Mérnöki anyagismeret. Technológiai vizsgálatok Kémiai vizsgálatok

Átírás

1 Mérnöki anyagismeret Technológiai vizsgálatok Kémiai vizsgálatok 1

2 Technológiai vizsgálatok vagy technológiai próbák A vizsgálatok általában az adott technológiákat modellezik és jellemző rájuk, hogy a vizsgálat során az erőt legtöbb esetben nem mérjük, csupán azt határozzuk meg, hogy a vizsgált anyag az adott technológiának megfelel-e. A vizsgálatokkal meghatározott mérőszámok nem általánosíthatók, azok csak a speciális esetre vonatkoznak. A vizsgálatokra vonatkozó előírásokat szabványok tartalmazzák. 2

3 Technológiai vizsgálatok vagy technológiai próbák önthetőségi vizsgálatok alakíthatósági vizsgálatok forgácsolhatósági vizsgálatok edzhetőségi vizsgálatok hegeszthetőségi vizsgálatok stb. 3

4 Önthetőség Önthetőségen a megolvadt fém forma kitöltő képességét értjük Tágabb értelemben a jó önthetőség feltételeként további kritériumokat is megfogalmazunk: Alacsony öntési hőmérséklet, kis dermedési hőköz Kis zsugorodás Öntés után is kedvező tulajdonságok A dermedés során szabályozható szövetszerkezet 4

5 Önthetőségi vizsgálat Courthy kokilla A Courthy kokilla egy kifelé spirálisan bővülő forma, amelynek a közepébe öntik bele a megolvadt fémet Az önthetőség mérőszáma az a cm-ben mért távolság, amennyit az olvadék kitölt Beömlő csonk Forma kitöltés hossza 5

6 Alakíthatósági vizsgálatok A melegalakíthatóság vizsgálata Célja: az acél alakíthatóságának és a szennyező elemek, főleg a kén okozta vöröstörékenységi hajlamának a meghatározása. 6

7 Zömíthetőség Zömítés az első repedés megjelenéséig - mérőszáma: (h o -h 1 )/h o x 100% Minél nagyobb a repedés megjelenéséig tapasztalható magasság csökkenés, annál jobb az alakíthatóság h o h 1 7

8 Melegalakíthatósági próbák Zömítő vizsgálat az alakítás hőmérsékletén Mérőszám: magasságcsökkenés az első repedés megjelenéséig 8

9 Vöröstörékenységi hajlam vizsgálata Nyomóvizsgálat az alakítás hőmérsékletén A vizsgálat mérőszáma az első repedés megjelenésekor mért magasság csökkenés Felületi repedés 9

10 Vöröstörékenységi hajlam vizsgálata (2) Hajlító vizsgálattal A vizsgálat mérőszáma az első repedés megjelenésekor mért magasság csökkenés 10

11 A hidegalakíthatóság vizsgálata Hajlító vizsgálat α szögű hajlítás α rétegesség 11

12 A hidegalakíthatóság vizsgálata Hajtogató vizsgálat Célja: vékony lemezek és huzalok hajlíthatóságának meghatározása 12

13 A hidegalakíthatóság vizsgálata Huzalok csavaróvizsgálata Célja: 0,4 mm-nél nagyobb átmérőjű, elsősorban rugóacél huzalok minősítése 13

14 A hidegalakíthatóság vizsgálata Lemezek minősítése, Erichsen vizsgálat IE mm 14

15 Erichsen- féle vizsgálat Acél lemez Alumínium lemez 15

16 Csészehúzó vizsgálat A legfeljebb 3 mm vastag lemezek mélyhúzhatóságának, a maximális húzási fokozatnak a meghatározására szolgál A vizsgálandó lemezből 2 mm-ként növekvő átmérőjű tárcsákat (64, 66, 68, 70, 72, 74 mm) vágunk ki, és azokat egyetlen fokozattal csészévé húzzuk. 16

17 Csészehúzó vizsgálat A vizsgálat mérőszáma a még csészévé húzható tárcsa átmérője. A csészék vizsgálata a lemez anizotrópiájáról is ad tájékoztatást, mivel ha a lemez anizotróp a csésze fülesedik. 17

18 Csészehúzó vizsgálat 18

19 Mélyhúzási hibák: fülesedés 19

20 Technológiai próbák Csészehúzó vizsgálat Fülesedés a ráncgátló alatti anyagrészen: 20

21 Acél és fémcsövek alakíthatósági vizsgálatai Tágító próba a cső végét, egy kúpos tüskével előírt mértékig tágítjuk, amit a csőnek repedés nélkül el kell viselni. A tüske kúpszöge(β) különböző lehet ( 30, 45, 60, 120 ), de használhatunk 1:10 vagy 1:20 kúposságú tüskét is. β 21

22 Acél és fémcsövek alakíthatósági vizsgálatai Peremező próba peremezéssel beépített csövek pl. fékcsövek minősítésénél használják. Az alakítást a csőnek repedés nélkül kell elviselnie. α 22

23 Acél és fémcsövek alakíthatósági vizsgálatai Nagyátmérőjű csövek vizsgálata Csőlapító próba Csőszakító próba 23

24 Az edzhetőség vizsgálata Jominy próbával az edzés célja a martenzites szövetszerkezet biztosítása, ami akkor lehetséges, ha az acél C tartalma > 0,2%, az acél ausztenites állapotban van és a lehűlési sebesség v>v krit.felső. 24

25 Az edzhetőség vizsgálata Jominy próbával A próbatest edződéséről legegyszerűbben keménységméréssel győződhetünk meg. A keménységet (HV vagy HRC) a véglaptól mért távolság(d) függvényében ábrázolva a Jominy görbét kapjuk. A görbe kezdeti szakasza azt a legnagyobb keménységet mutatja, amelyre az acél edzhető. 25

26 Az C hatása edzhetőség vizsgálata Jominy próbával 26

27 A Jominy vizsgálat erdményeinek a megadása a keménységi görbék megrajzolásával három pont keménységének megadásával, ahol az első pont az edzett véglaptól 1,5 mm-re, a második keménység csökkenés pontjában (99% martenzit, J A ), továbbá az inflexiós pontban (50% martenzit + 50 % perlit -bainit J B ) két - külön megállapodásban előírt távolságban lévő - pont keménységének megadásával egy - az edzett véglaptól előírt távolságban lévő - pont keménységének megadásával 27

28 Jominy sáv Ha a vizsgálattal felvett görbe beleesik a sávba az anyag edzhetőség szempontjából megfelelő. 28

29 Vegyi összetétel meghatározása A vegyi összetétel csaknem minden esetben előírt. Meghatározható: nedves kémiai módszerekkel vagy műszeres elemzésekkel. 29

30 Kimutathatósági határ a keresett elemnek azt a legkisebb mennyisége, amely az adott módszerrel már éppen kimutatható. Függ a keresett elemtől az elemzési módszertől 30

31 Nedves kémiai módszerek az anyagból vett, pontosan bemért forgácsmintából határozzuk meg a keresett elemeket. Lépései: 1. a minta pontos bemérése 2.feltárás, amikor a keresett elemet erős savakkal kioldják (pl. fémes ötvözök) vagy a keresett "hozzáférhetővé" (pl. a karbon és a kén elemzése) elemet oxidációval, elégetéssel teszik stb. 31

32 Nedves kémiai módszerek Lépései: A keresett elem mennyiségének meghatározása A feltárás során a keresett elemekből, vegyületekből keletkezett ionokat elválasztják, mérőoldatok hozzáadásával, kicsapással vagy titrálással stb., azonosítják és mennyiségüket meghatározzák. 32

33 Műszeres elemzések Emissziós színképelemzések Az emissziós színkép elemzés lényege, hogy az elemzendő anyag egy részét elgőzölögtetjük, atomjait energia felvételre kényszerítjük, azaz gerjesztjük. A gerjesztett atom a felvett energiát fény formájában leadja. A kisugárzott (emittált) fény hullámhossza a gerjesztett atomra, fényessége (intenzitás) az adott elem koncentrációjára jellemző. 33

34 Műszeres elemzések Emissziós színképelemzések 2 Ilyen jelenség az alacsony forráspontú fémek "lángfestése". a Na a lángot elszínezi citromsárga lesz, mert a kibocsátott fény hullámhossza a sárga színnek megfelelő. A lítium kárminvörös, a kálium fakó ibolyára A láng elszíneződése az adott elem jelenlétére utal. 34

35 Műszeres elemzések Emissziós színképelemzések 3 A gerjesztés módja, energiája meghatározza, hogy a kibocsátott fény milyen hullámhossz tartományba esik. Minél nagyobb a gerjesztés energiája, annál rövidebb a fény hullámhosszúsága, annál kisebb lehet a kimutathatósági határ. 35

36 Emissziós színképelemzés 4 Gerjesztés ív szikra szikra ív elektron sugárzás neutron sugárzás röntgen sugárzás A kibocsátott fény Módszer hullámhosszúsága λ nm -ben (látható fény) spektroszkópia (ultra ibolya) spektrográfia 0,1-10 spektrometria 36

37 37

38 A színképelemző berendezés működési elve A fény az elemző berendezésbe egy keskeny nyíláson, a résen keresztül jut be 38

39 A keverék fény λ nm felbontása prizma Az ötvözetek gerjesztésekor keverék fény keletkezik, amelyet prizmák vagy optikai rács segítségével tudjuk hullámhossz szerint szétválasztani. 39

40 A színkép fajtái A gerjesztett atom színképe vonalas a molekuláé sávos Több elem együttes gerjesztésekor a színképek együtt jelennek meg, a vonalak helyzete nem változik! 40

41 Homológ vonalpárok elve Egy alapfém, (legtöbbször vas) és egy ötvözőfém vonal homológ vonalpárt alkot ha egymás közelében vannak és az intenzitásuk azonos. Az ötvözőnek ezt a koncentrációját, ahol az intenzitás azonosság fennáll homológ koncentrációnak nevezzük 41

42 Homolog vonalpárok 42

43 Elemzés a homológ vonalpárok elve alapján A minőségi elemzés során az ötvözőt vonalának helyén keressük 43

44 Elemzés a homológ vonalpárok A mennyiségi elemzés során az ötvöző vonal és az alapfém vonal intenzitását hasonlítjuk össze. elve alapján 44

45 Elemzés a homológ vonalpárok Az összehasonlítás a spektroszkópiában vizuálisan történik, ezért a hiba ± 20 rel.% is lehet elve alapján 45

46 Elemzés a homológ vonalpárok elve alapján Az összehasonlítás a spektrográfiában mérjük az intenzitást. A pontosság etalonok használatával növelhető. A hiba ± 7 rel.% is lehet Mért feketedés értékek etalon 46 Ismeretlen minta

47 Spektrométer A spektrométerekben az elemzéseknél a belépő fényt optikai ráccsal bontják, a vonalak intenzitását méréssel határozzák meg, a kiértékelést számítógéppel végzik. A berendezés adott ötvözetben (pl. gyengén ötvözött acélok vagy Al ötvözetetk stb.) a beállított csatornák számától függően 8, 16 vagy 24 elem meghatározására alkalmas. 47

48 Spektrométer A berendezés központi egysége a sugárzásbontó egység beleértve a kilépőréseket és érzékelő elemeket. Ez az egység alakítja át az elemző sugárforrásból érkező fényjeleket elektromos jellé. A sugárbontóba belépő sugárzás összetett, az onnan távozó elektromos jelek, már jellemzőek a mintában levő elemek mennyiségére és minőségére 48

49 A perfekt Spektrométer Rács Rowland kör Előnyei: Nagy fényáteresztő képesség Széles Spektrum Kevés optikai komponens Elenyésző szórtfényrész Robusztos Belépőrés Kilépőrések Photomultiplier csövek Fénykép Film 49

50 SPECTRO CIROS CCD : Kör optika Primér rács 2924 l/mm Szekunder rács 2400 l/mm K 766nm Virtuális belépőrés Li 670nm Na 589nm Belépőrés 120nm 460nm 19 CCD 50

51 Spektrométerek 51

52 52

53 SPECTROSORT SPECTROPORT SPECTROTEST 53 SPECTROTEST opcionális MWS

54 Karbonelemzés A vasalapú ötvözetek legfontosabb ötvözője a karbon. A karbon azonban, mint metalloid elem igen nagy gerjesztési energiát igényel, ezért színképelemzéssel csak a spekrométerekben határozható meg. 54

55 Karbonelemzés Elégetéses módszerek Az elégetéses módszerek első fázisában az ismert tömegű mintát magas hőmérsékleten oxigénáramban elégetjük. A mintában lévő karbon tökéletes égéssel CO 2 -vé ég, és ez lesz a karbon meghatározás alapja. Lehetséges volumetrikus coulometriás infravörös abszorpciós elven 55

56 Volumetrikus karbonelemzés A volumetrikus elemzés során az elégetéskor keletkezett CO 2 térfogatát mérjük 56

57 Volumetrikus karbonelemzés 2 A mérőbürettán elhelyezett mérőléc 1,0000 g minta 20 C és 10 5 Pa nyomás mellett érvényes. Ettől eltérő értékek esetében korrekciót kell alkalmazni. A módszer gyors, a berendezés olcsó, az elemzés század % pontosságú. A berendezést etalon forgácsmintával kell kalibrálni. 57

58 Coulometriás karbonelemzés A módszer a coulometriás titrálás elvén alapszik és a karbon mellett a kéntartalom meghatározására is alkalmas. A karbontartalmat 0,001 % pontossággal határozza meg 58