Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák , valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált.

Az előadások a következő témára: "Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák , valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált."— Előadás másolata:

1 Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák , valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált alkalmazása A mérnöki szemlélet, a tanultak gyakorlati alkalmazásában való jártasság fejlesztése A minőség és megbízhatóság mint személyes tulajdonságok erősítése

2 A tervezés, anyag kiválasztás és gyártás összefüggései
A gyártmány fejlesztés folyamata Az alkatrész tervezés folyamata Egyszerű esettanulmányok

3 Egy gyártmány fejlesztésének fázisai (1)
Piaci igények felmérése A szerkezet funkciójának, főbb jellemzőinek meghatározása A szerkezet koncepcionális tervezése (pl. gépkocsi) A szerkezeten belüli fő egységek funkciói (pl. motor) A fő egységen belüli alkatrészek tervezése (pl. hajtórúd) Az elkészült szerkezet ellenőrzése, visszacsatolás az előző fázisokra

4 Egy gyártmány fejlesztésének fázisai (2)
Igények felmérése, funkciók Koncepcionális tervezés Méretezési eljárás választása Részletes tervezés Kísérleti ellenőrzés

5 Egy gyártmány fejlesztésének fázisai (példa)
Gépkocsi: kategória, főbb paraméterek, komfort fokozat, esztétikai megjelenés, fogyasztói kör, ár, …stb. Motor: teljesítmény, nyomaték, fogyasztás, környezetvédelmi paraméterek, …stb. Hajtórúd: funkció (igénybevétel), alak, anyag, gyártási mód

6 Új igények megjelenítése a gyártmány fejlesztésben (1)
1980: hagyományos asztali PC-k katódsugár csöves monitorral 1980-as évek vége: igény a hordozható gépekre Megoldás: integrált egység hagyományos elemekből (12-13 kg) – nem terjedt el Új koncepció: lapos képernyő (LCD, plazma, stb.), miniatürizált egységek Eredmény: a mai notebook kategória (1,5-3 kg)

7 Új igények megjelenítése a gyártmány fejlesztésben (2)
Hagyományos termék Új fogyasztói igény Új műszaki megoldás A piac elemzése

8 Tervezési szempontok kapcsolata
Alak Funkció Megmun-kálás Anyag

9 A tervezés folyamata (1)
Az alkatrész funkcionális vázlata, igénybevételek Közelítő alak és méretek (forrás: anyagtulajdonságok adatbázisa, méretezési összefüggések) Előzetes technológia (forrás: technológiai adatbázis) Részletes elemzés Kísérleti ellenőrzés, visszacsatolás az előző fázisokra

10 A tervezés folyamata (2)
Funkció, igénybevételek Közelítő méret, anyag Anyag tulajdonságok Előzetes technológia Méretezési összefüggések Részletes elemzés, kísérletek Technológiai adatbázis

11 Példa a funkciók meghatározására: csavarhúzó (1)
Nyél Szár Fej Általános funkció: csavar be- és kihajtás kényelmes használat, „felhasználó barát” tartósság, méltányos ár

12 Példa a funkciók meghatározására: csavarhúzó (2)
Nyél: Funkció: csavaró nyomaték átadása a kézről a szárra Igénybevétel: a felületen nyomás, a szár bekötésen csavarás Anyag: fa, polimer, fém (szilárdság, kedvező felület, esztétikus külső) Alak: kézbe illeszkedő, a felületen csúszás gátló rovátkák Megmunkálás: az anyag fajtától függő

13 Példa a funkciók meghatározására: csavarhúzó (3)
Szár: Funkció: csavaró nyomaték átadása a nyélről a fejre, esetleg hajlítás (nem rendeltetés szerű használat) Igénybevétel: nyomás, csavarás, (hajlítás) Anyag: acél (szilárdság, szívósság) Alak: az igénybevételből számítható méret Megmunkálás: húzott rúdból leszabás, a végeken alakítás

14 Példa a funkciók meghatározására: csavarhúzó (4)
Fej: Funkció: csavaró nyomaték átadása a fejről a csavarra, esetleg ütés, hajlítás (nem rendeltetés szerű használat) Igénybevétel: nyomás, csavarás, koptató hatás, (hajlítás) Anyag: acél (keménység, szilárdság, szívósság) Alak: az igénybevételből számítható méret Megmunkálás: a szárból kialakítva, hőkezelve

15 A tervezés, anyag kiválasztás és megmunkálás kölcsönhatásai
Az igénybevételek főbb típusai Az igénybevételekkel összehasonlítható anyagjellemzők Megmunkálhatóság

16 Az igénybevételek jellemzése (1)
Az igénybevétel hatása szerinti felosztás: Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek A felületre ható igénybevételek Az igénybevétel időbeli lefolyása szerinti felosztás: Statikus Dinamikus, lökésszerű Ismétlődő, fárasztó Az előbbi három kombinációja

17 Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek
Húzó Nyomó Hajlító Nyíró Csavaró Hajlítás Húzás Csavarás

18 A felületre ható igénybevételek
Forgatás Hő Vegyi Elektrokémiai Áramló közeg Koptató Sugárzás Biológiai Szorító erő Kopás

19 Az igénybevétel időbeli lefolyása
Statikus Dinamikus Ismétlődő, fárasztó Az előbbi három kombinációja

20 A legfontosabb igénybevételek (térfogatra és felületre hatók)
Statikus terhelés Dinamikus terhelés Fárasztó igénybevétel Hőmérsékleti hatások Kopás Korróziós hatás Egyéb igénybevételek

21 Az igénybevételek nagyságának számítása (1)
Térfogatra ható, úgynevezett egyszerű igénybevételek esetében (pl. húzás): A külső terhelés becslése A terhelés hatására ébredő feszültségek számítása So  = F / So F F

22 Az igénybevételek nagyságának számítása (2)
Szabályosan ismétlődő fárasztó igénybevétel esetében: A külső terhelés és igénybevételi szám becslése A térfogatra ható feszültségek számítása a statikus terhelésből és a váltakozó igénybevételből (pl. vasúti kocsi tengely)

23 Az igénybevételek nagyságának számítása (3)
Dinamikus, szabálytalanul változó igénybevétel esetében: A külső terhelés spektrumának becslése Egyenértékű terhelés generálása A térfogatra ható feszültségek számítása (pl. gépkocsi tengely igénybevétele göröngyös úton)

24 Az igénybevételek nagyságának számítása (4)
A felületre ható igénybevételek esetében: A külső hatás erősségének becslése (pl. vegyi anyag korróziós hatása, koptató hatás, sugárzás okozta hatás) A legtöbb esetben nehéz konkrét mérőszámokat meghatározni, ezek mindig a külső hatástól és az anyagtól függően adhatók meg

25 Az igénybevételek és az anyag-jellemzők kapcsolata a méretezéssel
Méretezési összefüggések A szerkezet méreteinek meghatározása

26 1. Anyagjellemzők statikus terhelésre
Folyáshatár (Rp0,2; REH) Szakítószilárdság (Rm) Rugalmassági modulus (E)

27 2. Anyagjellemzők dinamikus terhelésre
Ütőmunka (KV) Törési szívósság (KIC) Kritikus repedéskinyílás (COD)

28 3. Anyagjellemzők fárasztó igénybevételre
Kifáradási határ (k) Adott feszültség szinthez tartozó élettartam (Nt)  t k N Nt

29 4. Hőmérsékleti hatások Hőállóság Reológiai tulajdonságok
Kúszáshatár (T) Időszilárdság (t) Hővezető képesség () Hősokk, hőfáradás állóság (NT1mm; ΔTmax)

30 5. Kopás Súrlódási tényező (μ) Keménység (HB, HV, HRC)
Kopási jellemzők (ΔV; Δm)

31 6. Korróziós hatás Oxidáció sebessége Elektrokémiai korróziós hajlam
Ellenállás különféle vegyszerekkel szemben Mindezek egyedileg meghatározható jellemzők

32 7. Egyéb igénybevételek (pl. neutron, nap sugárzás)
Ridegedési hajlam (HV, KV változása a neutron sugárzás hatására reaktor anyagokon) Műanyagok károsodása a nap ultraibolya sugarainak hatására

33 A megmunkálhatósági jellemzők
Megmunkálhatóságon egy anyag adott megmunkálási technológiára való alkalmasságát értjük A megmunkálhatóságot jellemezhetjük fizikai paraméterekkel (pl. olvadáspont), anyagvizsgálati mérőszámokkal (pl. keménység), vagy úgynevezett technológiai próbákkal

34 Megmunkálhatósági jellemzők (1)
Öntés Olvadási hőmérséklet, dermedési hőköz Önthetőségi próbák Porkohászat Pórusossági vizsgálat sajtolás után Szinterelhetőségi próba

35 Megmunkálhatósági jellemzők (2)
Képlékeny térfogat alakítás Folyási görbék, alakíthatósági mérőszámok Zömíthetőségi próba, egyéb technológiai próbák Melegalakíthatóság Lemezalakítás Képlékenységi anizotrópia vizsgálatok Lemezalakíthatósági próbák

36 Megmunkálhatósági jellemzők (3)
Hegesztés Karbon egyenérték Mechanikai vizsgálatok, varrat keménység Hőkezelés Jominy-féle véglapedző vizsgálat Átedzhető szelvényátmérő Összetétel, átalakulási diagramok

37 Megmunkálhatósági jellemzők (4)
Forgácsolás Megmunkálhatósági együttható Éltartam vizsgálatok Keménység, szívósság Felületkezelés Felület állapot Tapadási szilárdság

38 A tervezési módszerek részletes elemzése
Tervezési szempontok Optimalizálási módszerek

39 Tervezési sorrend Tartalom szerint: Közelítési mód szerint
Méretek és anyag meghatározása Megmunkálási mód választása Közelítési mód szerint Előzetes tervezés Közelítő tervezés Részletes elemzés

40 Közelítési stratégia Előzetes tervezés Közelítő tervezés
Részletes elemzés ITERÁCIÓ Összes anyag Globális szempontok Szűkebb anyagcsoport Valós terhelés Egy anyag Optimalizált alak Megmunkálási eljárás TERMÉK

41 Az alak (méretek) és az anyag-tulajdonságok figyelembe vétele
Műszaki szempontok Minimális tömeg Optimális alak Több szempont egyidejű mérlegelése Gazdaságossági szempontok Minimális költség Esztétikai megjelenés, tetszetősség

42 Méretezés minimális tömegre és maximális merevségre
Húzás: F F ΔL L So Merevség: Következtetés: m minimális, ha E/ρ maximális Tömeg:

43 Méretezés minimális tömegre és maximális merevségre
Hajlítás koncentrált erővel: m minimális, ha (E1/2/ρ) maximális Hajlítás megoszló terheléssel: m minimális, ha (E1/2/ρ) maximális

44 Méretezés minimális tömegre és maximális szilárdságra
Megengedett szilárdság: m=Rp0,2/n (n: biztonsági tényező) Húzás: m minimális, ha (m/ρ) maximális Hajlítás koncentrált erővel: m minimális, ha (m2/3/ρ) maximális Hajlítás megoszló terheléssel: m minimális, ha (m1/3/ρ) maximális

45 Példa: anyagjellemzők a minimális tömeg választásához
Anyag fajta E/ρ Rp0,2/ρ Fa 20…30 120…170 Alumínium 25 180 Lágyacél 26 30 Beton 15 3 Az E/ρ érték (merevségi optimum) közel azonos Az Rp0,2/ρ (szilárdsági optimum) jelentősen különbözik, legkedvezőbb az alumínium és a fa

46 Példa: anyag kiválasztási diagramok (1)
Az anyag kiválasztás folyamatát megkönnyítő diagramok tengelyein a különböző anyag tulajdonságok vannak, az egyes anyag fajták pedig területeket fednek le a diagramokban Főbb diagram típusok: E – ρ; Rp0,2 – ρ; E - Rp0,2; KIC – E; …stb

47 Példa: anyag kiválasztási diagramok (2)
E, GPa 1000 Műszaki kerámiák 100 E/ρ=C Fémötvözetek Fa 10 Kompozitok 1 Polimerek 0,1 0, ρ, Mg/m3

48 Példa: anyag kiválasztási diagramok (3)
Keresési stratégia (1): Kiválasztjuk a terhelési módot, és a jellemző (E/ρ= Const.) arányt, majd berajzoljuk a megfelelő egyenest a diagramba Az egyenes által metszett területek mutatják a választható anyag típusokat Utána részletesebb diagramokban keresünk tovább a konkrét anyagra

49 Példa: anyag kiválasztási diagramok (4)
Keresési stratégia (2): Kiválasztjuk a közelítő E és ρ értéket, és felvisszük a tengelyekre Az egyenesek meghatározzák azt a területet, ahol részletesen lehet keresni Utána a következő diagramban folytatjuk a keresést

50 Méretezés optimális alakra (1)
Optimálisnak tekintjük az alakot, ha az anyag minden elemi térfogata a megengedhető maximális feszültséggel van terhelve Ebben az esetben az adott terhelést elviselni képes szerkezeti elem tömege általában minimális

51 Méretezés optimális alakra (2)
A korszerű CAD rendszerekben van végeselem számítási modul, amellyel a helyi feszültségek és alakváltozások számíthatók – ezzel a feszültség eloszlás optimalizálható Az egyszerűbb alakzatokra számítással lehet megkeresni a legkedvezőbb alakot

52 Méretezés optimális alakra Példa: hajlított tartó (1)
Tömör hajlított tartó keresztmetszetében a feszültség eloszlás nem egyenletes, ezért az anyag kihasználás nem kedvező Ugyanolyan tömegű cső esetében a teherbírás növekszik, ahogy a cső átmérője nő és a falvastagsága csökken

53 Méretezés optimális alakra Példa: hajlított tartó (2)
Közepes átmérő Falvastagság Teherbírás Külső Ø=10 mm Tömör rúd 100% 8,33 mm 3 mm 130% 12,5 mm 2 mm 188% 25,0 mm 1 mm 748% A tömör rúdhoz képest azonos tömeggel jelentős teherbírás növekedés érhető el cső használatával A falvastagság csökkentést egyéb tényezők korlátozzák (stabilitás, horpadási veszély)

54 Több szempont egyidejű mérlegelése a tervezés során
Az anyagokat a használat során több igénybevétel is éri, ekkor olyan anyagot kell választani, mely ezek összességének a legjobban megfelel Az adott anyag csoportot megfelelőségi mutatók szerint lehet jellemezni A több kritérium szerinti összehasonlítás lehet súlyozatlan vagy súlyozott megfelelőségi mutatók szerint

55 Példa: szerszámacélok kiválasztása több kritérium alapján (1)
Szerszámacélok választéka: A1…A4 jelű acélok Megfelelőségi mutatók: M1: Kopásállóság M2: Forgácsolhatóság M3: Korrózióállóság M4: Polírozhatóság M5: Méretstabilitás

56 Példa: szerszámacélok kiválasztása több kritérium alapján (2)
M1 kopás 6 7 9 10 M2 forg. 5 M3 korr. 3 8 M4 polír. M5 méretst 33 40 35 34 Sorrend: A2, A3, A4, A1 jelű acélok

57 Példa: szerszámacélok kiválasztása több kritérium alapján (3)
Az előző példában súlyozatlanul hasonlítottuk össze a megfelelőségi kritériumokat Ha egyes kritériumok fontosabbak a másiknál, súlyzó faktorokkal emelhetjük ki azokat Pl: kopásállóság 2x-es, korrózióállóság 3x-os szorzóval vehető figyelembe az adott helyzetben

58 Példa: szerszámacélok kiválasztása több kritérium alapján (4)
M1 kopás 12 14 18 20 M2 forg. 7 5 M3 korr. 9 24 M4 polír. 10 8 M5 méretst 54 63 52 50 Sorrend: (korábbi) A2, A3, A4, A (jelenlegi) A2, A1, A3, A4

59 Méretezés minimális anyagköltségre
Az anyagköltség akkor minimális, ha Az anyag ára (Ft/kg) alacsony Az anyagnak kicsi a sűrűsége Emellett nagy a szilárdsága Ezekből kombinált mutató: (költség x sűrűség / szilárdság) Szokás ezt a mutatót a lágyacél mutatójának arányában is kifejezni

60 Néhány anyag világpiaci ára 1997-ben (USD/kg)
Arany Volfrám 28,3 Alumínium tömb 1,65 Gyorsacél rúd 3,2 Szürkeöntvény tömb 0,33 PVC 1,00 Epoxy gyanta 6,00 Fenyőfa palló 0,35

61 Méretezés minimális anyagköltségre: fajlagos mutató
költség x sűrűség / szilárdság arány: Lágyacél 1 Hőkezelt Al ötvözet 0,75 Polietilén 2,8 Réz 7,7 Az Al kedvezőbb a lágyacélnál, a polietilén és a réz kedvezőtlenebb a költség és szilárdság szempontjából

62 Anyagtulajdonságok Általános jellemzés

63 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - fémek
Anyagjellemzők: E, KIC nagy, Rp0,2 közepes Előnyök: közepesnél nagyobb merevség, szívósság, jó alakíthatóság, hősokkal szembeni ellenállás Hátrányok: gyenge hő- és korrózióállóság, kerámiáknál kisebb keménység

64 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - kerámiák
Anyagjellemzők: E, Rp0,2 nagy, KIC kicsi Előnyök: nagy merevség, keménység, hő- és korrózióállóság, Hátrányok: kis szívósság, gyenge hősokk tűrés, kedvezőtlen alakíthatóság

65 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - polimerek
Anyagjellemzők: KIC közepes, Rp0,2 gyenge, E kicsi Előnyök: jó korrózióállóság, jó alakíthatóság, kis sűrűség, kedvező Rp0,2/ρ arány Hátrányok: kis merevség , gyenge hőállóság és alacsony kúszáshatár

66 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - kompozitok
Anyagjellemzők: kedvező KIC, Rp0,2, E állítható be Előnyök: rugalmasan változtatható szilárdság, jó korrózióállóság, elfogadható alakíthatóság, kedvező Rp0,2/ρ arány Hátrányok: költséges gyártás, kúszási hajlam egyes típusoknál

67 A szerkezeti anyagok tulajdonságainak áttekintése
Források: Összehasonlító diagramok Táblázatok Adatbázisok Rendszerezés: Egy tulajdonság szerint Két vagy több tulajdonság egyidejű összehasonlításával

68 Anyagok tulajdonságai sűrűség
10 Mg/m3 fölött: nehézfémek, keményfémek 2-10 Mg/m3 között: könnyű és színes fémek, acél 2 Mg/m3 alatt: polimerek

69 Statikus terhelési jellemzők szakítószilárdság
2000 MPa fölött: üveg, bór szálak MPa: fémek többsége, kerámiák, üveg-szálas kompozitok 200 MPa alatt: könnyűfémek, poli-merek, porcelán

70 Statikus terhelési jellemzők rugalmassági modulus
300 GPa fölött: néhány fém, Al2O3, karbidok, gyémánt, fémkerámiák GPa között: fémek, üveg, porce-lán, kompozitok 10 GPa alatt: fa, polimerek

71 Dinamikus terhelési jellemzők törési szívósság
100 MN/m3/2 fölött: acélok MN/m3/2 között: Al, Ti, kompozitok 10 MN/m3/2 alatt: polimerek, fa, üveg

72 Anyagok kifáradási tulajdonságai
A kifáradási határ és tartamszilárdság az anyagminőségtől és a szerkezettől, a felület állapotától, valamint a vizsgálat körülményeitől is függ Az anyagok kifáradási tulajdonságai nem határozhatók meg egyértelműen, a kifáradási határ fémekre a folyáshatár 30…70%-a körül van

73 Anyagok hőtechnikai tulajdonságai olvadási hőmérséklet
2000 Co fölött: W, Mo, Nb, Ta karbidok, gyémánt Co között: Öv, acélok, Cr, por-celán, fémkerámiák 1000 Co alatt: polimerek, Al, Mg, rézötvözetek, kompozitok

74 Anyagok hőtechnikai tulajdonságai hőtágulási együttható
40 (10-6/Ko) fölött: polimerek 4-40 (10-6/Ko) között: fémek, fémkerámiák, porcelán 4 (10-6/Ko) alatt: fa, gyémánt

75 Anyagok kopási tulajdonságai
A kopásállóság függ a koptató hatásnak kitett anyagpároktól és a kopás körülményeitől is (kenés, koptató részecskék a felületek között) Az anyagok kopásállósága általában a keménységgel arányos, kiválóan kopásállóak a műszaki kerámiák

76 Anyagok korróziós tulajdonságai korróziós hatások
Oxidáció száraz levegőben; a fémek oxidációs hajlama: arany, réz, vas, titán... Oxidáció nedves levegőben: a fémek az oxigén és víz hatására fémhidráttá alakulnak, pl. Fe(OH)2 Elektrokémiai korrózió: függ az elektrokémiai potenciál különbségtől és a közegtől

77 Anyagok árarányai ötvözetlen acél = 1
arany 2820 volfrám 98 alumínium 4 ötvözetlen acél 1 keményfa palló 1,4 PVC 2,6 epoxy gyanta 15 ipari gyémánt

78 Anyagok előállításához szükséges energia
MWh/t Beton 0,5 Acél 13 Alumínium 16 Réz 20 Műanyagok 25 Titán 40

79 Anyagok összehasonlítása két tulajdonság alapján (1)
Szilárdság és sűrűség diagram: Legkedvezőbb szilárdság/sűrűség arány: fa Nagy szilárdság/közepes sűrűség: kerámiák, kompozitok Nagy szilárdság/nagy sűrűség: fémek

80 Anyagok összehasonlítása két tulajdonság alapján (2)
Szilárdság és relatív költség diagram: Kedvező ár-nagy szilárdság kő, tégla, égetett kerámia Magas ár-nagy szilárdság műszaki kerámiák Közepes ár és szilárdság fémek, kompozit anyagok

81 Anyagok összehasonlítása két tulajdonság alapján (3)
Szilárdság és energiatartalom diagram: Kis energia igényű/nagy szilárdság - fa, kő Nagy energia igény/nagy szilárdság – műszaki kerámiák

82 Polimerek Kerámiák Kompozit anyagok
Anyagtulajdonságok Polimerek Kerámiák Kompozit anyagok

83 A polimerek áttekintése (1)
Anyagjellemzők: KIC közepes, Rp0,2 gyenge, E kicsi Előnyök: jó korrózióállóság, jó alakíthatóság, kis sűrűség, kedvező Rp0,2/ρ arány Hátrányok: kis merevség , gyenge hőállóság és alacsony kúszáshatár

84 A polimerek áttekintése (2)
Hőre lágyuló polimerek Lineáris vagy elágazásos szerkezet Az üvegesedési hőmérséklet felett alakíthatók Hőre keményedő polimerek A láncokat kereszt kapcsolatok kötik össze Kikeményedés után nem alakíthatók

85 Hőre lágyuló polimerek Polietilének (1)
A nagy sűrűségű polietilén (HDPE) lineáris láncokat tartalmaz, szívóssága szobahőmérsékleten jó, korrózióállósága jó, UV sugárzásnak kevésbé ellenálló Az alacsony sűrűségű polietilén (LDPE) elágazásos láncokat tartalmaz, szilárdsága, rugalmassági modulusa kisebb mint a HDPE

86 Polietilének (2) HDPE LDPE ρ (kg/m3) 960-970 915-930 Rm (MPa) 22-38
1-16 E (GPa) 0,4-1,4 0,12-0,3 Alkalmazás: Palackok, játékok, csövek és idomok vízvezetékekhez, csomagoló fólia Tömítések, villamos szigetelő anyagok, konyhai eszközök 100 Co alatti használatra

87 Polivinilklorid Szobahőmérsékleten megfelelő szilárdsága és merevsége van Az épületekben használják csövek, ablak keretek anyagaként, a lágy PVC-t padlóburkoló anyagként, fóliának Sűrűsége 1,4-1,54 Mg/m3, szakítószilárdsága MPa, rugalmassági modulusa 2,4-4,1 GPa

88 Politetrafluoretilén (teflon)
Kiváló tulajdonságai vannak, szerkezete stabil, tökéletesen korrózióálló, kicsi a súrlódási együtthatója Tömítések, csapágyak, bevonatok készítésére használják Sűrűsége 2,1-2,25 Mg/m3, szakítószilárdsága MPa, rugalmassági modulusa MPa

89 Poliamidok Részben kristályos szerkezetű, jól forgácsolható, kellően kopásálló, ellenáll az olajoknak Fogaskerekek, szíjtárcsák, szivattyú járókerekek, siklócsapágyak anyaga Sűrűsége 1,08-1,12 Mg/m3, szakítószilárdsága MPa

90 Polikarbonát Átlátszó, alacsony hőmérsékleten is szívós, a poliamidok után a második legelterjedtebb polimer Bukósisakok, lencsék, konyhai eszközök, sterilizálható gyógyászati eszközök, naptetők, lamináltan golyóálló „üvegek” Szakítószilárdsága MPa, rugalmassági modulusa 2,2-2,4 GPa, törési szívóssága J/m2

91 Hőre keményedő polimerek Fenol alapú (fenol-formaldehid)
A legrégebbi hőre keményedő anyag, kemény, rideg, 150 Co-ig stabil, jó szigetelő, kémiailag ellenálló Kapcsolók, villamos szerelvények, konyhai eszközök, burkolatok készülnek belőle Sűrűsége 1,25-1,3 Mg/m3, nyomószilárdsága MPa, rugalmassági modulusa 5,2-7,0 GPa,

92 Epoxi gyanták A gyantát alkotó lánc keményítő adalék hatására kereszt kötésű lesz, zsugorodás nélkül alakul át Kompozit anyagok alapanyagaként használatos, üvegszál vagy karbonszál erősítéssel Szakítószilárdsága a szálerősítéstől függően MPa lehet

93 Elasztomerek (műkaucsuk)
A lineáris láncok gombolyag formában vannak bennük, ezekből részben térhálós szerkezetet hoznak létre A térhálósítást kén hozzáadásával létesítik, ez a vulkanizálás (gumiabroncs), a töltőanyag (pl. korom) a sűrűséget és szilárdságot növeli Főbb változatai a poliuretán, szilikon és a gumi alapanyagok

94 Elasztomerek: poliuretán
Térhálós formában kopásálló, kedvező szilárdságú (30-35 MPa), ezért tömítések gyártására használják A habosított kemény poliuretán kedvező hőszigetelő, rezgéscsillapító – csövek szigetelésére, falak hangszigetelésére használják A habosított lágy poliuretán bútor szivacsként, csomagolásra, könnyűipari anyagként használatos

95 Polimerek összehasonlítása a hőmérséklet függvényében
T, Co -100 100 200 PEtilén üüüeeee eeeeeeee H PAmid üüüüüü üüüeeH PVC üüüeeeH Epoxi eH Szilikon vvH Ü: üvegszerű; E: elasztikus; V: viszkózus; H: használhatósági határ

96 Kerámiák Anyagjellemzők: E, Rp0,2 nagy, KIC kicsi
Előnyök: nagy merevség, keménység, hő- és korrózióállóság, Hátrányok: kis szívósság, gyenge hősokk tűrés, kedvezőtlen alakíthatóság

97 Kerámia anyagok csoportosítása (1)
Alkotók szerint: Oxidkerámiák (pl. Al2O3) Vegyületkerámiák (pl. karbid, borid, nitrid) Egyatomos kerámiák (pl. szén – gyémánt) Gyártás szerint Olvasztás (üveggyártás) Hidrát kötés (cement) Nedves formázás (agyag árúk) Porkohászat (műszaki kerámiák)

98 Kerámia anyagok csoportosítása (2)
Szerkezet szerint: Amorf (pl. üveg) Kristályos (pl. bórnitrid) Vegyes Eredet szerint: Természetes anyagok (pl. kő) Mesterséges kerámiák (pl. sziliciumkarbid)

99 Oxidkerámiák: Üvegek Alapanyagok: Olvasztás kemencében 780…800 Co-on
üvegképzők: kvarchomok (SiO2) folyósítók: nátrium oxid, kalcium oxid stabilizátorok: alkáliföldfém karbonátok hulladék üveg Olvasztás kemencében 780…800 Co-on Alakítás: síküveg, öblösüveg, egyéb alak

100 Oxidkerámiák: Égetett kerámiák
Nyersanyag: agyag  tégla, cserép, edények kaolin  porcelán Alkalmazás: Tégla- és cserépipar Háztartási eszközök Dekoráció, dísztárgyak

101 Hidrátkerámiák: cementgyártás
Nyersanyag: mészkő és agyag Előkészítés: őrlés, keverés Kiégetés: 1300…1500 Co-on, forgó kemencében  ez a klinkerképződés Aprítás: őrlés porrá  ez a cement Felhasználás: a cement vízzel keverve megköt, ez a legfontosabb építőipari alapanyag

102 Oxidmentes vegyületkerámiák
Keményfémek: magas olvadáspontú, nagy keménységű karbidok (WC, TiC, NbC) és nagy szívósságú, szilárdságú fémek (Co, Ni, Cr) porából készült termékek Műszaki kerámiák: különféle vegyületekből porkohászati úton előállított termékek

103 Keményfémek (1) Porkohászati úton készülnek, rendszerint lapka, vagy előírt alakú termék formájában Fő alkotóik: WC: 57,5…91%; TiC: 18…1% TaC: 1,5…7,0%; Co: 9…25%; Főként forgácsoló lapkákhoz, húzógyűrűkhöz alkalmazzák nagy keménységük, kopásállóságuk miatt

104 Keményfémek (2) Néhány keményfém összetétele és tulajdonságai: WC%
TiC% TaC% Co% HV Hajl.sz DA20 57,5 15,0 7,0 9,0 MPa DA40 77,0 4,0 8,0 11,0 MPa DR10 91,0 1,2 1,5 6,3 MPa DG50 75,0 25,0 MPa

105 Műszaki kerámiák gyártása
Alapanyagok: Műkorund (Al2O3); Szilícium-karbid (SiC); Szilicium-nitrid (Si3N4); Bór-karbid (B4C); A gyártás folyamata: Por előkészítés (őrlés, keverés) Formázás, sajtolás Zsugorító izzítás (szinterelés) Végső megmunkálás

106 Műszaki kerámiák alkalmazása
Nagy hőigénybevételnek kitett szerkezeti elemek (belső égésű motor szelepek, sugárhajtómű fúvókák, …stb.) Erőteljes koptató hatásnak kitett szerkezetek (szerszámok, nagy hőmérsékleten működő súrlódó párok) Kiemelten vegyszerálló alkalmazások

107 Egyatomos kerámiák Gyémánt: Köbös bór-nitrid (CBN)
Természetes: bányásszák Mesterséges: 3000 Co-on, 7500 MPa nyomáson szénből kristályosítják Köbös bór-nitrid (CBN) Csak mesterségesen állítható elő bór-nitrid ásványból 1500 Co feletti hőmérsékleten, 8500 MPa nyomással képződik

108 Egyatomos kerámiák alkalmazása
Húzógyűrűk volfrám és egyéb nagy hőmérsékleten alakítható fémekhez (elsősorban mesterséges gyémántból) Forgácsoló szerszámok: A szerszám élére raknak fel vékony rétegben kis szemcséket Nagy sebességű forgácsolás köbös bórnitriddel előnyösebb

109 Kerámiák összehasonlítása
Kopásállóság Gyémánt Köbös bórnitrid Al2O3 oxidkerámia Si3N4 nitridkerámia Bevonatolt kerámiák Bevonatolt keményfémek Szívósság

110 Kompozit (társított) anyagok
Anyagjellemzők: kedvező KIC, Rp0,2, E állítható be Előnyök: rugalmasan változtatható szilárdság, jó korrózióállóság, elfogadható alakíthatóság, kedvező Rp0,2/ρ arány Hátrányok: költséges gyártás, kúszási hajlam egyes típusoknál

111 A kompozitok típusai Példák: Szemcsés: pl. beton (cement + kavics)
Szálas: pl. üvegszálas poliészter (üvegszál + műgyanta) Réteges: pl. Arall (alumínium és aramid lemezek)

112 Szálerősítésű kompozitok

113 Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: szálak
Üvegszál: olvadt üvegből fokozatosan húznak 6…12 μm átmérőjű szálakat, melyeket köteg, paplan vagy szövet formában hoznak forgalomba Grafit (karbon) szál: különféle karbonláncú vegyületeket tartalmazó alapanyagok pirolízisével, nyújtásával hoznak létre a szálirányban összefüggő grafit kristályokat

114 Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: hordozó (mátrix)
A hordozóanyagok különféle, rendszerint két komponensű, hőre keményedő műgyanták (pl. epoxi gyanta) A műgyanta egyik komponense a folyékony polimer, amelyhez a térhálósító adalékokat hozzákeverve, majd a szálakat, töltőanyagokat bedolgozva kikeményítik

115 Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái
Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek Üvegszál erősítésű polimerek: GFRP: Glass Fiber Reinforced Polymer Karbonszál erősítésű polimerek: CFRP: Carbon Fiber Reinforced Polymer Legősibb szálerősítésű kompozit a vályog tégla volt (Mezopotámia, éve)

116 Szálerősítésű kompozitok: a szálak körüli feszültség mező
A szál és a hordozóanyag kötése egymáshoz (elérhető nyírófeszültség) A terhelés átadása a szál és a hordozó-anyag között (adhéziós kötéssel)

117 Üvegszál erősítésű kompozitok tulajdonságai
Sűrűség Mg/m3 Rm MPa E GPa Nyúlás % Epoxi 1,2 60 2,3 100 20 1,35 110 6,0 5 40 1,52 160 11,6 4 80 2,08 560 28,0 1,6 Poli-észter 50 2,00 15,9 1,7

118 Alumínium alapú kompozitok tulajdonságai
Szál anyaga Szál térfogat % Rm, MPa Ø145 μm bórszál 45 1400 Ø145 μm bórszál SiC bevonattal 35 800 60 Ø100 μm bórszál 20 500 Ø100 μm bórszál nitridált bevonattal 55 1250

119 Szálerősítésű kompozitok: az Rm és E változása az orientáció függvényében

120 Fa alapú kompozitok: áttekintés
1. rétegelt lemez farost lemez pozdorjalap 4. Faforgácslap OSB lap parafa

121 Fa alapú kompozitok (1) Rétegelt lemez (furnér lemez) Farost lemez
Vékony falemezeket kötőanyaggal egyesítenek A szálirány 90o-ban változó, emiatt az anizotrópia csökken, a szilárdság javul Farost lemez Rostjaira bontott faanyag és formaldehid gyanta keveréke Préshengerléssel formázzák végső méretre

122 Fa alapú kompozitok (2) Pozdorja lap Faforgács lap
Kender és len szártöredék és hőre keményedő műgyanta alkotja A masszát táblákká sajtolják Faforgács lap Szárított faforgácsot karbamid gyantával kötnek össze Magas hőmérsékleten táblákká préselik és a felületeket csiszolják

123 Fa alapú kompozitok (3) OSB lap Parafa
Irányított forgácsirányú falemez – rönkfából aprítanak rövid szalagokat, ezeket orientáltan helyezik el és gyantával összekötik A lapokat nagy nyomáson, 215 Co hőmérsékleten sajtolják össze táblává Parafa Parafa granulátumból sajtolnak különböző termékeket