + (ϕ 2 − ϕ 3 ) 2 + (ϕ1 − ϕ 3 ) 2 ] 2 (2.6) A képlékeny alakváltozás megindulásának feltételei: A fémekben és ötvözetekben akkor indul meg a képlékeny alakváltozás, ha a redukált feszültség elér egy jellemző értéket, ez a kf alakítási szilárdság: σö ≥ kf ill. σred ≥ kf (2.7) Mivel az anyagok alakítás hatására felkeményednek, szilárdságuk nő, emiatt az alakítási szilárdság is változik az alakváltozás függvényében. A folyási görbe (338 ábra) az alakítási szilárdság változását mutatja az alakítás függvényében: kf = kf(φö) (2.8) ha a hőmérséklet (T) és az

alakváltozási sebesség (ϕ& ö = dϕ ) is állandó. Általánosan felírva az dt alakítási szilárdság (folyásgörbe) függvényt: kf = kf(φö; φ’, T) - 69 - (2.9) Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.38 ábra Néhány fém folyási görbéje Képlékenységen tehát a fémek és ötvözetek azon tulajdonságát értjük, hogy mechanikai igénybevétel hatására az alakjukat képesek megváltoztatni, az anyag kontinuitásának (folytonosságának) megmaradása mellett. A jelentős maradó alakváltozásra képes fémeket képlékenynek tekintjük. A képlékenység ellentéte a rideg viselkedés, vagyis a rideg anyag alakváltozási képessége kicsi, gyakorlatilag nem képes alakváltozásra, inkább törik. A képlékenység (alakíthatóság) nem abszolút tulajdonsága az anyagnak, hanem az állapottényezőknek - feszültségi állapot, hőmérséklet, alakváltozási sebesség - is függvénye. A többtengelyű

nyomófeszültségi állapot a képlékenységet javítja, a többtengelyű húzófeszültségi állapot rontja. A hőmérsékletet növelve az alakíthatóság javul Az alakváltozási sebesség növekedésével eleinte romlik, majd javul az alakíthatóság. A fémek és ötvözeteik alakíthatósága attól függ, hogy belső szerkezetük (kristályrács, szemcsenagyság, szövetszerkezet) hogyan segíti az alakváltozási mechanizmusok működését. Azokat az anyagokat tekintjük jól alakíthatónak, melyek nagy maradó alakváltozást képesek elviselni törés (repedéskeletkezés és -terjedés) nélkül. A fémek képlékenysége azon alapul, hogy a kristályrácsukban - egy határ igénybevétel átlépésekor - az atomsorok elcsúsznak egymáson anélkül, hogy közben a közöttük lévő összetartozás megszűnne. Ez a jelenség a csúszás vagy transzláció A csúszás mindig jól meghatározott kristálysíkokon - a csúszósíkokon - megy végbe, amely síkok a

kristályrácsban a legnagyobb atomsűrűségű síkok. Ilyen csúszást csak nyírófeszültség hozhat létre A transzlációt segíti, hogy a fém szerkezete rácshibákat - pontszerű, vonalszerű, felületszerű hibákat - tartalmaz. A vonalszerű hibákat nevezzük diszlokációknak, ezek mozgása a legjelentősebb az alakváltozás kialakulásában. Alakváltozás közben a diszlokációsűrűség növekszik, ez a további alakváltozást nehezíti, így alakítási keményedés lép fel. A diszlokációk mozgását gátló minden hatás rontja az alakíthatóságot, és ezzel együtt növeli a szilárdságot. Diszlokáció színfémben csak a krisztallitokon belül mozoghat, tehát a szemcsehatár az első gátló tényező. Ha a fém heterogén szerkezetű, és alapszövetébe ágyazott rideg fázisokat is tartalmaz, akkor ezek is blokkolják a diszlokációkat. A fémes vegyületek (pl tercier cementit háló) alakváltozásra nem képesek, ha ezek képlékeny tartományokat

közrefognak, akkor az egész szövet ridegen viselkedik. - 70 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A fémek közül azok alakíthatók jól, amelyeknek sok csúszósíkjuk, és a csúszósíkokon belül több csúszási irányuk van. Emiatt a kristályrács-szerkezet szerinti alakíthatósági sorrend: lapközepes köbös rács (pl. gamma-vas, alumínium, réz), térközepes köbös rács (pl alfa-vas, króm, vanádium), hexagonális rács (pl. titán, cink, kadmium) Az igen kis szemcsenagyság rövidíti a diszlokációk szabad úthosszát, növeli a szilárdságot, csökkenti az alakíthatóságot, ezért a szemcsenagyságot optimalizálni kell. Homogén alapszövetbe ágyazott lemezes szerkezetű rideg fázis erősen gátolja az alakváltozást, ezért lehetőleg gömb alakúra kell hozni (pl. lemezgrafitos gömbgrafitos öntöttvas) Jelentős hidegalakítás hatására tehát a diszlokációsűrűség és a szilárdság (Rm

szakítószilárdság, ReH folyáshatár) nő, az alakváltozó képesség vagy duktilitás (A5 vagy A10 nyúlás, Z kontrakció) romlik (3.39 ábra), vagyis az anyag felkeményedik, az eredetileg poligonális szemcsék jelentősen torzulnak, elnyúlnak (3.40 ábra) Az eredeti (képlékenyebb) állapot hőkezeléssel helyreállítható (3.41 ábra), ugyanis az alakítást követő hőkezeléskor új kristálycsírák keletkeznek, és az egész szövetszerkezet újrakristályosodik, az anyag kilágyul, azaz visszanyeri alakíthatóságát. Az újrakristályosodás (rekrisztallizáció) színfémeknél adott hőmérsékleten, ötvözeteknél hőmérséklet-intervallumban megy végbe. Az újrakristályosodott szemcsék nagysága a hőmérséklettől, a hőntartási időtől és az előzetes hidegalakítás mértékétől függ. Minél nagyobb az előzetes hidegalakítás mértéke, annál kisebb hőmérsékleten lágyul ki a fém (3.42 ábra). Szakítószilárdság Folyáshatár Nyúlás

3.39 ábra A hidegalakítás hatása az anyag tulajdonságaira 3.40 ábra A hidegalakítás hatása a krisztallitok alakjára - 71 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.41 ábra Hidegalakítás utáni hőkezelés hatása a tulajdonságokra Keménység 90% alakítás 50% alakítá Izzítás hőmérséklete 3.42 ábra Az előzetes hidegalakítás mértékének hatása a kilágyulási hőmérsékletre - 72 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az alakítási hőmérséklet és az újrakristályosodási hőmérséklet viszonya szerinti felosztásban (3.43 ábra) beszélhetünk hidegalakításról (T<Tújrakristályosodás), melegalakításról (T>Tújrakristályosodás) és félmeleg (T≈Tújrakristályosodás) alakításról. Az alakított előgyártmány dimenzionális kiterjedése szerint megkülönböztetünk térfogatalakításokat és lemezalakításokat (3.44 ábra) Az alakítás

sebessége szerint vannak lassú (kvázistacionárius) alakítások és nagysebességű alakítások 3.43 ábra Meleg- és hidegalakítás eredményei 3.44 ábra Térfogat- és lemezalakítás eredményei - 73 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.32 Térfogatalakítás Elsődleges (primer) meleg térfogatalakítás A fémek és ötvözeteik elsődleges szilárd alakját - szakaszosan öntött tuskó ill. buga, folyamatosan öntött rúd vagy szalag - a fémolvadékok leöntésére használatos formák, kokillák és kristályosítók szabják meg. A további megmunkálás a kohászati melegalakító eljárásokkal történik. A melegalakítás egyszerű definíciója: újrakristályosodási (rekrisztallizációs) hőmérséklet felett végzett alakítás. Az alakítási keményedést a lejátszódó rekrisztallizációs kilágyulás megszünteti, így allotróp átalakulás nélküli (pl. Al-, Cu-) ötvözetekben az újrakristályosodási

szemcsenagyság határozza meg a tulajdonságokat. Allotróp átalakulású (pl. Fe-) ötvözetekben ehhez hozzájárul a lehűlés során végbemenő hőkezelés ill. a bekövetkező átalakulási folyamatok hatása Minél nagyobb az alakítás hőmérséklete, annál kisebb az anyag alakítási szilárdsága és az alakítás erő- ill. teljesítményszükséglete is. Az alakítási hőmérséklet felső korlátját a szolidusz hőmérséklet, ill. annak közelítésével létrejövő elégés (oxidáció), vagy túlhevülés (szemcsedurvulás) veszélye jelöli ki. Melegalakításon túljutott kohászati termékek további formaadó technológiái a kohászati hidegalakító eljárások. A hidegalakítás egyszerű definíciója: újrakristályosodási (rekrisztallizációs) hőmérséklet alatti alakítás, minek következtében alakítási keményedés lép fel. A kohászati alakító technológiákat összefoglalóan a 345 ábra tekinti át. 3.45 ábra Kohászati alakító

technológiák - 74 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai (Meleg)hengerléskor a megfelelő geometriájú hengerpár az anyagot megnyújtja a keresztmetszet csökkenése árán (3.46 ábra) Egy lépésben (egy hengerpár közötti áthaladáskor) végzett alakítás mértéke a fogyás: ϕ=ln(A0/A1), ahol A0 a hengerlés előtti, A1 a hengerlés utáni keresztmetszet. A termékek két nagy csoportja (347 ábra) a sima felületű hengerek között hengerelt széles termékek (lemez, szalag) és a profilos üregű hengerek között hengerelt hosszú termékek (rúd, sín). A széles termékek termelékenyebben gyárthatók, ezért tendencia, hogy ahol lehet, széles termékek feldolgozásával váltsák fel a hosszú termékeket, pl.: − hengerelt nyitott U-, L- profilokat szalagból hajlított profilokkal és zártszelvényekkel; − varrat nélküli csöveket szalagból készített varratos csövekkel. 3.46 ábra Hengerlés geometriai

viszonyai 3.47 ábra Széles és hosszú termékek hengerlése A hosszú termékeket az egyes henger-állványok hengereiben egymás mellé, vagy folytatólagos hengersor hengereiben egymást követően kialakított üregsorozat segítségével hengerelik (3.48 ábra) Kisebb átmérőjű munkahengerekkel csökkenthető a nyújtást "kísérő" szélesedés, de az így növekvő rugalmas kihajlási veszély miatt nagy átmérőjű támasztóhengerek "merevítik" a munkahengereket. Ezen többes (pl kvartó) hengerjáratokon a támasztóhengereket hajtják, amelyek súrlódással (dörzshatással) viszik át a szükséges nyomatékot a munkahengerekre. - 75 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.48 ábra Hengersor A széles termékek meleghengerlése (3.49 ábra) végezhető egy állványon szúrásonként (hengerpárok közötti áthaladásonként) történő hengerrés állítással, vagy a fogyásterv szerinti hengerrések

beállításával sok állványos, folytatólagos, összehangolt vezérlésű hengersoron. 3.49 ábra Széles termékek meleghengerlése Az egy hengerpáros (duójáratos) alakításkor szúrásonként reverzálni (forgásirány-váltani) kell, így a termék a hengerállványt kiszolgáló kétoldali görgősoron ide-oda járva, egymás utáni szúrásokkal nyeri el a szükséges geometriáját. Mivel a reverzálás idő- és energiaveszteséges, ezért célszerűbb háromhengeres állványt (triójáratot) alkalmazni. Így nincs szükség reverzálásra, de a kiszolgáló görgőjáratot emelni ill. süllyeszteni kell, hogy az áthaladások (szúrások) sorozatát váltakozva az alsó és a felső hengerrésben lehessen megvalósítani (3.50 ábra) - 76 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.50 ábra Duó-, trió- és kvarto-hengerjárat Gazdaságos, új eljárás szalagok hengerlésére a folyamatosan öntött vékonybramma szalagból

közvetlenül kiinduló folyamatos öntés és hengerlés (3.51 ábra) 3.51 ábra Folyamatos öntés és hengerlés Keresztirányú hengerlés (3.52 ábra) során a hengerlendő anyag a hengerek között forgó mozgást végez. Ezzel az eljárással vállak, csapok alakíthatók ki hosszabb rudakon 3.52 ábra Keresztirányú hengerlés - 77 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Ferde irányú hengerléskor a szögben elhelyezett két forgó henger között a munkadarab forog és tengelyirányban halad. Ilyen a Mannesmann-féle varratnélküli csőgyártás és a menethengerlés (3.53 ábra), ami a forgácsoláshoz képest kedvezőbb anyagszerkezetet biztosít (3.54 ábra) 3.53 ábra A Mannesmann-féle csőgyártás és a menethengerlés 3.54 ábra Forgácsolás és hengerlés hatása az anyagszerkezetre A kovácsolás akkor indokolt, ha − a méretek a hengermű befogadóképességét meghaladják; − kis szériás, esetleg egyedi

gyártás miatt a hengerlés gazdaságtalan; − a nehezen alakítható szerszámanyagok öntött szövetszerkezetének átalakítása kovácsolással kedvezőbb tulajdonságokat eredményez; − hengerléssel nem kialakítható (bonyolult formájú), öntéssel kedvezőtlen anyagszerkezetűvé vál(hat)ó termék gyártása a cél. Az első három indok egyszerű szerszámok közötti ún. szabadalakító kovácsolással, a negyedik bonyolult(abb) üreges szerszámokat alkalmazó süllyesztékes kovácsolással elégíthető ki előnyösen. A kovácsolásra általában jellemző, hogy az anyagot nagy sebességű kalapács lefékeződés közben tömegerőkkel, ill. ebből származóan helyileg nagy nyomással alakítja. - 78 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A szabadalakító kovácsolásra jellemző, hogy a melegalakítási hőmérsékletre felhevített anyagot egyszerű geometriájú, általánosan használható szerszámokkal - üllőn,

kalapácsokkal - kézi vagy gépi erővel formálják. A szabadalakító kovácsolás alapműveleteit (355 ábra) nyújtás, zömítés, duzzasztás, lépcsőzés, lyukasztás, hajlítás, csavarás, egyengetés, simítás, véglevágás - célszerű sorrendben végezve alakítják ki a kovácsdarabot. A körkovácsolás az előgyártmány keresztmetszetének csökkentésére szolgáló eljárás. Kettő vagy több kötött löketű szerszám a csökkentendő keresztmetszetet részben vagy teljesen körülveszi és sugárirányú mozgással kovácsolja. Az alakító ütések között a munkadarabot forgatják és a geometriától függően tengelyirányban előtolják vagy ilyen előtolás nélkül a szerszámokat mozgatják keresztirányban. A teljes alakváltozást a szerszámok sok kismértékű, sugárirányú és az egész kerületre kiterjedő kovácsoló ütésekkel hozzák létre, ezért egyetlen szerszámkészlettel nagy eredő alakváltozást lehet elérni. Ez az eljárás

alkalmas csőszerű előgyártmányok belső alakzatának előállítására is. 3.55 ábra Zömítés, duzzasztás és körkovácsolás A mechanikai tulajdonságok javítása szempontjából kedvező, ha minél nagyobb eredő alakváltozást, ún. átkovácsolási számot tudunk elérni Az egymást követő nyújtó és zömítő alakítások mértéke anyagszerkezeti szempontból összegződik, így az átkovácsolás mértéke nagy lehet akkor is, ha a kiinduló és végső méretek azonosak. A kovácsolási alapműveletek többsége egyidejűleg csak az alakított munkadarab egy bizonyos résztérfogatát alakítja, ezért a kovácsdarab mérete kevésbé korlátozott. A kovácsolást mindig azon a részen kell kezdeni, amelyik leggyorsabban hűl és el kell kerülni a túlhűlés miatti repedésveszélyt. Például acélt "cseresznyevörösen" izzó állapot (kb. 800 °C) alatt már nem szabad kovácsolni, mert repedezetté válik. Sorozatban gyártott vagy nagyméretű

nehéz munkadarabok csak kovácsológépeken alakíthatók hatékonyan (3.56 ábra) 3.56 ábra Tuskó szabadalakító gépi kovácsolása - 79 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A süllyesztékes kovácsoláskor a kialakítandó munkadarab "negatívját" tartalmazó kettő (esetenként több) részre osztott szerszámtömb összeütésével vagy összenyomásával állítják elő az alakos kovácsterméket (3.57 ábra) 3.57 ábra Süllyesztékes kovácsolás a) nyújtózömítés; b) fejzömítés; c) alakzömítés; d) sorjamentes alakítás; e) alakítás sorjával A szerszám osztását a süllyesztékes kovácsdarab tervezése során kijelölt osztósík határozza meg. A munkadarab-geometriát kialakító süllyesztéküregben az anyag teljes térfogata egyidejűleg alakul, ezért a kovácsolható darab tömege korlátozott. A süllyesztékes kovácsolás kedvezőbb anyagfelhasználást tesz lehetővé, kevesebb utólagos

(forgácsoló) megmunkálást igényel mint a szabadalakító, de a szerszám drága és csak egyféle kovácsdarab előállítására alkalmas, ezért előnyei sorozat- ill. tömeggyártás esetén teszik lehetővé gazdaságos alkalmazását. A süllyesztéküreg méreteit az alakítandó anyag és az alakítószerszám-anyag hőtágulásának figyelembe vételével határozzák meg. A süllyesztékfelekből való kiemelhetőség érdekében megfelelő oldal-ferdeséggel kell a szerszámot tervezni, elkészíteni ill. azáltal a munkadarabot gyártani (358 ábra) Kész alkatrész Kovácsdarab (forgácsolási ráhagyással, oldalferdeséggel és lekerekítési sugarakkal) 3.58 ábra Tengely süllyesztékes kovácsolásának tervezése - 80 - Többüregű kovácsolás süllyesztéke Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A sorjacsatornával végzett süllyesztékes kovácsolásnál az előgyártmány térfogata nagyobb, mint a kész

kovácsdarabé, így az anyagfelesleg utólag eltávolítandó sorja formájában övezi a kovácsdarabot az osztás mentén. Az üregtöltés folyamata három jellegzetes szakaszra tagolódik: 1. Az előgyártmány addig zömül, amíg a süllyeszték oldalfalaival nem érintkezik 2. Megindul a sorjaképződés, miközben az anyag tovább alakváltozik 3. Az anyagfelesleg a vékonyodó sorjacsatornán kiáramlik a sorjazsebbe (A gyorsan hűlő vékony sorja, fékezve az anyagkiáramlást, segíti a jobb üregtöltést.) A kovácsdarab alakjának bonyolultságától és tömegétől függően a süllyesztéktömb egyvagy többüregű lehet. Előalakító (nyújtó, anyagelosztó, hajlító, előkovácsoló) üregek alkalmazása növeli a készrealakító üreg élettartamát és a kovácsdarabok pontosságát, gazdaságosabbá teszi az anyagfelhasználást (kisebb sorjafelesleggel). A 359 ábrán néhány jellegzetes munkadarab süllyesztékes kovácsolási műveletei követhetők

nyomon. Kovácsolt hajtórúd: Előalakítás: nyújtó zömítés ⇓ Előkovácsolás ⇓ Készrekovácsolás (körben a sorjacsatorna) Villáskulcs: Belsőégésű motor szelepe: Darabolás ⇓ Előalakítás ⇓ Készrealakítás (sorjás munkadarab) ⇓ Sorjázás (sorjázott munkadarab) Darabolás ⇓ Előalakítás elektromos duzzasztással ⇓ Készrealakítás (sorjázott munkadarab) 3.59 ábra Néhány jellegzetes munkadarab süllyesztékes kovácsolási műveletei A zártüregű süllyesztékes kovácsolás sorjaképzés nélkül történik (3.60 ábra), ezért anyagmegtakarítás érhető el (nincs sorjaráhagyás); kisebb az alakítás erőszükséglete (nincs sorjaalakítás); kedvezőbb feszültségállapot alakul ki az anyagban; javul a méretpontosság; de pontos darabolást igényel; gondosabb alakítás- és szerszámtervezést tesz szükségessé; szűkebb hőmérséklet-intervallumban (egyenletes anyagszilárdság mellett) végezhető; revementes(ebb)

előgyártmányra van szükség hozzá. - 81 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.60 ábra Sorjamentes süllyesztékes kovácsolás A kovácshengerlés (3.61 ábra) a süllyesztékes kovácsolás és a hengerlés kombinációja Két állandó forgásirányú, egymással szemben összehangoltan - rendszerint szakaszos üzemmódban - elforduló henger alakít, amelyek kerületének kb. felét ívelt kovácssüllyesztékszegmensek foglalják el A munkadarabot akkor tolják a szegmensek közé, amikor azok egymástól elfordulnak. Továbbfordulva újra "összetalálkoznak" és alakítják ill egyúttal visszatolják a kovácsdarabot. 3.61 ábra Kovácshengerlés - 82 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A varratnélküli csőgyártás – mint speciális haránthengerlési eljárás - kiinduló terméke szakaszosan öntött kovácstuskó; folyamatosan öntött rúdból vagy előnyújtott

bugából ill. hengerelt szálból darabolt tömb. A Mannesmann-eljárás során a szögben elhelyezett, forgó hengerek nyomó hatására a rúd belseje felreped és a tüske bővíti ill. alakítja a csőüreget Továbbalakítás ún. Pilger-hengerléssel végezhető, ami a kovácshengerléshez hasonló eljárás (3.62 ábra) Végső méretre alakítás csőhúzó gépeken lehetséges 3.62 ábra Mannesmann- és Pilger-hengerlés A színes- és a könnyűfémek az acélokhoz képesti kisebb olvadáspontjukkal, mérsékeltebb alakítási szilárdságukkal és nagyobb oxidációval szembeni ellenállásukkal lehetővé teszik a kisajtolással (3.63 ábra) - direkt (előre) vagy indirekt (hátra) változatban (364 ábra) történő idomanyag- (rúd-, cső-, profil-) gyártást (365 ábra) A hidrosztatikus kisajtolás (3.66 ábra) folyamán a munkadarabot nyomásközvetítő folyadék sajtolja ki az üregből, és így alkalmas nehezen sajtolható fémek megmunkálására is. 3.63 ábra

Kisajtolás - 83 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.64 ábra Direkt és indirekt kisajtolás 3.65 ábra Kisajtolással gyártott profilok 3.66 ábra Hidrosztatikus kisajtolás - 84 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Szalag hideghengerléssel - a anyagszerkezet egyidejű módosításával - melegen hengerelt, pácolt (savfürdőben revétlenített) szalagot hengerelnek tovább. A szalagok a hengerlés hatására keményednek, az alakíthatóság kimerülése a szalagszélek berepedéseit okozhatja, ezért ennek elkerülésére gyártásközi lágyító hőkezelésekre is szükség lehet. Ezen kívül a késztermék felhasználási igénytől (pl. továbbalakítástól) függő lágy, félkemény, vagy kemény állapotát is teljes vagy részleges lágyítással állítják be. A fóliahengerlés fő dilemmája a szakadásmentesen elérhető minimális fóliavastagság, ami a hengerelt anyag

alakítási szilárdságának, a munkahengerek átmérőjének (minél kisebb legyen) és anyaga rugalmassági modulusának (minél nagyobb legyen) a függvénye. A fóliákat nulla hengerréssel, sőt összeszorított (rugalmas deformációjukkal fóliavastagságot produkáló) munkahengerekkel, nagyméretű támasztóhengereket alkalmazva célszerű hengerelni. Drót-, rúd- és csőhúzás (3.67 ábra) kiinduló anyagai melegen hengerelt és pácolt hengerhuzal, rúd ill. cső Az eljárásokban közös, hogy kúpos üregen való áthúzással a szelvényméreteket redukáló hidegalakítás megy végbe. A körszelvényűeken kívül sokszög szelvényű vagy profilos szálak is gyárthatók. Míg rúdhúzásnál csak 12 húzásból álló technológiát alkalmaznak, addig a cső- és különösen a drót- (huzal-) húzásra a többszöri (akár 20) húzási fokozatot elérő redukció a jellemző. 3.67 ábra Drót- ill. rúd-, és csűhúzás Dróthúzásnál elsősorban a

méretcsökkentés a cél, azaz a melegen már nem hengerelhető, 56 mm-nél kisebb átmérőjű, tekercselhető huzalok előállítása sorozathúzással. Az igen nagy mértékű hidegalakítások között közbenső szilárdságcsökkentő (alakítási keményedést mérséklő) hőkezelés(ek)re (pl. acéloknál patentírozásra) van szükség Az alakítási keményedés és e hőkezelés megfelelő kombinálásával lehet a termékben lágy, félkemény, kemény és rugókemény állapotokat beállítani. A rúdhúzás linearitást (egyenességet) igénylő, azaz fel nem tekercselhető méretű szelvények kalibráló (méretbeállító) technológiája, ami lineáris húzópadon (3.68 ábra) történik Célja lehet forgácsoló automatákhoz szükséges méret- és alakpontosságú, ill. alakítási szilárdságú, valamint hengerléssel gazdaságosan nem gyártható mennyiségű profilos rudak előállítása. - 85 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek

gyártási eljárásai 3.68 ábra Rúdhúzó gépek A csőhúzás belső tüske alkalmazásával vagy anélkül történhet. A külső átmérő természetesen mindkét esetben csökken, de a falvastagság tüske nélküli húzásnál növekszik, míg tüskével általában csökken. A technológia célja részben méretcsökkentés, részben kalibrálás Így gyárthatók kis átmérőjű csövek ill. redukálhatók "varratnélkülivé" hosszvarratos csövek Kombinált technológiákkal, azaz kettő vagy több eljárás együttes ill. egymás utáni alkalmazásával állíthatók elő pl. a következő félkész gyártmányok: − szalag folyamatos hengerítésével + fedettívű hegesztéssel készített spirálvarratos csövek; − lemez- ill. szalaghengerléssel + sajtoló- vagy ömlesztő hegesztéssel készített alakos profilok és hosszvarratos csövek, négyzet vagy téglalap alakú zártszelvények; − szalaghengerléssel + hajlítással gyártott L-, U-, Z- vagy

más alakú profilok, hegesztés hatásaitól mentes szelvényalakzatok; Másodlagos (szekunder) hideg térfogatalakítások A hideg térfogatalakítás előnyei: − kedvező anyagkihozatal, kis fajlagos energia igény (nincs hevítés); Hidegfolyatás Anyagkihozatal [%] 85 Energia igény [106 J/kg] 41 Félmeleg alakítás 85 41 Kovácsolás 7580 4649 Forgácsolás 4050 6682 Eljárás − „közel a végső alakhoz” (near net shape) elv megvalósíthatósága; − tömeggyártásban való alkalmazhatóság, jól automatizálhatóság; − kedvező mechanikai tulajdonságokkal rendelkező alkatrészek gyárthatósága. Redukáláskor az előgyártmány keresztmetszetét egy kúpos alakító üregben (3.69 ábra) csökkentik, az anyag alakítási szilárdságánál kisebb nyomással, kihajlás nélkül. Az eljárással csak korlátozott átmérő csökkentés érhető el. A redukálás előnyei: − elmarad a falsúrlódás, kisebb az erő- és az energiaszükséglet;

− nem igényel nagy méretű szerszámot; − könnyen összevonható egy másik művelettel (pl. másik redukálással, zömítéssel, előrefolyatással, hátrafolyatással). - 86 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.69 ábra Redukálás A redukálás fajlagos erőszükséglete (alakító nyomás) az alábbi formulával számítható:  µ 2α   p = k fköz ⋅ ϕ1 + +  α 3ϕ  (2.10) ahol: kfköz a közepes alakítási szilárdság, φ az alakváltozás mértéke, α a félkúpszög, µ a súrlódási tényező. Ebből az erő F = p·A (2.11) A 2.10 képletben szereplő közepes alakítási szilárdság (kfköz) az alakított munkadarab kfjének változásából (a folyási görbéből) számított középérték (számtani vagy integrál középérték), a 3.70 ábra szerint 3.70 ábra A közepes alakítási szilárdság értelmezése - 87 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási

eljárásai Redukáló szerszám szerkesztésekor a redukáló kúp szögét optimalizálni kell, amihez fő paraméterek a µ súrlódási tényező és a φr logaritmikus alakváltozás. Az optimális szög 812o között alakul a függvényében (3.71 ábra) φr a logaritmikus alakváltozás, µ a súrlódási tényező, α a redukáló kúp szöge 3.71 ábra Redukáló kúp szögének optimalizálása A redukálás történhet több lépésben is - pl. tengely gyártásakor – ill végezhető üreges testen is (3.72 ábra), valamint jól kombinálható más alakító műveletekkel (373 ábra) 3.72 ábra Tengely és üreges test redukálása 3.73 ábra Redukálással kombinált alakító műveletek - 88 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Zömítés (3.74 ábra) során az előgyártmány magassági mérete csökken, míg a keresztmetszete nő. Változatai a szabad zömítés és a zárt szerszámban történő zömítés 3.74 ábra

Zömítés A zömítés geometriai feltételei a 3.75 ábra jelöléseivel: 3.75 ábra Zömítés geometriai adatai − a zömítési viszony: L ≤ 2,3 d (2.12) D = 2.2,7 d (2.13) D = 2.3 k (2.14) − az átmérőviszony (anyagtól függő): − az alakviszony: - 89 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Ha az L/d viszony meghaladja a 2,3-et, akkor két lépésben (3.76 ábra) kell zömíteni a fejet előzömítés és készrezömítés előzömítő szerszám felső része 3.76 ábra Két lépéses zömítés és szerszáma A zömítés erőszükséglete a  2µ  R F = k f ⋅ A 1 +  3h  (2.15) képlettel számítható, ahol kf az alakítási szilárdság, A a keresztmetszet, R a fej sugara, h a fej magassága, µ a súrlódási tényező. Jellegzetes alkalmazási terület a csavargyártás redukálással és zömítéssel (3.77 ábra) A hengeres szárból zömített hengeres fejet hatszög alakú nyíró

szerszámmal (3.78 ábra) alakítják végső formára. körülvágás ⇐ fejzömítés + redukálás ⇐ redukálás ⇐ levágás 3.77 ábra Csavar gyártása redukálással és zömítéssel - 90 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.78 ábra Fejet körülvágó szerszám hatlapfejű csavarhoz A 3.79 ábra különféle csavarok és szegecs gyártási sorrendjét mutatja 3.79 ábra Különféle kötőelemek gyártási sorrendje A vízszintes kovácsolás (3.80 ábra) a zárt süllyesztékben való zömítés speciális esete, amelynél a matrica osztott, ezáltal adagoláskor és kilökéskor nyitott. 3.80 ábra Vízszintes kovácsolás A legelterjedtebben alkalmazott hideg térfogatalakító eljárás a hidegfolyatás. Technológiai változatai (3.81 – 384 ábrák): − gyártmány alak szerint: tömör test-, üreges test-, csésze folyatás; − folyatás iránya szerint: előre-, hátra-, keresztirányú folyatás. - 91 -

Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.81 ábra Tömör test előrefolyatása 3.82 ábra Csésze hátrafolyatása 3.83 ábra Kombinált folyatás: csésze előre- és hátrafolyatás 3.84 ábra Kombinált folyatás: tömör test előre- és csésze hátrafolyatás - 92 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A folyató nyomás (minden alakításra) számítható a p= k fköz ⋅ ϕ η al (2.16) formulával, ahol kfköz a közepes alakítási szilárdság, φ = ln(Ao/A1) a logaritmikus alakváltozás, ηal az alakítás hatásfoka (0,40,7). Az erő számítása az F = p·A, (2.17) W = c·F·∆h (2.18) míg az alakítási munkáé a képlettel végezhető, ahol A a keresztmetszet, c = 0,60,8, és ∆h a bélyeg útja (3.85 ábra) Fmax Erő W Bélyeg út ∆h 3.85 ábra A bélyeg út és erő összefüggése folyatáskor Jól alakíthatók folyatással a lágyacél, a réz és az alumínium.

Nehezebben alakíthatók a gyengén ötvözött acélok és a cink. Anyagelőkészítés folyatás előtt lehet felületkezelés (pl foszfátozás acéloknál) ill. kenés Különösen fontos tervezési feladat a folyató szerszám (386 ábra) ill. annak aktív elemei (bélyeg, matrica) méretezése Bélyeg Előgyártmány Matrica 3.86 ábra Csésze hátrafolyató szerszám - 93 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Eljárásváltozatok megkülönböztethetők a gyártandó alkatrészek bonyolultsága szerint is: − elemi folyató műveletek egyszerű alkatrészekhez; − kombinált folyatások közepes bonyolultságú, mindkét oldalon alakított alkatrészekhez; − többlépéses folyatások (3.87 – 388 ábrák) bonyolult alakú alkatrészekhez 1 2 3 1: tömör test előre, csésze és tömör test hátra folyatás 2: üreges test előrefolyatás 3: radiális folyatás 3.87 ábra Üreges alkatrész többlépéses folyatása

Előgyártmány Csésze hátrafolyatás Lyukasztás Radiális folyatás 3.88 ábra Furatos alkatrész többlépéses folyatása Jellegzetes alkalmazási példák a hatlapfejű anya gyártása (3.89 ábra) vagy a dugókulcs fej gyártás (3.90 ábra) - 94 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.89 ábra Hatlapfejű anya gyártási lépései 0. Csésze előrefolyatás I. Felső fél: csésze hátrafolyatás; Alsó fél: csésze előrefolyatás 3.90 ábra Dugókulcs fej gyártása A hideg térfogatalakítások alakító gépei: − a forgattyús sajtók; − a könyökemelős sajtók (3.91 ábra); − a többpozíciós automata sajtók (3.92 ábra); − és ritkábban a hidraulikus sajtók. - 95 - II. Kész alkatrész Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.91 ábra Forgattyús és könyökemelős sajtó kinematikai vázlata Előtolás, darabolás Előzömítés, redukálás Fejzömítés

Kalibrálás 3.92 ábra Alakítási műveletek többpozíciós automata sajtón Erőhatáruk 25010000 kN között változhat és fontos jellemzőjük a nagy munkavégző képesség (lendítőkerékben tárolt energia) révén. - 96 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.32 Lemezalakítás A süllyesztékben történő hajlításkor (3.93 ábra) a szerszám egyenes vonalú mozgást végez, a hajlítási szöget a szerszám geometriája határozza meg. A szerszámból kikerülő alkatrész bizonyos mértékig „visszarugózik”, amit tervezéskor számításba kell venni. 3.93 ábra Hajlítás süllyesztékben A lengő pofával végzett hajlítás (3.94 ábra) során a befogott lemezt vezérelt mozgású szerszámfél hajlítja. A hajlítási szög programozható, így nem igényel külön szerszámot az eltérő szögű hajlítás 3.94 ábra Hajlítás lengő pofával Folyamatos profilhajlításkor (3.95 ábra) az egymás után elhelyezett

alakos hengerek a sík szalagot fokozatosan alakítják tetszőleges keresztmetszetű (szelvényű) profilokká. 3.95 ábra Folyamatos profilhajlítás - 97 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Forgó hengerekkel történő hajlításkor (3.96 ábra) a felső hengert hajlítási fázisonként mozgatják egyre lejjebb. A lemez így fokozatosan görbül, miáltal hengeríveket vagy zárt hengert lehet kialakítani 3.96 ábra Hajlítás forgó hengerekkel Lemez hullámosítás végezhető forgó, alakos hengerek között (3.97 ábra) vagy profilos szerszámmal (3.98 ábra) 3.97 ábra Lemez hullámosítás forgó, alakos hengerek között4 3.98 ábra Lemez hullámosítás profilos szerszámmal Mélyhúzással sík lemezből üreges testet állítunk elő. Három aktív szerszámeleme van: húzóbélyeg, húzógyűrű, ráncgátló (3.99 ábra) Ez utóbbira azért van szükség, mert a külső kerületen tangenciális nyomófeszültség ébred,

ami ráncosodást okozhat. Mélyhúzáskor a végső alak több húzással alakítható ki, a második, harmadik, stb. húzást nevezik továbbhúzásnak (3.100 ábra) Koncentrikusan elhelyezett gyűrűkkel egyszerre több húzás (3.101 ábra) is végezhető, ilyenkor az aktív szerszámokat több szán működteti, rendszerint hidraulikus sajtón. - 98 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.99 ábra Mélyhúzás 3.100 ábra Továbbhúzás 3.101 ábra Kombinált húzások Mélyhúzáskor az alakítás mértéke a húzási viszony, amely az eredeti és húzás utáni átmérő hányadosa: β = Do/d1 (2.19) Továbbhúzáskor a húzási viszony: βi = di/di+1 (2.20) Első húzáskor 1/β1 = 0,450,55 (β1 = 2,21,8), továbbhúzáskor 1/βi = 0,70,9 (βi = 1,41,1), jól húzható lemezanyagok (pl. réz, lágyacél, alumínium) esetében - 99 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Hengeres alkatrészek

esetében a teríték (3.102 ábra) kör alakú (Do átmérőjű), aminek felszíne megegyezik a csésze felszínével: 2 2 D 0 ⋅ π d1 ⋅ π = + d1 ⋅ π ⋅ h 4 4 ⇒ 2 D 0 = d 1 + 4d 1 ⋅ h (2.21) d1 h Do 3.102 ábra Hengeres mélyhúzandó termék terítéke A mélyhúzó szerszám aktív elemeit a 3.103 ábra, az előfordulható jellegzetes mélyhúzási hibákat a 3.104 ábra szemlélteti Bélyeg Ráncgátló Munkadarab alakítás közbeni állapotban Húzógyűrű 3.103 ábra Mélyhúzó szerszám aktív elemei - 100 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai fülesedés feszültségkorróziós repedések 3.104 ábra Mélyhúzási hibák Speciális mélyhúzás a „hidromec” eljárás (3.105 ábra), amelynél a folyadéktér helyettesíti a mélyhúzó szerszám alsó részét, a bélyeg alakja határozza meg a munkadarab alakját. A folyadéktér nyomása szabályozható. Bonyolultabb alakok húzhatók, mint

hagyományos mélyhúzással. 3.105 ábra „Hidromec” eljárás A falvékonyító mélyhúzás (3.106 ábra) kúpos üregben végzett redukáló alakításnak tekinthető. Az üregen való áthúzás erőszükséglete nem haladhatja meg a csésze falának teherbírását, különben a fenék leszakad. 3.106 ábra Falvékonyító mélyhúzás Peremezéssel lemezfurat (3.107 ábra) vagy csészepalást (edény) széle (3108 ábra) alakítható tovább, pl. merevítési vagy csatlakozás-előkészítési célzattal - 101 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 2.107 ábra Lemezfurat peremezése 3.108 ábra Csészepalást peremezése Forgó szerszámmal megvalósuló fémnyomás (3.109 ábra) hengerestől eltérő üreges testek alakítására is használható eljárás, ami szakaszos alakítással, lokálisan ható szerszámmal formálja a lemezt. 3.109 ábra Fémnyomás A nyújtva húzást (3.110 ábra) elsősorban karosszéria lemezek (pl

tető) alakítására használják. A peremén befogott lemez alakját a bélyeg (sajtolószerszám) alakja és elmozdulásának mértéke határozza meg. 3.110 ábra Nyújtva húzás - 102 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.4 Forgácsolás 3.41 Fémek forgácsolhatósága Az ékszerű szerszámmal végzett forgácsleválasztási – lényegében kis anyagtérfogatra koncentrált képlékeny alakítási ill. nyírási – folyamat (3111 ábra), mint szerszámmunkadarab kölcsönhatás - mindkét szempontból minősíthető A forgácsolószerszám (ill annak anyaga) oldaláról az éltartamnak (forgácsoló-képességnek) van fontos szerepe, amit meghatároz a keménység és az attól függő kopásállóság ill. megeresztésállóság (keménységváltozás mértéke a hőmérsékletváltozás függvényében). A forgácsolandó anyag oldaláról használják általánosan a forgácsolhatóság komplex fogalmát, mely jellemezhető: −

azzal a gazdaságosan termelékeny forgácsolási sebességgel, mely egy meghatározott éltartam és egyéb állandó feltételek (pl. hűtő- és kenőanyagok) mellett az anyag forgácsolásánál elérhető; − az anyag adott feltételek mellett végzett megmunkálásánál ébredő forgácsolási erőkkel és a fellépő munkaszükséglettel; − a megmunkált felület minőségével; − a képződő forgács típusával; − a forgácsolási hőmérséklettel. 3.111 ábra Forgácsleválasztás Általában jobban forgácsolhatónak azokat az anyagokat minősítik, melyek azonos forgácsolási hőmérséklet mellett nagy(obb) forgácsolási sebességgel munkálhatók meg, az ébredő erők viszonylag kicsik, a megmunkált felület minősége jó (a szerszámkopás folyamata lassú, az éltartam nagy), a képződő forgács nem okoz műszaki problémákat (rezgés, szerszámtörés, .) - 103 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az anyagok

- elsősorban a fémek - forgácsolhatósága összefügg összetételükkel, zárványtartalmukkal, hőkezeltségi (nemesített, normalizált, vagy lágyított) és (hideg)alakítottsági állapotukkal. A szilárdság- ill keménységnövelő ötvözők és a koptató (abrazív) fázisok, zárványok rontják, az optimális eloszlású, lágyabb zárványok javítják a forgácsolhatóságot. Ez utóbbi hatást használják ki pl az ún automata (felügyelet-nélküli vagy felügyelet-szegény gyártást lehetővé tevő, minden programozott műveletet automatikusan végző forgácsológépekhez "igazított") acéloknál. Ezekben az adagolt Mn, S, Pb, Bi olyan zárványokat képez, amelyek biztosítják a megfelelő - töredezett, hűtő-kenő folyadékkal elvezethető, így rezgést és szerszámtörést nem okozó - forgácsok képződését (3.112 ábra) 3.112 ábra Forgácstörés A lágyabb anyagok szilárdságnövelő hőkezeléssel, vagy hidegalakítással, a

keményebb anyagok lágyító hőkezeléssel (vagy melegalakítással) hozhatók kedvezőbb forgácsolhatóságú állapotba. Ötvözetlen acélok esetében az 500600 MPa szilárdsági kategóriájú anyagok optimális forgácsolhatóságúak, míg nemesacéloknál hőkezeléssel szándékosan eldurvított perlites szövetszerkezetet hoznak létre a jobb forgácsolhatóság érdekében. A forgácsolás tehát olyan alakadó technológia, melynek során a munkadarabról megfelelő geometriájú szerszám éleinek segítségével forgácsot (anyagréteget) választanak le mechanikai úton. Ahhoz, hogy a szerszám a munkadarabról a szükséges réteget el tudja távolítani, azaz a forgácsolási folyamat megvalósítható legyen, mozgásra - a munkadarab és a szerszám meghatározott irányú és sebességű relatív elmozdulására - van szükség. A forgácsolási eljárásokat az alkalmazott szerszámok fajtái és a forgácsolási mozgások főmozgás és mellékmozgások:

előtolás, fogásvétel - határozzák meg (3.113/a ábra): − a forgó (rotációs) vagy haladó (transzlációs) főmozgás hatására válik le a forgács a munkadarabról és egyben az határozza meg a forgácshosszt; − a folyamatos vagy szakaszos előtolással megy végbe a forgácsolás a munkadarab meghatározott részén ill. abból adódik a forgácsvastagság; − a fogásvétel a forgácsolószerszám munkadarabba való behatolási mélységét - a fogásmélységet - ill. a forgácsszélességet határozza meg - 104 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.113 ábra Forgácsolás jellegzetességei - 105 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Ezeket a mozgásokat a forgácsoló szerszámgépek valósítják meg, amelyek ezen kívül a munkadarab és szerszám befogását is biztosítják (3.113/b ábra) A szerkezeti anyagok különböző szerszámokkal történő megmunkálásához változó

forgácsolási sebesség tartozhat, amit a szerszámgépekbe épített fokozatos vagy fokozatmentes hajtóművek beállításai tesznek lehetővé. A főhajtóművek a főmozgásokat, a mellékhajtóművek a mellékmozgásokat valósítják meg. Gazdaságos forgácsolási sebességnek az tekinthető, melynek alkalmazása esetén a legkisebb költséggel, a lehető legnagyobb forgácsmennyiség távolítható el. Ezt sok tényező befolyásolja: a munkadarab és a szerszám anyaga, alakja, befogása; a forgácsolási eljárás; a forgács alakja és keresztmetszetének nagysága; a hűtő- és kenőanyag; a szerszámgép jellemzői; a megkívánt felületminőség. Túlságosan nagy forgácsolási sebesség nagyon rövid szerszámélettartamot eredményez. Ahhoz, hogy a forgácsolószerszám képes legyen forgácsot leválasztani a megmunkálandó anyagról, a forgácsoló részén alkalmas élgeometriát kell kialakítani, különös tekintettel a szögekre (3.113/c ábra) A szerszám

szögeinek nagyságát alapvetően a szerszám anyaga és szilárdsága, valamint a megmunkálandó anyag szilárdsága ill. keménysége határozza meg: − a β jelű ékszög a szerszám hátlapja és homloklapja által bezárt szög, ami tulajdonképpen a szerszámélet alkotja. Értékének annál nagyobbnak kell lennie, minél keményebb a megmunkálandó anyag és minél nagyobb a fogásmélység, ugyanis annál nagyobb erőhatások lépnek fel a forgácsolás folyamán. − az α jelű hátszög a szerszám hátlapja és a forgácsolt felület érintősíkja (forgácsolás síkja) által bezárt szög, aminek súrlódáscsökkentő szerepe is van. Minél rugalmasabb a megmunkált anyag, minél nagyobb a fogásmélység és minél durvább a felület, annál nagyobb hátszöget kell alkalmazni. Viszont kemény anyagokhoz erősebb vágóélre, azaz nagyobb ékszögre van szükség, így a hátszög csak kisebb lehet. − a γ jelű homlokszög a szerszám homloklapja és az

alapsík (forgácsoló mozgás irányára merőleges sík) által bezárt szög, ami a forgácskeletkezés és -lefutás körülményeit ill. jellegét jelentősen befolyásolja. Amennyiben a homlokszöget a szerszámél elfedi, akkor negatív előjelű és ilyenkor a leválasztott anyagmennyiség kisebb, mert a szerszámél hántolja, kaparja a munkadarabot. Más esetben pozitív előjelű a homlokszög és a szerszámél vágással, metszéssel választja le a forgácsot. Nagyobb homlokszög esetén az anyag kevésbé tömörödik, a forgács nem törik ki, hanem egybefüggő folyó forgács keletkezik. Mivel a vágóél terhelése csak csekély mértékben ingadozik, a forgácsolt felület sima lesz. Kisebb homlokszög esetén ezekkel ellentétes hatások érvényesülnek 3.42 Forgácsolás szabályos szerszámélekkel 3.114 ábra Szabályos élű bevonatolt forgácsolószerszámok - 106 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Szabályos

szerszámélekkel ill. élelrendezéssel (3114 ábra) megvalósuló forgácsolási eljárások egyélű (egyidejűleg egy ponton ható) vagy többélű (egyidejűleg több ponton ható) szerszámot alkalmaznak. Egyélű szerszámmal az esztergálás, a gyalulás és a vésés, többélű szerszámmal a marás, a fúrás és az üregelés végezhető. 3.115 ábra Forgácsolás szabályos szerszámélekkel - 107 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az esztergálás (3.115/a ábra) forgó főmozgású forgácsolás, melynél rendszerint a munkadarab végzi a főmozgást, de fúrófejjel (fúró- és maróműveken) végzett esztergálás esetén a szerszám forog. Megkülönböztethető: a szerszám előtolásának iránya szerint hosszés kereszt- vagy síkesztergálás; a munkadarab megmunkálandó része szerint külső- és furatesztergálás; a kialakítandó geometria szerint kúp-, (csavar)menet-, profil- és idomesztergálás. A recézés

(rovátkolás) is esztergagépeken végezhető A gyalulás és a vésés (3.115/b ábra) haladó (egyenesvonalú), alternáló (váltakozó irányú) főmozgással valósul meg, amit általában a szerszám, de hosszgyalugépen a munkadarab végez. E két forgácsoló eljárás között elvi különbség nincs, gyakorlati megkülönböztető szempont lehet, hogy a gyalulás általában külső, a vésés inkább belső alakzatok előállítására szolgál ill. a gyalulást vízszintes, a vésést függőleges munkamozgás jellemzi síkok (egyenes alkotójú felületek), hornyok kialakításakor. A marásnál (3.115/c ábra) a forgó főmozgást a szerszám, a mellékmozgásokat - a marógép típusától függően - a szerszám vagy a munkadarab végzi. A maró sokélű (sokfogú) forgácsoló szerszám, amelynek fogai egymás után választanak le forgácsot. Palástmaráskor a maró tengelye párhuzamos a megmunkált felülettel, míg homlokmaráskor merőleges arra.

Palástmaráskor - szemben a homlokmarással - a forgácsvastagság és a szerszám- ill. gépterhelés nem egyenletes, a megmunkált felület hullámos lesz. Ez a hatás csökkenthető ferdén fogazott marószerszám használatával. A fúráskor (furatmegmunkáláskor) (3.115/d ábra) a többélű forgácsolószerszám saját tengelye körül forogva végzi a főmozgást és tengelye mentén egyenesvonalú, általában egyenletes, haladó (előtoló) mozgást végez, kialakítva a belső henger- vagy kúppalást felületet. A furat kiindulási állapota (előfurat hiánya vagy megléte) szerint megkülönböztethető telibefúrás és furatbővítés: süllyesztés, felfúrás, dörzsölés. Az üregelés (3.115/e ábra) elsősorban bonyolult belső alakzatok igen nagy termelékenységgel, nagy pontossággal és jó felületminőséggel való előállítási módszere, így befejező műveletként is alkalmazható sorozat- és tömeggyártásban. A főmozgás általában

egyenesvonalú, egyenletes haladó mozgás, amit a célszerszám, azaz a konkrét gyártmányhoz kialakított többfogú üregelőtüske végez. A munkadarab megfelelően előalakított furatán adott forgácsolási sebességgel áthúzzák az üregelőszerszámot (húzótüskét), melynek alakja és méretei úgy vannak kialakítva, hogy a furat kerülete menti ráhagyásokat el tudja távolítani. Az üregelőszerszám fogainak alakja megegyezik a kialakítandó üreg tagolt szelvényével. Üregelésnél állandó keresztmetszetű forgács szakaszos leválasztása valósul meg úgy, hogy egy munkadarabon minden fog csak egyszer kerül forgácsolásba, de az egyidejűleg forgácsoló fogak száma mindig nagyobb kettőnél. 3.43 Forgácsolás szabálytalan szerszámélekkel A szabálytalan szerszámélek geometriailag határozatlan alakú szemcsék (3.116/a ábra), amelyek kemény keramikus anyagúak és a munkadarabról nagy sebességgel választanak le anyagot. Kemény (pl

hőkezelt), nehezen forgácsolható anyagok is jól megmunkálhatók és az elérhető felületi minőség (érdesség) igen jó, így elsősorban befejező műveletként alkalmazzák. Az ide sorolható eljárásokat abrazív (koptató) megmunkálásnak is nevezik, mivel a szemcsék karcoló hatással választanak le gyakran csak mikroszkopikus méretű forgácselemeket (3.116/b ábra) A karcolást egyidejűleg igen sok szemcse végzi és a forgácsolási sebesség is elég nagy, ezért kielégítő termelékenység érhető el. - 108 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.116 ábra Forgácsolás szabálytalan szerszámélekkel - 109 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az abrazív megmunkálás - mint szabálytalan sokélű szerszámmal végzett forgácsolás történhet kötött vagy szabad állapotban lévő szemcsékkel. Ha a szemcsék kötött állapotban vannak - merev alakos szerszámba foglalva

- akkor köszörülésről és dörzscsiszolásról beszélünk. Ha az abrazív szemcsék szabad (kötetlen) állapotban kerülnek a munkadarab felületével kölcsönhatásba, akkor tükrösítésről van szó. A köszörülés (3.116/c ábra) szerszáma a tárcsa-, henger-, tányér-, fazék stb alakú köszörűkorong, ami forgásfelület alakú munkafelülettel rendelkezik. A köszörűkorong megmunkálás közben forgó főmozgást végez és a forgácsolási sebesség megegyezik a korong kerületi sebességével. A megmunkálandó felület jellege és elhelyezkedése, valamint a szerszámgép típusa alapján megkülönböztethető körköszörülés, azaz palást-, furat- és síkköszörülés. Csúcsok közötti palástköszörülésnél a munkadarabot a gépasztalra szerelt csúcsok közé fogják, majd tengelye körül forgatják, miközben a korongot és a munkadarabot egymáshoz viszonyítva axiális vagy radiális irányban elmozdítják. Csúcsnélküli

palástköszörüléskor a munkadarab egy támasztó lécen felfeküdve a köszörű- és egy továbbító-korong között helyezkedik el, miközben a fellépő dörzshatás forgását - bizonyos beállításban axiális haladó mozgását is - eredményezi. A furatköszörülésnél a vezetőlécet két görgő helyettesíti, melyek közül az egyik támasztó-, a másik szorítógörgő. Síkköszörülés esetén a munkadarabot általában mágnesasztalon rögzítik és a korong palástjával vagy homloksíkjával köszörülnek. A dörzscsiszolás (3.116/d ábra) két változata a hosszú lüketű hónolás belső felületeken és a rövid lüketű szuperfiniselés külső felületeken. A köszörüléshez képest a forgácsolási sebesség 50100-szor, a felületi nyomás 510-szer kisebb, viszont az egyidejűleg forgácsoló szemcsék száma 10100-szor nagyobb. Ezek következtében a hőmérséklet erősen csökken, a termikus és mechanikai deformáció mérséklődik, továbbá

jelentősen javul a felületi minőség. A hasáb alakú szerszám(ok) forgó- és alternáló axiális mozgást végez(nek) úgy, hogy a szemcsék löketenkénti pályái eltérnek, keresztezik egymást és egy kuszált felületi karckép alakul ki. Ehhez a fordulat- és a löketszámot úgy kell megválasztani, hogy azok relatív prímszámok legyenek, így egy-egy szemcse mindig új pályán fog haladni. A tükrösítéskor (3.116/e ábra) a szabad szemcséket folyadékkal (olaj, petróleum stb) összekeverik, majd a munkadarab és az azt közelítő felületű szerszám közé juttatják. A szerszám vagy a munkadarab mozgatása révén a felülettel kölcsönhatásba kerülő mozgó szemcsék az érdesség-csúcsokból mikroszkopikus méretű forgácsokat választanak le ill. azokat képlékeny alakítással ”belesimítják” az érdesség-árkokba. A köszörülhetőség annál kedvezőtlenebb, minél nagyobb keménységű fázisokat (pl. karbidokat) tartalmaz az anyag, a

tükrösíthetőség pedig annál problematikusabb, minél nagyobb a kemény fázisok mérete. Ennek értékelése mikroszkópi vizsgálattal lehetséges - 110 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.5 Vágás Vágáskor a szerkezeti anyagok ill. a belőlük készített „széles” vagy „hosszú” félkész gyártmányok geometriáját az anyagfolytonosság lokalizált megszüntetésével változtatják meg. Az anyagrészecskék kapcsolódásának helyi megszakítása alakító-, forgácsoló-, termikus- vagy eróziós vágással történhet. Ezek közül az alakító- és a forgácsoló vágás szilárd, elmozduló élekkel, míg a termikus- és az eróziós vágás jellemzően nem szilárd, átáramló közegekkel valósul meg. Ez utóbbi esetben a cseppfolyós, légnemű vagy plazma állapotú vágóközeg tartalmaz(hat) kemény, apró szemcsés szilárd részecskéket. Az alakító- és az eróziós vágás számottevő hőhatás

nélkül, míg a forgácsoló- és a termikus vágás jelentős hőhatással - és ezáltal bizonyos mértékű anyagszerkezet-módosulással - megy végbe. Az alakító vágást is kísér(het)i anyagszerkezet-változás a hidegalakítási keményedés következményeként. Valamennyi vágási eljárás alkalmazása során keletkezik anyagveszteség, ami a vágószerszám geometriájától ill. a vágóközeg hatáskeresztmetszetétől függően darabolási vagy sávmaradék, forgács, termikus folyamat reakcióterméke vagy lekoptatott részecske lehet. 3.51 Fémek vághatósága Mechanikai feszültségek hatását érvényesítő alakító vágások képlékeny alakváltozás ill. repedésterjedés előidézésével választják szét az anyagdarabokat. A nyíró- és ékvágás az anyagok képlékenységét, a törővágás a képlékenység hiányát - a ridegséget - használja ki a vágási felület létrehozásához. Mind a forgácsoló, mind az alakító vágások

megvalósításához fontos a megfelelő szerszámgeometria (élszögek) és a megmunkálandó anyaghoz képesti kellően nagy szerszámkeménység (kopásállóság, megeresztésállóság). A nyíró- és ékvágásra való alkalmasság az alakíthatósági szempontok mérlegelésével értékelhető, viszont a törővágás a kifejezetten nem alakítható (tehát rideg) anyagok bemetszés (bekarcolás) utáni hajlító igénybevételével végezhető. A forgácsoló eljárások közül a keresztirányú esztergálás leszúró változata rúdszerű, a palástmarás keskeny tárcsamaróval végzett változata lapszerű gyártmányok darabolására alkalmas. Elvileg szóba jöhet az átgyalulás, az átvésés és a kifúrás is anyagszétválasztáshoz, de kis termelékenységük és/vagy nem kielégítő geometriai pontosságuk miatt csak egyedi esetekben alkalmazhatók. Viszont tipikusan vágási eljárások a fűrészelés különböző változatai és a keskeny tárcsával

végzett abrazív gyorsdarabolások. Az ilyen vághatóság a forgácsolhatóság szempontjai szerint ítélhető meg. Termikus vágás során éghető gáz és oxigén keverék elégetéséből keletkező lángnak, elektromos ív segítségével létrehozott technikai plazmának nagy hőmérsékletét vagy saját hőmérséklettel nem rendelkező fókuszolt lézersugárzás anyagbeli abszorpciójának hevítő hatását használják a vágórés kialakításához. Az említett közegek domináns anyagra való hatása alapján a lángvágást égető (oxidáló), a plazmavágást ömlesztő (olvasztó), míg a lézervágást gőzölögtető (párologtató) vágásnak is nevezik. Termikus vágáskor a jelentős hőhatás a vágási felület tulajdonságait erősen befolyásol(hat)ja. A lángvágás, mint égető vágás feltételei: − az anyag oxigénben elégethető legyen, a gyulladási (oxidációs) hőmérsékleten az égés (oxigénnel való egyesülés) önmagától

bekövetkezzék; - 111 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − az anyag gyulladási hőmérséklete az anyag olvadáspontjánál kisebb legyen, hogy e két érték közötti hőmérsékleten - az elégéskor fejlődő hő révén - az oxidáció tovább folytatódjék; − az anyag képződő oxidjának (égéstermékének) olvadáspontja is kisebb legyen, mint az anyag olvadáspontja, hogy az égéstermékek hígfolyós állapotba hozhatók és könnyen eltávolíthatók (kifújhatók) legyenek a keletkező vágórésből; − az anyag égéshője (az oxidáció reakcióhője) nagy, hővezetési tényezője kicsi legyen, hogy a vágórés gyorsan kialakuljon és keskeny maradjon. Ezen lángvághatósági kritériumoknak gyakorlatilag csak az ötvözetlen szerkezeti acélok felelnek meg (3.117 ábra), azok közül is a kisebb karbontartalmúak (C<0,25%) Azonban ez nem szűkíti be túlságosan az alkalmazási lehetőségeket, ugyanis ilyen

acélokat igen nagy mennyiségben alkalmaznak hegesztett szerkezetek gyártására, melyekhez a darabolás, a "kiszabás" lángvágással előnyösen végezhető el. Tehát ezek a jól hegeszthető acélok egyben jól lángvághatók is. Az ötvözött acélok ötvözés hatására megnövelt gyulladási, ill lecsökkent olvadási hőmérsékletük, továbbá beedződési hajlamuk miatt nem vagy csak előmelegítve lángvághatók. 3.117 ábra Ötvözetlen acélok lángvághatósági jellemzői A lángvághatóságnál jelentősége van a vágott felületi réteg nem kívánatos keményedésének, esetleges edződésének, ill. edződési repedések keletkezésének Ezért a 0,3%-nál nagyobb karbontartalmú ötvözetlen és ötvözött acélok, továbbá nagy hőtágulási együtthatójú ötvözetek lángvágásakor a zsugorodási feszültségek kiküszöbölésére az anyagot elő kell melegíteni és gondoskodni kell a vágott felület lassú hűtéséről. Megengedhető

a vágott felület rétegének legfeljebb 30%-os martenzit-tartalma ill. legfeljebb 300350 HV-re keményedése. A lángvágás a vágórés anyagának elégetésével felszabaduló exoterm hőt hasznosítja, ezzel szemben a plazmaív összes energiatartalmát kívülről kapja, ezért elvileg minden anyag vágására alkalmazható. A lézersugárral történő vágás szintén alkalmas minden anyag vágására, ha a koncentrált (fókuszolt) lézernyaláb – mint optikai elektromágneses sugárzás – jó abszorpciója (pl. bevonattal) biztosított A 3118 ábra a fémes anyagok abszorpciós tényezőjének változását mutatja a felületükre beeső optikai sugárzás hullámhosszának függvényében. - 112 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.118 ábra Abszorpciós tényező változása a beeső optikai sugárzás hullámhosszának függvényében Eróziós vágás elnevezés a kopás egyik formájára utal, ami szilárd anyagról

fizikai (kölcsön)hatásra bekövetkező részecske-leválásokat jelent. A vízsugaras vágás igen nagy sebességgel áramló folyadékokkal (esetenként szilárd szemcsék adagolásával); az ultrahangos vágás váltakozó irányban (rezgetve) áramoltatott keverékállapotú (szuszpenzió = folyadék + nagy keménységű szilárd szemcseadalék) közeggel; az elektroeróziós vágás elektromosan szigetelő folyadékban (dielektrikumban) létrejövő szikrakisülésekkel valósítja meg az eróziós koptató hatást. Eróziós vágás során a termikus vágáshoz hasonlóan anyagveszteség keletkezik, de a vágási felület tulajdonságai kevésbé módosulnak. Olyan eljárások tartoznak ide, amelyeknél nincsenek jellegzetes mechanikus vágóélek vagy termikus vágófejek, hanem különféle módokon (nagysebességű vízsugárral, ultrahangos rezgetéssel, elektromos szikrakisülésekkel) előidézett koptató (erodáló) hatás alakítja ki a vágási rést. A vízsugaras

vágásnak jellemzője a kis térfogatra koncentrált nagy energia, továbbá az, hogy nincs maradó deformáció ill. nincs termikus hatás sem és minimális a környezetterhelés Az igen nagy sebességű vízsugár koptató, erodáló hatása alkalmas műanyagok, üvegszálas kompozitok, lapszerű bioanyagok vágására. Fémeket, fémkompozitokat, kerámiákat, üvegeket szilárd abrazív anyagok (Al2O3, SiC, természetes gránit) finom szemcséinek vízsugárba adagolásával lehet vágni. Ultrahangos vágással annál jobban vágható egy anyag, minél ridegebb. Ez a megállapítás hasonló típusú anyagokra érvényes, különbözőknél nem mindig helytálló. A rideg anyagok vághatóságát többek között szerkezetük, szilárdságuk, rugalmassági jellemzőik és – a váltakozó irányú (rezgéses) eróziót fokozó – csiszoló-anyaghoz (pl. bórkarbidhoz) viszonyított keménységük határozza meg. Keményfémek és edzett acélok esetében a hibák keletkezési

veszélye jelentősen csökkenthető folyamatosan végzett friss csiszolóanyagadagolással és kopástermék-eltávolítással. - 113 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az elektroeróziós vágás a szikrakisülés erodáló hatásán alapul. A szikrakisülés létrejöttének alapvető feltétele, hogy az áram megindulása után röviddel az energia-utánpótlás megszakadjon. A szikrakisülés az egymáshoz közel – szigetelő közegben, azaz dielektrikumban (pl. szénhidrogén származékban) – lévő két elektróda felületét erodálja, de a pozitív anódon több anyag válik le, ezért az a vágandó anyag (pl. acél, keményfém), míg a negatív katód a vágószerszám (pl. rézötvözet) Ezt a hatást a szikra energiája, kisülési ideje, az elektródák és a dielektrikum fizikai jellemzői jelentősen befolyásolják. Az elektroeróziós vágás a szikrakisülések anyagszétválasztó hatását a sűrűn megismételt

impulzusok révén hasznosítja. 3.52 Vágás szilárd, elmozduló élekkel A nyíróvágási eljárásokra jellemző, hogy az anyagrészek szétválasztása meghatározott vágási vonal mentén, az anyag nyírószilárdságát meghaladó nyíró igénybevétel hatására megy végbe, miközben a vágószerszám-élek a vágórésnek megfelelő távolságban egymás mellett elhaladnak (3.119 ábra) A munkadarab anyagvastagságának 1/101/20-át kitevő vágórés akadályozza meg, hogy a vágóélek ütközzenek és azáltal egymást károsítsák. Értékét azonban nem szabad túl nagyra beállítani, különben a vágott anyag a vágóélek közé beszorulhat, ill. túl nagy sorja keletkezhet Az egymás mellett elhaladó vágóélek a munkadarabra forgató- (billentő-)nyomatékot fejtenek ki, amit egy leszorítóval ellensúlyozni kell. 3.119 ábra Nyíróvágás A vágószerszám geometriája jelentős hatással van a vágási folyamatra, akárcsak a forgácsolószerszám

kialakítása a forgácsolás eredményére: − az α hátszög biztosítja, hogy a vágószerszám-felületek ne súrlódjanak az anyagrészek vágási felületein és ezáltal ne károsodjanak. Értéke általában 23°; − a β ékszögnek vagy csúcsszögnek van legnagyobb hatása a nyírás erőszükségletére; általában kisebb ékszög kisebb erőszükségletet, de gyorsabb élkopást jelent. Értéke 75.85° (90°) között szokásos; − a γ homlokszög vagy bemetszési szög nullánál nagyobb értéke következtében csökken a bemetszés erőszükséglete, mivel így a bevágás egy vonal és nem egy felület mentén történik; − a δ az egymással szemben dolgozó vágóélek hajlásszöge, melynek növelésével az egyidejűleg nyírt keresztmetszet csökken, viszont az anyagot a vágóélek közül kitolni „igyekvő” erő növekszik. Értéke függ a vágandó anyag vastagságától, elfogadható irányparaméternek kb. 14° tekinthető A kisebb

szerszámterhelést eredményező ferde vágóél-elrendezésnél a szerszám munkaútja nagyobb, ami a levágott anyagrész alakját jelentősen torzít(hat)ja. Ez a probléma járulékos billenő- vagy gördülő mozgással, esetleg a vágandó profilnak megfelelő élkialakítással mérsékelhető. - 114 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A leszabás egyenes, nyitott vonalú vágás teljes anyag-szétválasztással, az egyenes oldalakkal rendelkező, megfelelő méretű lemez(ek) táblából vagy szalagból történő lenyírására. Lemezek leszabása kézi vagy gépi lemezvágó ollókkal történhet. Leszabási műveletnek tekinthető kisebb keresztmetszetű rúd, huzal, cső vagy zártszelvény keresztirányú darabolása is a profiljuknak megfelelő élkialakítású vágószerszámokkal. A hasítás (3120 ábra) szintén egyenes, nyitott vonalú vágás teljes anyag-szétválasztással. Így hengerelt széles szalagok a

felhasználási igényekhez igazodó keskenyebb szalagokká vághatók fel, továbbá a széles szalag hengerléskor kialakult egyenetlen széle pontos méretre ill. egyenesre vágható A hasítást β=90° csúcsszögű forgó késekkel ellátott hasítóollókon végzik. A széles szalag behúzását ill. előtolását súrlódás révén biztosítják a forgó körkések és gumitárcsák 3.120 ábra Hasítás Hulladékmentes darabolás egyedi kialakítású vágószerszámmal, szalagból történő leszabás, de a vágási vonal egyenestől eltérő és a leválasztott anyagdarab két szemközti oldalán azonos geometriájú (3.121 ábra) Hulladékos darabolás két szemközti oldalán eltérő vágási vonallal rendelkező anyagdarab leválasztása szalagból arra alkalmas kialakítású szerszámmal. A két oldalon eltérő vágási vonal szükségszerűen darabolási hulladékot eredményez (3.122 ábra) 3.121 ábra Hulladékmentes darabolás - 115 - Dr. Bagyinszki Gyula

– Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.122 ábra Hulladékos darabolás A kicsípés a külső vagy a belső kontúr részleges megváltoztatása alakos szerszámmal, nyitott vonalú vágással, teljes anyagszétválasztással (3.123 ábra) A nibbelés vagy rezgő vágás kicsípések sorozatával, hengeres vagy négyszög szelvényű vágószerszámmal (vágóbélyeggel) hozza létre a munkadarab külső és/vagy belső kontúrját. A nibbelés nagy előnye abban rejlik, hogy az egyszerű geometriájú vágószerszámmal - elsősorban CNC-gépen - tetszőleges alakzat "körbecsíphető". Hátrány a viszonylag nagy mennyiségű "apró" hulladék 3.123 ábra Kicsípés A kivágás teljes anyagszétválasztás önmagában záródó vágási vonalon, a munkadarab külső kontúrjának kialakítására (3.124 ábra) A lyukasztásnál a vágás folyamata hasonló, de itt a munkadarab belső kontúrjának kialakítása a cél (3.125 ábra) Tehát

lyukasztásnál a "kieső" anyagdarab a hulladék és a megmaradó rész a termék, míg kivágásnál a "kieső" anyagdarab a termék és a megmaradó rész a hulladék. - 116 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.124 ábra Kivágás 3.125 ábra Lyukasztás Mind a kivágás, mind a lyukasztás lemezsávból vagy szalaganyagból történik, azt tolják be a szerszám aktív elemei - a vágóbélyeg és a vágólap - közé. A vágólap és a bélyeg között a vágott anyagvastagság 5.10 %-át kitevő oldalankénti vágórést kell biztosítani Vágáskor az anyagok egy része először rugalmasan deformálódik, majd a feszültség-csúcsnak megfelelően a vágóélek mellett - bizonyos mértékű képlékeny alakváltozás után - a terhelés meghaladja a nyírószilárdságot (3.126 ábra), az anyag beszakad, azaz mindkét felületén repedések keletkeznek. Vágóerő = nyírószilárdság x nyírt keresztmetszet

Erő Fma Fmax = τ A = 0,8 · Rm · A x Vágás munkája = vágóerő x vágási út x korrekciós tényező W = Fmax · s · c W Bélyeg út s ahol c = 0,40,6 3.126 ábra A vágás erő- és munkaszükséglete - 117 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A vágóbélyeg további behatolása a repedések gyors terjedését eredményezi egymás felé.A repedések találkozása a vágás befejeződését jelenti, a "kieső" anyagdarab egy lefelé enyhén szélesedő kúpfelület mentén szakad ki ill. a vágóbélyeg ilyen állapotban tolja ki a lemezsávból vagy szalagból (3.127 ábra) A vágórés mérete tehát akkor optimális, ha a kialakuló repedések közös hatásvonalon terjednek ill. találkoznak, biztosítva a kedvezőbb vágási felületminőséget, alakpontosságot és a kisebb szerszámkopást. 1. Behúzódás 2. Képlékenyen nyírt övezet 3. Törési övezet 4. Sorja 5. Törési szög 3.127 ábra Nyíróvágott

felület A gazdaságos anyagfelhasználás érdekében célszerű a lemezsávnak vagy szalagnak és a szerszám aktív elemeinek a vágási művelet során létrejövő - egymáshoz viszonyított helyzetét tervezni. A sáv vagy szalag legkedvezőbb hasznosítására vonatkozó sávterv alapján számolható az anyagkihozatali tényező (az anyaghasznosítás "hatásfoka") ill. a hulladék(rész)arány Kivágással ill lyukasztással sorozatban gyártandó termékeknél meg kell oldani a szalag folyamatos gépi adagolását. Az olyan munkadarabok, amelyek vágott felületének simának, sorjamentesnek, a lemezsíkra merőlegesnek kell lennie ill. szűk méret- és alaktűrésekkel készítendők, nem gyárthatók (csak) hagyományos kivágással. E fokozott minőségi követelmények pontossági vágással vagy finomkivágással teljesíthetők. Pontossági vágáskor a hagyományos módon, ráhagyással kivágott munkadarabot tájolólap központosítja a vágólaphoz, majd

a vágóbélyeg a vágólapba nyomja, miközben a vágott felületről a hibás réteg "leborotválódik". Az utánvágott darab a vágólapon keresztül távozik a szerszámból. Finomkivágáskor (3.128 ábra) a vágott kontúr külső oldalán a sávba vagy a szalagba nyomott ékgyűrű, a belső oldalán az ellenbélyeg hoz létre a vágólappal ill. a vágóbélyeggel együtt nyomófeszültséget és ezzel kedvezőbb feszültség-állapotot a törésig elviselhető alakváltozás megnövelésére. A vágási folyamat során a nyírt zóna mindvégig képlékeny állapotban marad, így a vágási felületen repedés, ill. tört, szakadozott rész nem képződik Az alkalmazandó vágórés kb. tizede a hagyományos kivágásnál alkalmazottnak Olyan alakítógépre kell szerelni a finomkivágó szerszámot, ami biztosítani tudja az ékgyűrű, az ellenbélyeg, és a kivágóbélyeg pontos, összehangolt, szabályozott sebességű ill. erejű működtetését. - 118 -

Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.128 ábra Finomkivágás A síkfolyatásos darabolás rúdanyagok vágására szolgáló eljárás, amely a vágott felület környezetében nem okoz torzulást és anyagveszteség nélküli szétválasztást tesz lehetővé. Az anyagban a vágás síkja környezetében folyáshatárhoz közeli mértékű axiális irányú nyomófeszültséget hoznak létre, majd a vágókéseket a vágási sík mentén elcsúsztatják a teljes szétválasztás eléréséig. Az ékvágás - mint nyitott vagy zárt vágási vonal mentén megvalósuló anyagszétválasztás egy vagy két ékalakú vágókéssel történik. A vágószerszám késalakú vágóéleinek ékszöge 1620° közötti. Az egykéses ékvágás (3129/a ábra) másik "szerszámeleme" az alátámasztás, míg a kétkéses ékvágásnál az egyes kések élei egymással szemben (egy síkban) mozognak. Az egykéses ékvágás zárt vonalú

változatainál a vágott felület derékszögűsége úgy biztosítható, hogy az ék "kivágásnál" kifelé, "lyukasztásnál" befelé döntött helyzetű (3.129/b ábra) Lehetőség van külső és belső kontúr egy lépésben történő előállítására kombinált vágókés-elrendezéssel (3.129/c ábra) A vágóélek védelme érdekében keményfa vagy textilbakelit alátéten célszerű a vágási műveleteket elvégezni (3.129/e ábra) A tárcsás csővágó készülék (3.129/d ábra) csavarorsójának segítségével létrehozott nyomóerő hatására a hidegvágó tárcsák behatolnak az anyagba és a cső forgatása - valamint a fordulatonkénti orsóállítás - következtében fokozatosan elvágják azt. A kétkéses ékvágás más szóval harapóvágás, melynek legjellemzőbb szerszámai (3.129/f ábra) a különféle vágófogók (harapófogók, csípőfogók stb.) Ékvágással elsősorban nemfémes anyagokat (bőr, kartonpapír, gumi,

falemez, tömítőanyagok stb.), másodsorban lágyabb fémes anyagokat (pl vékony alumíniumlemez) munkálnak meg. A hidegvágás leggyakrabban vésőszerű szerszámmal (pl. laposvágóval) történő ékvágás (3.129/g ábra) A hidegvágó szerszám vágóhatása anyagának minőségétől, ékszögétől, hosszától és az alkalmazott erőtől függ. Az edzett élű szerszám ékszögének tapasztalati értéke lágy Al-ötvözetekhez 3040°, edzetlen vasötvözetekhez 6575° (3.129/h ábra) Nagyobb ékszög esetén nagyobb az erőszükséglet és nehezebben hatol be a szerszám az anyagba, viszont kevésbé törik az él (inkább tompul). A túl hosszú hidegvágó a megfelelően kiválasztott tömegű kalapács ütéseinek hatására ”berugózik”, a túl rövid viszont nehezen tartható ill. sérülésveszélyt jelent A törővágás egy bemetszéssel meghatározott törésvonalon - nyomaték létrehozásával előidézett hajlítófeszültség révén - történő

anyag-szétválasztás. Olyan anyagoknál alkalmazható, amelyek "rideg" jellegű töretet eredményeznek ill. a darabolási hossz legalább kétszerese a keresztirányú méretnek. A törési vonal irányítására szolgáló bemetszést a hajlítás szempontjából húzott oldalon kell létrehozni (3.129/i ábra) Egyes esetekben a rideg jellegű töret mentén - a gyakorlatilag torzulásmentes szétválasztásnak köszönhetően - kész termékek szerelhetősége is biztosítható. - 119 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.129 ábra Ék- és törővágás - 120 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az üveg- és csempevágásnál (3.129/j ábra) alkalmazott előkarcolás és lefeszítés eredményezte vágási vonal ill. felület tipikusan törővágás következménye Az üveg- vagy a csempevágó szerszámot a vágási vonalnak megfelelő vonalzó ill. sablon mellett, egyszer és

határozottan (duplázás és ide-oda mozgatás nélkül) kell elhúzni. Az így létrehozott karcolás mentén, megfelelő vonalmenti alátámasztást alkalmazva, egy határozott mozdulattal kell a felesleges részt letörni. Vastagabb üvegeket mindkét oldalukon - egymás feletti - karcokkal ellátva célszerű (törő)vágni. A leszúró esztergálás (3.130/a ábra), az átmarás (3130/b-c ábra) ill a kifúrás + átvágás (3.130/d ábra) mellett a forgácsoló vágás legjellegzetesebb eljárása a fűrészelés (3130/e ábra), ami darabolás ill. leszabás mellett keskeny hornyok és rések kialakítására is alkalmazható. A megfelelő sebességgel haladó vagy forgó fűrészlap pontos vezetésével és a munkadarab szilárd befogásával sík és kis érdességű, méretpontos vágott felület hozható létre. A fűrészlap forgácsolás közbeni beszorulásának elkerülésére és szabadon futásának biztosítására alkalmazott megoldások (3.130/f ábra): a

terpesztés (fogak váltakozva jobbrabalra hajtogatása), a hullámosítás (fogsor hullám alakra hajlítása), zömítés (szélesebb fogél kialakítása), köszörülés (fűrészlap fokozatos vékonyítása). A szerszámacélból készült fűrészlap sok, apró, egymás mögött kialakított, előtolás irányba mutató fűrészfogára (vágóélére) jellemző a β=50°-os ékszög, az α=40°-os hátszög és a γ=0°-os homlokszög, de lágyabb anyagokhoz a homlokszög értéke elérheti a 10°-ot a hátszög rovására. A fogcsúcsok távolsága határozza meg a fogárok ill. a forgácstér nagyságát A fűrészlap 25 mm-es szakaszán lévő fogak száma a fogosztás, aminek értékét elsősorban a vágandó anyag keménysége és keresztmetszetének vastagsága ill. jellege (tömör vagy üreges), valamint a vágathossz határozza meg. Kisebb teljesítményű kézi és gépi fűrészeléshez alkalmazandó irányértékek a következők: − durva fogosztás (1416 fog)

lágy anyagokhoz (könnyűfém-ötvözetek, polimerek), vastag tömör idomokhoz, hosszabb vágatokhoz; − közepes fogosztás (1822 fog) közepes keménységű anyagokhoz (szerkezeti acélok, rézötvözetek), vékonyfalú szelvényekhez, rövidebb vágatokhoz; − finom fogosztás (2832 fog) nagy keménységű anyagokhoz (szerszámacélok), vékony tömör és vékonyfalú üreges szelvényekhez, rövid vágatokhoz; Nagyobb teljesítményű gépi fűrészelés lap-, szalag- vagy körfűrésszel végezhető. Az állványos fűrészgépbe befogott fűrészlap előre-hátra (alternáló) mozgatását pl. elektromotoros meghajtású forgattyús mechanizmussal valósítják meg. A lökethosszt és a forgácsolóerőt a vágathossznak megfelelően állítják be. A visszatérő löketben (üresjáratban) a fűrészlapot bütyköstárcsával vagy hidraulika-hengerrel megemelik. A szalagfűrészgépben egy végtelenített fűrészszalag fut kettő vagy három tárcsára kifeszítve, így

nincsen üreslöket. A gépek vízszintesen vagy függőlegesen futó fűrészlappal dolgoznak, melyek közül az előbbit csak darabolásra, az utóbbit bevágásra is használják. A köralakú fűrészlap kerülete mentén marással kialakított vagy keményfémből készült (pl. keményforrasztással rögzített) fogak forgácsolnak. Az előtolás a körfűrészgéptől függően vízszintesen oldalról vagy függőlegesen felülről lefelé történhet. A daraboló köszörülés vagy abrazív (gyors)darabolás (3.130/g ábra) mozgásviszonyait, funkcióját és a szerszám alakját tekintve hasonló a körfűrészlappal történő vágáshoz. A forgácsvastagság lényegesen nagyobb, mint egyéb köszörülési eljárásoknál, így a fajlagos forgácsolóerő kisebb, a szemcsék mechanikai terhelése nagyobb. Egy köszörűszemcse forgácsolási ideje és az egyidejűleg forgácsoló szemcsék (3.130/h ábra) száma a - 121 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek

gyártási eljárásai munkadarabba hatoláskor növekszik, ami a vágótárcsa termikus terhelését fokozza. A munkadarab és a szerszám érintkezési felülete - mint hőforrás - a kicsi előtolási sebesség miatt lassan változtatja helyét a munkadarabhoz viszonyítva, aminek következtében a vágott anyag helyileg erősen felmelegszik és beég. Az igen hosszú kapcsolódási vonal azt eredményezi, hogy a szemcsék által leválasztott elemi forgácsok befogadásához a vágókorong-szemcsék közötti férőhely kevés, a bakelit vagy gumi kötőanyagú - esetenként szálerősítésű - vágótárcsa eltömődhet. 3.130 ábra Forgácsoló vágás - 122 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.53 Vágás nem szilárd, átáramló közegekkel A lángvágáskor az éghető gáz + oxigén lángjával lokálisan gyulladási hőmérsékletre felhevített (előmelegített) anyagot oxigénsugárral elégetik (oxidálják), majd a

keletkezett és megolvadó égéstermékeket (oxidokat) a kialakuló vágási résből oxigénsugárral kifúvatják (3.131 ábra) Az éghető gáz leggyakrabban acetilén (C2H2), de alkalmaznak földgázt (túlnyomórészt CH4), propán-bután gázt (C3H8-C4H10) és hidrogéngázt (H2) is, melyek másmás kialakítású égőfejet ill. fúvókát igényelnek A vágást lángvágó pisztolyokkal végzik, amelyek közül a kisnyomású változatot kézi, a nagynyomásút elsősorban gépi lángvágásnál alkalmazzák (3.132 ábra) A kézi vágás pontossága, teljesítménye nagymértékben függ a munkavégző személyétől, ezért fokozott követelmények csak gépesített lángvágással teljesíthetők (3.133 ábra) Vannak mobil és helyhez kötött lángvágó berendezések, amelyek a vágóégőt megfelelő pozícióban tartják és a kívánt pályán pontosan végigvezetik ill. lehetővé teszik több vágófej együttes működtetését, valamint a vezérelt (NC, CNC)

megmunkálást is. 3.131 ábra Lánvágás folyamata 3.132 ábra Lánvágó pisztolyok - 123 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.133 ábra Kézi és gép lángvágás A plazmavágás (3.134 ábra) során a lánggal nem vágható anyagokat (pl erősen ötvözött acélok, öntöttvasak, alumínium- és rézötvözetek) nagy hőmérsékletű és erősen koncentrált (kis átmérőjű, vízzel erősen hűtött fúvókán átvezetett) technikai plazma segítségével pici foltban igen gyorsan meg- ill. átolvasztják, majd a vágófej folyamatos mozgatásával kialakuló keskeny vágási résből a keletkezett olvadék-cseppeket kifúvatják. 3.134 ábra Plazmavágás Valamely gáz ill. gázkeverék technikai (technológiai) plazmává alakításának egyik "eszköze" két elektróda között égő, nagyhőmérsékletű elektromos ív, mely "fújja" a gázt és közben átadja a szükséges energiát (3.135 ábra) A

plazmát létrehozó ív katódja ThO2 ötvözésű Welektróda, anódja pedig egy gyűrűszerű vízhűtéses rézfúvóka vagy a megmunkálandó anyag A plazma hőtartalma a rézfúvóka szűkítésével tovább növelhető. A plazmavágáshoz mint ömlesztő vágáshoz használható fontosabb plazmaképző gázkeverékek: Ar+H2; Ar+N2; N2+H2; sűrített levegő≈N2+O2. A nitrogéntartalmú gázkeverékekből jelentős károsanyagemisszió (NO2) keletkezik, ezért hatékony elszívó ill szellőztető berendezés alkalmazása indokolt. A károsanyag-emisszió és a jelentős zajszint kedvezőtlen hatásai vízalatti plazmavágással mérsékelhetők. - 124 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.135 ábra Plazmaképzés Lézervágásnál (3.136 ábra) a fotonokból álló, monokromatikus (egyszínű), kis divergenciájú (közel párhuzamos nyalábú), koherens (állandó fáziskapcsolatú) fotonokból álló lézersugár fókuszolásával

olyan nagy teljesítménysűrűséget (p=P/A [W/mm2]) lehet elérni, melynek hatására az anyag lokálisan megolvad és elgőzölög. Megfelelő gázsugár (pl vágóoxigén) befúvásával - a keletkező keskeny vágórésből - az elgőzölögtetett anyag eltávolítható (3.137 ábra) A lézersugár és az anyag kölcsönhatásakor a sugárzás egy része visszaverődik, másik része elnyelődik. Az elnyelődés mértéke, azaz az abszorpciós tényező értéke a sugárzás hullámhosszától és az anyag minőségétől függ. A rosszabb felületi abszorpciójú anyagokat speciális bevonattal látják el megmunkálás előtt. Gyakorlatilag minden anyag vágható lézerrel, ami gyorsan ki-bekapcsolható, automatizálható és bármely optikai úton (mechanikai kontaktus nélkül) elérhető anyagtartomány megmunkálására alkalmas. 3.136 ábra Lézervágás - 125 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 3.137 ábra Lézersugár és

vágóoxigén hatása Vízsugaras vágás (3.138/a ábra) során a nagy nyomással (≈ 4000 bar), kb 0,1 mm átmérőjű fúvókán keresztül áramoltatott (28 liter/óra) víz háromszoros hangsebességgel nekiütközik a vágandó anyagnak és kinetikus energiája révén eróziós koptató hatást vált ki. Megkülönböztethetünk vízsugárral megvalósuló „waternife” (angol water = víz és knife = kés szavakból) vágást, azaz „waterjet cutting”-ot; valamint abrazív anyagos vízsugárral megvalósuló „paser” (angol particle stream erosion = részecske sugár erózió kifejezésből) vágást, azaz „abrasive waterjet cutting”-ot). Amennyiben a vízsugár nem tartalmaz kemény finom szemcséket (pl. SiC-ot, SiO2-ot), akkor papír, fa, gumi, textil, bőr, üveggyapot, rétegelt lemez, karbon- vagy üvegszállal erősített műanyag stb. vágására alkalmas Fémek (nagyszilárdságú acél, Ti- és Al-ötvözetek, .) természetes vagy mesterséges kerámiák,

üvegek, kompozitok csak szemcseadagolással vághatók. A kialakuló, jó felületminőségű vágási rés 1,2.1,5 mm széles, lefelé enyhén összeszűkülő Az abrazív szemcseadalék közvetlenül a fúvóka előtt kerül a vízsugárba. Az erős koptató hatás miatt a fúvóka zafírból készül, de így is gyakori cserére szorul. A felhasznált víz tisztasága a lehető legnagyobb ill szilárd szennyezőtartalma - a nagynyomású alkatrészek kímélése érdekében - a lehető legkisebb kell legyen. Az ultrahangos vágás elsősorban más eljárásokkal nem vagy nehezen ill. nem eléggé kicsi érdességgel megmunkálható rideg, elektromosan nem vezető anyagok (műszaki kerámiák, üvegek, félvezetők stb.) vágására használható technológia Az alkalmazott berendezések a magnetostrikció elvén alapulnak. A 2030 kHz frekvenciával - a vágási vonalnak megfelelő irányban - rezgő szerszám és a munkadarab között lévő szuszpenzió lebegő kemény szemcséi

ide-oda mozogva, áramolva, erodáló hatás révén elkoptatják az anyagot, kialakítva a szerszámvastagsághoz igazodó vágórést (3.138/b ábra) Szerszámként pl 0,2 mm vastag permendur (49% Co + 49% Fe + 2% V) lemezt, szemcseként igen finom bórkarbidot használnak vizes szuszpenzióban. A szerszámot a ferromágneses anyagból készült hossztengelyével párhuzamos irányú, váltakozó mágneses térbe helyezett - rezgő (rezonátor) után csatlakoztatott akusztikai transzformátorhoz forrasztással erősítik. Az akusztikai transzformátort a rezgő által keltett mechanikai rezgés amplitúdójának megnövelésére alkalmazzák. Hátrány, hogy viszonylag kicsi az átvágható keresztmetszet, az energiahasznosítás hatásfoka sem túl jó (kb. 40 %) - 126 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Elektroeróziós vágáskor a folyékony dielektrikumba (ionmentesített vízbe, petróleumba, vagy transzformátorolajba) merített két

elektróda között feltöltött kondenzátort periodikusan kisütve, mindkét anyag felületéről apró részecskék olvadnak meg, gőzölögnek el és csapódnak le a környező szigetelő folyadékba. Mivel a pozitív elektróda (anód) fogyása sokkal intenzívebb, mint a negatívé (katódé), ezért az elektromosan vezető munkadarabot anódként, a megmunkáló szerszámot katódként kapcsolják a kondenzátor fegyverzeteire. A termelékenységet a megmunkálandó anyag és az elektróda közötti rés jelentősen befolyásolja. Ha ez a szikraköz kicsi, akkor gyakori, de kis energiájú kisülések keletkeznek. Ha a szikraköz nagy, akkor a kisülés energiája is nagy lesz, de kisebb gyakorisággal következik be. A vágás történhet egyszerű tömbelektódával is, azonban a folyamat során az elektróda fogy, geometriája változik, a vágási felület alakhibás lesz. Ez bizonyos mértékig kiküszöbölhető forgó korong-, folyamatosan mozgatott, végtelenített

szalag- vagy huzal-elektróda szerszámmal (3.138/c ábra) Ekkor a szerszám aktív felülete egyenletesen fogy, a vágási felület alakhibája kisebb lesz. Szerszámelektródaként leginkább a rezet ill. egyes ötvözeteit használják 3.138 ábra Eróziós vágás - 127 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4. Fémek kötő eljárásai Szilárd anyagok illeszkedő felületük mentén külső (fizikai eredetű) vagy belső (kémiai eredetű) erővel köthetők össze. Külső erőnek az anyagok darabjait összefogó, összeszorító fizikai – elsősorban mechanikai – hatásokat tekinthetjük, amelyek meghatározzák a kölcsönös helyzetet is. Belső erők alatt az anyagok atomjai, ionjai, molekulái között ható (kötő)erőket, kémiai kölcsönhatásokat érthetjük, amelyek "összetartják" a részecskéket. Külső erővel valósul meg a mechanikus kötés, mely kötőelemekkel (pl. rugalmas deformációjú

csavarokkal), vagy azok nélkül (pl. összekötendő alkatrészek képlékeny deformációjával) létesíthető. Ide sorolható a ragasztás is, amelyre az adhéziós tapadás (ill a ragasztóanyagnak az összekötendő darabok felületi egyenetlenségeibe való mechanikus "belekapaszkodása") jellemző. Ha anyag(darab)okat illeszkedő felületük mentén belső erők révén kapcsolunk össze, kohéziós és diffúziós kötésről beszélünk. Hegesztéssel kohéziós kötés hozható létre, miáltal az egyes anyagok illeszkedő felületének atomjai (ill. molekulái) úgy kapcsolódnak össze, mint az anyagok belsejében lévők. Forrasztásnál a kölcsönös diffúzió révén alakul ki a kapcsolat, melynek feltétele, hogy a forraszanyag és az egyesítendő anyagok szilárd állapotban oldják egymást. Ha nem teljesül a kölcsönös oldódás feltétele, akkor a megolvasztott forraszanyag a ragasztáshoz hasonló adhéziós jellegű kötést hoz létre a

felhevített, de mindvégig szilárd állapotban maradó anyagok közötti résbe ill. érdesség-„völgyekbe” behatolva és ott megdermedve. 4.1 ábra Kötőeljárások és rokoneljárásaik - 128 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A kötőeljárások (hegesztés, forrasztás, ragasztás, mechanikus kötés) rokoneljárásainak (4.1 ábra): − a munkadarab-előkészítést (pl. darabolást, leélezést) segítő termikus vágást, mint alakadó technológiát, − és gyakran a kötést követő felületkezelést, mint anyagszerkezet-változtató és ezáltal tulajdonság-módosító technológiát tekinthetjük. Az alkalmazható energiaforrások (4.2 ábra) más területeken való előfordulását keresve is eljut(hat)unk a rokoneljárások köréhez (4.3 ábra) Hat olyan jellegzetes energia- vagy hőforrás emelhető ki a hegesztésnél előfordulók közül, amelyek más technológiáknál is jól alkalmazhatók. Ezek egy része

rendelkezik saját hőmérséklettel, azaz a bennük fejlődő hőt kell közölni a megmunkálandó anyaggal. Ide tartozik növekvő hőmérséklet sorrendjében a (gáz)láng, a (normál)ív és a plazmaív. A hőforrások másik részének – nagyfrekvenciás induktornak, elektronsugárnak, lézernek – nincs saját hőmérséklete, hanem intenzív hőfejlődést a megmunkálandó anyagban idéznek elő, amikor kölcsönhatásba kerülnek vele. Míg az ívhevítés és az indukciós hevítés csak elektromosan vezető anyagokhoz alkalmazható, addig a többi elektromosan nem vezető anyagokhoz is. 4.2 ábra Kötőeljárásokra és rokoneljárásaikra jellemző hőforrások - 129 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.3 ábra Hőforrások alkalmazása kötőeljárásoknál és rokoneljárásaiknál A mechanikus kötés és a forrasztás nagyrészt a szerelő kötésekhez, a ragasztás és a hegesztés főként az egyesítő kötésekhez

sorolható (4.4 ábra) A szerelő kötés sokszor rögzítést és szükség esetén viszonylag egyszerű alkatrészcserét tesz lehetővé (pl. elektronikai alkatrészek áramköri panelbe ültetése forrasztással). Az egyesítő kötés véglegesnek, azaz nem megbontandónak szánt kapcsolatot hoz létre (pl. nyomástartó edény /tartály/ elemeinek egyesítése hegesztéssel). 4.4 ábra Szerelő és egyesítő kötések felosztása - 130 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A hegesztés az oldhatatlan kötésmódok közé tartozik a forrasztással, ragasztással és a mechanikus kötési eljárások egy részével együtt, ugyanis a kötés ill. azt alkotó anyagok deformálása, roncsolása (sőt esetenként tönkremenetele) nélkül nem választhatók szét egymástól az összekötött darabok. Az oldható mechanikus kötések (pl csavarkötés, zsugorkötés) a kötőanyag, pontosabban a kötőelem, ill. az egyesített anyagok

roncsolása nélkül szétbonthatók és azokkal újra létrehozhatók (jól rekonstruálhatók). Míg a mechanikus kötések fő jellemzője az, hogy kötőelemmel vagy anélkül valósulnak meg, addig a ragasztás, a forrasztás és a hegesztés esetében a kötés részét képező anyagokban kialakuló hőmérséklet a meghatározó. Ugyanis mindhárom esetben kijelölhető egy jellegzetes hőmérséklethatár, ami elkülöníti az eljárás-csoportokat (4.5 ábra) 4.5 ábra Kötőeljárások hőmérséklet szerinti felosztása Ez hegesztésnél az alapanyaghoz, pontosabban annak olvadáspontjához kötődik, azaz beszélhetünk az alapanyag olvadásával járó ömlesztő hegesztésről és általában alapanyag olvadása nélküli sajtoló hegesztésről. Forrasztáskor a forraszanyagnak mindenképpen olvadék állapotba kell kerülnie, ezért két jól elkülönülő olvadáspontú forraszanyag-csoportot választ szét a 450 °C-os hőmérsékletérték. Az ennél kisebb

olvadáspontú forraszokkal ún lágyforrasztás, míg az ennél nagyobb értékűekkel (kb. max 900 °C-ig) keményforrasztás végezhető. Ragasztásnál a ragasztóanyag kikeményedési – megfelelő kötési szilárdságot eredményező – hőmérsékletigénye szerint jelölhető ki a kb. 100 °C-os határérték, ami alatt ún hidegragasztásról, felette (kb. max 200 °C-ig) melegragasztásról beszélhetünk - 131 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.1 Hegesztés A hegesztés, ill. a hegesztett kötés alkalmazásának célja lehet: − terhelésátvitel megoldása, hermetikus zárás lehetővé tétele, áram- és hőátvezetés biztosítása kötőhegesztéssel; − felületi és szerszámél-tulajdonságok módosítása, az alapanyagtól eltérő minőségű hozaganyagot alkalmazó felrakó hegesztéssel. − előállított termékek használhatóságát zavaró, nemkívánatos anyagfolytonossági hiányok (pl. repedések vagy

üregek) kitöltése javító kötőhegesztéssel; − bizonyos ideig üzemeltetett termékeken a lekopott vagy elkorrodált anyagtérfogati hiányok (felületi rétegek) pótlása javító felrakó hegesztéssel. 4.11 Fémek hegeszthetősége A hegeszthetőség nem általános érvényű, hanem a konkrét feltételek mellett értelmezhető és csak bizonyos fokú alkalmasságot jelent a hegesztendő alapanyag(ok), a kialakítandó kötés(ek) (ill. varratok), a hegesztő eljárás, a hegesztőanyag(ok), a hegesztési munkarend jellemzőinek figyelembe vételével. Mivel a hegesztés, ill. a szükséges mechanikai és/vagy termikus energia közlése viszonylag kis anyagtérfogatra koncentrálódik, így a kialakuló kötés szerkezete és tulajdonságai szükségképpen eltérnek a hegesztendő anyagokétól. Ezek a lokális (helyi) eltérések befolyásolják a hegesztett gyártmány megkívánt követelményeknek (repedés-mentesség, ill. ridegtöréssel szembeni biztonság,

előírt mikroszerkezet, megfelelő mechanikai és egyéb, pl. korróziós tulajdonságok) való megfelelését. Az anyagok hegeszthetősége tehát a létrehozott hegesztett kötések helyi tulajdonságainak és azok teljes gyártmányra kifejtett hatásainak a mindenkori követelményekkel való összhangja alapján ítélhető meg. A hegesztés elsősorban a fémeknél, másodsorban a műanyagok egy részénél (hőre lágyulók) jöhet szóba. Legnagyobb mennyiségben acélszerkezeteket hegesztenek, melyeknél az anyagok karbontartalma (C%), ötvözőtartalmától függő karbonegyenértéke (Ce%), szennyezőtartalma (H2%, S %, P%), a hegesztési hőfolyamat hatására a kötésben kialakuló legnagyobb keménység (HV10) maximálva, az ütőmunka (KV) mértékadó hőmérsékleten (T = +20°C, 0°C, -20°C, -30ºC, -40°C, -50°C, -60ºC.) mért értéke minimálva van a töréssel (repedés-keletkezéssel ill. -terjedéssel) szembeni biztonság végett: − C% ≤ 0,2%, − Ce% =

C% + 1/6⋅Mn% + 1/5⋅(Cr% + Mo% + V%) + 1/15⋅(Ni% + Cu%) ≤ 0,45%, − H2 < 5 ml/100 g (varrat)fém, − S ≤ 0,035%, P ≤ 0,035%, − HV10 ≤ 350, − KV(T) ≥ 27 J, 40 J vagy 60 J. Ezek a viszonylag nagy mennyiségben felhasznált, ötvözetlen és mikroötvözött (szemcsefinomítással növelt szilárdságú) acélok fontosabb hegeszthetőségi kritériumai. A jó hegeszthetőséghez hozzátartozik, hogy ne legyen szükség különleges intézkedésekre (előmelegítés, speciális munkarend, utóhőkezelés), ugyanis ezek szükségessége már csak feltételes hegeszthetőséget jelent. Elsődleges tehát a hegesztett kötések ill. varratok repedésmentessége, mivel a repedések ridegtörés kiindulásai lehetnek. A leggyakoribb repedésfajták: - 132 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − hidegrepedések, melyeket hegesztési feszültségek okoznak, ha a varratfém hidrogéntartalma miatt kialakul(hat)ó szubmikroszkópikus

repedések terjedését a hőhatásövezetbeni felkeményedett szövetszerkezet nem tudja megállítani; − melegrepedések, amelyek a varratfémben jönnek létre a kristályosodás során, ha annak alakváltozó képessége – a jelenlévő szennyezők okozta szemcsehatár menti kiválások miatt – nem kielégítő; − teraszos repedés, ami akkor keletkezik, ha a hegesztés okozta igénybevételnek az anyag vastagságirányú alakváltozó képessége (kontrakciója) nem felel meg. A hidegrepedés a varratfém hidrogéntartalmának korlátozásával, a varrat melletti hőhatásövezet lehűlési sebességének csökkentésével – az acél átalakulási folyamatainak (4.6 ábra) befolyásolásával -, azaz a felkeményedés mérséklésével és a hegesztett szerkezet merevségének csökkentésével (anyaga duktilitásának növelésével) elkerülhető. A hidrogéntartalom a hegesztési eljárással, a lehűlési sebesség (kritikus, azaz 850 és 500 ºC közötti lehűlési

idő) és a hőbevitel szabályozásával ill. előmelegítéssel befolyásolható Természetesen a hegesztendő anyag összetételétől (karbon- és ötvözőtartalmától) is függ a kialakuló keménység egy adott lehűlési sebesség esetén. 4.6 ábra Ötvözetlen acélok átalakulási folyamatai ömlesztő hegesztés során A lehűlési idő, az anyagvastagság és a kötésalak figyelembe vételével meghatározható a minimálisan szükséges fajlagos hőbevitel (qeff/v). Ennél nagyobb hőbevitellel hegesztve a lehűlési idő nagyobb lesz, így a megengedettnél kisebb keménység várható a hőhatásövezetben. Abban az esetben, ha a szükséges hőbevitel alkalmazásának technológiai korlátja van, meg kell határozni az előmelegítési hőmérsékletet (4.7 ábra) - 133 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Falvastagság Hegesztési technológia Karbonegyenérték pl: Ce=0,5 % 4.7 ábra Előmelegítési hőmérséklet

meghatározására szolgáló diagram A melegrepedés-érzékenységet az anyagösszetételen (szennyező-tartalmon) kívül befolyásolja a varrat mérete és alakja is. Egyaránt kedvezőtlen a varrat túl nagy keresztmetszete és a túlzottan nagy ill. a nagyon kicsi szélessége A melegrepedés veszélyét jelentősen csökkenti a hegesztési sorrend helyes megválasztása, a szimmetrikus hőbevitel. Nagyon fontos a szennyező elemek stabilabb vegyületfázis formájában történő megkötése, ami pl. mangánnal és kalciummal lehetséges A merőleges kötéseknél előfordulható teraszos repedés vagy réteges tépődés oka ferromangano-szulfid zárványok ill. szulfo-karbo-nitrid fázisok kiválása a varratok hőhatásövezetében. Elkerülhető a kéntartalom csökkentésével, a vastagságirányú kontrakció növelésével (legyen nagyobb, mint 24%). Kedvező hatása van nagy alakváltozó képességű ún. párnarétegek felhegesztésének is A 660 ºC olvadáspontú

alumínium hegeszthetőségét befolyásolja a felületi 2040 ºC olvadáspontú oxidréteg. Ezen a hőmérsékleten az alumínium már gőzölög, ezért az oxidréteg feloldására (gázhegesztéskor) folyasztószert vagy feltörésére (ívhegesztéskor) megfelelő – fordított vagy váltakozó – polaritást kell alkalmazni. Nemesített Al-ötvözetek hőhatásövezetében végbemenő átalakulási folyamatok ill. szerkezeti változások (48 ábra) miatt hegesztés után újra kell nemesíteni, ill. ki kell várni az önnemesedés időtartamát terhelés nélkül. 4.8 ábra Szerkezeti változások nemesített Al-ötvözetek hőhatásövezetében - 134 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Réz és ötvözeteinek hegesztése során fellép(het)ő problémák: − kis szilárdság, nagy nyúlás, jó hővezető képesség, ami nagy hőbevitelt indokol; − erős hajlam a hidrogén felvételre; − réz-rézoxid eutektikum keletkezhet, ami

csökkenti a szívósságot. Ezen kedvezőtlen hatások ellen megoldás lehet: gázhegesztés folyósító szerrel, TIG- és MÍGhegesztés speciális hozaganyaggal, esetleg előmelegítés. A legszélesebb körben alkalmazott kötőhegesztés során a kohéziós kapcsolat hozaganyag adagolásával, esetenként anélkül hozható létre a két fém alkatrész között (4.9 és 410 ábra) 4.9 ábra Hegesztett kötések 4.10 ábra Hegesztett kötések típusai - 135 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A fenti kötéseket alkalmazó hegesztett szerkezetek gyártási folyamatának főbb szakaszai: − méretezés, tervezés; − alapanyagok ill. félkész gyártmányok darabolása; − leélezés (a hegesztendő felületek megmunkálása); − hegesztés (esetenként előmelegítéssel); − utókezelések; − roncsolásmentes vizsgálat(ok), minőség-ellenőrzés. Hegesztéstechnológia tervezési szempontjai: – hegesztés körülményei

(hőmérséklet, helyszín, hegesztési helyzet, környezetvédelem, biztonság, ); – hegesztési terv (alapanyag, hegesztőanyag, varrattípus, eljárás, ); – hegesztési sorrendterv (varratok elkészítésének sorrendje). Darabolási módok (előkészítés hegesztéshez): − darabolás hidegen (pl. nyíróvágás ollóval); − darabolás forgácsolással (pl. fűrészelés); − termikus vágások: • lángvágás (3500 mm vastagságig), • plazmavágás (1100 mm vastagságig), • lézervágás (130 mm vastagságig); Az élelőkészítés (4.11 ábra) lehetséges a vágással együtt (egyidejűleg), vagy külön műveletként. 4.11 ábra Élelőkészítés hegesztéshez Lemezek illesztése hegesztéshez a,b,c) merőlegesen leélezéssel (4.12/a-c ábra) és szög alatti leélezéssel (4.12/d-e ábra) történhet, ahol a szükségszerű illesztési hézag néhány mm 4.12 ábra Lemezek illesztése hegesztéshez - 136 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre:

Fémek gyártási eljárásai A lemezek és a csövek hegesztési helyzete vagy pozíciója (4.13/a-g ábra) vízszintes (PA), haránt-vízszintes (PB), haránt (PC), haránt fej feletti (PD), fej feletti (PE), függőlegesen felfelé (PF), függőlegesen lefelé (PG) lehet, amihez igazodva kell a hegesztést (hozaganyagadagolást, hegesztőfej-vezetést) végrehajtani (4.14/a-e ábra) 4.13 ábra Hegesztési helyzetek 4.14 ábra Hegesztés végrehajtása különböző helyzetekben Az elkészített varrat ill. kötés jellegzetes geometriai adatait a 415 ábra szemlélteti 4.15 ábra Hegesztett varrat ill. kötés jellegzetes geometriai paraméterei - 137 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Hegesztés közben ill. közvetlenül utána zsugorodások, alakváltozások (416 ábra) léphetnek fel. A keresztirányú zsugorodás tompavarratnál nem okoz torzulást, sarokvarratnál viszont szögtorzulást okoz. Az egyenlőtlen keresztirányú

zsugorodás tompavarratnál is okozhat szögtorzulást. 4.16 ábra Zsugorodás hegesztéskor A hegesztés - főként sorozatgyártáskor ill. robotosított kivitelben - hegesztő készülékben történik. Ezen hegesztőkészülékek fontosabb funkciói (417 ábra): – az összekötendő elemek (lemez, cső) helyzet-meghatározása; – az összehegesztendő elemek leszorítása, rögzítése, zsugorodások, alakváltozások mértékének csökkentése; – a készítendő varrat pozicionálása (forgatás, egyenes vonalú vezetés) meghatározott mozgástartományban; 4.17 ábra Hegesztő készülékek funkciói a) rögzítés, leszorítás; b) forgatás, billentés; c) együttműködés hegesztő robottal Az alkalmazható hegesztési eljárások erő-, vagy erő- és hő-, vagy csak hőhatással hozzák létre a hegesztett kötést (4.18 ábra), azaz vannak nyomóerőt alkalmazó sajtoló (általában szilárd fázisú) és nyomóerő alkalmazása nélküli ömlesztő (olvadék

fázisú) hegesztési eljárások. Sajtoló hegesztésnél az összekötendő darabok keresztmetszeti méretétől, anyaguk kf alakítási szilárdságától függően hőközlésre is szükség lehet. Az összekötendő felületek mentén kialakuló T hőmérsékletnek és az anyag Trekr. rekrisztallizációs (vagy lágyulási) hőmérsékletének viszonya szerint beszélhetünk hidegsajtoló hegesztésről és melegsajtoló hegesztésről. - 138 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.18 ábra Sajtoló és ömlesztő hegesztés jellemzői Sajtoló és ömlesztő hegesztési eljárások több szempont szerint csoportosíthatók, de legjellemzőbb az alkalmazott energia ill. a technikai megvalósítás (elrendezés) szerinti felosztás. Az alkalmazott energia eredete szerint megkülönböztethetők (419 ábra): − elektromos ívhőt hasznosítók, melyeknél gázközegben nagy hőmérsékletű kisülés ill. részben ionizált állapot –

normál- vagy plazmaív – hatása érvényesül; − elektromos ellenálláshőt hasznosítók, melyeknél nagy erősségű áram átvezetése (közvetlen betáplálás) vagy nagyfrekvenciás árammal gerjesztett induktor mágneses tere általi örvényáram-indukálás (közvetett betáplálás) a szilárd vagy olvadék állapotú anyagban Joule-hőt fejleszt; − termokémiai reakcióhőt hasznosítók, melyeknél exoterm (hőtermelő) oxidációs vagy redukciós kémiai folyamatok mennek végbe; − termokémiai transzport-folyamatokat aktiválók, melyeknél az anyagokban atomátrendeződéssel (anyagtranszporttal) járó diffúzió vagy oldódás megy végbe; − mechanikai alakváltozás energiáját hasznosítók, melyeknél jelentős hidegalakítás vagy nagy nyomásimpulzus okozta deformáció mértéke a meghatározó; − mechanikai súrlódás energiáját hasznosítók, melyeknél az összekötendő anyagfelületek menti mikro- vagy makrosúrlódás okozta dörzshatás

érvényesül; − részecskesugárzás energiáját hasznosítók, melyeknél elektronok vagy ionok alkotta fókuszolt sugár anyagba ütközése és lefékeződése hőt fejleszt; − elektromágneses sugárzás energiáját hasznosítók, melyeknél fotonok alkotta fókuszolt monokromatikus lézersugárzás vagy polikromatikus fénysugárzás anyagbeli abszorpciója (elnyelődése) érvényesül. - 139 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.19 ábra Hegesztési eljárások felosztása Ezen felosztási elvekkel összhangban van az ömlesztő és a sajtoló hegesztési eljárások szabványos jelölési rendszere és osztályozása. Az egyes eljárásokat ill eljárásváltozatokat azonosító számjel első tagja általában (a legelterjedtebb ill. legfontosabb eljárások esetében) az alkalmazott energia forrására, a második a technikai megvalósításra (elrendezésre) utal, míg a harmadik a lehetséges eljárásváltozatok további

megkülönböztetését szolgálja. 4.12 Sajtoló hegesztés Sajtoló hegesztés során alapvetően az összekötendő „A” felületekre ható, a hegesztendő anyag kf alakítási szilárdságától függő F = A · kf nyomóerő biztosítja a kohéziós kötés létrejöttének feltételeit: az érintkezési felületeken a szennyező-eltávolítást, a szemcsék megfelelő orientálását, a felületi atomok gerjesztett állapotát és rácsparaméternyi távolságra közelítését. Egyes melegsajtoló eljárásoknál felületi olvadás is bekövetkezhet, de az olvadék általában nem vesz részt a kötésképzésben, hanem sorjába „viszi" a felületi szennyeződéseket a sajtolónyomás hatása alatt. Fémes anyagok között szilárd halmazállapotban létrehozandó kötés megfelelőségi feltétele, hogy az érintkezésbe került felületeken lévő atomok közel 7090 %-át gerjesztett állapotba kell hozni, azaz kötésképzésre hajlamos kristályrácspontokat kell

produkálni. Ennek kétféle gyakorlati lehetősége: a mechanikai és/vagy a termikus úton történő aktiválás. Mechanikai úton történő atomgerjesztés lehetséges módszerei: a képlékeny alakítás, a felszíni oxid- vagy anyagréteg eltávolítása és új „aktív” réteg "felszínre hozatala". Termikus úton, azaz hevítés hatására létrejövő diffúzió során szintén keletkeznek aktivált kristályrács-pontok a felületeken is. Az összehegesztendő anyagok felülete rendszerint nem tökéletesen tiszta és sík, ezért a felületi szennyeződések eltávolításáról és a tényleges érintkezési felület lehető legnagyobbra (teljes - 140 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai keresztmetszetre) növeléséről gondoskodni kell. Ehhez is kellően nagy képlékeny alakváltozás ill. megfelelő hőmérséklet (esetleg felszín-leolvasztás) és a felületi szennyeződéseket magával "ragadó", majd

a kötésből „kisodró” - hegesztés után eltávolítható - sorja képződése szükséges. A sajtoló hegesztési eljárások technikai megvalósítása, elrendezése, azaz a hegesztendő munkadarabok alakja ill. kölcsönös helyzete és a képződő kötés kiterjedése szerint megkülönböztethetők (4.20 ábra): 4.20 ábra Sajtoló hegesztési eljárások elrendezése − ponthegesztési eljárások, amelyek átlapoltan illesztett lemezszerű darabok között hoznak létre a hegesztőszerszám méretéhez igazodó kis kiterjedésű (pontszerű) egyedi varratot; − átlapoló vonalhegesztési eljárások, amelyek átlapoltan illesztett lemezszerű darabok között hozzák létre a hegesztőszerszám méretéhez igazodó kis kiterjedésű (pontszerű) egyedi varratok rendezett sorozatát (vonalát); − dudorhegesztési eljárások, amelyek egymásra helyezett darabok között hoznak létre több - valamilyen geometriai alakzat vonalára illeszkedő - kis kiterjedésű

egyedi varratot, amelyek számát a darabok természetes alakja által vagy az egyiken mesterségesen kialakított kiemelkedések (dudorok) révén megvalósuló pontszerű érintkezési helyek száma határozza meg; − csaphegesztési eljárások, amelyek alakos csap palástfelületen felütköztetett homlokfelületének megfelelő - a palástfelülethez képest kicsi - kiterjedésű kötést hoznak létre; - 141 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − tompahegesztési eljárások, amelyek homlokfelületük mentén illesztett rúdszerű termékek között hoznak létre az érintkező felületek nagyságának megfelelő - de a különböző felületirányokban azonos - kiterjedésű kötést; − tompa vonal- ill. csővonal-hegesztési eljárások, amelyek lemezszerű termékek - vagy ilyenek képlékeny alakításával létrehozott, de még nyitott csőszerű termék - tompán illeszkedő élei között (pl. hosszvarratos csövek, négyzet-

ill téglalap alakú zárt szelvények), azok egészére kiterjedően hoznak létre kötést. A sajtoló hegesztési eljárások (4.21 ábra) között - az alkalmazott energia eredete alapján legnagyobb jelentőséggel az ellenállás-hegesztések bírnak 4.21 ábra Sajtoló hegesztési eljárások jellemzői és felosztása A 185-ös számjelű – mágnesesen mozgatott ívvel megvalósuló – forgóíves sajtoló hegesztések közül a hosszmezős forgóíves sajtolóhegesztés (4.22/a ábra) során - a homlokfelületüknél érintkező üreges (csőszerű, zártszelvényű) munkadarabokon záródó axiális irányú mágneses mezőt (B) hoznak létre elektromágneses tekercsekkel. Egy vörösrézből készített, vízhűtésű segédelektróda és a darabok érintkezési vonala között létrehozott I áramerősségű elektromos ívre a Lorentz-törvény szerinti - tangenciális (vektoriális szorzattal meghatározható) irányú - mágneses erő hat: F = I⋅l x B, ami az l

hosszúságú ívet - mint elektromos vezetőt - forgásra kényszeríti. A forgó ív felhevíti az üreges darabok illeszkedő felületeit és amikor az egyre csökkenő alakítási ellenállás (σ1) a tengelyirányú nyomás értékére (pz=Fz/A) mérséklődik, képlékeny melegalakítással létrejön a hegesztett kötés. A keresztmezős forgóíves sajtolóhegesztésnél (422/b ábra) a darabokat l méretű réssel illesztik, így a rés környezetében radiális irányú mágneses mező alakul ki. A rést áthidaló elektromos ív létrehozása után arra szintén tangenciális irányú erő hat, így az - 142 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai forgásba jön. Miután a munkadarabok felülete elérte a melegalakítás hőmérsékletét - esetleg egy vékony rétegben meg is olvadt - az ívet kikapcsolják és tengelyirányú zömítéssel (az olvadt részek sorjába nyomásával) kialakítják a hegesztett kötést. Forgóíves

hegesztéskor az esetek többségében elegendő, ha csak az egyik darab üreges (vékonyfalú, csőszerű), a másik lehet tömör (rúdszerű), vagy akár lemez is. a) b) 4.22 ábra Forgóíves sajtolóhegesztés eljárásváltozatai A 2-es számjelű ellenállás-hegesztési eljárások közös alapelve (4.23 ábra) a következő Az összehegesztendő darabokat rézötvözetből készített és hűtött elektródákkal, ill. befogókkal összenyomják (Fh), majd nagy erősségű áramot (Ih) vezetnek rajtuk keresztül. A darabok érintkező felületénél ún. átmeneti ellenállás (RÁ) lép fel Ez az érdességcsúcsok pontszerű érintkezése miatt létrejövő helyi áramsűrűség-növekedésből adódó belső ellenállás (RB) és a felületek szennyeződéséből létrejövő felületi ellenállás (RF) összege. Az átvezetett áram az érintkezésnél hőt fejleszt (Q=Ih2⋅RÁ⋅t), ami a nyomóerővel (Fh) együtt a felületi egyenetlenség csúcsokat ellapítja, a

felületi szennyeződéseket roncsolja. Ilyen módon a két anyagdarab bizonyos idő (t1) múlva tökéletes fémes érintkezésbe kerül egymással, és ennek következtében megszűnik az átmeneti ellenállás. A fejlődött hő az érintkezési zónát ∆T hőmérséklet-különbséggel felhevítve, növeli a fémes anyagok ellenállását: RA = RA0[1+α⋅∆T], azaz az áramkörnek továbbra is a darabok érintkezésénél lesz a legnagyobb ellenállása, vagyis itt fejlődik a legtöbb hő. A melegalakítás hőmérsékletének elérése esetenként egy vékony felületi réteg megolvasztása - után az áramot kikapcsolják, miközben a felületeket összeszorító erő biztosítja a megfelelő deformációt és nyomófeszültséget, azaz a kohéziós kötés kialakulását. 4.23 ábra Ellenállás-hegesztési eljárások alapelve - 143 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 21-es számjelű ellenállás-ponthegesztések közül

211-es számjelű egyoldali (indirekt) ellenállás-ponthegesztést (4.24 ábra) akkor alkalmazzák, ha a munkadarabok kiterjedése és kialakítása nem teszi lehetővé az elektródákkal való kétoldali hozzáférést. Alapvető követelmény, hogy az elektróda felőli lemez vastagsága (s1) kisebb legyen, mint a másik lemezé (s2). Ezt az indokolja, hogy az áramkör nagyobbrészt a vastagabb lemezen keresztül záródjon, mivel az áramnak csak ez a része vesz részt hatékonyan a pontvarrat képzésében. 4.24 ábra Egyoldali (indirekt) ellenállás-ponthegesztés A 212-es számjelű kétoldali (direkt) ellenállás-ponthegesztés (4.25 ábra) során az összehegesztendő átlapolt lemezeket kúpos- vagy gömbvégződésű elektródákkal nyomják össze, ill. kapcsolják az áramkörbe 4.25 ábra Kétoldali (direkt) ellenállás-ponthegesztés A fejlődő hő az érintkező felületekhez képest szimmetrikusan elhelyezkedő lencse alakú anyagtérfogatot olvaszt meg. Az

áram kikapcsolása után a megdermedő ömledéklencse pontvarratot alkotva kohéziós kapcsolatot hoz létre a két lemez között. A nyomóerőt az áramkikapcsolás után még egy bizonyos ideig fenn kell tartani, hogy az ömledéklencse dermedése nyomófeszültségek hatása alatt menjen végbe (4.26 ábra) Ezzel elkerülhető, ill csökkenthető a szívódási üregek és a repedések keletkezése. A ponthegesztő gépek helyhez kötöttek (kézi ill. gépi kiszolgálásúak) vagy mozgathatók, manipulálhatók (pl robotkarra erősíthetők) lehetnek. Ez utóbbi révén könnyen megvalósítható az automatizálás (pl karosszéria elemek illesztését követően). Az áramforrás többnyire váltakozó feszültségű, az áramerősség 1050 kA között változhat, amivel acél-, alumínium- és rézlemezek 6 mm vastagságig hegeszthetők. - 144 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai F: erő; I: áramerősség tes: elősajtolási idő;

tö: ömlesztési idő; tus: utánsajtolási idő; th: hegesztési idő; 4.26 ábra Kétoldali (direkt) ellenállás-ponthegesztés munkarendje A 22-es számjelű ellenállás-vonalhegesztéskor (4.27 ábra) a rézötvözetből készült, forgó tárcsa alakú elektródák alkalmazása révén folyamatosan készíthetők - az ellenállás ponthegesztés elve alapján - pontvarratok egymás mellé. A tárcsaelektródák feladata - a ponthegesztő elektródákéhoz hasonlóan - a nyomóerő közvetítése, az áram-hozzávezetés, valamint a szükséges áram-koncentráció biztosítása. 4.27 ábra Ellenállás-vonalhegesztés - 145 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A hegesztés (ill. az elektróda kerületi) sebességétől és az áram frekvenciájától függően hermetikusan záró, vagy pontsor varrat készíthető (4.28/a ábra) A hegesztés áramprogramja lehet szakaszos vagy folyamatos bekapcsolású (4.28/b ábra) Hermetikusan

záró varratot mindkét áramprogrammal, pontsor varratot szakaszos bekapcsolásúval lehet hegeszteni. Folyamatos bekapcsolású áramprogramnál nagy hegesztési sebességet (vh > 6 m/min) kell alkalmazni, ezért csak vékony (s < 1,5 mm) lemezek hegesztésére alkalmazható, mivel egy fél periódus alatt kell egy pontvarratot létrehozni. a) b) c) d) f) e) g) 4.28 ábra Ellenállás-vonalhegesztés eljárásváltozatai A 221-es számjelű átlapoló ellenállás-vonalhegesztés megvalósítható: − a munkadarabokkal közvetlenül érintkező tárcsaelektródákkal (4.28/c ábra); − végtelenített rézhuzal elektródával, mint rézhuzal közbetétes ellenállás-vonalhegesztés (4.28/d ábra) − a munkadarabokkal közvetetten (fémfólia közbeiktatásával) érintkező tárcsaelektródákkal, mint 226-os számjelű fóliás átlapoló ellenállás-vonalhegesztés (4.28/e ábra) Ez utóbbinál a fémfólia a hegesztőgép tároló dobjáról tekeredik le,

célszerűen beállított adagolás mellett. Mivel a tárcsaelektródák közvetlenül nem érintkeznek a lemezfelületekkel, így az eljárásváltozat jól alkalmazható alacsonyabb olvadáspontú bevonatokkal ellátott lemezek vonalhegesztésére, elektródakárosodás nélkül. Ahol az átlapolva vonalhegesztett kötés esztétikai, ill. (rés)korróziós szempontok miatt nem felel meg, ott a 222-es számjelű tompavarratos ellenállás-vonalhegesztés (4.28/f ábra) alkalmazható. Az összehegesztendő lemezeket kismértékű átfedéssel (átlapolással) kell illeszteni, majd a hegesztés során a paraméterek célszerű megválasztásával az átfedésben lévő részek olyan mértékben zömülnek, hogy a kötés kialakulásakor azonos síkba kerülnek. A 225ös számjelű fóliás tompavarratos ellenállás-vonalhegesztés (428/g ábra) szintén lehetővé teszi, hogy az összekötött lemezek azonos síkban maradjanak. Az összehegesztendő - 146 - Dr. Bagyinszki Gyula

– Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai felületekre merőleges zömítőerőt a felhevített hegesztési zóna akadályozott hőtágulása okozza, ami a lemezek rögzítésével (leszorításával) biztosítható. Az áramátfolyás során fejlődő hő hatására a lemezek érintkező felületeinek környezete megolvad, így a fóliák teljes szélességükben kohéziós kapcsolatba kerülnek a lemezekkel. A fóliák a tárcsaelektródák hatására benyomódnak a lemezekbe úgy, hogy kb. 0,10,2 mm-rel lesz nagyobb a kötésvastagság a lemezvastagságnál. Az alkalmazható fólia szélessége 4 mm, vastagsága 0,2.0,5 mm, és anyagminősége az összehegesztendő anyagokéhoz igazodik A 222-es számjelű tompavarratos ellenállás-vonalhegesztések közé sorolható normáltranszformátoros tárcsaelektródás ellenállás cső-vonalhegesztéskor (4.29/a ábra) két egymástól elektromosan elszigetelt - tárcsaelektróda segítségével történik az áramátvezetés a

még nyitott cső zömítő görgőkkel összenyomott homlokfelületein. A nyitott csőprofil vagy a leendő zártszelvény szalagból, alakító hengerpár-sorozattal hozható létre. Az eljárás folyamatos hegesztést valósít meg csőszerű termékek hosszvarratainak elkészítésekor, akárcsak a gyűrű-transzformátoros tárcsaelektródás ellenállás cső-vonalhegesztés (4.29/b ábra) A különbség csak annyi, hogy a gyűrű transzformátor alkalmazása révén lehetőség nyílik az áramfrekvencia jelentős növelésére és ezáltal nagy hegesztési sebességek megvalósítására. Hegesztés után a cső zömítőgörgők okozta sorjáját eltávolítják, ill szükség szerint a cső alakját kalibráló görgősoron korrigálják. a) c) b) d) 4.29 ábra Ellenállás-csővonalhegesztés eljárásváltozatai - 147 - e) Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 29-es számjelű egyéb ellenállás-hegesztési eljárások fő

csoportja a 291-es számjelű nagyfrekvenciás (HF-) ellenállás-hegesztések, amelyek közül a nagyfrekvenciás csúszóérintkezős ellenállás cső-vonalhegesztés (4.29/c ábra) során 200450 kHz frekvenciájú árammal táplált csúszókontaktust vezetnek az összehegesztendő élek mentén. A már elkészített varraton keresztül záródó áramkörben folyó áram az éleket felhevíti, ill. közvetlenül a hegesztés helye előtt megolvasztja. Az előtolást is biztosító zömítőgörgők által létrehozott képlékeny alakváltozás során - a felületi szennyeződések sorjába nyomásával alakul ki a hegesztett kötés. A 74-es számjelű indukciós hegesztések fő csoportja a 742-es számjelű indukciós vonalhegesztések, amelyek közül a vonalinduktoros ellenállás csővonalhegesztésnél (4.29/d ábra) az összehegesztendő élek mentén örvényáramok jönnek létre, amelyek hatására kialakuló nagy helyi áramsűrűség felhevíti az élek menti keskeny

zónát. A zömítőgörgőkkel végrehajtott alakítás során jön létre a hegesztett kötés tekercsinduktoros ellenállás cső- vonalhegesztéskor (4.29/e ábra) az indukált örvényáramok a már elkészült varraton záródnak, és az éppen zömítésre kerülő zónát hevítik fel a melegsajtoló hegesztés hőmérsékletére. A 23-as számjelű ellenállás-dudorhegesztésnél - az ellenállás-ponthegesztéstől eltérően - az elektródáknak csak két feladatot kell ellátni: a nyomóerő közvetítését és az áram hozzávezetését. A harmadik feladatot - az áram koncentrálását - a munkadarabok természetes vagy mesterséges alakja (dudora) biztosítja. Természetes dudorú ellenállásdudorhegesztésre jellemző példa: keresztezett huzalok hegesztése (430/a ábra), körkeresztmetszetű anyagok lemezekhez hegesztése palástfelületük mentén. Mesterséges dudorú ellenállás-dudorhegesztés során minden - rendszerint előzetes képlékeny alakítással

létrehozott - dudornál egy-egy pontvarrat képződik (4.30/b ábra) Tulajdonképpen két elektróda között megvalósuló kétoldali sokpontos ellenállás-ponthegesztésről van szó. Megkülönböztetik a 231-es számjelű egyoldali és a 232-es számjelű kétoldali ellenállásdudorhegesztést. a) b) 4.30 ábra Ellenállás-dudorhegesztés - 148 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Ellenállás tompahegesztéseknél (4.31 ábra) a rendszerint rúd- vagy csőszerű anyagokat érintkezésbe kerülő homlokfelületük mentén - áramátvezetés révén - felhevítik, majd tengelyirányú erőhatással összezömítik. A felületeken meglévő, vagy hevítés során keletkező szennyeződések, oxidok sorjába nyomása érdekében kellően nagy alakítási mértéket kell alkalmazni. 4.31 ábra Ellenállás-tompahegesztés A 24-es számjelű leolvasztó ellenállás-tompahegesztések közül a 241-es számjelű előmelegítéses

leolvasztó ellenállás-tompahegesztésnél az áramra kapcsolt darabokat összenyomják, majd bizonyos idő elteltével eltávolítják. A következő összeérintésig eltelő idő alatt a fejlődött hő terjedés révén felmelegíti a felülettől távolabbi anyagrészeket is. Ezt a ciklust néhányszor megismétlik, majd a 242-es számjelű folyamatosan leolvasztó ellenállástompahegesztés szerint a darabokat összehegesztik. Az eljárásváltozatot edződésre hajlamos anyagok hegesztésére, ill. az összehegesztendő keresztmetszetekhez képest kicsi hegesztőgépteljesítmény esetén alkalmazzák A 242-es számjelű előmelegítés nélküli leolvasztó tompahegesztések közül: − a folyamatosan leolvasztó ellenállás-tompahegesztés során a felhevítést és a szennyezőeltávolítást helyileg képződő elektromos ívek segítik elő, a felületi réteg leolvasztása mellett; − a vibrációsan leolvasztó ellenállás tompahegesztéskor az egyik munkadarabot a

rögzítetthez képest rezgetik (f = 3.35 Hz; A = 0,31 mm) A vibráció következtében változik a munkadarabok érintkezési felületének nagysága, ill. ennek hatására az áramerősség is. A felület-előkészítő leolvasztás tehát impulzusszerű áramprogrammal, vékony rétegben, nagy felületen is végbemegy, kisebb fajlagos energiafelhasználás mellett. A 25-ös számjelű zömítő ellenállás-tompahegesztés (4.32/a ábra) során a munkadarabokat homlokfelületüknél összenyomva, majd rajtuk áramot átvezetve, a fejlődő hő és az erőhatás együttesen nagyfokú képlékeny alakítást hoz létre, ami kohéziós kapcsolatot teremt a két anyag között. A felületi szennyeződések sorjába nyomása csak kisebb keresztmetszeteknél biztosítható. - 149 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 74-es számjelű indukciós hegesztések további változata a 741-es számjelű indukciós tompahegesztés vagy tekercsinduktoros

ellenállás-tompahegesztéskor (4.32/b ábra) az összenyomott munkadarabokat az illesztési felületekhez képest szimmetrikusan elhelyezett, 2.10 kHz frekvenciájú árammal táplált, tekercsalakú induktorral körbevéve örvényáramok hozhatók létre a munkadarabban, a hegesztés helyén. Az örvényáramok által létrehozott nagy áramsűrűség felhevíti az érintkező felületek menti keskeny zónát, majd ezen anyagrészek zömítésével kialakul a hegesztett kötés. a) b) 4.32 ábra Ellenállás-tompahegesztés eljárásváltozatai A 78-as számjelű csaphegesztések közé sorolható 782-es számjelű ellenállás-csaphegesztés (4.33/a ábra) egy olyan speciális dudorhegesztés, melynél az áramkoncentrálást a felhegesztendő csap megfelelően kiképzett homlokfelülete biztosítja. A nyomóerő közvetítését és az áram hozzávezetését a csaptartó- ill. az ellenelektróda teszi lehetővé A dinamikus igénybevételre szánt csapokat előzetesen

kimunkált furatokba hegesztik. Tekercselt huzalból előtoló egység segítségével termelékenyen lehet kontaktusokat felhegeszteni különböző anyagminőségű alaplemezekre ellenállás-huzalhegesztéssel (4.33/b ábra). a) b) 4.33 ábra Ellenállás-csaphegesztés eljárásváltozatai - 150 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 41-es számjelű ultrahangos hegesztések közül az ultrahangos ponthegesztés (4.34/a ábra) során a magnetostrikciós hatással keltett ultrahang (1560 kHz) akusztikai transzformátorral megnövelt amplitúdójú (535 µm) rezgőmozgását szonotródával az átlapoltan illesztett darabok közül a vékonyabbra (0,0053 mm) közvetítik. A darabok összenyomását biztosító erővel (20004000 N) terhelt szonotróda ezzel a darabbal együtt rezegve (0,13 s-ig) hegesztett kötést hoz létre. Lehetőség van azonos vagy eltérő anyagminőségű lemezek és huzalok (0,010,5 mm átmérővel)

összekötésére. Az ultrahangos vonalhegesztés (434/b ábra) folyamatossá tett ponthegesztés, amelynél a tárcsakiképzésű, folyamatos forgómozgást végző szonotróda és üllő között áthaladó átlapolt vékony lemezek között alakul ki a hegesztett kötés. Ultrahangos körhegesztéskor (434/c ábra) a csőalakú szonotróda tengelye körüli alternáló mozgását három - akusztikai transzformátorral ellátott - rezgő biztosítja és így a hegesztés során a szonotróda homlokfelületével közel megegyező méretű és alakú varrat jön létre. a) b) c) 4.34 ábra Ultrahangos hegesztés eljárásváltozatai A 42-es számjelű dörzshegesztések közül a hagyományos dörzshegesztéskor (4.35 ábra) a két összekötendő forgásszimmetrikus darabot (rúd, cső) összenyomott állapotban egymáshoz képest relatíve elmozdítják. Amikor a felület egészére kiterjedt a tisztítás és a gerjesztés, a relatív forgást gyorsan leállítják, mert csak

így biztosítható a két anyag közötti jó minőségű kötés. 4.35 ábra Dörzshegesztés - 151 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Ha az előmelegítés ("dörzsölés") idejét állítják be, akkor idővezérléses, ha az előmelegítés során - az összeszorító erő hatására - létrejövő zömülés ("rövidülés") mértékét állítják be, akkor útvezérléses dörzshegesztésről van szó. A forgás és a zömülés következtében jellegzetes formájú sorja képződik, ami - ha szükséges - a kötés gyengülése nélkül utólag lemunkálható. A hagyományos dörzshegesztés két hátrányát - nevezetesen azt, hogy: a hajtómotor áramfelvétele nagy, ill. a forgatás gyors leállítása megbízható és erős fékrendszert igényel - a lendkerekes dörzshegesztés küszöböli ki. A lendkereket a szükséges energiát biztosító maximális fordulatszámra felpörgetik, majd ezt követően a

hajtómotorról lekapcsolják. A lendkerékkel együtt forgó befogott munkadarabot az álló, vagy ellentétes irányban megforgatott darabhoz szorítják. Az összenyomáskor keletkező fékezőnyomaték csökkenti a lendkerék fordulatszámát, azaz a munkadarab látja el a fék szerepét. Előfordulhat, hogy a forgás leállásáig az állandóan elnyíródó kötés az alacsony fordulatszám miatt már nem tud tökéletesen újraképződni, ezért egyes esetekben a kritikusnak tekinthető fordulatszámnál a hagyományos eljáráshoz hasonlóan lefékezik a forgást. Ezek alapján tehát beszélhetünk teljes energiával, vagy részleges energiával dolgozó lendkerekes dörzshegesztésről. Rezgő dörzshegesztésnél az összekötendő anyagdarabokat állandó összenyomás mellett nagy relatív sebességkülönbséget eredményezően, kis amplitúdóval rezgetik. A fejlődő hő, a felületi nyomás és a megfelelő időpontbani fékezés együttes hatására kohéziós kötés

jön létre a két anyag között. A keverő (kavaró) vagy lineáris dörzshegesztésnél (4.36 ábra) egy forgó, kopásálló anyagból készített alakos (csapszerű) szerszám és a tompán illesztett, szilárd alátétre lefogott lemezek között képződő súrlódási hőt hasznosítják. A szerszám először lassan, nagy erővel a két lemez kötési övezetébe merül, majd beindul a hosszirányú előtolás. A szerszám az összekötendő anyagokat (könnyű- és színesfémeket) meglágyítja, megkeveri, majd a csap menti válla révén a felületet tömöríti és elsimítja. Ilyen módon az alapanyagok megolvadása nélkül jön létre hegesztett kötés. 4.36 ábra Keverő vagy lineáris dörzshegesztés A 788-as számjelű dörzs-csaphegesztés (4.37 ábra) során a felhegesztendő csapot forgatás közben hozzányomva az alaplemezhez, a súrlódási hő felmelegíti az érintkezési felületekhez közeli anyagrészeket, miközben a felületi szennyeződések is

elroncsolódnak, elősegítve a felülettisztulást, ill. a felületaktiválást A felületközeli anyagrészek közös képlékeny alakváltozása hatására a két darab között részlegesen kohéziós kötés alakul ki, amely azonban a relatív elmozdulás miatt folytonosan elnyíródik. Ez a jelentős energiabefektetést igénylő folyamat számottevő hőfejlődést eredményez. A fejlődő hő felmelegíti a felületközeli anyagrészek nagyobb térfogatát. Amikor a felületek teljes egészére kiterjed a kapcsolat, a relatív elmozdulást (forgást) igen gyorsan leállítják, majd a csapot tengelyirányú zömítéssel rányomják az alaplemezre. - 152 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.37 ábra Dörzs-csaphegesztés A 44-es számjelű, nagy mechanikai energiával megvalósuló hegesztések egyik csoportja a 441-es számjelű robbantásos hegesztések, amelyek közül a robbantásos csaphegesztés (4.38/a ábra) során a

felhegesztendő csap és az alaplemez közötti kohéziós kapcsolat kialakulását lehetővé tevő dinamikus erőhatást és megfelelő mértékű képlékeny alakváltozást az alkalmazott robbanóanyag detonációjakor fellépő lökéshullám váltja ki. Jó minőségű kötés létrejöttét a csap homlokfelületének, ill. az alaplemez furatának célszerű kialakításával lehet elősegíteni. Robbantásos tompahegesztéskor (438/b ábra) a tömör, rúdszerű munkadarabokat homlokfelületüknél - egy robbanótérben előidézett detonáció révén - nagy erőhatással, ill. nagy alakítási sebességgel összenyomják Az anyagminőségtől és felületállapottól függő mértékű (ε > 200 %) alakváltozást létrehozva, a két anyagdarab között hegesztett kötés jön létre. Robbantásos átlapolóhegesztésnél (438/c ábra) az egymáshoz viszonyítva hézaggal, ill. átfedéssel illesztett munkadarabokat (lemezeket, csöveket) robbanóanyag alkalmazása révén

nagy sebességgel felütköztetik, miközben egyidejűleg felületekre merőleges irányú nyomó- és felületekkel párhuzamos csúsztató feszültségek keletkeznek. A nyomófeszültségek szükségesek ahhoz, hogy a felületi atomok rácsparaméternyi távolságra kerüljenek. A csúsztató feszültségek képlékeny alakítás révén biztosítják az érintkező fémrészek rácsorientációinak megfelelő beállását, ill. a kohéziós kötés feltételeinek kialakulását. a) b) 4.38 ábra Robbantásos hegesztés eljárásváltozatai - 153 - c) Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 45-ös számjelű diffúziós hegesztés (4.39 ábra) során a vákuumban (esetleg védőgáz atmoszférában) az összekötendő anyagokat (különleges fémek, fémkombinációk, fémkerámia párok) – összenyomott állapotban – felhevítik olvadásponthoz közeli hőmérsékletre. A nagy hőmérséklet és nyomás egyidejű hatására a

pontszerűen érintkező felületi anyagrészeknél tartósfolyás (kúszás) lép fel, amelynek hatására a munkadarabok mind nagyobb felületen érintkeznek egymással. Amikor a felületi atomok – melyek a képlékeny alakváltozás és a hőmérséklet hatására gerjesztett állapotban vannak – a rácsparaméternek megfelelő távolságra kerülnek, a kölcsönös elektroncsere, majd végmenő diffúzió (atomcsere) révén hegesztett kötést eredményeznek. 4.39 ábra Diffúziós hegesztés Oldóhegesztéskor (4.40 ábra) a hozaganyagként szolgáló betétgyűrűt – ami kb 9293 % vasporból, Mn-ötvözet oldóanyagból és folyasztószerból álló porkohászati termék – a két összekötendő cső homlokfelülete közé helyezik. Állandó nyomás mellett, nyitható gyűrűégővel melegítve a hegesztés helyét, a kölcsönös oldódás hatására alakul ki a hegesztett kötés, a következő folyamatok révén: − T0 hőmérsékleten az oldóanyag (o.a) megolvad

és elkezd vasat (alapanyagot) oldani, majd a K1 koncentrációnál a hegesztett kötésbe dermed; − Th hőmérsékleten az alapanyag (a.a) oldja az oldóanyagot, majd az ötvözet kezd megolvadni, így a teljes megolvadás előtt kell befejezni a hegesztést. 4.40 ábra Oldóhegesztés - 154 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 47-es számjelű sajtoló gázhegesztések közül a zárt résű sajtoló gázhegesztés (4.41/a ábra) során a rés nélkül illesztett, üreges munkadarabok érintkezési felületeit nyitható gyűrűégőben acetilén és oxigén gázkeverékből képezett lánggal felhevítik, majd anyagi minőségtől függő nyomással összezömítik. Nyitott résű sajtoló gázhegesztéskor (441/b ábra) a tömör munkadarabok közötti résbe helyezett kétoldalas sík égőfejjel az összekötendő felületeket melegalakítási hőmérsékletre felhevítik. Ezután az égőfejet eltávolítják és megfelelő

nyomással a darabokat összesajtolják. a) b) 4.41 ábra Sajtoló gázhegesztés eljárásváltozatai A 48-as számjelű hidegsajtoló hegesztések közül a hidegsajtoló ponthegesztés (4.42/a ábra) során az átlapoltan illesztett lemezszerű munkadarabokat nagymértékű - anyagminőségtől függően ε = 3590 % - koncentrált képlékeny hidegalakítással összesajtolják, miközben jelentős felkeményedés jön létre, aminek szilárdságnövelő hatása bizonyos esetekben kedvező lehet. Hidegsajtoló vonalhegesztéskor (442/b ábra) két tárcsakiképzésű, nagy helyi alakváltozást biztosító forgó hegesztőszerszám között, a hidegsajtoló ponthegesztés körülményeinek megfelelően, folyamatos vonalvarrat képződik. Hidegsajtoló tompahegesztésnél (4.42/c ábra) tömör, rúdszerű anyagokat homlokfelületük mentén összenyomva és ott az anyagminőségtől, mérettől, ill. felületállapottól függő mértékű (ε = 150350 %) alakváltozást

létrehozva alakul ki kohéziós kötés. A hidegsajtoló hegesztéssel azok az azonos vagy eltérő fémes anyagok hegeszthetők össze, amelyek a szükséges alakítást károsodás nélkül elviselik, miközben a felületi szennyezőrétegük felszakad. Jellemzően nem teherviselő kötések, hanem jó áram- és hővezető kontaktusok létrehozására alkalmazzák. a) b) 4.42 ábra Hidegsajtoló hegesztés eljárásváltozatai - 155 - c) Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A sajtoló ív-csaphegesztések közül a 784-es számjelű rövidciklusú ívhúzásos csaphegesztéseknél (4.43/a ábra) a felhegesztendő csapot - arra alkalmas készülékben rögzítve - hozzá kell nyomni a munkadarabhoz, majd ezt követően áramot átvezetve vagy kondenzátortelepet kisütve (785-ösnél) rajtuk, az érintkező felületek mentén intenzív hőfejlődés indul meg. Bizonyos idejű rövidzárlat után a csapot eltávolítva a munkadarabtól,

elektromos ív jön létre, aminek hatására a csap homlokfelülete és az alatta lévő munkadarabfelület megolvad. Ezután a csapot a munkadarabhoz nyomják, miközben kikapcsolják az áramot. A zömítés során a megolvadt anyagrész teljesen kinyomódik és a szilárd halmazállapotú felhevített anyagok lokális képlékeny alakváltozása révén alakul ki a hegesztett kötés. a) b) 4.43 ábra Sajtoló ív-csaphegesztések eljárásváltozatai c) A 786-os számjelű kondenzátor-kisüléses gyújtócsúcsos csaphegesztés (4.43/b ábra) során az összehegesztendő anyagokat (csapot ill. alaplemezt) feszültség alá helyezik, majd a csapot meghatározott sebességgel közelítik az alaplemez felé. A felütközés pillanatában megkezdődik a kondenzátortelepből álló áramforrás kisülése. A fejlődő hő a csap csúcsát megolvasztja, ill. elgőzölögteti A csap csúcsának leolvadási sebessége nagyobb, mint a közelítési sebessége, ezért ív képződik.

A leolvadási sebesség a leolvadó keresztmetszet növekedése miatt egyre csökken. Azt követően, hogy a két sebesség azonossá válik, az ív egyre rövidebb lesz, majd bekövetkezik a zömítés, miközben kikapcsolják az áramot. A 783-es számjelű kerámia gyújtógyűrűs ívhúzásos csaphegesztéskor (4.43/c ábra) a csap végére egy gyújtógyűrűt helyeznek el, majd hozzányomják az alaptesthez és bekapcsolják az áramot. Az áramátfolyás - amely a gyújtógyűrűn megy végbe - hatására hő fejlődik és a felhevülő gyújtógyűrű emissziós és ionizációs hatására ív képződik. A hőhatás megolvasztja az összehegesztendő felületeket és az ív addig ég, amíg a gyűrű csaptámasztó pereme ellen tud állni a csap nyomóhatásának. Amikor a perem megroggyan, a csap az alaptesthez nyomódik - miközben kikapcsolják az áramot - és a végbemenő zömítés hatására létrejön a kötés. Az alkalmazott gyújtógyűrű szinterelt termék, mely

létrehozza és stabilizálja az ívet, a megolvasztott anyagrészeket védi a levegőtől, szabályozza a hegesztés idejét és alakítja a sorját. - 156 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.13 Ömlesztő hegesztés Nyomóerő alkalmazása nélküli ömlesztő hegesztés során a hőközlés hatására, vagyis a hőmérsékletnek a likvidusz hőmérséklet (olvadáspont) fölé történő növelésével lokálisan - az összehegesztendő anyagok egy adott határzónájára kiterjedően - homogén halmazállapotú olvadék (varratömledék) jön létre. A hőközlés megszüntetése után - hőelvezetés, hőátadás és hőkisugárzás hatására - az ömledék megdermed és hegesztési varratot képez. A jól összehegesztett anyagok - az ömledékből képződött varratban - kristályrácsszerkezetüknek megfelelően összekapcsolódnak. Az ömlesztő hegesztéssel kialakított kötés (varrat) szerkezete rendszerint heterogén,

lényegében az öntött anyagok szerkezetének felel meg azzal a különbséggel, hogy a "kistérfogatú" ömledék igen nagy sebességgel dermed meg ill. hűl le a szomszédos "nagytérfogatú" szilárd és hideg(ebb) anyagrészek hűtőhatása (hőelvezetése) következtében. Fémek varratának szélén oszlopos krisztallitok, közepén poligonális szemcsék képződnek, lehetőséget teremtve az oldott szennyezők kedvezőtlen dúsulására. Egyes eljárásoknál a hegesztés során képződő salaktakaró védi és szigeteli a lehűlő varratzónát, így az oszlopos kristályok kiterjedésének ill. a szennyezők dúsulásának kisebb a lehetősége. A varrat melletti ún hőhatás-övezetben az anyag hőkezelődik, pl felhevül olyan szilárd oldatos állapotba, amelyből gyorsan lehűlve nem egyensúlyi szerkezetűvé válik (4.44 ábra) Az acéloknál jelentkező edződés (martenzit-képződés) és az ezzel járó ridegedés ill. repedésveszély kisebb

karbontartalmú anyagok alkalmazásával (a C ≥ 0,25 % edzhetőségi feltétel nem teljesülésével), vagy előmelegítéssel (a vhűlés > vkrit edzhetőségi feltétel nem teljesülésével) csökkenthető. A varrattól bizonyos távolságig a rekrisztallizációs hőmérsékletnél nagyobb hőmérséklet alakul ki, ami az anyag előzetes hidegalakításának mértékétől függően megváltoztathatja (kedvezőtlen esetben eldurvíthatja) a szemcseméretet. 4.44 ábra Acélok ömlesztő hegesztéssel készített kötésének övezetei - 157 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az ömlesztő hegesztési eljárások technikai megvalósítása, elrendezése, azaz a mozgó hőforrás jellege és az ömledék környezetének védelme szerint megkülönböztethetők (4.45 ábra): 4.45 ábra Ömlesztő hegesztési eljárások elrendezése − fogyóelektródás, önvédő eljárások, leolvadó bevont vagy töltött (porbeles)

huzalelektródával, fedőporral együtt adagolt huzal- vagy szalagelektródával, külön gázvédelem nélkül, mivel a bevonat, portöltet vagy a fedőpor egyes alkotóiból fejlődik az önvédelmet biztosító védőgáz ill. salak; − fogyóelektródás, védőgázos eljárások, leolvadó tömör vagy töltött (porbeles) huzalelektródával, hozzávezetett semleges (inert) vagy aktív (oxidáló komponensű) gázvédelemmel; − nem fogyóelektródás, védőgázos eljárások, nem leolvadó, rendszerint volfrám anyagú elektródával, általában semleges gázvédelemmel, külön (kívülről történő) hozaganyagadagolással vagy anélkül; − gázégőfejes, lángvédelmű eljárások, éghető és égést tápláló gáz keverékét elégető égőfejjel ill. az abban képződő láng és égéstermékek védelmével; − sugárforrásos, védőatmoszférás eljárások, elektromágneses vagy részecske sugárforrással ill. védőgáz vagy vákuum alkotta

védőatmoszférával; − olvadéktartós, formavédelmű eljárások, olvadékot (ömledéket) létrehozó és adagoló tégellyel ill. szilárd varrathatároló forma általi védelemmel Az ömlesztő hegesztési eljárások (4.46 ábra) között - az alkalmazott energia eredete alapján - legnagyobb jelentőséggel az ívhegesztések bírnak. - 158 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.46 ábra Ömlesztő hegesztési eljárások jellemzői és felosztása Az 1-es számjelű ívhegesztések során a szükséges hőmennyiséget hegesztőív (4.47 ábra) szolgáltatja, ami szilárd vagy cseppfolyós halmazállapotú elektromosan vezető anyagok között, gázközegben létrejövő hosszantartó elektromos kisülés ill. részben ionizált plazmaállapot (vagyis az áramvezetés egy sajátos formája). A gázok ugyanis normál állapotban nem vezetik a elektromos áramot, ionizált állapotban azonban vezetővé válnak. A felhevített

gázoszlopban lévő atomok, ionok és elektronok keverékét tekintjük technikai plazmának. Az ív éghet elektróda bevonatából fejlődő gázok, fedőpor, semleges védőgáz (pl argon), aktív védőgáz (pl. CO2 vagy keverék gáz) védelme alatt 4.47 ábra Hegesztőív - 159 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az ív létrejöttét rövidzárlat előzheti meg. Az ívgyújtás (ív létrehozás) két, egymástól jól elkülöníthető szakaszra bontható: − az elsődleges ívgyújtás a hideg munkadarabokon végbemenő ívkeltési folyamat; − a másodlagos ívgyújtás a már izzó anyagon megvalósuló ív(újra)gyújtás. Pl. a bevontelektródás kézi ívhegesztésnél - az elsődleges ívgyújtáskor - az elektróda végét gyufagyújtásos vagy koppantásos módszerrel (4.48 ábra) a munkadarab felületéhez érintik, az ív talppontja felizzik, koncentrált hőfejlődés jön létre, s egy kis térfogatú olvadt

fémrészen keresztül záródik az áramkör. Az elektróda emelésével ez a fémrész megnyúlik, majd a hőmérséklet növekedésével (és más erőhatások révén) elszakad, s kialakul az ív. 4.48 ábra Ívgyújtás Az állandósult ív kialakulásakor az elektróda vége megolvad és az elektróda - mint áramvezető - körül kialakult gyűrű alakú mágneses tér sugárirányú erőhatása (Pincheffektus) a fémcseppet leválasztani igyekszik (4.49 ábra) Ezt elősegítik a bevonatból fejlődő gázok is, amelyeknek különösen pozícióhegesztéskor van jelentőségük. 4.49 ábra Cseppleválási folyamat ívhegesztéskor - 160 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az ív kialakulásakor az elektronok a negatív pólusból kilépnek és nagy sebességgel repülnek a pozitív pólus felé. Az elektronok mozgási energiája hővé alakul a pozitív pólusba való becsapódáskor. Az így kialakuló hőmérséklet megolvasztja

(és részben el is gőzölögteti) az ív által érintett anyagterületet. A pólusok között nagy sebességgel áramló negatív töltésű elektronok atomokkal ütköznek, melyek elektronhéjairól újabb elektronok csatlakoznak a pozitív pólus felé haladó elektronáramlathoz. Az elektronjaikat elvesztett atomok ionokká válnak és pozitív töltést mutatnak. Ezek az ionok töltésük miatt a negatív pólus felé gyorsulnak, majd becsapódásukkal szintén olvasztó ill. elgőzölögtető hőhatást eredményeznek. Egyenáram alkalmazásakor a folyamatosan égő ív révén állandóan új töltéshordozók (elektronok, ionok) képződnek, amelyek az ívet stabilizálják. Ha az elektróda a negatív pólusra van kapcsolva, akkor egyenes, ha a pozitívra van kapcsolva, akkor fordított polaritásról van szó (4.50 ábra) A negatív pólus katódfoltja melegebb helyről hidegebb helyre nehezen vihető át, ezért fordított polaritás esetén az ív katódfoltja

„leragad” az elektróda elmozdításakor, megnehezítve a hegesztőív vezetését. 4.50 ábra Egyenes és fordított polaritás A hegesztéskor kialakuló ívre mágneses erők is hatnak, amelyek az ívet elhajlítják, elfújják. Mágneses tér hat akkor is, ha mágnesezhető fémet (pl. acélt) hegesztünk és az ív előtt illesztési hézag van. Hasonló a helyzet az elektródán és a munkadarabon, valamint a testkábelen keresztülfolyó áram hatására kialakuló mágneses mezőnél is. A munkadarabon, ill. az elektródán átfolyó áram iránya egymással derékszöget zár be, és a két mező kölcsönhatása kitérítő erőt eredményez. A mágneses fúvóhatás csökkenthető váltakozó áram alkalmazásával, a mágneses tér erősségének csökkentésével, az ív merevségének növelésével az által, hogy növeljük az íváramot és ezzel együtt csökkentjük az ívhosszat, valamint kisebb átmérőjű elektródát használunk. Csökkenthető a

fúvóhatás az elektróda megfelelő irányú döntésével vagy a testkábel kétoldali (szimmetrikus) bekötésével is. A 11-es számjelű fogyóelektródás, gázvédelem nélküli ívhegesztések közül a 111-es számjelű bevontelektródás kézi ívhegesztésnél (4.51 ábra) az áramforrásra (dinamó, transzformátor vagy egyenirányító) kapcsolt munkadarabok és a keramikus bevonatú huzalelektróda között elektromos ívet húznak. A 40005000 °C hőmérsékletű ív megolvasztja az összehegesztendő anyagok széleit és az elektródavéget, aminek közös ömledékfürdőjéből dermed meg a varrat. A folyamatos hegesztéshez a leolvadó elektródának előtoló-, varratvonal-menti és esetenként lengető mozgást kell biztosítani. A bázikus, rutilos, cellulóz vagy savas típusú bevonat feladatai: ívgyújtás elősegítése, ívstabilizálás, védőgázfejlesztéssel ömledékvédelem, varratötvözés, salakképzéssel a lehűlés lassítása és az oxidáció

elleni védelem, anyagportartalommal a leolvadási teljesítmény-növelése, továbbá hegesztéstechnikai tulajdonságok javítása (pozícióhegesztés lehetővé tétele). A hegesztés végezhető egyen- vagy váltóárammal. - 161 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.51 ábra Bevontelektródás kézi ívhegesztés A 112-es számjelű bevontelektródás gravitációs ívhegesztés (4.52 ábra) során a munkadarabra feltámasztott bevonatos elektróda önmagától olvad le. Pontosabban a gravitációs erőhatás és egy mechanizmus biztosítja az elektróda előtoló és varratvonal menti mozgását. Az eljárás vízszintes helyzetű, egyenes varratok készítésére alkalmas Egy betanított munkás kb. öt készülék kiszolgálását (elektródacserét ill munkadarab-beállítást) tudja ellátni, amelyek közül négy állandóan hegeszthet, az ötödikben beállítás folyik. 4.52 ábra Bevontelektródás gravitációs ívhegesztés

- 162 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 114-es számjelű porbeles huzalelektródás önvédő ívhegesztés (4.53 ábra) során a tekercselt elektróda-huzal portöltete látja el az ömledék- és varratvédelem feladatát, azaz nincs szükség bevonat vagy fedőpor-adagolás. Az alkalmazott porbeles elektróda fémszalagból kialakított csőszerű termék, "bevonat- vagy fedőpor-funkciójú" portöltettel. 4.53 ábra Porbeles huzalelektródás önvédő ívhegesztés A 12-es számjelű fedettívű hegesztésnél (4.54 ábra) a tekercselt huzalelektródát folyamatosan tolja elő a hegesztés helyére a huzaladagoló egység, miközben egy tartályból az előzőekben említett elektróda-bevonat funkcióit ellátó fedőpor kerül az ív köré. Rendszerint az egész hegesztőegységet önjáró kocsira, ún. traktorra szerelik, így a varratirányú mozgás is gépesített. Mivel az áramhozzávezetés az ívhez közel

valósul meg, ezért - szemben a bevontelektródás ívhegesztéssel - nagyobb áramerősségek és leolvadási teljesítmények érhetők el. Elsősorban hosszú egyenes, vízszintes vagy vízszintes helyzetbe forgatható varratszakaszok hegesztésére alkalmas eljárás. Megkülönböztetik a 121-es számjelű huzalelektródás, a 122-es számjelű szalagelektródás, a 123-as számjelű több huzalelektródás, a 124-es számjelű fémporadagolásos és a 125-ös számjelű porbeles huzalelektródás eljárásváltozatokat. 4.54 ábra Fedettívű hegesztés - 163 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 13-as számjelű fogyóelektródás, védőgázos ívhegesztések közül a 131-es és a 137-es számjelű fogyóelektródás, semleges védőgázos ívhegesztésre (MIG- /Metall Inert Gas/ hegesztések) jellemző, hogy a tárolódobra feltekercselt elektródahuzalt (131-esnél tömör, 137-esnél porbeles) - a leolvadással megegyező

sebességgel - előtoló berendezés (huzaladagoló) juttatja el a hegesztés helyére. A huzal és az alapanyag között égő elektromos ívben nagy áramsűrűségek is elérhetők, mivel az áramhozzávezetés közel az ívhez történik. A megolvasztott anyagrész levegőtől való védelmét a huzalelektróda körül koncentrikusan elhelyezkedő fúvókán kiáramló semleges (argon, hélium) gázburok biztosítja (4.55 ábra) Ez a semleges (inert) gázvédelem kedvezőbb anyagátviteli (cseppleolvadási) és varrattisztasági feltételeket teremt. A magasabb védőgáz-költségek miatt elsősorban könnyű- és színesfémek, ill. erősen ötvözött acélok hegesztéséhez célszerű alkalmazni 4.55 ábra Fogyóelektródás, semleges védőgázas ívhegesztés A 135-ös és a 136-os számjelű fogyóelektródás, aktív védőgázos ívhegesztések (MAG/Metall Active Gas/ hegesztések) közül a CO2-védőgázas ívhegesztés elve a MIGhegesztésével megegyező, de itt a

védelmet aktív széndioxid-gázburok biztosítja, ami hő hatására kémiailag „aktív” (reakcióképes) CO-ra és O2-re bomlik az ívben a 4.56 ábra szerint A leolvadó elektródahuzal (135-ösnél tömör, 136-osnél porbeles) megolvadt cseppek alakjában jut a varratömledékbe (hegfürdőbe). Keverék védőgázos hegesztésnél a hegesztési folyamat lényegileg azonos a CO2-védőgázas hegesztésével, de a széndioxidhoz kevert argon (pl. 82 % Ar + 18 % CO2) hatására javul(nak) az ívstabilitás, az anyagátvitel, a varratalak ill felület, a varratanyag mechanikai tulajdonságai, és csökken a fröcskölés Héliumot is adagolva a gázkeverékhez (pl. 65 % Ar + 8 % CO2 + 0,5 % O2 + 26,5 % He), mélyebb beolvadás és nagyobb leolvadási teljesítmény érhető el (T.IME-Process ≡ Transferred Ionized Molten Energy Process). 4.56 ábra Fogyóelektródás, aktív védőgázas ívhegesztés - 164 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási

eljárásai A kettősgázfúvókás fogyólektródás ívhegesztésnél (4.57 ábra) a külső fúvókán keresztül szén-dioxidot, a belső fúvókán át argont vezetnek az ív köré, kb. 4:1 arányban Az argon gázburok csak a leolvadó huzalvég környezetében létesít kedvező semleges-védőgáz atmoszférát, elősegítve a finomcseppes anyagátvitelt. A keverék védőgázas ívhegesztéshez képest fordított a drága Ar és az olcsó CO2 felhasználásának aránya (kb. 20 % Ar + 80 % CO2), ami javítja az eljárás gazdaságossági mutatóit. Védőgázkeverő-berendezés helyett speciális (de kissé nehéz, vaskos) hegesztőfejet igényel ez az eljárás. 4.57 ábra Kettősgázfúvókás fogyóelektródás ívhegesztés Védőgázos keskenyrés-hegesztés (4.58 ábra) során az összehegesztendő anyagokat merőleges leélezéssel (tompán) illesztik, így egymástól mért távolságuk vastagságukhoz képest kicsi. Az illesztési rés keresztmetszetének ilyen

módon való csökkentésével a varrathoz szükséges huzal-hozaganyag mennyisége is jelentősen mérséklődik. Az ömledék védelmét CO2- vagy keverék védőgáz biztosítja. Az eljárás egyoldali hegesztést tesz lehetővé vastag lemezek esetében. 4.58 ábra Védőgázas keskenyrés-hegesztés - 165 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 14-es számjelű nem fogyóelektródás, védőgázos ívhegesztésekhez tartozó 141-es számjelű volfrámelektródás, semleges védőgázas ívhegesztésnél vagy TIG- (Tungsten Inert Gas-) hegesztés (4.59 ábra) egy nem fogyó volfrámelektróda és a hegesztendő anyagok között ég az ív, miközben az ömledéket semleges védőgázburok védi. Az ív gyújtására egy nagyfrekvenciás, nagyfeszültségű tápegység szolgál, amely szikrakisülés révén ionizálja az ívközt és ezzel lehetővé teszi az ív begyújtását az elektróda és a munkadarab összeérintése (ill. ebből

adódható szennyezés) nélkül Megfelelő vezérlő-elektronikával – szabályozottan kicsi kezdő áramerősséggel – a kontakt ívgyújtás is lehetséges. A szükséges hozaganyagot kézzel vagy huzaladagoló egység segítségévél lehet az ívbe vezetni. Az eljárás drága és különleges anyagok hegesztéséhez használatos, különösen az ún. gyökvarratok (varratfelépítés-kezdővarratok) elkészítéséhez. Váltakozóáramú változata lehetővé teszi - a stabil felületi oxidréteg megbontása révén - alumínium hegesztését (4.57 ábra) is 4.59 ábra Volfrámelektródás, semleges védőgázos ívhegesztés 4.60 ábra Acél és alumínium TIG-hegesztése - 166 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az ugyancsak nem fogyóelektródás, védőgázos ívhegesztések csoportjába sorolható 15-ös számjelű plazmahegesztés során elektromos ív segítségével előállított nagyhőmérsékletű technikai plazmát

alkalmaznak hőforrásként. Hegesztés közben semleges védőgázburok védi a varratképződés helyét a környezeti hatásoktól. − Plazmasugár-hegesztésnél (4.61/a ábra) az ív a volfrámelektróda és a rendszerint vízhűtésű rézfúvóka belső fala között ég (nem átvitt ívű hegesztés), lehetővé téve elektromosan nem vezető anyagok hegesztését is. − Plazmaívhegesztésnél (4.61/b ábra) a plazmafúvóka által leszűkített ív a volfrámelektróda és a munkadarab között ég (átvitt ívű hegesztés). Az elektromosan vezető anyagok hegesztésére alkalmas plazmaív megfelelő energia-koncentrálását fókuszoló gáz hozzávezetésével lehet elősegíteni. A mikroplazmahegesztés kis áramerősségek mellett is stabil plazmaívhegesztés, mely vékony fóliák, huzalok, hálók hegesztésére alkalmas. − A kombinált plazmahegesztés (4.61/c ábra) a plazmasugár- és a plazmaív hegesztés kombinációja, melynél a belső (nem átvitt) és a

külső (átvitt) ív egyaránt részt vesz a hegfürdő, ill. a varrat kialakításában a) b) c) 1 volfrámelektróda; 2 áramhozzávezető kontaktus; 3 védőgáz; 4 védőgázfúvóka; 5 plazmagáz; 6 plazmafúvóka; 7 hozaganyag (huzal, por); 8 varrat (kötő, feltöltő); 9 ívgyújtó berendezés; 10 áramforrás; 11 munkadarab; 12 átvitt ív; 13 plazmasugár; 14 nem átvitt ív 4.61 ábra Plazmahegesztés A 151-es számjelű plazma-MIG-hegesztéskor (4.62 ábra) a külön szabályozható plazma által stabilizált MIG-ív nagyobb huzalkinyúlással (megnövelt áramjárta huzalhosszal), nagy leolvadási teljesítményt eredményez és a hegesztési sebesség is megnövelhető, vagyis nő a termelékenység. A 152-es számjelű poradagolásos plazmaívhegesztés pedig elsősorban felrakó hegesztésként ismert. 4.62 ábra Plazma-MIG-hegesztés - 167 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A 3-as számjelű gázhegesztéskor ill. a

31-es számjelű oxigén-éghetőgáz hegesztéskor vagy lánghegesztéskor (4.63 ábra) nagy lánghőmérsékletet biztosító éghető gáz - 311-esnél acetilén, 312-esnél propán, 313-asnál hidrogén - oxigénben történő elégetésekor keletkező reakcióhővel olvasztják meg a hegesztendő éleket és a "mártogatva" adagolt hozaganyag huzal végét. A megolvadt anyagrészek közös ömledékfürdőjének megdermedése eredményezi a hegesztett kötést. Magas olvadáspontú oxidréteggel fedett anyagok (pl Al) hegesztésekor folyósítószer (pl. bórax) adagolása is szükséges az oxidréteg termokémiai bontásának biztosításához. Vékonyabb anyagokat balrahegesztéssel, vastagabbakat jobbrahegesztéssel lehet jó minőségben (megfelelő átolvadással) összekötni (4.64 ábra) A hegesztendő anyag minőségétől függően kell a megfelelő lángképet (oxidáló vagy oxigén-többletes sárgarezekhez, semleges acélokhoz, redukáló vagy

acetilén-többletes öntöttvasakhoz) beállítani. 4.63 ábra Gázhegesztés vagy lánghegesztés 4.64 ábra Balra és jobbra hegesztés - 168 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az 51-es számjelű elektronsugaras hegesztés során elektromosan fűtött volfrámkatódból kilépő elektronokat vákuumban gyorsítanak fel - magas (104.105 nagyságrendű) feszültséggel létesített elektromos erőtér segítségével - rendkívül nagy sebességre (kb. 1/2 fénysebesség érhető el). Ezt az elektronsugarat mágneses vagy elektrosztatikus lencsékkel a hegesztés helyére irányítják, ill. fókuszolják Az elektronsugár nagy kinetikus energiája a munkadarabba ütközve hővé alakul, igen gyors megolvadást eredményezve. Keskeny és mély, utólagos megmunkálást nem igénylő tompavarratok hozhatók létre hozaganyag alkalmazása nélkül. Az elektronsugaras hegesztőberendezések sugárzás-előállító elektronágyúból,

vákuumelőállító szivattyúrendszerből és hegesztést biztosító munkakamrából állnak. A munkadarabok környezetében - hegesztés közben - fennálló nyomás alapján 511-es számjelű nagyvákuumos, ill. középvákuumos és 512-es számjelű nemvákuumos elektronsugaras hegesztés (4.65 ábra) különböztethető meg Minél nagyobb a vákuum, annál kisebb foltra fókuszálható az elektronsugár, és annál vastagabb anyagok hegeszthetők át, ill. annál szennyezésmentesebb (tisztább) lesz a varrat. 4.65 ábra Elektronsugaras hegesztés Az 52-es számjelű lézersugaras hegesztéskor a rezonátorból kilépő - az indukált emisszióra "kényszerített" anyag minőségétől függő hullámhosszúságú (pl. CO2-gázlézernél 10,6 µm, Nd:YAG-szilárdtest lézernél 1,06 µm) - monokromatikus, koherens lézersugarat optikai elemek segítségével a hegesztés helyére fókuszolják. A kis átmérőjű fókuszfoltban igen nagy energiasűrűség érhető el,

s abszorpció révén az elektromágneses sugárzás hővé alakul a hegesztendő anyagokban. A kialakuló hőmérséklet keskeny sávban megolvasztja a rés nélkül illesztett munkadarabok határát és az elhaladó sugárzás mögött megdermedt szilárd hegesztett varrat képződik (4.66 ábra) A hegesztendő anyagok fajtájától, a varratminőségi követelményektől függően atmoszférikus, részleges vákuumú, vagy nagyvákuumú lézersugaras hegesztés alkalmazható. A szilárdtest-lézersugaras hegesztéseket 521-es, a gázlézersugaras hegesztéseket 522-es számmal jelölik. - 169 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.66 ábra Lézersugaras hegesztés A 71-es számjelű termithegesztés vagy aluminotermikus hegesztés során termitporból (Fe2O3 + 2Al) termitreakcióval létrehozott reakciótermékek (2Fe + Al2O3) hőtartalmát hasznosítják az összekötendő anyagrészek megömlesztéséhez. A létrejött olvadékot a

hézaggal illesztett és előmelegített formával közrefogott munkadarab végek közé öntik (4.67 ábra) A szintén előmelegített munkadarab homlokfelületek megolvadnak és a hegesztőanyaggal együtt dermedve kohéziós kötést hoznak létre (pl. sínek helyszíni hegesztésénél) Dermedés és lehűlés után a formát lebontják. 4.67 ábra Termithegesztés A 72-es számjelű villamos salakhegesztéskor vagy elektro-salakhegesztéskor a varratömledék védelmét biztosító, fedőporból ívvel képzett folyékony salak - az ívköznél jobb elektromos vezetőképessége révén - az ív kialvása után zárja az áramkört és benne Joule-hő fejlődik. A kb 2300 °C-ra felhevülő salak a folyamatosan előtolt elektródát, valamint keskeny sávban a beállított munkadarabokat megolvasztja, miáltal dermedés után hegesztett kötés jön létre. Az eljárás nagy vastagságú darabok függőleges irányú egyenes varratainak hegesztésére alkalmas. A viszonylag

nagyméretű varratömledék megtartását, ill dermesztését a varratképződéssel szinkronban mozgó vízhűtéses rézgyám biztosítja. Az alkalmazott elektróda kialakítása alapján megkülönböztethető: − merevelektródás villamos salakhegesztés, melynél a teljes varrat elkészítéséhez elegendő keresztmetszetű ill. hosszúságú egyenes, nem tekercselhető elektródát alkalmaznak (4.68/a ábra); − huzalelektródás villamos salakhegesztés, ahol folyamatosan, hosszkorlátozás nélkül előtolható, tekercselhető elektródahuzalt alkalmaznak (4.68/b ábra); − leolvadó huzalvezetős villamos salakhegesztés, amely kombinálja az előző két eljárásváltozatot (4.68/c ábra); − bevont leolvadó huzalvezetős villamos salakhegesztés, ahol a huzalvezető leolvadó bevonata biztosítja a salakot, nem kell külön adagolni (4.68/d ábra) - 170 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai a) b) c) 4.68 ábra Villamos

salakhegesztés eljárásváltozatai d) A 73-as számjelű elektro-gázhegesztéskor (4.69 ábra) a függőleges helyzetű, egyszerű leélezéssel illesztett munkadarabok közötti rést kétoldalról vízhűtéses rézgyámokkal határolják és ide vezetik be a fogyó huzalelektródát. Kezdésnél az ívet vagy a résbe beillesztett betétlemezen, vagy egy kezdőlemezen gyújtják meg, majd a későbbiek során az ív a varratömledéken ég. A levegőnél nehezebb védőgázt (CO2, CO2+Ar) a rézgyám felső részén vezetik a hegesztési résbe. A varrat kialakítása során a rézgyámokat - a huzaladagoló egységgel együtt - a rés feltöltődésének megfelelő sebességgel függőlegesen felfelé mozgatni kell. Tulajdonképpen a fogyóelektródás, aktív védőgázos ívhegesztésnek a villamos salakhegesztéshez hasonló elrendezésű eljárásváltozatáról van szó. 4.69 ábra Elektro-gázhegesztés - 171 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek

gyártási eljárásai 4.2 Forrasztás A forrasztás a forrasztandó anyagok olvadáspontjánál kisebb olvadáspontú, olvadék állapotba hozott forraszanyag alkalmazásával történik. Mivel a forrasztandó anyagok érintkezési környezete nem kap nagymértékű alakítást és nem is olvad meg, így a kötést a forraszanyag megszilárdulása és a forrasztott anyagokkal alkotott adhéziós és/vagy diffúziós (nem kohéziós) kapcsolat valósítja meg. A forraszanyag olvadási hőmérséklete és az ennek megfelelő forrasztási hőmérséklet alapján megkülönböztethető: 450 ºC alatti lágyforrasztás, 450 és 900 ºC közötti keményforrasztás és 900 ºC feletti forrasztóhegesztés. A forrasztás előnyei: − a legtöbb fontos fém, valamint néhány üveg- és kerámiaféleség is összeköthető; − jelentősen eltérő vastagságú részek kapcsolhatók egybe; − a forrasztási hőmérsékletek lényegesen kisebbek az ömlesztő hegesztésnél kialakulóknál,

ezért kisebb elhúzódások (hődeformációk) és hőfeszültségek jönnek létre. (Ha követelmény, hogy az alkatrészeknek sem megolvadni, sem egy adott hőmérsékletet túllépni nem szabad, akkor a forrasztás kerül előtérbe); − tömör, jó áram- és hővezető kötések hozhatók létre. A forrasztás hátrányai: − a kialakítható kötés szilárdsága viszonylag kicsi; − a forrasztási hézag kisebb megengedett tűrése pontosabb munkadarab előkészítést igényel; − folyasztószer és/vagy védőgáz (esetleg vákuum) alkalmazására szükség van; − a forraszanyag és az alapanyag eltérő elektromos potenciálja korróziós érzékenységet okoz(hat) a forrasztás helyén. 4.21 Fémek forraszthatósága A forraszthatóság - hasonlóan a hegeszthetőséghez - szintén csak az alapanyag forraszanyag - gyártmánykonstrukció - forrasztó eljárás - forrasztási munkarend összefüggés-rendszerében, a követelményeknek való megfelelés mértéke

szerint értékelhető. Nagyon fontos a forraszanyag kellő nedvesítő-képessége, ill az összekötendő felületeken való szétterülése, a megfelelő felületminőségű (kellő érdességű, oxid- és szennyezőmentes) alapanyagok illesztési résébe való behatoló-képessége (nedves-kapilláris tulajdonsága). A jó minőségű forrasztás végrehajtásának előfeltételei: − A forrasztandó munkadarabok között csak szűk forrasztási hézag lehet és különösen fontos a felületi oxidréteg és a felületen lévő zsír, olaj eltávolítása, mert ezek megakadályozzák a forraszanyag érintkezését az alapfémmel. − A felmelegítés elősegíti az oxidréteg kialakulását. Az oxidréteg feloldására és az újraképződés megakadályozására folyasztószereket kell alkalmazni, amit a forrasztási hőmérséklethez igazodva kell megválasztani. − A munkadaraboknak és a forraszanyagnak a forrasztási helyen megfelelő hőmérsékletűnek kell lenniük. Ez a

hőmérséklet a forrasztási hőmérséklet alsó határa, amelynél a forraszanyag képes behatolni a forrasztási hézagba, valamint bediffundálni az alapfémbe. - 172 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A lágyforrasztás olyan helyeken (pl. finommechanika, elektronika) alkalmazható, ahol a kötésnek nem kell nagy szilárdságúnak lennie, de a megfelelő tömörség és a jó áram- és hővezetőképesség feltétel. A keményforrasztás viszonylag nagy szilárdságot ad és a kötés nagyobb üzemi hőmérsékleten is alkalmazható. A forraszanyag kiválasztásánál tisztázni kell: − mekkora kötésszilárdságra van szükség, − mekkora forrasztási hőmérsékletet alkalmazható, − mekkora az összekötendő felület, − milyen a lehetséges forraszanyag összekötendő anyaggal való kompatibilitása, − milyen forrasztási eljárás ill. hevítési módszer alkalmazható, − milyen a kötés várható igénybevétele,

− van-e külön esztétikai követelmény a kötéssel ill. a munkadarabbal szemben Ha a forrasztandó- és a forraszanyag olvadáspont-különbsége elég nagy, akkor a forrasztott kötés termikusan jól bontható (pl. elektronikai áramkörök meghibásodott alkatrészeinek cseréjénél). Ekkor ún szerelő forrasztásról beszélünk Forrasztáskor tehát a mindvégig szilárd állapotú szerkezeti anyagokat egy náluk kisebb olvadáspontú forraszanyag alkalmazásával kötik össze (4.70/a ábra) Megfelelő hőmérsékletre történő felmelegítés hatására a megolvasztott forraszanyag szétterül a felületeken, vagyis nedvesíti azokat ill. a kapilláris hatás érvényesülése révén behatol az összekötendő felületek közötti illesztési hézagba (4.70/b ábra) A forrasztási hézagnak kellően keskenynek (kb. 0,050,2 mm) szükséges lennie, hogy ez a nedvesítő-kapilláris hatás minél jobban érvényesülni tudjon, azaz a forraszanyag minél beljebb tudjon

"kúszni" a rés határfelületein, ugyanis a résméret növelésével csökken a kapilláris hatás és így a forraszanyag réskitöltő (penetráló)-képessége is. A felületeket nedvesítő forraszanyag és az alapanyag között - az oldhatóság függvényében kölcsönös diffúzió (atomátrendeződés, atomcsere) történik, továbbá a felületi egyenetlenségeken adhéziós tapadás alakul ki. A forraszanyag megdermedése révén tehát diffúziós-adhéziós kötés jön létre a két munkadarab között. A diffúziós réteg szilárdsága rendszerint nagyobb, mint a forraszanyag szilárdsága, így a kialakuló kötés annál nagyobb szilárdságú, minél vékonyabb, de folytonos forraszanyag-réteggel (forrasztási hézaggal) valósul meg a forrasztás. Forrasztáskor szem előtt kell tartani, hogy a forrasztott kötés szilárdsága jelentős mértékben függ az összeforrasztott felületek nagyságától. Ezért ahol nagyobb szilárdságra van szükség,

ott célszerű átlapoltan vagy hevederesen forrasztani. Nagyon fontos az összekötendő felületek oxid- és zsírmentessége, azaz az előzetes tisztítás (pl. csiszolással, kémiai pácolással), különben a nedvesítés ill a kötés nem lesz megfelelő A forrasztási hőmérsékletre történő felmelegítés elősegíti az oxidréteg kialakulását, ezért feloldására ill. az újraképződés megakadályozására folyasztószert (folyósítószert) kell alkalmazni. A folyasztószerek csak adott hőmérséklet-határok között hatásosak, vagyis célszerűen a forrasztás hőmérséklet-intervallumában képesek funkciójuk ellátására. A felületre folyadék, paszta, vagy por formájában hordhatók fel, a forrasztás hőmérsékletén olvadt állapotba kerülnek (olvadáspontjuk 40.50 °C-kal legyen kisebb a forraszénál) Lényeges, hogy az oxidokkal hígfolyós salakot képezzenek és kisebb sűrűségük révén az olvadt forraszanyag felületére kijussanak, majd

forrasztás után maradványaik kellő gondossággal eltávolíthatók legyenek (4.70/c ábra) A folyasztószerek vegyileg aktívak és vegyileg passzívak lehetnek. A vegyileg aktívak jól tisztítják a felületet, de maradékuk a - 173 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai forrasztás helyén korrodáló hatást válthat ki. A vegyileg passzívak jól védik az előzetesen letisztított részeket a levegő (újra)oxidáló hatásaitól. 4.70 ábra Forrasztás jellemzői - 174 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A forraszanyagok olvadási hőmérséklete ill. az ennek megfelelő forrasztási hőmérséklet, továbbá a kötés (4.70/d ábra) várható szilárdságának mértéke alapján megkülönböztetnek: − lágyforrasztást, 450 °C-nál kisebb hőmérsékletekkel és max. 50 MPa kötési szilárdsággal; − keményforrasztást, 450 °C-nál nagyobb (900 °C-nál kisebb) hőmérsékletekkel

és max. 300 MPa kötési szilárdsággal. Szokás még ún. nagyhőmérsékletű forrasztásról vagy forrasztóhegesztésről is beszélni, melyre 900 °C feletti forrasztási hőmérséklet és - a kötés jóságának elősegítése érdekében védőatmoszféra (védőgáz, vákuum) alkalmazása jellemző. 4.22 Lágyforrasztás Főleg olyan helyeken célszerű alkalmazni, ahol a forrasztási hely nincs kitéve nagyobb hőhatásnak ill. jelentős mechanikai igénybevételnek Lágyforrasztáshoz leggyakrabban ónólom ötvözeteket (471/a ábra) használnak A 63 % ón- és 37 % ólomtartalmú ötvözet eutektikus összetételű, ami olvadék állapotból közbenső pépes állapot nélkül dermed szilárd állapotba. Sn-Pb forrasztóanyagokkal (forrasztóónnal, régebbi nevén cinnel) összeköthetők vörösréz, cink- (horgany-), sárgaréz- és acélalkatrészek. A legkisebb olvadáspontú forraszötvözet ón-ólom-bizmut hármas eutektikumából készíthető, amely már 96

°C-on megolvad. Az alumíniumot ón-cink-alumínium-kadmium ötvözetekkel (pl 40 % Sn + 35 % Zn + 15 % Al + 10 % Cd) forrasztják, de a fémfelület tisztításával (a nagy olvadáspontú oxidréteg eltávolításával) kapcsolatos problémák miatt nehezebb a végrehajtás. A forraszanyagok felhasználási formája rúd, huzal (tömör vagy folyasztószerrel töltött), tömb, szalag, lemez, por, paszta lehet. Sorozatgyártáskor alkalmaznak célszerű alakban gyártott forraszanyag darabokat (forraszbetéteket) is, amelyek kialakítása, formája a forrasztási résnek megfelelő, azaz illeszkedik ahhoz. A huzal alakú forraszanyagok (471/b ábra) egy része gyantát, azaz passzív folyasztószert is tartalmaz, így azt külön nem kell adagolni. Lágyforrasztáshoz használható aktív folyasztószerek a horgany-klorid vagy "forrasztóvíz" és az 1:1 arányban vízzel higított sósav (HCl) ill. ezek keverékei A felületeknek tisztáknak kell lenniük, hogy szilárd

kötés jöjjön létre, a forraszanyag ne „fusson szét”. Átlapolt kötéseknél célszerű a felületeket előónozni Ha olyan tárgyat kell forrasztani, amelyen már vannak lágyforrasztással rögzített alkatrészek, a forrasztási helyet egy-egy nagyobb hőelvezető fémdarabbal le kell határolni, a túlmelegedés elkerülése érdekében. A forraszanyag és a forrasztandó felületek felhevítéséhez gyakran forrasztópákát alkalmaznak (4.71/c ábra) Az előmelegített pákával a forraszanyagot megolvasztják és a forrasztás helyére viszik. Itt addig tartják, amíg az alapanyag is felhevül a kívánt hőmérsékletre és a forrasz a hézagot kitölti. Mivel megfelelő szilárdságú kötés csak úgy érhető el, ha a forraszanyag vékony rétegben köti össze a felületeket (azaz a forrasztási hézag kicsi), ezért a forrasztás alatt a munkadarabokat valamilyen szerszámmal vagy a pákával össze kell szorítani. Ha a páka hőmérséklete megfelelő, akkor

elegendő azt hozzáérinteni a forraszhoz és az szinte azonnal megolvad. A túlságosan meleg páka egyszerre nagy mennyiségű forraszt olvaszt le, melynek egyenletes eloszlatása körülményessé válik, továbbá a forrasz oxidálódhat is. Túl kicsi hőmérsékletű páka a felületeket nem képes felhevíteni, a forraszanyag kihűl és így valódi kötés nem jön létre. A forraszanyagok alakja és forrasztás helyére juttatatása szerint - az előzőek értelmében - megkülönböztethető: - 175 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − forrasztás forraszbetéttel (4.71/d ábra): a forrasztási helyet az előre behelyezett alakos forraszanyag-betéttel (forrasztási rés vonalához igazított fólia, huzal, szalag) együtt melegítik fel a forrasztási hőmérsékletre; 4.71 ábra Lágyforrasztás - 176 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai − forrasztás adagolt forrasszal (4.71/e

ábra): a forraszanyagot csak a forrasztási hely felmelegítése után juttatják oda, ahol a hőforrás és/vagy a munkadarab hőjének hatására olvad meg; − mártóforrasztás forraszfürdőben: a jól illeszkedő forrasztandó alkatrészeket összeállítva (rögzítve) forraszanyag-olvadékba merítik és addig tartják ott, míg a forraszanyag a forrasztási hézagokat kitölti és "letömíti". 4.23 Keményforrasztás Elsősorban jelentős mechanikai igénybevételnek ill. hőhatásnak kitett munkadaraboknál célszerű alkalmazni. A forraszanyag helyes megválasztása biztosít(hat)ja a jó kötésminőséget, ezért az olvadáspontja közelítse meg a forrasztandó anyagokét, de azokénál mindenképpen kisebb legyen. A gyakorlatban a rézbázisú keményforraszok terjedtek el leginkább Legkisebb dermedési hőmérséklet-intervalluma a 42 % Cu + 58 % Zn tartalmú sárgaréznek van (4.72/a ábra). Jelentős mennyiségben alkalmaznak min 12 % Ag-tartalmú

ezüstforraszokat (472/b ábra), pl. Ag-Cu-Zn ötvözeteket is A sárgarézforraszok nagyobb hőmérsékleten olvadnak, mint az ezüstforraszok, viszont ez utóbbiak hígfolyósabbak, ezért a hézagokba jobban befolynak, simább felületet adnak, utánmunkálást rendszerint nem igényelnek. Az ezüstforraszok további előnyei: a pontosan tartható olvadáspont és forrasztási hőmérséklet, a viszonylag nagy szilárdság, a rövid forrasztási idő, a jó nedvesítő-képesség, a kiváló korrózióállóság és a forrasz jó alakíthatósága. 50 %-nál nagyobb ezüsttartalmú forraszokat nemesfémek forrasztásához használnak. Vékony lemezekhez anyagukénál lényegesen kisebb olvadáspontú forraszanyagot használva, nem kell tartani a munkadarab helyi megolvadásától. Az összekötendő felületeken tisztító csiszolást célszerű ill. gyakran szükséges is végezni Folyasztószerként többnyire bóraxot (Na2B4O7.10H2O) használnak, aminek maradékát a munka

befejezése után szappanos vagy szódás (Na2CO3.10H2O) vízzel le kell mosni, nehogy később a felületeket megtámadja. A bórax különösen azért jó, mert a nagy forrasztási hőmérséklet következtében jelentős mennyiségű oxidot tud elsalakosítani, így a forrasztási felületeket nem kell olyan "gondosan" megtisztítani, mint lágyforrasztás esetében. A keményforrasztáshoz és a forrasztóhegesztéshez gyakran alkalmazott forrasztópisztolyban a nagy hőmérsékletű láng előállítására propán-bután és oxigén vagy acetilén és oxigén gázkeveréket használnak (4.72/c ábra) Mivel a láng igen nagy hőmérsékletű, ezért a forraszanyagot az összekötendő tárgyak melegével olvasztják meg (4.72/d ábra), ugyanis a túlhevített forraszanyag eléghet, a kötés pedig rideggé és salakossá válhat. A pisztolyforrasztáson kívüli - főként sorozatgyártásban, de lágyforrasztáshoz is alkalmazható - forrasztási módszerek (4.72/e

ábra): − kemencés forrasztás: a forrasztandó alkatrészeket forraszbetéttel összeillesztve, összeszorított állapotban elektromos fűtésű kemencébe helyezik és forrasztási hőmérsékletre hevítik. A forrasztási hely (ill a munkadarabok) védelmére védőgázt, vagy vákuumot alkalmaz(hat)nak; − forraszfürdős forrasztás: a beállított forrasztandó alkatrészeket forraszanyag-olvadékba merítve melegítik, miközben az kitölti a forrasztási hézagokat; − hullámforrasztás: célszerűen áramoltatott forraszfürdővel végzik a beállított alkatrészek forraszanyaggal való nedvesítését; − tömbforrasztás: a forrasztandó darabokat - a beállított forraszbetéttel együtt - elektromos fűtésű fűtőtömbre (fűtőlapra) helyezve hevítik fel; − sófürdős forrasztás: forrasztási hőmérsékletre temperált sófürdőbe merítik a beállított alkatrészeket ill. forraszbetétet; - 177 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek

gyártási eljárásai − ellenállásforrasztás: a forrasztandó alkatrészeket (a forraszbetéttel együtt) elektródák segítségével, áramátvezetéskor fellépő elektromos ellenálláshő révén hevítik; − indukciós forrasztás: a forrasztandó alkatrészeket (a forraszbetéttel együtt) az induktortekercs által gerjesztett örvényáramok segítségével melegítik. 4.72 ábra Keményforrasztás - 178 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.3 Ragasztás A ragasztás két anyagdarab összekötése alkalmas ragasztóanyag segítségével. A ragasztott kötés tulajdonságait a ragasztandó anyagpár felületállapota, illesztésük módja és résmérete, a ragasztó nedvesítő-képessége, ill. felületi feszültsége, a megszilárdult ragasztó egyedi tulajdonságai (pl. szilárdság, hőállóság), a kötési reakciót elősegítő esetleges hőkezelés határozza meg. A ragasztók zöme szerves vegyület, melyek fizikai

úton (pl oldószervesztéssel), vagy kémiai reakció által (pl. polimerizációval) szilárdulnak meg A kötés adhéziósan, vagy esetenként a ragasztandó felület részbeni oldásával jön létre. A hidegragasztók szobahőmérsékleten is kikeményednek, de 100 °C-ig terjedhető hőmérséklet-intervallumban kötésük meggyorsítható. A melegragasztók kikeményítéséhez rendszerint 100 °C-nál nagyobb hőmérséklet szükséges. A ragasztás alkalmazási előnyei: − különböző anyagok között a potenciálkülönbségből adód(hat)ó kontaktkorróziót hatástalanítja; − a kötés kikeményítéséhez elvégzendő (hő)kezelés nem okoz kilágyulást; − a terhelés egyenletesen oszlik el a kötésben, nincsenek feszültséggyűjtő helyek; − ragasztás után a felület közvetlenül festhető, polírozható, a kifolyt ragasztófelesleg legtöbbször könnyen eltávolítható és így a kötés "varratdudor"-mentes, sima, aerodinamikailag kedvező

felületminőségű; − a ragasztóréteg sok vegyszernek ellenáll, nem korrodál, rezgéscsillapító, könnyű; − egyes ragasztófajták ill. fémgittek repedések, törések, felületi porózusság és egyéb tömítetlenségek javítására is alkalmasak; − különböző anyagkombinációk is egyesíthetők; − tetszőleges nagyságú felületek köthetők össze; − általában nem indokol költséges beruházást, nem igényel szakképzett munkaerőt. A ragasztás felmerülő hátrányai: − gondos felület-előkészítést igényel; − gyakran rögzítő-, szorító- és hőkezelő-berendezésre van szükség; − csak a kikeményedési idő (néhány perc.24 óra) eltelte után terhelhető a kötés, az átfutási idő így viszonylag nagy; − a kötés csak max. 70150 °C-ig tartja meg a szilárdságát; − a húzó- és a lefejtő igénybevétellel szemben kicsi a ragasztóréteg ellenállása; − egyes ragasztók ütésre érzékenyek, mások tartós statikus

terhelés esetén kúszásra hajlamosak, ezért ilyen esetekben a ragasztott kötések fokozott biztonsága érdekében valamilyen mechanikus kötési eljárással (pl. szegecseléssel, csavarozással, korcolással) való kombinálás indokolt lehet. 4.31 Fémek ragaszthatósága A ragaszthatóságot is a hegeszthetőséghez vagy a forraszthatósághoz hasonló összefüggésrendszerben kell kezelni, a kívánalmaknak megfelelő kötés létrehozására törekedve. Nem kiemelkedő szilárdságú, hanem megcélzott teherbírású kötésekre van szükség. Ugyanis egyre terjednek az ún szerelő, tehát bontható ragasztások is az oldhatatlanok mellett. Így követelményként felmerülhet a ragasztóanyag adott hőmérsékletű degradálódása, azaz a nagyszilárdságú kötések alapanyagok károsodása nélküli bonthatósága. - 179 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A ragasztóanyagok általában nemfémesek, a szilárd anyagok

felületét tapadással (adhézió) és saját szilárdságukkal (kohézió) kötik össze anélkül, hogy az összekötött anyagok szerkezeti felépítése vagy eredeti tulajdonságai lényegesen megváltoznának. A ragasztóanyag és a ragasztó fogalmak egymás szinonimáiként használhatók. Ha az anyagok, anyaghalmazok összekötése ragasztással három dimenzióban történik (pl. falapú kompozitok: farostlemez, forgácslap, OSB-lap), kötőanyagokról beszélünk. Tágabb értelemben ragasztók közé sorolhatók az elasztikus tömítőanyagok is, noha ezek elsősorban az egymáshoz illesztett rideg, esetleg törékeny (pl. fém-üveg) anyagok közötti hézagok kitöltésére szolgálnak, ugyanakkor ragadnak is az anyagokhoz és rugalmas kötést biztosítanak. Még tágabb értelemben a ragasztóanyagok fogalomkörébe vehetők a kittek és a tapaszok is. A megfelelő ragasztott kötés kialakításához a ragasztóval ellátott felületeknek az illesztésszilárdítás

valamely fázisában ragadósnak kell lenniük. A ragadósság a ragasztó- ill kötőanyag folyadék vagy olvadék állapotának jellemzője, mely adalékanyagokkal befolyásolható. A ragadósság lehet: − átmeneti, azaz a szilárdítás (kötés) során megszűnő, − tartós (pl. műanyag ragasztószalagok, védőfóliák esetében), − előhívható, azaz szilárd állapotban nem, de nedvesítés hatására érvényre jutó (pl. papíralapú ragasztószalagokon). A ragasztás tehát két vagy több szilárd anyagrész kikeményedő ragasztóanyaggal történő összekötése. A kialakuló kötés az összeerősítendő - azonos vagy eltérő minőségű anyagdarabokból és a ragasztórétegből áll (473/a ábra) A ragasztott kötés szilárdságát a ragasztóréteg és az összekötött anyagok szilárdsága, valamint a ragasztási felületeken ható adhéziós erők határozzák meg. A jó adhéziós tapadás és a ragasztóréteg megfelelő szilárdságának

előfeltétele a jól illeszkedő, tiszta és kellőképpen érdesített érintkező felület ill. a ragasztó megfelelő kikeményedése. A ragasztást alkatrészek összekötésén, rögzítésén kívül tömítésre és egyes mechanikus kötések lazulás elleni biztosítására is alkalmazzák. Az előkészítés során tervezni kell a ragasztott kötés várható igénybevételét. A húzó igénybevételt kerülni kell, mert a ragasztórétegnek kicsi a szakítószilárdsága és az adhéziós tapadás jellemzői miatt ilyen esetben minimális a terhelhetőség. Még kedvezőtlenebb a lefejtő igénybevétel, ahol a jelentős húzó- (tépő-)igénybevétel kisebb területre (sávra) koncentrálódik (4.73/b ábra) Törekedni kell tehát olyan kötéskialakításra, ahol a nyíró igénybevétel dominál (4.73/c ábra), de a nyomó- ill a csavaró igénybevétel is szóba jöhet Természetesen a kötés szilárdsága, igénybevehetősége a ragasztóanyag fajtájától,

rétegvastagságától és a ragasztási felületek nagyságától (átlapolási szélességétől) is függ. A ragasztott kötések szilárdsága az egyenletesen felhordott folytonos ragasztóréteg vastagságának csökkenésével növekszik. Porózus anyagok ragasztásakor figyelembe kell venni, hogy a ragasztó egy része beszívódik, ezért a felületeket újra be kell vonni ragasztóval, hogy a két darab között vékony, ám összefüggő ragasztóhártya alakuljon ki. Ha a beszívódás miatt a réteg már nagyon vékony, csak a felületi kiemelkedések tapadnak össze, a ragasztási felület csökken, a kötés nem lesz tökéletes. Ilyen esetekben különösen fontos a ragasztás alatt álló darabok erős és egyenletes összepréselése. Ragasztás előtt a ragasztandó felületeket mechanikus vagy kémiai módszerekkel alaposan meg kell tisztítani, szennyeződés- és zsírmentessé, majd szárazzá kell tenni. A tapadó felület növelése (adhézió javítása)

érdekében célszerű érdesítést (csiszolást, forgácsolást, maratást, pácolást, leoldást) alkalmazni. Az összekötendő részeknek pontosan illeszkedniük kell egymáshoz, az ideális ragasztóréteg-vastagság (25.100 µm) biztosítása céljából - 180 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.73 ábra Ragasztás jellemzői - 181 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Az egykomponensű ragasztók rendszerint nem igényelnek különösebb előkészületet, viszont a kétkomponensű ragasztók összetevőit csak közvetlenül a felhasználás előtt szabad összekeverni, a gyártó által megadott keverési arány pontos betartásával. A hidegen kezelhető ragasztók üvegrúddal, műanyag edényben keverhetők, a melegen kezelhetőkhöz szabályozható hőmérsékletű, elektromos fűtésű tégely szükséges. Az egyes alkotókat lassan kell összekeverni, mert a keverés gyorsításával

fokozódik a buborékképződés. Az esetlegesen előforduló buborékok ragasztáskor enyhe nyomással eltávolíthatók vagy felhasználás előtt a bekevert ragasztót buborék-felszállás érdekében "pihentetni" kell. A ragasztóanyagok felviteli módja a halmazállapotuktól és alkalmazási helyüktől függően többféle lehet (4.73/d ábra) Az összekevert ragasztót érdes felületek esetén mindkettő, sima felületek esetén csak az egyik oldalra kell felhordani. Legtöbb ragasztónál szükség van kiegészítő nyomás alkalmazására különösen az összeillesztés pillanatában - a kötés közbeni belső feszültségek káros hatásainak kompenzálására. Ragasztás közben ügyelni kell arra, hogy a ragasztóanyag kikeményedéséig egyik alkatrész se mozduljon el. 4.32 Hidegragasztás Megfelelő mértékű átlapolással (4.74/a ábra) és szorítónyomással (474/b ábra) kialakított kötésben a hidegragasztók szobahőmérsékleten is

kikeményednek, de 100 °C-ig terjed(het)ő hőmérséklet-intervallumban kötésük meggyorsítható (4.74/c ábra) A melegítés nem csupán a kötési időt rövidíti, hanem a létrejövő kötés szilárdsága és megbízhatósága is nagyobb a szobahőmérsékleten végbemenő keményedéshez képest. Az illesztés és a rögzítés után kezdődő kikeményedési idő 20 °C-os hőmérsékleten max. 24 óra A végleges szilárdságot többnyire még megnöveli az utókeményedés. A hidegragasztók rendszerint folyékony halmazállapotúak, amelyeket 0,05.0,2 mm egyenletes rétegvastagságban kell a felületre juttatni. A ragasztás nyírószilárdsága acélanyagok esetén 1119 MPa, ha az átlapolási arány (az átlapolt hossz és a lemezvastagság hányadosa) legalább 15. A hideg- és a melegragasztók kötési módjuk szerint lehetnek (4.74/d ábra) : − kémiai reakció nélkül (fizikai úton) kötő ragasztók: − oldó- vagy diszpergálószer elpárolgásával

kikeményedő folyékony ragasztók; − vízfelvétel hatására kikeményedő gittek; − megolvasztandó, majd újradermedő szilárd ragasztók; − kémiai reakcióval kötő ragasztók: − polimerizációs ragasztók: monomerek folyamatos "összeadódásával", katalizátor jelenlétében kötnek, számottevő térfogatcsökkenés nélkül; − polikondenzációs ragasztók: kötési reakciójukban melléktermék keletkezik, s mivel a ragasztó kötés közben jelentősen zsugorodik, az adhéziós erők nagyon lecsökken(het)nek, ezért különösen fontos a megfelelő szorító nyomás. A "pillanatragasztók"-ként közismert ciano-akrilát ragasztók kémiailag a ciano-akrilsav észterei, melyeknek monomerkeverékeit zárt, légmentes csomagolásban hozzák forgalomba. Ez a monomer-keverék a ragasztandó felületre jutva polimerizálódik, a legtöbb ragasztandó anyag sima, nem savas felületét jól nedvesíti. A polimerizációt gyenge bázisok és pl a

felületen abszorbeált víz iniciálja (indítja be), ami szobahőmérsékleten néhány másodperc alatt lejátszódik, de a végleges kötésszilárdság csak órák múlva alakul ki. A képződő polimer termoplasztikus, ezért a viszonylag vegyszerálló kötés maximális igénybevételi hőmérséklete 70 °C. Nagy légnedvesség esetén - a túlzott iniciátor-koncentráció miatt - a reakció sokk-szerű, ezért a ragasztó-rétegeben feszültségek keletkeznek. Ciáncsoport- - 182 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai tartalmuk ellenére nem mérgezőek, de nagyon balesetveszélyesek, mert az élő szervezetek hám- és kötőszöveteit is összeragasztják és különösen a szemet károsíthatják. 4.74 ábra Hidegragasztás - 183 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Jellemzően a hidegragasztó (kötő-)anyagok közé sorolhatók még: − a szervetlen kötőanyagok közül: gipsz

(építészet, szobrászat, fogászat, sebészet, stb.), mész (építészet), cement (építészet), káli- vagy nátron-vízüveg (festőipar, kályhaépítés, papíripar), kaolin (porcelánkészítés stb.); − a szerves kötőanyagok közül: kukorica-, búza-, dextrin-, burgonyakeményítő (papíripar); arabmézga (háztartás); CMC = karboxi-metil-cellulóz (festőipar, tapétázás); tragant (kalaposipar, gyógyszeripar, stb.); szulfitszennylúg (papíripar); csont-, bőr- halenyv (asztalosipar, könyvkötészet); zselatin (festékipar, nyomdászat, fényképészet, élelmiszeripar, stb.); albumin- és kazeinenyv (bútoripar); nyersgumi (gumiipar) 4.33 Melegragasztás A melegragasztók kikeményítéséhez 100 °C-nál nagyobb hőmérséklet szükséges, azaz kötésük szobahőmérsékleten nem következik be. Melegragasztók esetén nincs mindig szükség arra, hogy a felhordás után azonnal kössenek, vagy kikeményedjenek. Mivel a kémiai reakció meghatározott

időtartamú növelt hőmérsékletre hevítéskor zajlik le, lehetőség van arra, hogy a ragasztó felhordása után jóval későbbi időpontban illesszék az alkatrészeket és végezzék el a kikeményítést. Az ilyen ragasztók kikeményedési ideje 1/2 és 12 óra között változhat A kikeményítés hőmérsékletéről való gyors hűtést kerülni kell, különben a ragasztott kötésben jelentős - kötési szilárdságot rontó - mechanikai feszültségek keletkezhetnek. A melegragasztók egyrészt folyékony, másrészt szilárd állapotban, por, gyöngy, rúd alakban vagy fóliaként kerülnek forgalomba. A por alakú ragasztót sűrű szövésű szitán át szórják a ragasztandó felületre, kb. 0,601,40 grammot négyzet-deciméterenként A 130150 °C-ra történő felmelegítésekor a felületen a por megolvad. A gondosan egymásra illesztett felületeket összenyomva az összeragadás megkezdődik. Rúd alakú ragasztóanyag alkalmazása esetén az

összeragasztandó részeket kb. 130170 °C-ra kell felmelegíteni, hogy a rúd a meleg felületen való végighúzáskor megolvadjon és így vékony ragasztóanyag-bevonat keletkezzen. A ragasztás nyírószilárdsága (4.75/a ábra) 1622 MPa, acél alapanyagok és legalább 15 értékű átlapolási arány esetén. A meleg- és részben a hidegragasztók fizikai tulajdonságaik alapján lehetnek: − folyékony ragasztók, amelyek polimerizálandó vagy polikondenzálandó monomerek, oldószeres oldatok és diszperziók (finom eloszlású ragasztóanyag-víz szuszpenziók); − szilárd (rúd, film, por) ragasztók, amelyek szobahőmérsékleten amorf szerkezetű túlhűtött olvadékoknak tekinthetők és általában megolvasztva, majd újradermesztve létesítenek kötést az összeerősített anyagok között; − ragasztópaszták, amelyek sűrű (nagyviszkozitású), gittszerű anyagok, nagymennyiségű és speciális töltőanyag-tartalommal. Oldószeres ragasztók

használatakor nagyon fontos az ún. nyitott (előszárítási) idő gyárilag ajánlott tartamának betartása, amit pormentes körülmények között, az oldószer elillanásának lehetővé tétele végett, összeillesztés előtt kell biztosítani. A ragasztóréteg kikeményedése nagyobbrészt ezen időtartam alatt következik be, ami néhány perctől több óráig terjedhet. A száradási idő jelentős csökkentése a ragasztóréteg illesztés utáni zsugorodását növelheti, rontva a kötés szilárdságát. A diszperziós ragasztók felhordásuk után ill a bevont felületek összeillesztése előtt, a diszpergálószer elpárolgása (száradás) folytán keményednek. Az olvadék-ragasztók lehűlésük folyamán keményednek, ezért célszerű az összeillesztést követően még néhány percig az olvadási hőmérsékleten tartani azokat, hogy nedvesítő hatásuk fokozódjék. - 184 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.75

ábra Melegragasztás A szobahőmérsékleten kötő reaktív ragasztók térhálósodása a ragasztóanyag kémiai felépítésétől függően néhány perctől egy napig tarthat. A térhálósodásuk előrehaladását a - 185 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai viszkozitásuk és a keménységük növekedése jelzi. A melegen kötő reaktív ragasztók adott hőmérsékleten, meghatározott kezelési időtartammal és -nyomáson térhálósodnak. Erre a célra ellenállásfűtésű kemencék, nagyfrekvenciás indukciós hevítő-berendezések, infrasugaras lámpák stb. alkalmazhatók A 475/b ábra néhány ragasztási alkalmazást mutat 4.4 Mechanikus kötés A mechanikus kötési eljárások (4.76 ábra) kötőelemekkel, vagy azok alkalmazása nélkül valósítják meg az anyagdarabok összekapcsolását. A kötőelem nélküli mechanikus kötéseket szokás alakkal záró kötésnek is nevezni, míg a kötőelemes kötések elsősorban

erővel, ill. anyaggal záró kötések Egy kötés létesítése során az alkatrészek között oldható vagy oldhatatlan kapcsolat jön létre. Oldható kötés esetén az alkatrészek roncsolás, károsodás nélkül szétválaszthatók. Az oldhatatlan kapcsolat szétválasztásakor a kapcsolási zóna vagy a kötőelem roncsolódik, tönkremegy, miközben a szerelt alkatrészek is károsodhatnak, tehát ugyanazon anyagokkal ill. kötőelemekkel a kötés nem rekonstruálható A mechanikus kötés leggyakrabban erő- ill. nyomatékátvitelre szolgál A mechanikus kötés elnevezés utal arra, hogy mechanikai folyamatok (rugalmas vagy képlékeny alakváltozás) ill. mechanikai eszközök (kézi és gépi szerszámok) alakítják ki a kapcsolatot. 4.76 ábra Mechanikus kötések felosztása 4.41 Kötőelem nélküli mechanikus kötés A zsugorkötés egymásba helyezett alkatrészek (tengelycsap és agyfurat) fedése következtében jön létre. A fedés abból adódik, hogy a

szerelőkötés előtt a tengelycsap átmérője egy bizonyos értékkel (átfedéssel, túlfedéssel) nagyobb, mint az agyfuraté. Az - 186 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai érintkező felületek között fellépő igen nagy tapadási súrlódás révén nyomaték is átvihető. Zsugorkötés többféle módon (4.77 ábra) hozható létre: − szobahőmérsékleten, sajtolással: a csap vagy furat élperemét letompítják, az illesztendő felületeket kenőolajjal bevonják, az alkatrészek helyzetét pontosan beállítják, majd kis sebességgel a csapot a furatba préselik; − növelt hőmérsékleten, a furat hőtágításával: a furatot tartalmazó agyrészt felhevítik hőtágulás előidézése céljából, majd az így megnövelt átmérőjű furatba behelyezik a csapot és az agyrészt lehűtéssel rázsugorítják. − csökkentett hőmérsékleten, a csap hőzsugorításával: a csapot lehűtik hőzsugorodás előidézése

céljából, majd az így lecsökkentett átmérővel helyezik be a furatba és felmelegítéssel összefeszítik az alkatrészeket; − kombinált módszerrel, azaz a furat felmelegítésével és a csap lehűtésével, hevítési korlátozások vagy nagy átfedések esetén. Amennyiben a zsugorkötést előreláthatólag többször oldani kell, úgy a csapban már elkészítésekor olajcsatornákat alakítanak ki. Az oldást az illeszkedő felületek közé préselt olaj nyomásával végzik. A fokozódó olajnyomás hatására - a megfelelő határérték elérésekor - a kötés hirtelen oldódik. 4.77 ábra Zsugorkötések - 187 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Kúpos kötés során a kúpos csapot F erővel egy kúpos furatba nyomják. A kúp palástjának meredeksége révén - a F tengelyirányú nyomóerő hatására - az illeszkedő felületekre merőlegesen igen nagy FN erők hatnak. E normálerők következtében a csap és a

furat érintkezési felületén súrlódás lép fel, kialakítva a kötés feltételeit. Fontos a megfelelő kúposság, hogy az FN normálerő és az ebből adódó tapadás kellően nagy legyen. Pl 1:20 kúposság már kielégítő kötést (önzárást) biztosít, míg az 1:5 kúpviszony csak tengelyirányú feszítés alkalmazásával felel meg (4.78 ábra), de könnyebben szét- ill összeszerelhető 4.78 ábra Kúpos kötések Forgatónyomaték átvitelére alkalmas kötőelem nélküli kötési megoldást jelent a csap, ill. a furat bordás kivitele révén megvalósuló bordás kötés (4.79 ábra felső része) Az összeszerelendő alkatrészek gyártásakor kialakított 4.20 borda révén az érintő irányú terhelés egyenletes elosztása, ill. a tengelyirányú elmozdulás lehetősége biztosítható Barázdafogazatos kötésben (4.79 ábra alsó része) a terhelés sok apró fog között oszlik meg, így azok magassága kisebb lehet. Ezt elsősorban ritkán oldott

kapcsolatoknál alkalmazzák A tengely és az agy relatív helyzete kis osztásokban, foganként állítható be. Ha a tengelyirányú elmozdulás sem megengedett, akkor a barázdafogazatos és a bordás kötést is külön rögzítőelemmel biztosítani kell. 4.79 ábra Bordás és barázdafogazatos kötés - 188 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai A korcolás vagy falcolás (4.80 ábra) lemezszélek összekötése képlékeny alakítással, azaz a szélek egymásra hajlításával és összenyomásával. Kis sugarú és 180°-os hajlítással hozható létre a megfelelő kötés, amelyet csak jól alakítható lemezanyag képes elviselni, ill. ebből következően az alkalmazható lemezvastagság is korlátozott (max. 11,5 mm) A korckötés sokoldalúan használható, mert hosszú egyenes kötés (hosszkorc), hengeres vagy négyszögletes edények, tartályok palástja (palástkorc) alakítható ki, valamint palást- és homloklemez is

egyesíthető így (peremkorc). 4.80 ábra Korcolás Lemezalkatrészek egyesítése elcsavarással (4.81/a ábra) is megvalósítható Az egyik lemezen kialakított rés(ek)en a másik lemez kiképzett csonkjait áttolják és elcsavarják. Hasonlóan előkészített lemezek összeköthetők úgy is, hogy a rése(ke)n áttolt nyúlványokat nem elcsavarják, hanem lehajlítással (4.81/b ábra) hozzák elmozdulásmentes állapotba a) b) 4.81 ábra Elcsavarás és lehajlítás - 189 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Bordázáskor (4.82/a ábra) a csőszerű vékonyfalú darabokat összetolt állapotban együtt deformálják. Előfordul, hogy csak a külső darabot látják el bordával, amelybe a belső darabot belenyomják, és az befeszül a bordamélyedésbe. Peremezéskor (482/b ábra) a csővéget enyhén feltágítják ill. lehajlítják, és ezáltal a furat falának feszítik Kitágításnál (482/c ábra) a csőszerű munkadarabot

az ellendarabon kialakított furatba, nyílásba helyezik, majd pl. egy tágító tüskével vagy valamilyen nyomást közvetítő közeggel kibővítik. Szintén csőszerű daraboknál alkalmazható a pontozás (4.82/d ábra), amikor is az egyik munkadarab szabad végét rátolják a másik munkadarabra és az egymást átfedő részeket pl. pontozóval benyomják, elmozdulást gátló helyi "akadályok" létrehozása céljából. 4.82 ábra Csőkötések: a) bordázás, b) peremezés, c) kitágítás, d) pontozás 4.42 Kötőelemes mechanikus kötés A legfontosabb kötőelem a meghatározott átmérővel és menetemelkedéssel, ill. menetprofillal (metrikus, Whitworth) rendelkező jobb- (vagy bal-) menetű, általában egybekezdésű csavar és csavaranya. A csavar és/vagy csavaranya meghúzására szolgáló szerszámok (csavarhúzó, villáskulcs, csillagkulcs, dugókulcs, körmöskulcs, imbuszkulcs, nyomatékkulcs) kialakítása igazodik a csavarfej alakjához. A

szükséges meghúzási nyomaték a csavarkötés várható terheléséből határozható meg. A kötőelemek meghúzásakor a csavarszár húzó-, az összekötött részek nyomófeszültségek alá kerülnek. A húzóterhelés hatására a csavarszár előfeszül (megnyúlik), és benne előfeszítő erő ébred (4.83 ábra), mely az összekötött alkatrészeket egymáshoz szorítja és együtt tartja. Az előfeszítő erő által létrehozott feszültség mértéke nem haladhatja meg a csavarszár anyagának folyáshatárát, azaz csak rugalmas alakváltozás megengedett. - 190 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.83 ábra Csavarkötés A minimális szakítószilárdság és folyáshatár értékeit a leggyakrabban alkalmazott acélcsavarok esetében két számmal adják meg, amelyeket egy ponttal választanak el: 3.6, 4.6, 48, 56, 68, 88, 109, 129 Az első szám a minimális szakítószilárdság [MPa] 100adrésze, az első és a

második szám szorzata pedig a minimális folyáshatár [MPa] 10-edrésze Pl. az 56 jelölés a csavarfejen 500 MPa szakítószilárdságot és 0,6·500 = 300 MPa folyáshatárt jelent a csavar anyagára vonatkozóan. Jobb anyagminőségű csavar használata esetén ugyanakkora előfeszítő erőhöz kisebb átmérőjű csavar alkalmazható. A nagyszilárdságú csavarok alkalmazásával hely, anyag és költség takarítható meg, még akkor is, ha ezek többe kerülnek. A csavaranyák anyagminőségét egy szám jellemzi (4, 5, 6, 8, 10, 12), ami a minimális szakítószilárdság [MPa] 100-adrésze. A jól kivitelezett csavarkötés tehát nem nyírásra, hanem húzásra van igénybevéve, betartva az előírt meghúzási nyomaték értékét szerelésekor. A megfelelő csavarkötéshez hozzátartozik az önzárás kialakulása is. A menetfelületeken kialakuló súrlódás egy határértéknél (15°-nál) kisebb menet-emelkedési szög esetén megakadályozza, hogy a csavaranya a

csavar előfeszített állapotában - az ékhatás következtében - lecsavarodjon. Ennek ellenére az összekötött alkatrészek rezgése, mozgása következtében az anya, ill. a csavar meglazulhat, ami a kötés oldódásához is vezethet Ezért célszerű - sőt egyes esetekben elengedhetetlenül szükséges - csavarbiztosításokat (4.84 ábra) alkalmazni, melyek összefeszítik a menetes alkatrészeket, vagy kizárják a lecsavarodás lehetőségét valamilyen plusz elemek, anyagok alkalmazásával. 4.84 ábra Csavarbiztosítások - 191 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Csapokat általában két feladatra alkalmaznak: rögzítésre, azaz alkatrészek összekötésére és illesztésre, azaz alkatrészek tájolására (pontos és elmozdulás-mentes helyzetmeghatározásra). A szorosan illesztett csapok (485/a ábra) jellemző igénybevétele nyírás Csapszegeket főleg csuklós (mozgó) kötésekben (4.85/b ábra), laza illesztéssel

alkalmaznak. A csapszegnek a villában szilárdan kell illeszkednie és az általában nagyobb furatú hevedernek kell a csapszegen elforognia. A csapszegek jellemző igénybevétele nyírás és hajlítás. a) b) 4.85 ábra Csapkötés és csapszegkötés Az ék lejtős síkfelülettel kialakított hornyú agyfurat és tengely összekötésére szolgáló alkatrész. Az éket beszorítják az agy és a tengely horonyfelületei közé, amelyek ezután - az ékhatás következtében - egymáshoz feszülnek (4.86 ábra felső része) Azoknál az agytengely kapcsolatoknál, ahol pontos és ütésmentes együttforgást kell megvalósítani, nem szabad éket használni, hanem a feszítésmentes reteszkötést (4.86 ábra alsó része) kell alkalmazni. Az ún siklóretesz - a bordás kötéshez hasonlóan - lehetővé teszi az agy tengelyirányban történő elmozdíthatóságát. 4.86 ábra Ék- és reteszkötés - 192 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási

eljárásai Feszítőelemes kötésben (4.87 ábra bal felső része) az egymásba tolt kúpos gyűrűpárok a tengelyirányú feszítőerő hatására kitágulnak és radiális irányban nekifeszülnek az agyfurat és a tengelycsap palástjának. Az így létrejövő súrlódás viszi át a forgatónyomatékot Alkatrészek viszonylagos helyzetének rögzítésére szolgálnak a - külön erre a célra kimunkált hornyokba "bepattintható" - Seeger-gyűrűk, rögzítőtárcsák, rugós rögzítő-gyűrűk (4.87 ábra jobb oldali része). Gyors szerelőmunkát, de kis terhelhetőséget biztosítanak a különféle rugózóelemes(487 ábra alsó része) kötések 4.87 ábra Feszítő- és rugózóelemes kötések A szegecskötésben az összekötendő alkatrészek furatain átfűzött szegecsszár zömítésével és egy zárófej kialakításával jön létre az oldhatatlan kapcsolat (4.88 ábra felső része) A különböző fejkiképzésű szegecsek szárhosszát úgy kell

megválasztani, hogy az összefogandó alkatrészekből kiálló darabjuk a kialakítandó zárófejet és a szár körül lévő furatrést teljesen "kitöltse". Átlapolt szegecselésnél egymásra helyezett alkatrészeket kötnek össze, hevederkötésben az egymáshoz tompán illesztett lemezeket egy vagy két hevederlemez segítségével kötik össze. Acélszegecseket 10 mm átmérőig hidegen, afelett melegen szegecselnek, a kellő alakváltozó-képesség érdekében. A hidegszegecsek főleg nyíró igénybevételt kapnak, míg a melegszegecsekben - a lehűléskori zsugorodásuk következtében jelentős húzóigénybevétel is fellép. - 193 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 4.86 ábra Szegecselés Ha a kötési helyhez csak az egyik oldalról lehet hozzáférni, előnyösen alkalmazhatók a vakszegecsek vagy POP-szegecsek (4.88 ábra alsó része) Ezek olyan üreges szegecsek, melyeknek egyik végébe kúpban vagy

gömbben végződő tüskét helyeznek. Amikor a tüskét a másik végénél fogva áthúzzák a szerelendő alkatrészek furatába helyezett szegecsen, a kúp vagy gömb alakú tüskefej a nem hozzáférhető oldalon szétnyomja a kiálló szegecsszárat, majd egy bizonyos húzóerő elérése után leszakad. Mivel itt a szegecs anyagának nagy alakváltozóképességűnek kell lennie és csak kisebb méretekben használható jól, ezért elsősorban kis terheléssel járó rögzítésre alkalmas. - 194 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 5. Fémmátrixú kompozitok gyártása A kompozitok olyan összetett szerkezeti anyagok, amelyeket legalább két különböző, önmagában monolitnak (egyneműnek) tekinthető anyag társításával, előnyös tulajdonságaik kombinálása céljából hoznak létre. Fémmátrixú kompozitoknál a szilárdságnövelés, a kémiai ellenállás javítása és a hőállóság fokozása a fontos fejlesztési

érv. A kompozitok morfológiailag (az alap- vagy mátrixanyaghoz társított adalékanyag alaki jellemzői szerint) négy fő csoportba sorolhatók be: − szemcsés (diszperziós) kompozitok, − szálas (hosszú vagy rövid szálas) kompozitok, − réteges (laminált) kompozitok, − bevonatos (pl. korrózió- vagy kopásálló) kompozitok Ezeken belül a makrokompozitok mellett mikrokompozitok is léteznek, azaz vannak olyan társított anyagok is, melyeknek egyes monolit összetevői csak mikroszkóppal észlelhetők, szabad szemmel már nem. Elvileg az anyagcsoportok tagjai számtalan kombinációban társíthatók egymással, de célszerű mérlegelni a létrejövő kompozit gyakorlati hasznosságát, előállítási költségeit, tervezni és vizsgálni az összetevő anyagok "kevert" tulajdonságainak tényleges előnyeit. A kompozitok tulajdonságai rendszerint eredő tulajdonságok, melyeket az alkotó két vagy több anyag aránya, egymáshoz képesti

elhelyezkedése, eloszlása, a köztük fellépő kötés erőssége és egyenkénti tulajdonságaik határoznak meg. A különböző szerkezetű anyagok társítása, tulajdonságaik kombinálása olyan módszereket igényel, melyeknél a különböző halmazállapotok adta lehetőségek is kihasználhatók. Ha az egyik szilárd, a másik olvadék állapotban van, akkor az olvadékot a szilárd anyag szemcséivel összekeverve, vagy kimerevített szálai közé öntve, vagy hidrosztatikus nyomással folyamatosan bejuttatva (infiltráció) és megdermesztve szemcsés ill. szálas kompozitot hozhatunk létre. Ha az egyik anyag szilárd, a másik gőz állapotban van, akkor a gőzt a szilárd anyag felületére lecsapatva (kondenzálva) bevonatos kompozit nyerhető. Ha mindkét anyag szilárd állapotban van, akkor a közéjük juttatott kötőanyaggal pl. réteges kompozit gyártható. 5.1 Szemcsés kompozitok A szemcsés kompozitok előnye – a tulajdonságok javulása mellett –

gyakran az előállítási költség csökkenésében (olcsóbb anyag bevitele) is megnyilvánul. A szemcsés (diszperziós) kompozitok egy részére jellemző, hogy a terhelést a mátrixanyag viseli, melynek alakváltozását az adalékolt részecskék akadályozzák, azaz diszlokáció-mozgásokat gátolva szilárdság-növekedés érhető el (diszperziós keményítés). Más esetben - az adalékanyag nagyobb mennyisége révén - a terhelés megoszlik a mátrix és a szemcsék között (5.1 ábra) - 195 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 5.1 ábra Szemcsés kompozit terhelésmegoszlása Fémmátrixú kompozitokban az erősítendő mátrixanyag az esetek többségében viszonylag alacsony szilárdságú könnyű- és színesfém, jellemzően Al, Mg, Ti, Cu, Zn, Pb. Az erősítő részecskék zömmel kerámiák: SiC, Al2O3, B4C, TiB2. Pl az alumíniummátrixú „Duralcan”okban a SiC részaránya előállítási módtól (öntés,

porkohászat) függően 1070% lehet Néhány további kompozit összetétel: Al+1020% Al2O3 (hőálló „mechanikusan ötvözött” alumínium), Mg + 1230% SiC, Mg + 1530% B4C, Ti + 1020% SiC, Cu + 2% TiB2, Zn + 50 % SiC. Jellegzetes részecskés mikrokompozitok a porkohászati úton (lásd a 3.2 alfejezetben) – szintereléssel - előállítható álötvözetek. Ezek közé tartoznak pl a Co ágyazófémű WCrészecskés keményfémek (wídia), a Mo vagy Ni ágyazófémű TiC és TiN részecskés cermetek (CERamic METall). Mindkét csoport alapvetően forgácsoló szerszámok anyaga A keményfémek szívósabbak, a cermetek keményebbek, viszont mindegyik jól forrasztható, ami lapka formában történő alkalmazáskor fontos szempont. 5.2 Szálas kompozitok Szálas kompozitok kifejlesztésének elsődleges célja lehet: kis szilárdságú és rugalmassági modulusú mátrixanyag mechanikai tulajdonságainak javítása nagy szakítószilárdságú és rugalmasságú szálakkal. A

szálas kompozitokban általában az adalékszálak válnak elsődleges teherviselővé. Rendezetlen rövid szálak esetén a tulajdonságok kevéssé függnek iránytól (kvázi izotrópia), hosszú szálak esetén a szálelrendezés tervezett, a tulajdonságok irányfüggőek (anizotrópia). Nagy szilárdságú, hőálló, elektromosan szigetelő, jó kémiai ellenállóképességű üvegszálakat olvadt üveganyagból nyernek (5.2/a ábra) úgy, hogy az olvadékot platinából készült vályúban helyezik el, melynek alján egymástól kb. 5 mm távolságra 1 mm átmérőjű furatok találhatók. A furatokból kifolyó olvadt üveget közös szálköteggé, fonallá fogják össze és forgó csévével folyamatosan elhúzzák. Az elhúzás (nyújtás) sebessége adja meg a szál átmérőjét. Általában 200, de lehet ettől eltérő számú elemi szálból álló fonal a kialakuló anyag, melyben egy elemi szál átmérője 613 mikrométer. Sodratlan szálú fonalakból rovingot,

üvegpaplant, roving szövetet készítenek kompozitadalékanyag céljára. A roving (szálköteg) több (460 db) párhuzamosan összefogott fonalból áll. Az üvegpaplan 4050 mm hosszakra vágott rovingszálakból áll, melyeket kötőanyag tart össze. A szálak rendezetlenül, elemi fonalakra szétesve helyezkednek el benne A roving szövetet különleges szövési technológiával, párhuzamos üvegszálakból (rovingból) készítik. Grafitszálakat (karbonszálakat) nem olvadó, karbonláncú polimerek (pl. cellulóz, poliakrilnitril, kátrány) pirolízisével (termikus krakkolásával, hőbontásával) gyártanak úgy, hogy egyidejű nyújtás mellett különleges atmoszférában (max. 2500 °C-on) elszenesítik, majd grafitizálják (5.2/b ábra) A szálakban összefüggő, hosszirányú grafitkristály-rendszer alakul ki. - 196 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai 5.2 ábra Kompozit erősítőszálak tulajdonságai - 197 - Dr.

Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Esetenként 0,1.0,25 mm átmérőjű, hidegalakítással növelt szilárdságú acélból készült szálakat is használnak erősítő adalékanyagként. Ezek előnye az olcsóság és a nagy rugalmassági modulus, hátrányuk a nagy sűrűség és a korróziós hajlam. Ez utóbbi rozsdamentes acéllal kiküszöbölhető. Nagy szilárdságú, jó hőállóságú, de nagy sűrűségű és drága volfrámszálakat turbinalapátok erősítésére alkalmaznak. Különleges felhasználási területekre fémüveg-szálakat is készítenek. A fémüvegek egyébként eutektikushoz közeli összetételű ötvözetek, mivel az amorf állapot előállításához szükséges rendkívül nagy (ezért nehezen biztosítható) hűtési sebesség ezeknél kisebb a más összetételűekhez képest. A fémüvegek képlékenyen nem alakíthatók, mivel nincs csúszósík, nincs diszlokáció (az egész anyag háromdimenziós

kristályhiba), viszont a rugalmassági jellemzők igen jók. A kis sűrűségű, nagy szilárdságú, 200250 °C-ig használható kevlar aromás, térhálós poliamid szál, ami gyakran szövet formájában - réteges kompozitokhoz: pl. golyóálló mellény, autópáncélozás - kerül felhasználásra. A többfázisú bórszálak már önmagukban is kompozitok, ugyanis vékony volfrámszálak felületére hosszabb bórkarbid kristályokat növesztenek (5.2/c ábra) - pl CVD-eljárással - az előállítás során Hasonló módon készítenek hosszúszálú SiC-ot is. A whiskerek mesterségesen növesztett tűszerű kristályok, melyeknek átmérője néhány mikron, hosszuk az átmérőjük 300.400-szorosa Alapanyaguk grafit (C), berillium-oxid (BeO), zafír (Al2O3), szilíciumkarbid (SiC) stb. lehet A whiskerek monokristályok (egykristályok), így alacsony kristályhiba-koncentrációjuk révén reprezentálják az illető anyag elméletileg elérhető szilárdsági értékeit.

Az erősítőszálak főbb jellemzőit a 5.2/d-e ábra hasonlítja össze A fenti anyagok közül műszaki és gazdasági szempontból optimumnak az üvegszál minősíthető. Ezért pl a műanyagiparban az erősítőanyagok több mint 90 %-a üvegszál. Legnagyobb előnyük a többi erősítőszálakkal szemben az alacsony ár. Pl egységnyi tömegű üvegszál - grafitszál - whisker áraránya 1 : 100 : 1000.10000 Az erősítőszálak tehát túlnyomórészt szervetlen keramikus anyagok (pl. üveg-, SIALON-, karbon-, bór-, zafír [Al2O3]-, SiC-, Si3N4-szálak), melyek között előfordulnak whiskerek (tűkristályok) is. Fémmátrixú kompozitok körében a kis sűrűséget (önsúlyt) biztosító könnyűfémek szálerősítése révén nagyobb fajlagos szilárdságra és merevségre törekszünk, a fémes alaptulajdonságok megtartása mellett. Ez különösen fontos szempont a járműgyártó (karosszériaelemek, motoralkatrészek) alkalmazásokhoz. Alumínium

szálerősítésekor 4070% Al2O3 (zafírszál), 40% AlN, 47% SiC, 2065% B, vagy 60% C-szálat társítanak a mátrixanyaghoz. Az elsőként felsorolt „ötvözet” alkalmas robbanómotor-dugattyúk készítésére is. Magnézium „javításához” 24% Al2O3 + 30% C, 1520% SiC, 24% Al2O3 vagy 70% B-szálat adalékolnak. Titánba pl 3540% SiC, 38% B4C, vagy 5060% Be szálat „építenek be”. 5.3 Réteges kompozitok Nagy felületek mentén kapcsolódó anyagrétegekből állnak, előállításuk valamilyen együttes alakítási, préselési (ragasztási) művelethez kötődik. Szendvics-szerű felépítéssel - főképp hajlító igénybevételkor - a külső rétegekben ébred a legnagyobb feszültség, a közbülső réteg(ek) szerepe a másodrendű nyomaték növelésére korlátozódik. A klasszikus szendvicsszerkezet legalább két „aránylag vékony”, de szilárd (pl. fém) külső héjból (fedőrétegből) és a közéjük helyezett, ill. hozzájuk rögzített

„vastagabb” töltőanyagból (pl - 198 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai műanyaghab) áll. A három réteg mechanikai egységének jellemzője a kis tömeggel elért nagy hajlítómerevség. Fémmátrixú kompozitok közül a járművek alumínium-polimer szendvicsszerkezetei szilárdak és rezgéscsillapítók. A nyitott vagy zárt cellás fémhabokból (pl Al, Mg) készített szendvicspanelok (5.3 ábra) járművek szerkezeti és térelválasztó anyagai A bimetallok két eltérő hőtágulású fémrétegből állnak, melyeket pl. termoelemekhez, hőkapcsolókhoz alkalmaznak. Az együttes képlékeny alakítással létrehozható plattírozott lemezek (pl korrózióálló acélréteggel ellátott ötvözetlen szerkezeti acélok) költségkímélők. 5.3 ábra Könnyűfém bázisú szendvicspanel előállítása 5.4 Bevonatos kompozitok A bevonatos kompozitoknál az alapanyag a teherhordozó, a bevonat a mátrixanyag károsodással

szembeni ellenállását javítja (5.4 ábra) A bevonatos kompozitok egy része az ún. gradiens anyagok közé tartozik, vagyis mikroszerkezetük és/vagy összetételük tervezett, minek révén fokozatos változásokat tartalmazó darabok (pl. gázturbina lapátok és azok hőálló többrétegű bevonata) gyártására alkalmasak, a várható üzemelés helyileg változó igénybevételeinek megfelelően. Az 5.4 ábra kapcsán érzékelhető a felületkezelés jelentősége, amivel az élettartam befolyásolható, ugyanis néhány kivételtől eltekintve a tönkremenetel általában a felületi rétegben keletkező elváltozásból indul ki. Felületkezelési eljárások alkalmazása révén kopásálló, korrózióálló, hőálló, stb. vagy éppen dekoratív felületi rétegek, bevonatok hozhatók létre célszerűen kiválasztott idegen anyag felvitelével - ha más követelmény, vagy előírás nincs - olcsóbb, könnyebben megmunkálható alapanyagon. Tehát csak a

felületre - 199 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai korlátozódik (koncentrálódik) a különleges (rendszerint drága) anyag felvitele, ill. a nagy fajlagos (viszonylag költséges) energiabevitel. Így a helyi igénybevételekhez, követelményekhez "igazítható(k)" a munkadarabok arra kijelölt felületi tartománya(i), általában az anyagtérfogat nagyobb hányadának jelentősebb szerkezet- és tulajdonságváltoztatása nélkül. 5.4 ábra Bevonatos kompozitok jellemzői Felületkezelő eljárások révén megvalósítható a két fizikailag ellentétes tulajdonság – a keménység (kopásállóság) és a szívósság (törésállóság) – bizonyos fokú összhangja, hiszen ugyanazon anyagrész nem lehet egyszerre nagy keménységű és nagy szívósságú. Ezért a szívós vagy olyanná hőkezelt anyag felületi részeit tesszük keménnyé felületkezeléssel, mialatt a belső részek változatlanul szívósak

maradnak. Fémmátrixú kompozitok közül közismertek a teflonnal (PTFE) bevont konyhai edények és borotvapengék. Az iparban főleg sikló felületek bevonására, nagyobb hőmérsékleten korrózióálló védőrétegként alkalmazzák a teflont. PVC bevonattal ellátott acélhuzalból légköri korróziónak tovább ellenálló kerítésfonatot, míg hasonló bevonatú alumínium- vagy rézhuzalból szigetelt elektromos kábelt készítenek. Cinkbevonattal korrózó ellen védett lemezeket és csöveket készítenek. Acél és öntöttvas edények felületét zománcozással teszik ellenállóbbá és esztétikusabbá. Dekoratív és korrózióálló krómozott fémalkatrészekből különféle szerelvényeket gyártanak. Ez utóbbi bevonat galvanizálással állítható elő, melynek során a katódként kapcsolt bevonandó fémtárgyra elektrokémiai úton fémes bevonatot választanak le, elektrolitként ható, fémsókat tartalmazó vizes oldatból. Ilyen módon vörös-

vagy sárgaréz; fényes vagy fekete nikkel; fényes-, kemény- vagy fekete króm; Zn, Cd, Sn, Pb, Fe, Co, Ag, Au, Rh, Pd, Pt, Ru, As, Sb vagy ötvözetbevonatok hozhatók létre acél, réz, cink, nikkel anyagú munkadarabokon. Az alumínium a felületi védőoxidrétegének eltávolítása ill. tapadásbiztosító alapozóréteg létrehozása után galvanizálható. - 200 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Összefoglalás A fémek és ötvözeteik a legfontosabb szerkezeti és szerszámanyagok még azzal együtt is, hogy egyes területeken a műanyagok (szintetikus szerves polimerek) és a műszaki kerámiák (nemfémes szervetlen anyagok) már felváltották. Viszont a műanyagok kis szilárdsága és szerény termikus stabilitása, ill. a kerámiák nagyfokú ridegsége számtalan alkalmazás esetében a fémeket helyezi előtérbe. A fémek nagyarányú felhasználása természetesen együtt jár megmunkálási igényükkel. Az ehhez

célszerű technológia kiválasztása pedig szükségessé teszi a gyártási eljárások ismeretét. Ez a könyv a fémek előállító-, alakadó- és kötőeljárásainak rendszerező áttekintését tűzte ki célul, a „teljesség igénye nélkül”. A fémek túlnyomó többségét vegyületeibe „zárva” találhatjuk meg a földkéreg bányászattal elérhető rétegeiben, így a fémkohászatra – mint alapanyag-előállító technológiára hárul a „kiszabadítás”, megtisztítás és ötvözés feladata. Erről szólt a gyártás fogalmait áttekintő bevezetést követő második fejezet. A fémes alapanyagok és a már kohászatilag előállított félkész gyártmányaik további megmunkálása forgácsnélküli és forgácsoló eljárásokkal történhet. Ezek közül a nem forgácsoló alakadó eljárásokat ismertette a harmadik fejezet, de röviden a forgácsolás alapjaira is kitért a rendszerező szemlélet erősítése végett. Az alakított, darabolt,

forgácsolt munkadarabok egy részét különféle kötőeljárásokkal egyesítjük, a felhasználási célnak megfelelően. Az ide tartozó - negyedik fejezetben ismertetett - eljárások kiválasztásánál fontos tisztázni, hogy mekkora kötésszilárdságra van szükség, milyen maximális hőmérséklet engedhető meg a kivitelezés során, továbbá szükség van-e kötés esetenkénti oldhatóságára ill. szerelhetőségére Részben az alakadó-, részben a kötőeljárások is okoznak kedvező vagy éppen kedvezőtlen anyagszerkezet-változást, és ezzel együtt járó tulajdonság-módosulást. A kedvezőtlen hatások mérséklése vagy más kedvező változások előidézése érdekében alkalmazhatók a különféle hőkezelő eljárások, amelyek áttekintésére másik könyvben kerül sor. Az ötödik fejezetben az anyagszerkezet-módosítás lehetőségei közül a kompozit-előállítás lehetőségeiről esett szó. - 201 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege

Imre: Fémek gyártási eljárásai Felhasznált és ajánlott szakirodalom Bagyinszki Gyula Anyagismeret és minősítés BMF Bánki Donát Gépészmérnöki Főiskolai Kar, Budapest, 2004 E. Hornbogen - H Warlimont Metallkunde Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1991 Bagyinszki Gyula - Kovács Mihály Gépipari alapanyagok és félkész gyártmányok - Anyagismeret Nemzeti Tankönyvkiadó - Tankönyvmester Kiadó, Budapest, 2001 Herwig Braun - Werner Doll - Ulrich Fischer - Max Heinzler Helmut Höll - Eckhard Ignatowitz - Herbert Kudlich - Willibald Meyer - Gottfried Nist - Werner Röhrer - Karl Schilling Fachkunde Metall Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 1992 Bagyinszki Gyula - Kovács Mihály Gépipari alapanyagok és félkész gyártmányok - Gyártásismeret Nemzeti Tankönyvkiadó - Tankönyvmester Kiadó, Budapest, 2002 Kisfaludy Antal - Réger Mihály Anyagtudomány III. Bánki Donát Műszaki Főiskola, Budapest, 1993 Kisfaludy Antal - Réti Tamás - Tóth László

Anyagtechnológia I. (Szerkesztette: Kisfaludy Antal) Bánki Donát Műszaki Főiskola, Budapest, 1994 Gáti József - Horváth László - Kisfaludy Antal Kovács Mihály - Réger Mihály - Tóth László Anyagtechnológia II. (Szerkesztette: Kisfaludy Antal) Bánki Donát Műszaki Főiskola, Budapest, 1994 Gáti József - Kovács Mihály Ipari anyagok és előgyártmányok Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1999 Bárczy Pál Anyagismeret Tankönyvkiadó, Budapest, 1990 Komócsin Mihály Gépipari anyagismeret Cokom Kft., Miskolc, 1997 Michael F. Ashby - David R H Jones Engineering materials 1-2 Pergamon Press, Oxford, 1986-1988 M. F Ashby Materials Selection in Mechanical Design Pergamon Press, Oxford, 1993 Kenneth Budinski Engineering materials: Properties and Selection Reston Publishing Company, Reston, 1979 Szerkesztők: Horst Czichos és társai Hütte: A mérnöki tudományok kézikönyve Springer Hungarica Kiadó Kft., Budapest, 1993 Vlagyimir Vlagyiszlavovics Švarc Képes

műszaki kisszótár Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1989 Főszerkesztő: Markó László Egyetemes Lexikon Magyar Könyvklub, Budapest, 2001 Főszerkesztők: Beck Mihály - Pescka Vilmos Akadémiai Kislexikon 1-2. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1989-90 Főszerkesztő: Déva Mária Larousse MEMO Enciklopédia Akadémiai Kiadó, Budapest, 1995 Nicola Baxter 1000 kérdés - ezer válasz Holló és Társa Könyvkiadó, Kaposvár, 2003 Corine Stockley - Chris Oxlade - Jane Wertheim Képes Usborne Enciklopédia: Fizika - Kémia - Biológia Novotrade Kiadó, Budapest, 1990 Hans Breurer - Rosemarie Breurer Kémia Springer Hungarica Kiadó, Budapest, 1995 Szerkesztő: K. Kegel Villamos hőtechnikai kézikönyv Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1978 Szerkesztő: Bakondi Károly - Konczos Géza Nagy energiasűrűséggel végzett megmunkálási eljárások MTA Központi Fizikai Kutató Intézet, Budapest, 1990 Erhard Hornbogen Werkstoffe: Aufbau und Eigenschaften von Keramik, Metallen, Polymer-

und Verbundwerkstoffen; Springer Verlag Berlin, Heidelberg, 1991 Editor: J. D Russel Power Beam Technology Woodhead Publishing Ltd, Abington Hall, 1991 Donald R. Askeland The science and engineering of materials Stanley Thornes (Publishing) Ltd., Cheltenham, 1998 Editor: Yoshiaki Arata Plasma, Electron and Laser Beam Technology American Society for Metals, Ohio, 1986 Hrsg. von Haus-Jürgen Bargel - Günter Schulze Werkstoffkunde VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, 1988 Nagy Ernő A laser Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1965 William F. Smith Principles of materials science and engineering McGraw-Hill Publishing Company, New York, 1990 John E. Harry Ipari lézerek és alkalmazásuk Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979 Anton Weber (Hrsg.) Neue Werkstoffe VDI-Verlag, Düsseldorf, 1989 Fóti Ernő Elektrontechnológiák Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1965 Alois Schönmetz - Karl Gruber Fachkunde für Metallberufe – Werkstoffkunde Bohmann Verlag, Wien, 1988 Dieter Heinrich -

Manfred Hergt - Rudolf és Rosemarie Fahnert Ökológia Springer Hungarica Kiadó, Budapest, 1995 - 202 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Szerkesztő: Rábel György Gépipari technológusok zsebkönyve Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1979 Serope Kalpakjian Manufacturing Processes for Engineering Materials Addison-Wesley Publishing Company, Massachusetts, 1991 Szerkesztette: Kovács László Gépipari művezetők zsebkönyve Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1982 Benjamin W. Niebel - Alan B Draper - Richard A Wysk Modern Manufacturing Process Engineering McGraw-Hill Publishing Company, New York, 1989 Tanszéki Munkaközösség Anyagtechnológia (Szerkesztő: Prohászka János) Tankönyvkiadó, Budapest, 1987 Wolfgang Bergmann Werkstofftechnik Carl Hanser Verlag, München Wien, 1991 Artinger István - Kator Lajos - Romvári Pál Fémek technológiája (Szerkesztő: Gillemot László) Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1975 Czegley -

Frischherz - Kuttner - Skop - Süppel Mechanische Technologie Bohmann Verlag, Wien, 1987 Szerkesztő: Karsai István Anyagszerkezettan és Fémek technológiája gyakorlati jegyzet Tankönyvkiadó, Budapest, 1987 Alois Schönmetz - Peter Sinnl - Walter Reiter - Johann Heuberger Fachkunde für Metallberufe - Metallbearbeitung mit werkzeugmaschinen Bohmann Verlag, Wien, 1977 Artinger István - Csikós Gábor - Krállics György Németh Árpád - Palotás Béla Fémek és kerámiák technológiája Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1999 Adolf Frischherz - Paul Skop Fémtechnológia 1. Alapismeretek B + V Lap- és Könyvkiadó, Budapest, 1993 Adolf Frischherz - Herbert Piegler Fémtechnológia 2. Szakismeretek B + V Lap- és Könyvkiadó, Budapest, 1994 Berke Péter - Győri József - Kiss Gyula Szerkezeti anyagok technológiája I. Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1999 Berkes Rudolf - Erdődi László Megmunkálások III. Tankönyvkiadó, Budapest, 1979 Miroslav Hluchý és kollektívája

Gépgyártástechnológia - Félkészgyártmányok A megmunkálás alapjai Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984 Augustin Frank és kollektívája Gépgyártástechnológia - Gyártóeszközök Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1986 Christof Braun - Manfred Einloft - Reiner Haffer - Hans Meier Rainer Möller - Gunter Offterdinger - Siegfried Pietrass - KlausDieter Schumacher - Jochen Timm - Hans-Werner Wagenleiter Fachkenntnisse Metall Industriemechaniker Verlag Handwerk und Technik G.mbH, Hamburg, 1990 Karlheinz G. Schmitt Thomas Metallkunde für das Maschinenwesen Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1988 Gerecs Árpád Bevezetés a kémiai technológiába Tankönyvkiadó, Budapest, 1991 Pálmai Zoltán - Dévényi Miklós - Szőnyi Gábor Szerszámanyagok Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1991 Somfai Károly - Márkus József - Somogyi Miklós Nagy élettartamú hidegalakító szerszámok gyártási technológiája BME Mérnöki Továbbképző Intézet, Budapest, 1987 Szakács György

- Dévényi Miklós Keményfémek és szuperkemény anyagok alkalmazása Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1978 Skriba Zoltán Fémek képlékeny alakítása Tankönyvkiadó, Budapest, 1966 Szerkesztette: Poprócsi István Gyártóeszköz-gazdálkodók zsebkönyve Műszaki Könyvkiadó – Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó, Budapest, 1983 Gribovszki László Gépipari megmunkálások Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977 Hack Emil Az alkatrészgyártás anyagszükséglete Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1980 Bali János Forgácsolás Tankönyvkiadó, Budapest, 1985 Lukács Attila Autóipari anyag- és gyártásismeret Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1989 Ján Békés A fémforgácsolás tervezése Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984 Tóth Lajos Autóelektronikai anyag- és gyártásismeret Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1992 Szerkesztő: Baránszky-Jób Imre Hegesztési kézikönyv Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985 Lukács Pál Új anyagok és technológiák az

autógyártásban I. Maróti-Godai Könyvkiadó Kft., Budapest, 1998 Szerkesztette: Gáti József Hegesztési zsebkönyv COKOM Mérnökiroda Kft, Miskolc, 2003 John A. Schey Introduction to manufacturing processes McGraw-Hill Book Company, New York, 1987 <Bauer Ferenc Hegesztési eljárások (Szerkesztette és kiegészítette: Bagyinszki Gyula) Tankönyvkiadó, Budapest, 1991 - 203 - Dr. Bagyinszki Gyula – Dr Czinege Imre: Fémek gyártási eljárásai Gáti József - Kovács Mihály Kötéstechnológia Bánki Donát Műszaki Főiskola, Budapest, 1999 Kovács Mihály Hegesztés Nemzeti Tankönyvkiadó - Tankönyvmester Kiadó, Budapest, 2002 Gáti József - Kovács Mihály Ívhegesztés Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 2001 Váradi Károly A CAD numerikus módszerei BME Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest, 1989 Szerkesztő: Harmat József: Minőségbiztosítás a gépiparban 2.32 Anyagválasztás című alfejezet - szerző: Bagyinszki Gyula Phare TDQM HU

9305-01-1337/B gépipari modul kiadvány, Budapest, 1997 Szerkesztette: B. D Orlov Ellenálláshegesztés Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1980 Editor: Leonard P. Connor Welding Handbook Eight Edition - Volume 1, Welding Technology American Welding Society, Miami, 1987 Editor: R. L O`Brien Welding Handbook Eight Edition - Volume 2, Welding Processes American Welding Society, Miami, 1991 Czinege Imre - Réti Tamás - Bagyinszki Gyula Anyagalakító technológiák számítógépes tervezése és irányítása I. (Szerkesztő: Bagyinszki Gyula) Bánki Donát Műszaki Főiskola, Budapest, 1996 Szerkesztő: Bauer Ferenc Robottechnika (Hegesztőrobotok) BME Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest, 1988 Brenner András - Rakoncza László Hegesztőkészülékek Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1984 Coordinator: Ernest F. Nippes Metals Handbook Ninth Edition - Volume 6, Welding, Brazing and Soldering American Society for Metals, Ohio, 1983 Farkas Ferenc - Farkas Ferenc József A

ragasztás kézikönyve Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1997 Varga István Az alumínium ragasztása Magyar Alumíniumipari Tröszt, Budapest, 1971 Edited by R. W Cahn - P Haasen - E J Kramer Materials Science and Technology Volume 13 Structure and Properties of Composites VCH Publishers Inc., New York, 1993 Szerkesztette: Vadász Emil TMK-zsebkönyv Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1985 Főszerkesztő: Orgován László Felületvédelmi kézikönyv Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1989 Szerkesztette: Valasek István Tribológiai kézikönyv Tribotechnik Kft., Budapest, 1996 Szerkesztette: Haskó Ferenc Fémes anyagok védelme kopás ellen Ipari Technológiai Intézet, Budapest, 1988 M. A Elizavetin - E A Szatel Élettartamnövelés technológiai eljárásokkal Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1972 Vadász Emil Gépalkatrészek gyártása és javítása műanyagbevonattal Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1978 Csokán Pál Felületnemesítés fémbevonatokkal Műszaki Könyvkiadó,

Budapest, 1979 Domokos József Korszerű felületvédelmi rendszerek BME Mérnöktovábbképző Intézet, Budapest, 1984 Béres Lajos - Komócsin Mihály Acélok, öntöttvasak javító- és felrakóhegesztése Monteditio Kft, 1992 - 204 -