Mérnöki anyagok NGB_AJ001_1

Átírás

1 Mérnöki anyagok NGB_AJ001_1 Nem vas fémek és ötvözetek Dr. Hargitai Hajnalka Forrás: Dr. Dogossy Gábor

2 Nemvas fémek és ötvözetek Könnyűfémek - kis sűrűség - kitűnő korrózióállóság - magas ár Színesfémek - a vas színétől és tulajdonságaitól eltérő tulajdonságú fémek - nagy fajlagos szilárdság Li, Rb, Ca, Mg, Be, Cs, Sr, Al, Sc, Y, Ti Cu, Ag, Au, Ni, Co, Zn, Pb, Sn, Mo, W Oldalszám: 2

3 Az alumínium és ötvözetei A színalumíniumot bauxitból nyerik (55 65% Al2O3, 28% Fe2O3, 7% SiO2, 12 30% H2O). A bauxitból alumíniumoxidot (Al 2 O 3 ) timföldet állítanak elő. Az alumíniumoxidból (Al 2 O 3 ) elektrolízissel állítják elő a színalumíniumot. anód kád Al O 2 3 oldódik az olvadékban anyag ömledék alumínium földkéreg harmadik legnagyobb mennyiségben előforduló eleme Az alumínium jellemzői Sűrűség g/cm 3 2,7 Olvadáspont ºC 660 Rugalmassági tényező N/mm Hőtágulási tényező 10-6 /K 25,0 Elektromos vezetőképesség m/ωmm 2 37,6 Szakítószilárdság N/mm Szakadási nyúlás % a kriolit nem bomlik Az alumíniumötvözetek képlékenyen alakítható vagy öntészeti anyagminőségek. Oldalszám: 3

4 Képlékenyen alakítható és öntészeti alumínium ötvözetek A színalumínium: kiváló vezetőképességű, természetes körülmények között nagy korrózió-állóságú anyag. (természetes oxidréteg). Képlékenyen alakítható Al-ötvözetek Kiválásosan keményíthetők Kiválásosan nem keményíthetők Öntészeti Al-ötvözetek Kiválásosan keményíthetők Kiválásosan nem keményíthetők Al-Cu-Mg Al-Mg Al-Si-Mg Al-Si Al-Zn-Mg Al-Mn Al-Si-Cu Al-Mg Al-Mg-Si Al-Zn-Mg-Cu Al-Mn-Mg Al-Mn-Cu Oldalszám: 4

5 hőmérséklet [ C] hőmérséklet [ C] SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Képlékenyen alakítható alumínium ötvözetek Nem nemesíthető Nemesíthető O 700 O CuAl Al % 40 Mg [%] Al Cu [%] Oldalszám: 5

6 Képlékenyen alakítható alumínium ötvözetek (EN AW) R m [MPa] R eh [MPa] Oldalszám: 6 A [%] Alkalmazás Al 99,5 (1050) elektrotechnika, AlMn1 (3103) tartályok, sajtolt, mélyhúzott termékek AlMg3 (5754) készülék, hajó, AlMg4,5Mn0,7 (5083) járműipar, építőipar, élelmiszeripar AlMgSi1 (6060) építőipar, járműipar, gépipar, élelmiszeripar AlZnMg1 (7020) járműipar, gépipar AlCuMg1 (2024) repülőgépipar, gépipar AlZnMgCu1,5 (7075) Szabványos képlékenyen alakítható alumínium ötvözetek repülőgépipar, járműipar, gépipar

7 hőmérséklet [ C] SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM Öntészeti ötvözetek Az öntészeti alumíniumok alapja az Al-Si eutektikus rendszer O 500 +Si Al 11.3 % Si Si [%] Si EN AC AlSi18 tűs Si kiválás Oldalszám: 7

8 Szabványos öntészeti alumínium ötvözetek eutektikus összetételű Al-Si ötvözetek: többnyire vékonyfalú nyomásálló öntvények készülnek Öntészeti alumínium ötvözetek (EN-AC) R m [MPa] R eh [MPa] A [%] Alkalmazás AlSi bonyolult öntvények, AlSi10Mg (43000) gépipar AlCu4TiMg (21000) AlMg5 (51300) AlSi12CuNiMg 70 R p0,2 /1000 h /200oC) melegszilárdság nagyszilárdságú öntvények, repülőgépipar, járműipar egyszerűbb öntvények, hajógyártás, építőipar motordugattyú Oldalszám: 8

9 hőmérséklet SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM +O Mg Si 2 O 1 Alumínium ötvözetek nemesítése Kiválásos keményítés: a fémes alapban, finom eloszlásban megjelenik a kemény vegyület fázis (szilárdságnövelő) 2 3 idő Tárolás szobahőmérsékleten túltelített Hőntartás durva kiválás túltelített szilárd oldat finom eloszlás 1. oldó izzitás +GP túltelített R m idő 2. edzés 3. öregítés (mesterséges vagy természetes) : C-on hőntartás: finom diszperz kiválás Oldalszám: 9

10 Az Al-ötvözetek technológiai tulajdonságai A képlékenyen alakítható ötvözetek melegen - és hidegen alakíthatók. Az ötvözetek lágyított és oldó izzítással hőkezelt állapotban jól, a nagyszilárdságú nemesített anyagok nehezen forgácsolhatók. Az alumínium(al)- szilícium(si) öntvények nagy keménységű szilícium krisztallitjai erősen koptató hatásúak. Oldalszám: 10

11 Az Al-ötvözetek technológiai tulajdonságai A hegesztésnél felmerülő nehézségek az anyagok repedés érzékenységének, a felületen kialakult természetes oxidrétegnek a következménye. A hegeszthetőségét befolyásolja: az alapanyag, a hozaganyag, a hegfürdő kémiai összetétele. Oldalszám: 11

12 Képlékenyen alíkított és öntött alumínium alkatrészek keréktárcsa EN AC-AlSi EN AW-AlMg3 extrudált alumínium profil motorblokk EN AC-AlSi9Mg hengerfej AlSi9Cu3 Oldalszám: 12

13 A magnézium és ötvözetei leggyakrabban előforduló elemek egyike (kálium bányák, tengervíz) A magnézium rácsszerkezete hexagonális. Szobahőmérsékleten a alakváltozó képessége nagyon kicsi. Magasabb hőfokon 220 ºC felett az anyag alakíthatósága javul. Az oxigénhez rendkívül nagy affinitást mutat. A felületén kialakuló oxidréteg ellenére rendkívül korrózió érzékeny. Oldalszám: 13

14 hőmérséklet [ C] Al 2 Mg 3 Al 3 Mg 4 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM A magnézium és ötvözetei Fő ötvözői az alumínium (Al) és a cink (Zn). A mangán (Mn) a korrózióállóságot javítja. Az magnézium jellemzői Az Mg-Al ötvözetrendszer Sűrűség g/cm 3 1,74 Olvadáspont ºC 649 Rugalmassági tényező N/mm Hőtágulási tényező 10-6 /K 25,0 Elektromos vezetőképesség m/ωmm 2 37,6 Szakítószilárdság 1) N/mm Szakadási nyúlás 1) % C S S+ S+ 436 C 12,1% 32% Mg alumínium [%] Oldalszám: 14

15 Szabványos Mg-Al ötvözetek Anyagminőség Rp 0,2 [MPa] R m [MPa] A [%] EN MC-MgAl EN MC-MgAl8Zn EN MC-MgAl9Zn Oldalszám: 15

16 Szabványos Mg-Al ötvözetek Az Mg-ötvözetek technológiai tulajdonságai legkönnyebben forgácsolható fémes szerkezeti anyag. A megmunkált felületek rendkívül finomak. Utólagos csiszolásra, polírozásra nincs szükség. A magnéziumötvözetek AWI-, valamint lézeres eljárással jól hegeszthetők, kivéve a nyomásos öntvényt. Oldalszám: 16

17 A titán és ötvözetei Sűrűség [g/cm 3 ] 4,5 Olvadáspont [ºC] Rugalmassági tényező [N/mm 2 ] Hőtágulási tényező [10-6 /K] 9,0 Az ötvözetlen titán szobahőmérsékleten hexagonális rácsszerkezetű (α-fázis), így csak kismértékben alakítható. A rácsszerkezet 882 ºC felett térben középpontos köbös (ß-fázis), ötvözéssel a fázis szobahőmérsékleten stabilizálható. A titán korrózióállósága kiváló. vegyiparban és az olajiparban alkalmazzák Oldalszám: 17

18 A titán és ötvözetei A titán fő ötvözői az alumínium(al), oxigén(o 2 ), az ón(sn), a vanádium(v), a króm(cr) és a vas(fe). Az Al, O 2, Sn az a-fázis, a V, Cr, Fe a b-fázis képzők. A gyakorlati titánötvözetek hexagonális α, térben középpontos ß vagy többfázisú (α+ß) szerkezetű anyagok. Oldalszám: 18

19 kétfázisú (α+ß)-ötvözetek: nagy szilárdságú korróziós igénybevételnek kitett alkatrészek gyártására használják TiAl6V4 ötvözet egyaránt jól alakítható és hőkezelhető, jó szilárdsági tulajdonágok Oldalszám: 19

20 hőmérséklet [ C] SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM A titán és ötvözetei Az (α+ß) típusú ötvözetek hőkezelése M s 0 Ti V [%] oldó izzítás edzés idő ss Oldalszám: 20

21 Szabványos titánötvözetek Anyagminőség R m [MPa] R p0,2 [MPa] A [%] Tul. Felhasználás TiAl5Sn2,5 a hidegszívós repülőgép alk. kompresszor TiAl6Sn2Zr4Mo2 a TiAl8Mo1V TiAl6V4 a+b TiAl6V6Sn TiAl6Sn2Zr4Mo6 b hőkezelhető kompresszor lapát hegeszthető hajtómű alkatrészek, tömítő egységek TiV13Cr11A13 b kovácsolható nagyszilárdságú kötőelemek Oldalszám: 21

22 A Ti-ötvözetek technológiai tulajdonságai A titán és ötvözetei melegen jól alakíthatók. A színfém és az alacsony ötvözésű ötvözetek az anyagok alacsony keményedési kitevőjének köszönhetően hidegen hajlíthatók és mélyhúzhatók. A kétfázisú TiAl6V4 ötvözet szuper-képlékeny. Oldalszám: 22

23 A Ti-ötvözetek technológiai tulajdonságai Forgácsoló megmunkálásnál - az anyagok viszonylagosan kis hővezető képessége és rugalmassági tényezője miatt - alacsony forgácsolási és nagy előtolási sebességgel célszerű dolgozni, fontos a darabok merev befogása. A titán és titánötvözetek hegesztése elektronsugaras hegesztéssel védőgázas eljárással lehetséges. Oldalszám: 23

24 A réz és ötvözetei Sűrűség g/cm 3 8,90-8,96 Olvadáspont ºC 1083 Rugalmassági tényező N/mm Hőtágulási tényező 10-6 /K 17,0 Hővezető-képessége W(Km) Elektromos vezetőképesség m/ωmm Szakítószilárdság N/mm Szakadási nyúlás % 2-45 különböző ércekben szulfid formájában található Oldalszám: 24

25 A réz és ötvözetei A réz (Cu) fő ötvözői a horgany(zn), az ón (Sn), az alumínium (Al) és a nikkel(ni). Legfontosabb ötvözetei a CuZn ötvözetek, a sárgarezek, a CuSn ötvözetek, az ónbronzok, a CuAl ötvözetek, az alumínium-bronzok és a CuSnZn ötvözetek, az ún. vörösötvözetek. Oldalszám: 25

26 hőmérséklet [ C] SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM A Cu-Zn sárgaréz ötvözetrendszer CuZn37 képlékenyen alakítható CuZn40 öntészeti Oldhatósági határ: 39% Szubsztitúciós szilárd oldat O Zn [%] Oldalszám: 26

27 Szabványos anyagminőségek Anyagminőség R m [MPa] R p0,2 [MPa] A [%] Tulajdonságok CuZn37 a hidegen jól alakítható CuZn40 a+b jól forgácsolható, melegen alakítható Felhasználás hüvelyek, csövek, csavarok forgácsolt alkatrészek CuSn12-C a kopásálló csigák, orsók CuAl5As a korrózióálló csövek CuA110Fe1 a+b korrózióálló CuA110FeNi5-C a+b korrózióálló CuSn10Zn2Pb3-C a+ +Pb jól önthető fogaskerekek, csigák armatúra, szivattyú Oldalszám: 27

28 A Cu-ötvözetek technológiai tulajdonságai A réz és rézötvözetek melegen és hidegen alakíthatók. A melegalakítás hőmérséklete ötvöző tartalomtól függően ºC fölött van. Forgácsolással jól munkálhatók, a heterogén szövetszerkezetű rézötvözetek könnyebben, mint a homogének. Különböző hegesztő eljárással hegeszthetők, az anyagminőségek hegeszthetősége nem azonos. Legeredményesebben a védőgázas eljárások (AWI, AFI),, valamint az ívfényes és ellenállás hegesztés alkalmazhatók. Oldalszám: 28

29 A nikkel és ötvözetei Sűrűség g/cm 3 8,8 Olvadáspont ºC 1452 Hőtágulási tényező 10-6 /K 14 Hővezető-képessége W(Km) 22 Szakítószilárdság N/mm Rendkívül képlékeny - Korrózióálló - Saválló - Rossz hővezető C-ig ferromágneses Oldalszám: 29

30 Nikkel bázisú ötvözetek Jellemzők: Nagy szilárdság/tömeg arány (jobb, mint az acéloknál) Kiváló korrózióállóság, agresszív környezetben is Nagy kifáradási határ Kiváló termikus kifáradással szembeni ellenállás Szívósság Hősokkal szembeni nagy ellenállás Nagy hőmérsékleten is nagy kúszásállóság Oldalszám: 30

31 Nikkel bázisú ötvözetek Gyártás: Vákuum indukciós átolvasztás (nagyon fontos a szennyezők pl. Si, P, S, O és N alacsony értéken tartása) A légi jármű motorba beépített anyagok kb. 50%-a Oldalszám: 31

32 A nikkel és ötvözetei A nikkel (Ni) fő ötvözői (korlátlan oldódás!) a réz (Cu), az ezüst (Ag), az arany (Au). Tulajdonságaik nagy fajlagos villamos ellenállás nagy hőelektromos erő. Oldalszám: 32

33 Szabványos anyagminőségek Anyagminőség Tulajdonságok Felhasználás Ni99,98 Ni-1-6-Mn Ni-Cr ötvözetek Ni-Cr-Fe ötvözetek Ni-Cr-Al ötvözetek korrózióálló Nagy hőmérsékletnek ellenálló Nagy villamos ellenállás, melegszilárdság gyújtógyertyák Villamos hevítők, kemencék Ni-Cr-10Co Hőálló, melegszilárd gázturbina Oldalszám: 33

34 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! Oldalszám: 34