Anyagtulajdonságok Fémek és ötvözetek.

Az előadások a következő témára: "Anyagtulajdonságok Fémek és ötvözetek."— Előadás másolata:

1 Anyagtulajdonságok Fémek és ötvözetek

2 Alapanyagok Fémek Vas, acél, réz és ötvözetei, könnyűfémek és ötvözeteik Műanyagok Hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagok, elasztomerek Kerámiák Kristályos, amorf, speciális kerámiák Kompozit (társított) anyagok

3 Vas- és acél termékek

4 Öntöttvasak Hagyományos öntöttvasak:
Lemezgrafitos öntöttvasak (ferrit + perlit + lemezes grafit) Fehér nyersvas (perlit + ledeburit) és származékai: Fehér temperöntvény Fekete temperöntvény Gömbgrafitos öntöttvasak (Mg vagy Ce kezelés) Perlites gömbgrafitos öntöttvas Ferrites gömbgrafitos öntöttvas

5 Öntöttvasak osztályozása
Hagyományos öntöttvasban a grafit lemezes (táblás) formában van jelen Mg/Ce hatására a grafit gömb alakú lesz, ez a gömbgrafitos öntöttvas Hagyományos gömbgrafitos öntöttvasak Gyors közepes lassú hűtés Fehér perlites ferrites szürkeöntvény Perlites ferrites temperöntvény Perlites – ferrites gömbgrafitos öntöttvas

6 Fehér öntöttvas szövetei:
Perlit + ledeburit Ledeburit

7 Öntöttvasak szöveteinek összehasonlítása
Gömbgrafitos öntöttvas Fekete temperöntvény

8 Lemezgrafitos öntöttvasak (1)
Szerkezet: az alapszövet ferrit vagy perlit, amelyben a grafit lemezes formában található A szilárdság növelés lehetőségei: A perlit arányának növelése az alapszövetben A grafit lemezek méretének csökkentése (modifikált öntöttvas – csapoláskor FeSi vagy CaSi adagolással) Tulajdonságok: Jó önthetőség, kis zsugorodás dermedés közben Kis szilárdság, kis nyúlás, rideg, inkább nyomó igénybevétellel terhelhető

9 Lemezgrafitos öntöttvasak (2)
Szabványos jelölés: MSZ ISO , 150, 200, 250, 300, 350 (Régi jel: Öv 100…Öv 350) A szakítószilárdság 100…350 MPa között változik, függ az öntvény falvastagságától, és a hülés sebességétől Jól forgácsolhatók, jó a kopásállóságuk Gépalkatrészek, gépállványok, hajtómű házak készítésére használatosak

10 Lemezgrafitos öntöttvasak (3)
ferrites perlites

11 Tempervasak (1) A temperöntvények alapanyaga a fehér nyersvas (a karbon vaskarbid - Fe3C alakban van jelen) Fehér temperöntvény: az öntvényt oxidáló atmoszférában hőkezelve (1050 Co-on óra) a vaskarbid elbomlik, a karbon a felületre diffundál és ott kiég, a szerkezet ferrit-perlites lesz (C%<0,35) Fekete temperöntvény: az öntvényt semleges atmoszférában hőkezelve (1050 Co-on óra, majd szabályozott hűtés) a vaskarbid elbomlik, és temperszén formájában a ferrites alapszövetben marad

12 Tempervasak (2) fehér tempervas
Szabványos jelölés: MSZ ISO W 35-04; W 38-12; W 40-05; W 45-07 A szakítószilárdság 340…480 MPa között változik, függ az öntvény falvastagságától, a nyúlás 15…4% között, a keménység HB Jól önthetők, de a karbon kiégetés miatt csak kis falvastagságú és méretű öntvények készíthetők Kisebb alkatrészek, használati eszközök (pl. szekrénykulcsok, csőidomok) készítésére használatosak

13 Tempervasak (3) fekete és perlites tempervas
Szabványos jelölés: MSZ ISO B 30-06; B 32-12; B 35-10; (fekete tempervasak) P 45-06; P 50-05; P55-04; … P 70-02; P (perlites tempervasak) A szakítószilárdság 300…800 MPa között változik, függ az alapszövettől, a nyúlás 12…1% között, a keménység HB között alakul Jól önthetők, a B jelű tempervasak csőidomokhoz használatosak, a P jelűek nagyobb szilárdságú és kopásállóságú öntvényekhez (pl. fékpofák)

14 Kéregöntvények Azokat az öntvényeket, melyeknek a belseje szürke öntöttvas, a külső felülete pedig fehér, kéregöntvényeknek nevezzük Ezeknél a kéreg kemény, kopásálló, a belső részek pedig jobban megmunkálhatók, nem annyira ridegek Példák: szelepemelők, vezérmű tengelyek, malomipari őrlő hengerek

15 Gömbgrafitos öntöttvasak (1)
A grafit gömb alakban történő kristályosodását hipoeutektikus öntöttvasaknál magnézium, hipereutektikus öntöttvasaknál cérium beoltásával érik el (bonyolult, költséges technológia) Szövetszerkezet: ferrit-perlites alapszövetbe ágyazott gömbös grafit Jól önthető, kedvező kopásállóságú, a lemezgrafitos öntöttvashoz képest kiváló a szilárdsága, hőállósága

16 Gömbgrafitos öntöttvasak (2)
Szabványos jelölés: MSZ Göv ; …Göv 500-7;…Göv (a jelölés első száma a szakítószilárdság, a második a nyúlás) A szakítószilárdság 350…900 MPa között változik, a nyúlás 22…2% között, felületi edzéssel HRC keménység érhető el Gépalkatrészek, (pl. forgattyús tengelyek, hajtórudak, fogaskerekek), belső nyomásnak kitett házak, mezőgazdasági gépalkatrészek készítésére használatosak

17 Gömbgrafitos öntöttvasak (3)
ferrites perlites

18 Öntöttvasak szilárdságának összehasonlítása (Rm, MPa)

19 Öntöttvasak kiválasztásának szempontjai
Az alkatrész igénybevétele és a méretek függvényében meghatározott szilárdság Az igénybevétel jellegéből (pl. dinamikus hatás) becsült minimális nyúlás Koptató hatás esetében a keménység, kopásállóság Az öntvény alakja, falvastagsága - megmunkálhatósági kritérium

20 Az acélok csoportosítása
Ötvözetlen acélok Gyengén ötvözött acélok (Σ ötvöző% < 5%) Erősen ötvözött acélok (Σ ötvöző% > 5%) Ötvözők: Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, W, Co Felhasználás szerinti csoportosítás: Szerkezeti acélok Szerszám acélok

21 Ötvözetlen acélok C%~0,1 0,25 0, , ,8

22 Az acélok tulajdonságai
Az alkatrész gyártás szempontjából: Tervezés szempontjából fontos anyagjellemzők Megmunkálhatósági jellemzők (forgácsolhatóság, képlékeny alakíthatóság, hőkezelhetőség) A szerkezet építés szempontjából A felhasznált előgyártmányok (lemezek, szelvények, rúdak) anyagtulajdonságai Megmunkálhatósági jellemzők (alakíthatóság, hegeszthetőség)

23 Az acélok tulajdonságainak adatbázisai
A felhasznált acélok választéka rendkívül széleskörű, ezért különböző forrásokból szedhetők össze a szükséges jellemzők: Szabványok Gyártó cégek termék katalógusai Kézikönyvek, áttekintő művek Számítógépes adatbázisok

24 Általános rendeltetésű ötvözetlen szerkezeti acélok (MSZ EN 10025)
Szabványos jelölés: Fe 235; 275; 355; a szám a folyás-határ átlagos értéke (Fe 490; 590, 690 esetén az Rm); karbontartalom 0,13…0,2% Kiegészítő betűjel: B, C, D (pl. Fe 235 B) az ütőmunka minimális értékéhez (KV=27J) tartozó hőmérsékletet jelenti (20, 0, -20 Co) A folyáshatár 235…355 között, a szakítószilárdság 350…690 MPa között változik, a nyúlás 24…10% között, az ütőmunka min. 27 J Jól hegeszthetők, ezért átlagos rendeltetésű szerkezetek, alkatrészek készíthetők belőlük

25 Hegeszthető finomszemcsés szerkezeti acélok
Szabványos jelölés: S 275; 355; 420; 460; a szám a folyáshatár átlagos értéke a karbontartalom 0,13…0,2% + mikroötvözők Kiegészítő betűjel: M, ML, N, NL (pl. S 275 M) az ütőmunka minimális értékéhez tartozó hőmérsékletet jelenti A folyáshatár 275…460 között, a szakítószilárdság 360…720 MPa között, a nyúlás 24…10% között változik, az ütőmunka min. 27 vagy 40 J. Jól hegeszthetők, igényes szerkezetekhez valók

26 Betétedzésű acélok (MSZ EN 10084)
Szabványos jelölés: acélonként változó, az összetételre, ötvözőkre utaló (pl. C10; 16MnCr5…) Összetétel: karbontartalom 0,07…0,3% + Mn, Cr, Mo, Ni ötvözők A tulajdonságok a kéregben és a magban különbözőek, cél a kemény kéreg és szívós mag Jól használhatók gépelemek gyártására (fogaskerék, tengely, csapágypersely, gömbcsukló, …stb.)

27 Betétedzésű acélok (Cementálási technológia)
A cementáló közeg típusa: (zárójelben az 1mm kéregvastagság eléréséhez szükséges idő órában) szilárd (10), gázközeg (6), sófürdő (4) Cementálás utáni hőkezelés: edzés (lehet külön a magra és a kéregre) megeresztés ( Co) Kéreg keménység: 56…60 HRC

28 Nemesíthető acélok (MSZ EN 10083)
Szabványos jelölés: acélonként változó, az összetételre, ötvözőkre utaló (C22; 50CrMo4…) Összetétel: karbontartalom 0,17…0,6% + Mn, Cr, Mo, Ni ötvözők A tulajdonságok a szelvény átmérő és a hőkezelés (edzés + megeresztés) függvényében különbözőek Jól használhatók dinamikus és szilárdsági igénybevételnek kitett gépalkatrészekhez

29 Nemesíthető acélok (Nemesítési technológia)
Edzés: sikere függ az átedzhető szelvényátmérőtől Az edzett acél megeresztése: a tulajdonságok a megeresztési hőmérséklettől (és időtől – kb. 1-2 óra) függnek Ütőmunka Szakítószilárdság Nyúlás Megeresztési hőköz T

30 Nemesíthető acélok ajánlott alkalmazása (példák)
ReH min. D<16 16<D<40 40<D<100 100<D<160 300 MPa 2C25 2C35 400 MPa 2C45 28Mn6 25CrMo4 500 MPa 2C50 2C60 37Cr4 34CrMo4 600 MPa 46Cr2 50CrMo4 51CrV4 800 MPa 41Cr4 34CrNiMo8 1000 MPa 34CrNiMo6

31 Szerszámacélok (1) Az igénybevételtől függően széles választékban kaphatók (erősen ötvözött acélok) Főbb típusok: Gyorsacélok Hidegmegmunkáló acélok Melegalakító szerszám acélok Műanyagalakító szerszám acélok

32 Szerszámacélok (2) Az acélok kiválasztását összehasonlító táblázatok könnyítik meg (kiválasztás több szempont alapján) Főbb választási szempontok: Keménység, kopásállóság Szívósság, hősokk tűrés Megmunkálhatóság Hőkezelhetőség, mérettartósság

33 Szerszámacélok (3) hőkezelés: gyorsacélok
Példa: R6; S6-5-2 (6% W, 5% Mo, 4% Cr) Edzés: Ausztenitesítés Co; 80…150 sec. Hűtés olajban, sófürdőben vagy vákumban Megeresztés 550 Co-on 3x2 óra (az utolsó megeresztés csak 500 Co-on) Elérhető keménység 66 HRC

34 Szerszámacélok (4) hőkezelés: gyorsacélok
A hőkezelés hőmérséklet-idő diagramja 1200 Co 550 Co

35 Szerszámacélok (5) hőkezelés: gyorsacélok
Megeresztési diagram: HRC 66 HRC 65 T, Co

36 Szerszámacélok (6) hőkezelés: hidegmegmunkáló acélok
Hőkezelési diagram és megeresztési görbe T HRC 950 Co K1 jelű acél 65 200 Co 50 T 200 Co

37 Az alumínium és ötvözetei
Alakítható alumínium ötvözetek (ötvöző tartalom néhány %) Nemesíthető Nem nemesíthető Öntészeti alumínium ötvözetek (eutektikus összetételhez közeli ötvöző tartalom) Ötvözött alumínium öntészeti célra (Si, Mg, Cu) Egyéb öntészeti alumíniumok ötvözetek

38 Az alumínium tulajdonságai
Kis sűrűség (ρ= 2,7 Mg/m3) Alacsony olvadáspont (660 Co) Jó hő- és villamos vezetőképesség Kiváló korrózió állóság Kedvező alakíthatóság Szilárdsága kicsi (Rm=45 MPa), de ez ötvözéssel, hőkezeléssel és hidegalakítással jelentősen növelhető

39 Az alumínium fő ötvözői (MSZ EN 573 szabvány szerint)
Tiszta alumínium 1000 jelű sorozat Cu ötvözésű 2000 jelű sorozat Mn ötvözésű 3000 jelű sorozat Si ötvözésű 4000 jelű sorozat Mg ötvözésű 5000 jelű sorozat Mg és Si ötvözésű 6000 jelű sorozat Zn ötvözésű 7000 jelű sorozat Li ötvözésű 8000 jelű sorozat Egyéb ötvözésű 9000 jelű sorozat

40 Öntészeti alumínium ötvözetek (példák)
2000 jelű sorozat: AlCu4TiMg nemesíthető, nagy szilárdságú 4000 jelű sorozat: AlSi12 (eutektikus) kiválóan önthető, vékony falú öntvényekhez 5000 jelű sorozat: AlMg9 korrózióálló, jól fényesíthető

41 Nemesíthető alumínium ötvözetek (példák: lemezek tulajdonságai)
Lágy Rm Lágy A% NemesítettRm Nemesített A% AlMgSi 147 16 255 11 AlCu4Mg1 235 12 390 13 AlCu5.5Mg1.5 245 430 Képlékeny alakítás (kivágás, hajlítás, mélyhúzás) lágy állapotban; kisebb alkatrészek igény szerint nemesíthetők A rudak mechanikai jellemzői hasonlóak a lemezekéhez

42 Nemesíthető alumínium ötvözetek (kiválásos keményedés - 1)
Lépései: Homogenizálás az α-mezőben Gyors hűtés Megeresztés Keménység növelés mechanizmusa: Fémes vegyület kiválás finom eloszlásban A kivált szegregátumok a diszlokációk mozgását gátolják, emiatt nő a szilárdság és csökken a nyúlás

43 Nemesíthető alumínium ötvözetek (kiválásos keményedés - 2)
T, Co α Homogenizálás Megeresztés

44 A réz és ötvözetei Alakítható réz ötvözetek Öntészeti réz ötvözetek
Lemezalakításra alkalmas sárgarezek Éremverésre alkalmas bronzok Öntészeti réz ötvözetek Ónbronz és vörösötvözetek Ólombronzok Sárgarezek öntészeti célokra

45 A réz tulajdonságai Közepes sűrűség (ρ= 8,93 Mg/m3)
Olvadáspont (1083 Co) Kiváló hő- és villamos vezetőképesség Légköri korrózió állóság Kedvező alakíthatóság, önthetőség Szilárdsága közepes (Rm=220 MPa), ötvözéssel tovább javítható

46 A fontosabb öntészeti rézötvözetek (MSZ 8579:1991)
Ónbronzok (öntészeti célokra) öCuSn12: nagy igénybevételű alkatrészek öCuSn10P: vegyipari szerelvények Vörösötvözetek öCuSn10Zn2: csapágycsészék, csigakerekek öCuSn5Zn5Pb5: áramvezető sínek Ólombronzok (főként csapágy öntvények) öCuPb20Sn5: hideghengerművek csapágyai öCuPb5Sn10: savas közegben lévő csapágyak

47 A fontosabb sajtolható rézötvözetek
Tiszta réz (Cu%>99,85): áramvezető huzalok, mélyhúzott alkatrészek Sárgarezek: 90% Cu, 10% Zn: finom alkatrészek 70% Cu, 30% Zn: mélyhúzott alkatrészek 60% Cu, 40% Zn: hőcserélő lemezek Bronzok: 95,5% Cu, 3% Sn, 1,5% Zn: érem verés

48 Összefoglalás A fémek és ötvözetek tulajdonságai az összetétel és a hőkezelési állapot függvényében változnak Fő jellemzőjük a kedvező szilárdság és szívósság, a jó alakíthatóság, kiváló hő- és villamos vezetőképesség A fémek tulajdonságait az anyag szabványok és adatbázisok tartalmazzák