Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

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

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1 Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák, valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált."— Előadás másolata:

1 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 2 A tervezés, anyag kiválasztás és gyártás összefüggései A gyártmány fejlesztés folyamata Az alkatrész tervezés folyamata Egyszerű esettanulmányok

3 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 4 Egy gyártmány fejlesztésének fázisai (2) Igények felmérése, funkciók Koncepcionális tervezés Részletes tervezés Kísérleti ellenőrzés Méretezési eljárás választása

5 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 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 7 Új igények megjelenítése a gyártmány fejlesztésben (2) Új fogyasztói igény Hagyományos termék Új műszaki megoldás A piac elemzése

8 8 Tervezési szempontok kapcsolata Anyag Funkció Megmun- kálás Alak

9 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 10 A tervezés folyamata (2) Közelítő méret, anyag Funkció, igénybevételek Előzetes technológia Részletes elemzés, kísérletek Anyag tulajdonságok Méretezési összefüggések Technológiai adatbázis

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

12 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 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 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 15 A tervezés, anyag kiválasztás és megmunkálás kölcsönhatásai Az igénybevételek főbb típusai Az igénybevételekkel összehasonlítható anyagjellemzők Megmunkálhatóság

16 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 17 Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek Húzó Nyomó Hajlító Nyíró Csavaró Hajlítás Húzás Csavarás

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

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

20 20 A legfontosabb igénybevételek (térfogatra és felületre hatók) 1.Statikus terhelés 2.Dinamikus terhelés 3.Fárasztó igénybevétel 4.Hőmérsékleti hatások 5.Kopás 6.Korróziós hatás 7.Egyéb igénybevételek

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

22 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 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 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 25 Az igénybevételek és az anyag- jellemzők kapcsolata a méretezéssel Igénybevétel Anyagjellemző Méretezési összefüggések A szerkezet méreteinek meghatározása

26 26 1. Anyagjellemzők statikus terhelésre Folyáshatár (R p0,2 ; R EH ) Szakítószilárdság (R m ) Rugalmassági modulus (E)

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

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

29 29 4. Hőmérsékleti hatások Hőállóság Reológiai tulajdonságok Kúszáshatár (  T ) Időszilárdság (  t ) Hővezető képesség ( ) Hősokk, hőfáradás állóság (N T1mm ; ΔT max )

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

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

32 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 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 34 Megmunkálhatósági jellemzők (1) Öntés –Olvadási hőmérséklet, dermedési hőköz –Önthetőségi próbák Porkohászat –Pórusossági vizsgálat sajtolás után –Szinterelhetőségi próba

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

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

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

38 38 A tervezési módszerek részletes elemzése Tervezési szempontok Optimalizálási módszerek

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

40 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 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 42 Méretezés minimális tömegre és maximális merevségre FF SoSo L ΔLΔL Merevség: Tömeg: Következtetés: m minimális, ha E/ρ maximális Húzás:

43 43 Méretezés minimális tömegre és maximális merevségre Hajlítás koncentrált erővel: m minimális, ha (E 1/2 /ρ) maximális Hajlítás megoszló terheléssel: m minimális, ha (E 1/2 /ρ) maximális

44 44 Méretezés minimális tömegre és maximális szilárdságra Megengedett szilárdság:  m =R p0,2 /n (n: biztonsági tényező) Húzás: m minimális, ha (  m /ρ) maximális Hajlítás koncentrált erővel: m minimális, ha (  m 2/3 /ρ) maximális Hajlítás megoszló terheléssel: m minimális, ha (  m 1/3 /ρ) maximális

45 45 Példa: anyagjellemzők a minimális tömeg választásához Anyag fajtaE/ρR p0,2 /ρ Fa20…30120…170 Alumínium25180 Lágyacél2630 Beton153 Az E/ρ érték (merevségi optimum) közel azonos Az R p0,2 /ρ (szilárdsági optimum) jelentősen különbözik, legkedvezőbb az alumínium és a fa

46 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; R p0,2 – ρ; E - R p0,2 ; K IC – E; …stb

47 47 Példa: anyag kiválasztási diagramok (2) E, GPa ρ, Mg/m 3 0, , Polimerek Kompozitok Fémötvözetek Műszaki kerámiák Fa E/ρ=C 1000

48 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 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 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 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 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 53 Méretezés optimális alakra Példa: hajlított tartó (2) Közepes átmérőFalvastagságTeherbírás Külső Ø=10 mmTömör rúd100% 8,33 mm3 mm130% 12,5 mm2 mm188% 25,0 mm1 mm748% A tömör rúdhoz képest azonos tömeggel jelentős teherbírás növekedés érhető el cső használatával A falvastagság csökkentést egyéb tényezők korlátozzák (stabilitás, horpadási veszély)

54 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 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 56 Példa: szerszámacélok kiválasztása több kritérium alapján (2) A1A2A3A4 M1 kopás M2 forg M3 korr M4 polír M5 méretst Sorrend: A2, A3, A4, A1 jelű acélok

57 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 58 Példa: szerszámacélok kiválasztása több kritérium alapján (4) A1A2A3A4 M1 kopás M2 forg M3 korr M4 polír M5 méretst Sorrend: (korábbi) A2, A3, A4, A1 (jelenlegi) A2, A1, A3, A4

59 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 60 Néhány anyag világpiaci ára 1997-ben (USD/kg) Arany11000 Volfrám28,3 Alumínium tömb1,65 Gyorsacél rúd3,2 Szürkeöntvény tömb0,33 PVC1,00 Epoxy gyanta6,00 Fenyőfa palló0,35

61 61 Méretezés minimális anyagköltségre: fajlagos mutató költség x sűrűség / szilárdság arány: –Lágyacél1 –Hőkezelt Al ötvözet0,75 –Polietilén2,8 –Réz7,7 Az Al kedvezőbb a lágyacélnál, a polietilén és a réz kedvezőtlenebb a költség és szilárdság szempontjából

62 62 Anyagtulajdonságok Általános jellemzés

63 63 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - fémek Anyagjellemzők: E, K IC nagy, R p0,2 közepes Előnyök: közepesnél nagyobb merevség, szívósság, jó alakíthatóság, hősokkal szembeni ellenállás Hátrányok: gyenge hő- és korrózióállóság, kerámiáknál kisebb keménység

64 64 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - kerámiák Anyagjellemzők: E, R p0,2 nagy, K IC kicsi Előnyök: nagy merevség, keménység, hő- és korrózióállóság, Hátrányok: kis szívósság, gyenge hősokk tűrés, kedvezőtlen alakíthatóság

65 65 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - polimerek Anyagjellemzők: K IC közepes, R p0,2 gyenge, E kicsi Előnyök: jó korrózióállóság, jó alakíthatóság, kis sűrűség, kedvező R p0,2 /ρ arány Hátrányok: kis merevség, gyenge hőállóság és alacsony kúszáshatár

66 66 A szerkezeti anyagok típusai és tulajdonságaik - kompozitok Anyagjellemzők: kedvező K IC, R p0,2, E állítható be Előnyök: rugalmasan változtatható szilárdság, jó korrózióállóság, elfogadható alakíthatóság, kedvező R p0,2 /ρ arány Hátrányok: költséges gyártás, kúszási hajlam egyes típusoknál

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

68 68 Anyagok tulajdonságai sűrűség 10 Mg/m 3 fölött: nehézfémek, keményfémek 2-10 Mg/m 3 között: könnyű és színes fémek, acél 2 Mg/m 3 alatt: polimerek

69 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 70 Statikus terhelési jellemzők rugalmassági modulus 300 GPa fölött: néhány fém, Al 2 O 3, karbidok, gyémánt, fémkerámiák GPa között: fémek, üveg, porce- lán, kompozitok 10 GPa alatt: fa, polimerek

71 71 Dinamikus terhelési jellemzők törési szívósság 100 MN/m 3/2 fölött: acélok MN/m 3/2 között: Al, Ti, kompozitok 10 MN/m 3/2 alatt: polimerek, fa, üveg

72 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 73 Anyagok hőtechnikai tulajdonságai olvadási hőmérséklet 2000 C o fölött: W, Mo, Nb, Ta karbidok, gyémánt C o között: Öv, acélok, Cr, por- celán, fémkerámiák 1000 C o alatt: polimerek, Al, Mg, rézötvözetek, kompozitok

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

75 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 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 77 Anyagok árarányai ötvözetlen acél = 1 arany2820 volfrám98 alumínium4 ötvözetlen acél1 keményfa palló1,4 PVC2,6 epoxy gyanta15 ipari gyémánt

78 78 Anyagok előállításához szükséges energia MWh/t Beton0,5 Acél13 Alumínium16 Réz20 Műanyagok25 Titán40

79 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 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 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 82 Anyagtulajdonságok Polimerek Kerámiák Kompozit anyagok

83 83 A polimerek áttekintése (1) Anyagjellemzők: K IC közepes, R p0,2 gyenge, E kicsi Előnyök: jó korrózióállóság, jó alakíthatóság, kis sűrűség, kedvező R p0,2 /ρ arány Hátrányok: kis merevség, gyenge hőállóság és alacsony kúszáshatár

84 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 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 86 Polietilének (2) HDPELDPE ρ (kg/m 3 ) R m (MPa) E (GPa)0,4-1,40,12-0,3 Alkalmazás:Palackok, játékok, csövek és idomok vízvezetékekhez, csomagoló fólia Tömítések, villamos szigetelő anyagok, konyhai eszközök 100 C o alatti használatra

87 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/m 3, szakítószilárdsága MPa, rugalmassági modulusa 2,4-4,1 GPa

88 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/m 3, szakítószilárdsága MPa, rugalmassági modulusa MPa

89 89 Poliamidok Részben kristályos szerkezetű, jól forgácsolható, kellően kopásálló, ellenáll az olajoknak Fogaskerekek, szíjtárcsák, szivattyú járókerekek, siklócsapágyak anyaga Sűrűsége 1,08-1,12 Mg/m 3, szakítószilárdsága MPa

90 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/m 2

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

92 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 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 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 95 Polimerek összehasonlítása a hőmérséklet függvényében T, C o PEtilénüüüeeeeeeeeeeeeH PAmidüüüüüüüüüeeH PVCüüüüüüüüüeeeH Epoxiüüüüüü eH Szilikonüüüeeeeeeeeeeee vvH Ü: üvegszerű; E: elasztikus; V: viszkózus; H: használhatósági határ

96 96 Kerámiák Anyagjellemzők: E, R p0,2 nagy, K IC kicsi Előnyök: nagy merevség, keménység, hő- és korrózióállóság, Hátrányok: kis szívósság, gyenge hősokk tűrés, kedvezőtlen alakíthatóság

97 97 Kerámia anyagok csoportosítása (1) Alkotók szerint: –Oxidkerámiák (pl. Al 2 O 3 ) –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 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 99 Oxidkerámiák: Üvegek Alapanyagok: –üvegképzők: kvarchomok (SiO 2 ) –folyósítók: nátrium oxid, kalcium oxid –stabilizátorok: alkáliföldfém karbonátok –hulladék üveg Olvasztás kemencében 780…800 C o -on Alakítás: síküveg, öblösüveg, egyéb alak

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

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

102 102 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

103 103 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

104 104 Keményfémek (2) Néhány keményfém összetétele és tulajdonságai: WC%TiC%TaC%Co% HV Hajl.sz DA2057,515,07,09, MPa DA4077,04,08,011, MPa DR1091,01,21,56, MPa DG5075,025, MPa

105 105 Műszaki kerámiák gyártása Alapanyagok: –Műkorund (Al 2 O 3 ); Szilícium-karbid (SiC); –Szilicium-nitrid (Si 3 N 4 ); Bór-karbid (B 4 C); A gyártás folyamata: –Por előkészítés (őrlés, keverés) –Formázás, sajtolás –Zsugorító izzítás (szinterelés) –Végső megmunkálás

106 106 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

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

108 108 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

109 109 Kerámiák összehasonlítása Szívósság Kopásállóság Gyémánt Köbös bórnitrid Al 2 O 3 oxidkerámia Si 3 N 4 nitridkerámia Bevonatolt kerámiák Bevonatolt keményfémek

110 110 Kompozit (társított) anyagok Anyagjellemzők: kedvező K IC, R p0,2, E állítható be Előnyök: rugalmasan változtatható szilárdság, jó korrózióállóság, elfogadható alakíthatóság, kedvező R p0,2 /ρ arány Hátrányok: költséges gyártás, kúszási hajlam egyes típusoknál

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

112 112 Szálerősítésű kompozitok

113 113 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

114 114 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

115 115 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)

116 116 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)

117 117 Üvegszál erősítésű kompozitok tulajdonságai Üvegszál % Sűrűség Mg/m 3 R m MPa E GPa Nyúlás % Epoxi 01,2602,3100 Epoxi 201,351106,05 Epoxi 401, ,64 Epoxi 802, ,01,6 Poli- észter 502, ,91,7

118 118 Alumínium alapú kompozitok tulajdonságai Szál anyaga Szál térfogat %R m, MPa Ø145 μm bórszál Ø145 μm bórszál SiC bevonattal Ø145 μm bórszál SiC bevonattal Ø100 μm bórszál Ø100 μm bórszál nitridált bevonattal

119 119 Szálerősítésű kompozitok: az R m és E változása az orientáció függvényében

120 120 Fa alapú kompozitok: áttekintés 1. rétegelt lemez 2. farost lemez 3. pozdorjalap 4. Faforgácslap 5. OSB lap 6. parafa

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

122 122 Fa alapú kompozitok (2) Pozdorja 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

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


Letölteni ppt "1 Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák, valamint a kapcsolódó tárgyak (pl. mechanika) összefoglalása és integrált."

Hasonló előadás


Google Hirdetések