1.1 ANYAGOK RENDSZEREZÉSE

Átírás

1 1.1 ANYAGOK RENDSZEREZÉSE 1.1 MELYEK AZ ANYAGOK JELLEGZETES HALMAZÁLLAPOTAI ÉS ÁLLAPOTVÁLTOZÁSAI? Halmazállapotok: szilárd (kristályos pl: fémek és amorf pl:üveg) cseppfolyós (folyadék, olvadék) légnemű (gőz, gáz) plazma (Plazma a gáz-halmazállapotból keletkezik az atomok ill. molekulák ionizációja révén) Halmazállapot változások: hőmérséklet növelés vagy nyomás csökkenés hatására a lejátszódó folyamatok: szilárd olvadás folyadék párolgás gőz; szilárd szublimáció gőz. Hőmérséklet csökkenés, vagy nyomás növekedés hatására lejátszódó folyamatok: gőz kicsapódás vagy kondenzáció folyadék fagyás vagy dermedés szilárd; gőz kicsapódás vagy kondenzáció szilárd. gőz/gáz ionizáció plazma 1.2 MI AZ ÖSSZEFÜGGÉS ÉS MI AZ ELTÉRÉS PLAZMA ÉS GÁZ ÁLLAPOT KÖZÖTT? A gázok termikus aktiválás hatásárára disszociáltak (atomjaira bomlanak) illetve ionizálódnak( a gázatomok negatív töltésű elektronokat adnak le miközben pozitív töltésű elektronokká válnak). A plazma több szempontból is gázokra hasonlít (légnemű), de lényeges különbség, hogy jól vezeti az áramot, míg a semleges aktiválatlan gázok nem. Kétféle plazmát különböztetünk meg: technikai ; alacsony ionizáció (plazmahegesztés, vágás, szórás) fizikai plazma; teljesen ionizált (maghasadáson alapuló energiatermelés) 1.3 MIT FEJEZ KI A FOLYADÉK ÉS AZ OLVADÉK FOGALMAK MEGKÜLÖNBÖZTETÉSE? A folyadék- szobahőmérsékleten cseppfolyós anyag, míg Az olvadék-kristályos anyag szilárd halmazállapotának változása hőmérséklet vagy nyomás hatására, rövid ideig fenntartható állapot. A folyadék (ideális folyadéknak tekintve) az anyagnak azon halmazállapota, amelyben az anyag felveszi a tárolásra szolgáló edény alakját, megtartja a térfogatát és nem képes csavaróerők továbbítására. Gyakorlatilag összenyomhatatlan, részecskéi állandóan, tetszőleges módon helyet 1

2 változtatnak. A részecskék sok szilárd anyagtól eltérően rendezetlenül helyezkednek el, eltekintve egyfajta enyhe fokú, laza rendezettségtől. 1.4 AZ AMORF ANYAGSZERKEZET? A kristályos anyagszerkezet főleg szilárd testekre jellemző hosszú távú rendezettséget, geometriai szabályozottságot mutatnak- anizotrópok (tulajdonságaik irányfüggőek). Az amorf anyagok is szilárd halmazállapotúak, de részecskéiket tekintve rövid távú rendezettségűek, inkább tekinthető nagy viszkozitású olvadéknak- izotrópok (nem függenek a hossz-, kereszt-, vastagságiránytól) Olyankor keletkezik, ha az olvadék túl gyorsan lehűl, nincs idő a kristályos szerkezet kialakulására. pl.: üveg 1.5 MI SZERINT KÜLÖNBÖZTETJÜK MEG AZ EGYES KEVERÉKÁLLAPOTOKAT? A keverékállapot aszerint különböztetjük, meg, hogy melyik anyagminőség (ill. halmazállapot) van nagyobb arányban jelen a keverékben. Keverékek: Légnemű Gázkeverékek füst (szilárd+ levegő) köd (folyékony+levegő) szmog (füst+köd) Cseppfolyós szuszpenzió (szilárd+folyadék pl.: homok és víz) emulzió (folyadék+folyadék pl.: majonéz) hab (gáz+ folyadék pl: tejszínhab) Szilárd fluid (szilárd+levegő, ahol a szilárd anyag van nagyobb arányban- csak folyamatos beavatkozással fenntartható állapot- lebegtetéssel) porkeverék (szilár+szilárd) iszap (szilárd +folyadék) 1.6 SZERKEZETI ÉS SZERSZÁMANYAGOK CSOPORTOSÍTÁSI SZEMPONTJAI: Fizikai és kémiai jelleg szerint: szerves anyagok: bioanyagok és műanyagok, más néven polimerek szervetlen szilárd anyagok: kis ellenállású fémek, nagy elektromos ellenállású kerámiák. alkotó atomcsoportok összetettsége szerint: nagyszámú, vagy néhány atomot tartalmazó vegyület alkotja Eredet és előállítás szerint: Eredet szerint: szerves- bioanyagok- természetes polimerek szervetlen - műanyagok - mesterséges polimerek Technológiák szerint: olvasztásos technológia (fémkohászat, üveggyártás) színtereléses technológia (porkeverékek sajtolása, majd izzítva zsugorítják- porkohászat, műszaki finomkerámia gyártás) Kompozit gyártás: kető vagy több anyagféleség társításával létrehozott összetett anyagok, amelyek alkotóik alaki jellege szerint részecskés, szálas, réteges, vagy bevonatos kategóriába sorolhatók 2

3 1.6.3 Felhasználásuk szerint: bioanyagok közül: bőr, fa, állati- és növényi rostok műanyagok: főként hőre lágyuló keramikus anyagok:, kavics, homok,félvezető, szupravezetők 1.7 SZERVES ÉS SZERVETLEN ANYAGOK JELLEMZŐI Szerves anyagok tulajdonságait főként a kötések határozzák meg, láncmolekulákból állnak és fő alkotóelemük a szén. Lehetnek : Kemény, hő-, kopásálló és vegyi anyagoknak is jól ellenálló, kis súlyú, alacsony nyúlású vagy éppen rugalmasak. Szervetlen anyagok: fémek, nemfémes vegyületek, ötvözetek, kerámiák, kopozitok. rjuk jelemző tulakdonsággal rendelkeznek, vezetők, szigeteleők, alakítható, vagy éppen ridegek 1.8 KOMPOZIT Kompozit gyártás: kető vagy több anyagféleség társításával létrehozott összetett anyagok, amelyek alkotóik alaki jellege szerint részecskés, szálas, réteges, vagy bevonatos kategóriába sorolhatók Élő kompozit: csont Hagyományos kompozit: vályog, cement Új kopozitok: szén-, üveg szálas anyagok Alkotó elemei szerint: polimer-polimer polimer-kerámia fém-kerámia 1.9 ANYAGOK TECHNOLÓGIAI ÁLLAPOTAI AZ ANYAGOK ÖKOLÓGIAI ÉS KÖRNYEZETTERHELÉSI JELLEMZŐI. reciklikálási hányad: százalékos arányszám, amely az anyag újrahsznosításának részarányát fejezi ki. energiatartalom: az a fajlagos (tömeg vagy térfogategységre vonatkoztatott) energiamennyiség, amelyet összetételükben hordoznak, ill. kitermelésükhöz, előállításukhoz szükséges. 3

4 1.2 ANYAGOK SZERKEZETI JELLEMZŐI 1.1 AZ ANYAGOK ÖKOLÓGIAI ÉS KÖRNYEZETTERHELÉSI JELLEMZŐI. Az optimális kiválasztáshoz a jellemző igénybevételt kell alapul venni: Húzás esetén a tömör körszelvény az ideális (csavar) Nyomás esetén kör vagy négyzetszelvény, ami belül üreges (oszlop) hajlítás esetén tömör téglalap (gerenda) nyírás esetén- nyírőerő- tömör kör, négyzet vagy téglalap, de figyelembe kell venni a járulékos erőket: palástnyomás és a hajlító erőt. csavarás esetén a forgásszimmetrikus csőszelvény. 1.2 ANYAGFELÜLET, FELÜLETKEZELÉS. A felületkezeléssel befolyásolható az élettartam, a roncsolódás a rétegegekben keletkező elváltozásból, károsodásból indul ki (oxidáció, korrózió, kopás) 1.3 MAKRO SZERKEZET Belső makro szerkezet: a külső makro szerkezeti geometria által behatárolt térfogatot az anyag milyen folytonossággal (kontinuitás) tölti ki. 1.4 MELY FOLYTONOSSÁGI HIÁNYOK TEKINTHETŐK HIBÁNAK? Azokat, amelyek jellemző mérete meghaladja az adott termékben- anyagtól, szerkezeti kialakítástól, technológiától, üzemeletetéstől stb. függően-megengedett határértéket MIVEL JELLEMEZHETŐ AZ ANYAG MIKRO SZERKEZETE, SZEMCSEMÉRET Mikro szerkezet alatt a fázisok alaktani jellegzetességeit, méretjellemzőit, egymáshoz képest való elosztását, arányát értjük. Az anyagok tulajdonságai szemcseméret függőek. Átlagos szemcseméret L o -hosszúságú metszet, N-szemcsék száma a mikroszkóp alatt. 1.7 MIT ÉRTÜNK KRISTÁLYOS SZERKEZETEN, KRISTÁLYHIBÁKON? Kristályos szerkezet: az alkotó részecskék - atomok, ionok, molekulák-más néven bázisok geometriai szabályossággal építik fel a szilárd anyag szemcséit. (monokristályos, polikristályos, egy-, két, háromdimenziós kristályszerkezet) Kristályhibák csoportosítása: null-, egy- két-, háromdimenziós. Null dimenzió- üres kristályhelyek, saját vagy más elemek atomjai töltik ki. A más anyag lehet erősítő hatású, mint az ötvöző vagy károsító hatású-szennyező. Egydimenziós- vonalszerű hibák: kristályrácsot megosztó, elcsúszott és el nem csúszott rácssíkokat elválasztó atomsorok, amelyek az anyag alakváltozását megkönnyítik. Mennyiségi jellemzője a diszlokációssűrűség. 4

5 Két dimenziós- felületszerű hibák újrakristályosodás során keletkező kisszögű szemcsehatárok, dermedés során kialakuló nagyszögű szemcsehatárok, alakítás hatására létrejövő ikerhatárok Három dimenziós- térfogatszerű- zárványok- idegen anyagok ékelődnek be a rácsba. A fémek kristályosodása A megolvadt állapotból lehűlve a fémek kristály alakban szilárdulnak meg. A fématomok az adott fémre jellemző szabályoknak megfelelő helyet foglalnak el a kristályrácsban. A fémek általában köbös kristályrács rendszerben kristályosodnak. A legjellemzőbb kristályalakzatok az alábbiak: a) Egyszerű köbös térrács b) Térközepes köbös térrács c) Lapközepes köbös térrács d) Hexagonális kristályrács Egyszerű köbös térrács A kristály jellemző alakja a legkisebb egységével, az elemi cellával ábrázolható. A köbös kristály alapformája kocka. A kristályrácsban a fémionok úgy helyezkednek el, hogy a középpontjaikat összekötő egyenesek kockát alkotnak. Az egyszerű köbös formában, csak a csúcsokban helyezkednek el fémionok. Ilyen kristályrács rendszerben kristályosodik, pl. a Pd. A lapközepes köbös térrács esetén a kocka lapjainak középpontjában is van egy fémion. Ebben a kristályszerkezetben kristályosodik pl, az Al, a Cu, Ni. Lapközepes köbös térrács 5

6 A térközepes köbös térrácsú kristályrendszerben a kocka középpontjában is van egy fémion, ahogyan az ábrán látható, gömb és vonalas modell formájában. Ebben a rendszerben kristályosodik a Cr, W, V. Térközepes köbös térrács A hexagonális kristály alapformája hatszögű hasáb. A fémionok az alap és a fedőlapon hatszöget alkotva helyezkednek el, a középpontokban is van egy-egy fémion. A hasáb belsejében további 3 kristály található. Ebben a rendszerben kristályosodik a Zn, Mg. A vas (Fe) az egyszerű-, lapközepes-, és térközepes köbös rácsszerkezetben egyaránt megtalálható. A kristályszerkezet kialakulása Az olvadék hűlésekor a fémionok előbb kristálycsírákká állnak össze. A hűlés folytatódásával a kristálycsírákból kristályrácsok alakulnak ki. A kristályok addig nőhetnek szabadon és szabályosan, amíg egymásba nem ütköznek. A kristályosodás előrehaladtával a kristályok egymással érintkezésbe kerülnek, egymás növekedését gátolják, így alakjuk szabálytalan lesz. A szabálytalan alakú kristályokat krisztallitoknak nevezzük. 6

7 1.8 KRISZTALLOGRÁFIAI JELLEMZŐK 1.9 MI AZ ÖSSZEFÜGGÉS A KÖTÉSTÍPUSOK ÉS AZ ANYAGTULAJDONSÁGOK KÖZÖTT? MOLEKULARÁCSOS anyagok: rácspontokban diszkrét molekulák közöttük gyenge intermolekuláris erők (van der Waals, másodlagos kémiai, pl. H-kötés, dipól-dipól kölcsönhatás) a kölcsönhatások nem irányítottak, az illeszkedés a rácsban ezért szoros jellemző rácstípus: köbös, hexagonális makró tulajdonságok: alacsony op., fp., közel egymáshoz példák: kén, (grafit) FÉMRÁCSOS anyagok (a fémek) rácspontokban atomtörzsek delok. elektronok tengerében közöttük erős fémes kötés (sokcentrumos, delokalizált -kötés) a kölcsönhatás nem irányított, az illeszkedés a rácsban ezért szoros jellemző rácstípus: köbös, hexagonális makró tulajdonságok: magas, változó op., fp., jó elektromos és hővezető képesség, színes anyagok példák: a fémek (grafit) 7

8 KOVALENS ATOMRÁCSOS anyagok: rácspontokban atomok közöttük erős kémiai kötés a kölcsönhatás, a kémiai kötés irányított, az illeszkedés a rácsban ezért NEM szoros jellemző rácstípus: változó makró tulajdonságok: magas, op., fp., elektromos szigetelők, hővezető képesség rossz, nem színes anyagok (fehérek) példák: gyémánt, (grafit) IONRÁCSOS anyagok: rácspontokban ionok közöttük erős ion kötés (Coulomb erő) a kölcsönhatás nem irányított, az illeszkedés a rácsban ezért szoros, az illeszkedést a relatív ionméret és az iontöltés befolyásolja jellemző rácstípus: változó makró tulajdonságok: magas, op., fp., olvadékok elektromos vezető képesség jó (ion- v. másodrendű vezetés), példák: NaCl lapközéppontos kocka, CsCl - térközéppontos kocka, 1.10 JELLEMEZZÜK RÖVIDEN AZ ATOMSZERKEZETET. Atom: semleges töltésű kémiai részecske, amely pozitív töltésű atommagból és negatív töltésű elektronburokból áll. Az atommag pozitív töltésű, mert benne találhatók a protonok (+) és a neutronok (töltés nélküli részecskék). A protonok száma adja az atom rendszámát, a protonok és neutronok számának összege pedig a mag tömegszámát, ez megközelítőleg a kémiai atomsúllyal egyenlő. Az elektronok az atommag körül meghatározott pályákon, ún. elektronhéjakon keringenek. 8

9 1.3 AZ ANYAGOK TULAJDONSÁGAI. 1.1 MIT FEJEZ KI AZ ANYAGOK ÖSSZETÉTELE ÉS SŰRŰSÉGE? A sűrűség az anyag m tömegének és V térfogatának viszonyszáma, azaz a térfogategységre vonatkoztatott tömeg. p=m/v A legtöbb fémes anyag sűrűsége nagy, a keramikus anyagoké kisebb, a műanyagoké, a szerves természeti anyagoké a legkisebb. Ez a csökkenő sorrend szoros összefüggésben van az anyagokat alkotó atomok kisebb tömegével és a lazább térkitöltéssel. A kompozitok sűrűsége az összetevő anyagok sűrűségének egymáshoz képesti arányának függvénye. 1.2 MELYEK A SZILÁRDSÁGTANI MÉRETEZÉS ALAPJÁT KÉPEZŐ MECHANIKAI TULAJDONSÁGOK? Mechanikai tulajdonságok: rugalmasság, szilárdság, képlékenység, keménység. Szilárdság: az anyagok mechanikai igénybevételekkel szembeni ellenállásnak célszerűen definiált mértéke. A szabványos anyagminősítő szilárdsági jellemzők a következők: folyáshatár: folyási jelenséget mutató anyagok esetében a képlékeny folyás megindulásához tartozó erőből számítható mechanikai anyagellenállás. egyezményes folyáshatár: folyási jelenséggel nem rendelkező anyagok esetében egy meghatározott mértékű, maradó alakváltozáshoz tartozó erőből számítható mechanikai anyagellenállás. szakítószilárdság: a szakításkor fellépő max erő és az eredeti keresztmetszet hányadosaként számított mechanikai ellenállás. keménység. A szakítódiagramm alakját befolyásoló tényezők: 1. A vizsgált anyag típusa (fém, kerámia, kompozit ), 2. Egy adott anyag esetén a kémiai összetétel és szerkezete, 3. Feszültségállapot vizsgálat közben (bemetszések), 4. Vizsgálati hőmérséklet, 5. Alakváltozási sebesség 1.3 MILYEN ALKALMAZÁSI TERÜLETEKEN FONTOS A TERMIKUS TULAJDONSÁGOK ISMERETE? Termikus tulajdonságok: olvadáspont, hő tágulás, hővezető képesség, fajhő Olvadáspont főleg kohászat- a szerkezezi anyagok olvadási hőmérséklete befolyásolja előállításuk módját. Hő tágulás- ahol a szerkezeti anyag nagy hőmérsékletingadozásnak van kitéve, illesztési mérettűrések esetében, kompozitok vizsgálata során. Hő vezetőképesség- mérőszámai a hővezetési tényező és a termikus ellenállás (delta Q) hőszigetelés. A nemfémes anyagok és a habszerű anyagok hővezetési tényezője viszonylag kicsi tehát termikus ellenállásuk nagy, így ezek hőszigetelőként használatosak. Hő kapacitás, fajhő: ismerete akkor hasznos, ha szeretnénk meghatározni egy anyag esetében, hogy e konkrét hőmérsékletre való melegítéshez állapot változás nélkül- mekkora hőmennyiségre van szükség. 1.4 MELYEK AZ ANYAGOK FŐ ELEKTROMOS, MÁGNESES, OPTIKAI, AKUSZTIKAI TULAJDONSÁGAI ELEKTORMOS TULAJDONSÁGOK: fajlagos ellenállás: ohm*m fajlagos elektromos vezetőképesség: (ohm*m) -1 átütési szilárdság: kritikus elektromos térerősség, aminél az adott anyagszigetelő képessége lokálisan megromlik, és az átvezetett áram hatására rendszerint maradandó károsodással tönkre is megy. és dielekromos állandó: A*s / V*m 9

10 1.4.2 MÁGNESES TULAJDONSÁGOK: szuszceptibilitás (mágnesezhetőségre való érzékenysége) és permeabilitás (mágneses erővonalakkal való átjárhatósága) A mágneses permeábilitás azt fejezi ki, hogy az anyagban adott H mágneses térerősség hányszor nagyobb B mágneses indukciót tud létrehozni a vákuumhoz képest, vagyis az anyag milyen mértékben képes erősíteni a mágneses mezőt. mágneses keménység megnetosrikció Mágneses térben tapasztalt viselkedésük alapján az anyagok 3 csoportba sorolhatók: diamágneses anyagok paramágneses anyagok ferromágneses anyagok OPTIKAI TULAJDONSÁGOK: átlátszóság, áttetszőség, fényvisszaverés Átlátszó: ha az anyag belsejében nem jön létre foton elnyelődés, képes átengedni a fényt. Áttetszőség: anyagokon a fény diffúz (szórt) módon hatol át. optikailag átlátszatlan: fény abszorbeálódik vagy reflexálódik (elnyelődik vagy visszaverődik) fényáteresztés, fényelnyelés fényvisszaverés fontos optikai mutatószámai a transzmissziós tényező T (áteresztési), az alfa elnyelési (abszorpciós) tényező, p visszaverődési (reflexiós), amelyek mindegyike függ a fény hullámhosszától (lamda) fénytörés, fluoreszkálás, foszforeszkálás- néhány anyag elektromágneses energiát képes tárolni, majd látható fény formájában kibocsátani AKUSZTIKAI TULAJDONSÁGOK hangterjedési sebesség, akusztikai sűrűség. A hangok rugalmas közegben terjedő hullámok, amelyek c terjedési sebessége az anyagi minőségen kívül a hőmérséklettől, a nedvességtartalomtól is függ, de a frekvenciától nem. akusztikai keménység, hangelnyelés, hangvisszaverés. A hangelnyelés erős csillapítást okoz a terjedésben, azaz hővé alakul át a hangenergia. A hangelnyelő anyagok, pórusos szerkezetűek lehetnek. 1.5 MIVEL JELLEMEZHETŐ AZ ANYAGOK ALAKADÓ (ÖNTŐ, SZINTEREZŐ, KÉPLÉKENY, ALAKÍTÓ FORGÁCSOLÓ, VÁGÓ) TECHNOLÓGIÁKRA VALÓ ALKALMASSÁGA. Az alakadó technológiák a megmunkált munkadarab geometriája (alak, méretek, felületminőség) mellett kisebb-nagyobb mértékben az anyagtulajdonságokat és az anyagszerkezetet is befolyásolják, így kiválasztásuk, alkalmazásuk során erre is tekintettel kell lenni. Önthetőség: az anyag jól önthető, ha olvadási hőmérséklete alacsony, megolvadáskor hígfolyóssá válik, és nem vesz fel gázokat, és dermedéskor nem zsugorodik túlságosan. Szinterezhetőség: Egy anyag szinterelhetősége a szerint ítélhető meg, hogy a technológiai lépéseknek mennyire felel meg. Rendszerint egyszerűbb geometriájú termékek előállítását célzó, a teljes technológiai folyamatot megvalósító technológiai vizsgálatokkal optimális paraméterek meghatározása a cél, elemezve az elvárt jellemző tulajdonság(ok): sűrűség, pórusosság, nyomószilárdság, hajlítószilárdság, keménység alakulását. Főként a sajtolási nyomás ill. méretváltozás, a zsugorítási hőmérséklet és idő legmegfelelőbb értékeit keresik ezen vizsgálatok keretében. A mikroszkópos vizsgálatok fontosak a szinterelt termékek porozitásának, ill. gyártási hibáinak (ötvöző kiégés, fáziskiválások, elégtelen zsugorodás, szemcsedurvulás) kimutatásához. A hajlító vizsgálat és a gyémánt szúró-szerszámos keménységmérés is fontos a szinterelt termék, mechanikai tulajdonságainak, megfelelőségének megítéléséhez. Alakíthatóság: a jól alakítható anyag külső erők hatására képlékenyen deformálódik. Jól alakítható pl. az ólom, réz, alumínium, és a kis széntartalmú acélok. Nem alakíthatók (a ridegségük miatt) a vasöntvények, keményfémek. 10

11 A kristályszerkezet és az alakíthatóság kapcsolata A fémek alakíthatósága függ a kristályrács szerkezetétől. Az alakítás során a külső erők hatására a fémionok a térrácsban egymáshoz képest elcsúsznak. Az elcsúszással szembeni ellenállás nagysága függ a fématomok térbeli elhelyezkedésétől. Forgácsolhatóság: az egyik olyan jellemző, amellyel akár a barkácsolás során is találkozunk. Az ilyen anyagokra jellemző, hogy a megmunkálás során könnyű a forgácsleválasztás, kis méretű, rövid forgács jön létre, a szerszám éle nem kopik. Általában jobban forgácsolhatónak azokat az anyagokat minősítik, melyek azonos forgácsolási hőmérséklet mellett nagy (jobb) forgácsolási sebességgel munkálhatók meg, az ébredő erők viszonylag kicsik, a megmunkált felület minősége jó(a szerszám-kopás folyamata lassú, az éltartam nagy), a képződő forgács nem okoz műszaki problémákat(rezgés, szerszámtörés,...). Vághatóság: Az anyagok vághatóságát többek között összetételi, keménységi-ridegségi, gazdaságossági, termelékenységi és vágás geometriai szempontokból lehet értékelni. Bizonyos eljárásokkal csak konvex idomok és egyenes élek vághatók, így a konkáv alakzatok vágásához más eljárást is igénybe kell venni. 1.6 MIT ÉRTÜNK AZ ANYAGOK KÖTÉSTECHNOLÓGIÁKRA VALÓ ALKALMASSÁGÁN? (HEGESZTHETŐSÉG, FORRASZTHATÓSÁG, RAGASZTHATÓSÁG)- Hegeszthetőség: A fémek hegeszthetősége a hegesztési technológiától függő alkalmasság megfelelő hegesztett kötés létrehozására, rendszerint kohéziós, oldhatatlan kötés. A hegeszthetőség komplex tulajdonság, amely függ: a hegesztendő szerkezettől, az alkalmazott hegesztési technológiától, a várható igénybevételtől Forraszthatóság: Forrasztáskor két oxidmentes fémet egy náluk alacsonyabb olvadáspontú, megömlesztett fémötvözet vagy fém segítségével, a két fém olvadáspontja alatti hőmérsékleten kötnek össze. A forraszanyag az összekötendő felületeket szilárdan összeköti. Az alkalmazott hőmérséklet szerint megkülönböztetünk keményforrasztást (450 foknál magasabb) és lágyforrasztást, mely 450 foknál alacsonyabb hőmérsékleten történik. A forrasztandó anyagok felülete a szükséges hőmérsékleten nagyon hamar oxidálódik. A kialakult oxidhártya gátolja a fémes érintkezés létrejöttét, ezért vagy mechanikai úton vagy folyósító anyagok segítségével megtisztítják a felületet. Ragaszthatóság: A ragasztott kötés tulajdonságait a ragasztandó anyagpárfelület állapota, illesztésük módja és résmérete, a ragasztó nedvesítő-képessége, ill. felületi feszültsége, a megszilárdult ragasztó egyedi tulajdonságai (pl. szilárdság, hőállóság), a kötési reakciót elősegítő esetleges hőkezelés határozza meg. A ragasztók zöme szerves vegyület, melyek fizikai úton (pl. oldószervesztéssel), vagy kémiai reakció által(pl. polimerizációval) szilárdulnak meg. A kötés adhéziósan, vagy esetenként a ragasztandó felület részbeni oldásával jön létre. 1.7 MELYEK AZ ANYAGOK SZERKEZETVÁLTOZTATÓ TECHNOLÓGIÁRA VALÓ ALKALMASSÁGÁNAK SZEMPONTJAI? (HŐKEZELHETŐSÉG, FELÜLETKEZELHETŐSÉG) A hőkezelhetőség az anyag tulajdonságainak megváltoztatását célzó anyagszerkezetváltoztató folyamatok feltételeinek való megfelelőséget minősíti. A hőkezelési cél elérése egyensúlyi irányba ható, vagy attól eltérő irányultságú anyagszerkezet-változáson alapul, s e két változat más-más feltételek meglétét követeli meg. A legnagyobb mennyiségben felhasznált fémes anyagok a vasötvözetek, melyeknek hőkezelhetőségét az edzhetőségük és az átedzhetőségük jellemzi: Az edzhetőséget az edzéssel (A3hőmérséklet feletti izzítással ausztenitesítéssel majd a kritikusnál nagyobb sebességű hűtéssel) elérhető legnagyobb keménység minősíti, ami gyakorlatilag csak a karbontartalom függvénye. 11

12 A képződő martenzit akkor eredményez jelentős keménység-növekedést (HRC 45), ha a C 0,25%, ami egyben az edzhetőség kritériumának is tekinthető az ausztenitesítés(t > A3) és a gyors hűtés (vhűlés vkrit) mellett. Az átedzhetőség azt fejezi ki, hogy az edzéssel elérhető keménység(ill. azzal arányban a szövetszerkezet martenzit tartalma adott karbon tartalom mellett) milyen mértékben függ a lehűlési sebességtől, azaz a gyártmány hűtőközeggel érintkező felületétől a belseje (magja) felé mért távolságtól. A felületkezelhetőség: megítélésekor tekintettel kell lenni a felületi kérget létrehozó hatás által a felületkezelés a legtöbb esetben a gyártmány előállításának befejező művelete. További követelményeknek(pl. korrózió-, kopás-, hőállóság) való megfelelősége, hiszen a legtöbb ől indul ki, tehát a felületkezel élettartamra gyakorolt hatása igen nagy. az alapanyagon ill. a kész terméken okozott változásokra. Ez utóbbi azért is fontos, mert lényeges jellemző a bevonat tapadási szilárdsága, porozitása, speciális károsodási folyamat a felületrés károsodás álóságra ill. 1.8 MIT ÉRTÜNK KÚSZÁS-, FÁRADÁS-, TÖRÉSÁLLÓSÁG ALATT? A kúszás (vagy tartós folyás) közel állandó feszültségen végbemenő folyamat, mely egy-egy anyagcsoportra jellemző hőmérséklet felett, az idő függvényében viszonylag jelentős alakváltozást hoz létre. Pl. a polimerek már szobahőmérsékleten, az alumíniumötvözetek 250 C felett, az acélok kb. 450 C felett hajlamosak kúszásra. A kerámiákban már igen kis mértékű kúszás is veszélyes mértékű sajátfeszültségeket kelthet, mivel azok nem tudnak leépülni (a nagy ridegség és a minimális alakváltozó-képesség miatt), hanem halmozódnak, ill. a külső terhelésből eredő feszültségekre szuperponálódnak (azokhoz hozzáadódnak). A kúszást - mint termikusan aktivált folyamatot jól jellemzi az alakváltozási sebessége, mely a hőmérsékletnek exponenciális, a feszültségnek hatványfüggvénye. A megengedhető feszültséget két megközelítésben szokás definiálni: kúszáshatár, azaz adott hőmérsékleten, adott idő alatt (pl. 105óra) egy meghatározott (pl. 1%) alakváltozást létrehozó feszültség; idő(tartam)szilárdság, azaz adott hőmérsékleten, adott idő alatt törést rendszerint interkrisztallin repedésterjedést követően okozó feszültség. Kúszáshatár -mint méretezési jellemző: -akkor használatos, ha az adott anyagból készülő alkatrész megengedhető alakváltozása korlátozott (pl. turbinalapát). Időtartam szilárdságra akkor méreteznek, ha az alakváltozás megengedhető, de a törést ki kell zárni (pl. erőművi gőz-csővezeték). Fáradásállóság Az anyag(ki)fáradás ciklikusan ismétlődő igénybevétel(ek) hatására, lokális anyagszerkezetváltozás nyomán jön létre. Három szakaszra bontható: 1, a halmozódó károsodások eredményeként mikrorepedés keletkezik 2, ez az ismétlődő igénybevételek hatására szívósan (energiaközlés mellett)terjed 3, végül a maradó keresztmetszet ridegen (energia-felszabadulás mellett) törik 12

13 Egy anyag fáradásállósága annál jobb, minél finomabb szemcséjű, minél kevésbé tartalmaz külső makroszerkezeti bemetszéseket, azaz feszültség-gyűjtő helyeket és belső makroszerkezeti inhomogenitásokat (folytonossági hiányokat, anyagi heterogenitásokat), minél kedvezőbb a felületi feszültségállapota (pl. húzó helyett nyomó) és kisebb a felületi érdessége. A törésig elviselt Nt ciklusszámot az alkalmazott (maximális) feszültség függvényében ábrázolva, minél nagyobb a feszültség, annál hamarabb következik be a törés. A feszültség az anyagban alakváltozást okoz, mely lehet tisztán rugalmas, vagy ha az amplitúdó nagyobb, akkor rugalmas képlékeny. Az előző esetben a törésig elviselt igénybevételi ciklusok száma (Nt) jóval nagyobb, mint az utóbbinál. Ezek szerint a fáradási folyamatoknak két alaptípusa van: Kis ciklusszámú, melynek során az igénybevétel a folyáshatár feletti ill. az alakváltozás rugalmas-képlékeny és a tönkremenetelt az anyag belsejében keletkező repedések kiterjedése jelenti. Ez fordulhat elő pl. az időnként leállított majd újraindított vegyipari vagy energiaipari nyomástartó edények (tartályok) és csővezetékek ún. feszültséggyűjtő helyein (keresztmetszetváltozások, hegesztési csomópontok,...). Nagy ciklusszámú fáradás, melynek során az igénybevétel a folyáshatárnál kisebb ill. az alakváltozás általában rugalmas és a törést felületi elváltozásokból, hibákból, lokális feszültséggyűjtés konstrukciós részletekből kiinduló repedésterjedés okozza. Ez jellemző pl. a legtöbb forgógépalkatrész (tengely, csapágy, kerék,...) vagy kötélpálya. Törésállóság és törésmechanikai vizsgálatok A legtöbb szerkezeti anyagunkban előfordulnak folytonossági hiányok, köztük repedések. Szükség van olyan anyagjellemzőkre, amelyek a meglévő repedések törés nélküli elviselését minősítik. A hárompontos hajlítóvizsgálat, vagy ún. kompakt próba forgácsolással kialakított - szabványszerinti méretű és alakú próbatestén a csúcsában nullánál nagyobb lekerekítési sugarú bemetszés ("műrepedés") is található, melyet vizsgálat előtt -folyáshatár alatti ismétlődő terheléssel továbbrepesztenek (min. 1,25 mm-rel), hogy az gyakorlatilag nulla lekerekítési sugarú, valódi repedésben végződjön. A próbatestet nyúlás-(elmozdulás-) mérő bélyegekkel felszerelve, szakítógépben törésig terhelik, miközben regisztrálják az erő-és a bemetszés-szétnyílás kapcsolatát. A kapott görbéből meghatározható az FQ értéke. A próbatest jellemző méreteivel kiszámítható egy KQ feltételezett törési szívósság, mely akkor tekinthető az anyagra jellemző KIc-nek, ha síkbeli alakváltozásiállapotban volt a próbatest, egyébként más geometriájú próbatesttel kell a vizsgálatot megismételni. Hidegszívósság és hidegszívóssági vizsgálatok A törési folyamatok két jellegzetes formája: Képlékeny törés: képlékeny alakváltozás mellett jön létre, a szerkezeti anyag egyes részeinek a maximális csúsztató- feszültség síkjain történő elmozdulásával. Elősegíti az egytengelyű húzó vagy a többtengelyű nyomó feszültségi állapot, a sima felület, az anyag szívós jellege, a kis igénybevételi sebesség és a nagy(obb) hőmérséklet. Atöretet makroszkopikusan törést megelőző kontrakció vagy expanzió, matt gödrös felület, mikroszkopikusan üregképződés és transzkrisztallin (szemcsén áthaladó) repedésterjedés jellemzi. Ridegtörés: gyakorlatilag alakváltozás nélkül következik be, szerkezeti anyag összetartó erőinek a maximális húzófeszültségre merőleges síkok mentén történő legyőzésével. 13

14 A (hideg) szívósság (főként a ridegtöréssel szembeni ellenállás) elsősorban a makro-szerkezettől (felületminőség, folytonossági hiányok), a szubmikroszerkezettől (rácsszerkezet, ötvözők, szennyezők), a feszültségállapot jellegétől, az igénybevételi sebességtől és a hőmérséklettől függ. Az első kettő anyag- (és részben technológia-) jellemző, az utóbbi három állapottényező. képlékeny, az alatt a ridegtörés dominál. A teljes törési folyamatot vizsgáló Charpy-féle ütvehajlító vizsgálatnál középen (egyoldalon) V- bemetszéssel ellátott, két végén alátámasztott, 10x10x55 mm befoglaló méretű próbatestet a bemetszéssel átellenes oldalról az ütőmű L sugarú körpályán mozgó, H1 magasságból indítható, m tömegű ingájának egy ütésével meghajlítják ill. eltörik, majd meghatározzák a felhasznált energiát (KV) a fel nem használt energiával arányos H2 magasságra történő továbblendülésből: KV = m g (H1-H2) = m g L (cos β-cos α) [J] Az inga tengelyén lévő mutató a továbblendülés szögével elfordul, így a próbatest törésére felhasznált energia, az ún. ütőmunka egy alkalmasan elkészített skáláról közvetlenül leolvasható. 1.9 KOPÁS-, KORRÓZIÓÁLLÓSÁG MEGÍTÉLÉSÉNEK SZEMPONTJAI ÉS BEFOLYÁSOLHATÓSÁGA A kopás szilárd testek felületén bekövetkező anyagveszteség, amelyet szilárd, cseppfolyós, vagy légnemű közeggel való érintkezés és relatív elmozdulás (azaz két anyag közötti interakció) okoz. A relatív elmozdulásnak négy alapformája különböztethető meg: csúszás, gördülés, lökés és áramlás, melyek külön-külön, vagy kombináltan is jelentkezhetnek. Az anyagok kopásállóságát keménységméréssel is összehasonlíthatjuk. Kopásállóság befolyásolása: anyagválasztási szempontok: nagy keménységű és rugalmassági modulusú anyagok felhasználása, kis affinitású (tapadási, hegedési hajlamú) súrlódó anyagpárok alkalmazása konstrukciós szempontok: o elmozduló felületek közé idegen részecskék bejutásának megakadályozása, de megfelelő kenés szavatolásacélszerű konstukció kialakításával, o felületi mechanikai terhelés, és azzalösszefüggő melegedés csak az éppen szükséges mértékben való maximalizálása, esetenként gyorsan cserélhető és olcsó kpóbetétek alkalmazása o technológiai szempontok: optimális felületi érdesség és hullámosság kialakítása a kenőanyag megtartáshoz. o üzemeltetési szempontok: felesleges üresjáratok megszüntetése, megfelelő kenés-hűtés folyamatos biztosítása, kenőanyag cseréje. A korrózió jellemzően a fémes szerkezeti anyagok károsodása, mely környezeti hatásra fellépő, mérhető elváltozást (méret-és tömegcsökkenést) ill. a mechanikai terhelhetőség és a felhasználhatóság romlását okozó fázishatár-reakciók folyamata. Korrózióra az alábbi két módon lehet hatni: 14

15 a szerkezeti anyagra ható közeg módosításával: Az oxigén vagy más korróziós hatóanyag(szén-dioxid, kén-oxidok, nitrózus gázok, füstgázok, vegyipari gázok; gőz, páratartalom, csapadék, felszíni vizek, folyékony és szilárd vegyi anyagok, folyékony fémek és sóolvadékok; talaj stb.) kizárása, phérték kedvező módosítása vagy passziválóanyagok adagolása. Korróziós közeggel érintkező szerkezeti anyag változtatásával, védelmével: - passzívréteges( passzíválódó ) ill. korróziónak ellenálló ötvözetek(pl. korrózióálló acél, hőálló acél, titánötvözetek, alumínium) alkalmazása; - alternatív(nem korrodáló) anyagok(pl. műanyagok, kerámiák) használata; - passzív korrózióvédelem: védőbevonatolás(pl. festés, galvanizálás, plattírozás, tűzi horganyzás; termikus szórás nemesebb fémmel, kerámiával, műanyaggal); - aktív korrózióvédelem: katódos védelem elhasználódó anódokkal (Zn, Mg) való összeköttetésben, vagy anódos védelem külső áramforrás igénybevételével 1.10 HŐÁLLÓSÁG, BIOLÓGIAI KÁROSODÁS, ÖREGEDÉSÁLLÓSÁG A nagy(obb) hőmérsékleten igénybe vett szerkezeti anyagok károsodásállósága-amit hőállóságnak nevezünk - a termikus igénybevétel mértékétől, jellegétől és a járulékos hatásoktól függ, de az anyagok viselkedését az összetétel, az előállítási mód,a megmunkálás és a hőkezelés is befolyásolja. A hőfáradás vagy termikus fáradás olyan anyagkárosodás, melynek során a ciklikusan váltakozó T hőterhelés (vagy hő- és mechanikai terhelés) váltakozó képlékeny alakváltozást idéz elő az anyag felületközeli rétegeiben, a külső és belsőbb anyagrészek eltérő és akadályozott hőtágulása következtében. A termikus fáradással szemben ellenállóbb anyagok magas hőmérsékleti szilárdság-szívósság aránya optimalizált, azaz a szívós repedésterjedéssel szemben is megfelelő ellenállást tanúsítanak. Továbbá hővezetőképességük és hőtágulási együtthatójuk viszonya olyan, hogy az anyag, ill. a belőle készült alkatrész felülete és belső részei között kialakuló hőmérséklet-gradiens ne okozzon kritikus mértékű hőfeszültségeket. A hősokk"lökésszerű" hőhatás (pl. gyors túlhűtéskor), viszonylag nagy (esetenként változó) hőmérséklethatárok között. A T hőlökés hatására kialakuló hőfeszültség - különösen egyidejűleg ható mechanikai terheléssel -az anyag szilárdságát elérő feszültséget, az akadályozott alakváltozás (nem eléggé képlékeny anyagoknál) pedig repedést, sőt törést eredményez(het). A reve-ill. a tűzállóság nagy hőmérsékleti korrózióállóságot takar, de itt a korrózió a szó hagyományos értelmében vett oxidációt jelent. Ha a keletkező oxidációs (égés)-termék porózus szerkezetű, rossz tapadóképességű, akkor reveformájában leválik a felületről, szabaddá téve az utat a további károsodásnak. Reveállóságról valójában csak a fémeknél, tűzállóságról pedig az oxidkerámiáknál beszélhetünk. Azon fémek tekinthetők jó reveállónak, melyek felületén jól tapadó, passziváló védőoxidréteg keletkezik, gátolva a további károsodást. Az igazán tűzálló anyagoknak oxidoknak kell lenniük, hiszen ezek elégetése (oxidálása) már lehetetlen, így csak az olvadáspontjuk szab korlátot alkalmazási hőmérsékletüknek. 15

16 A műanyagokat a gyújtóláng eltávolítása után tapasztalható égési jelenségek alapján próbatest pozíciótól (vízszintes, függőleges) és vastagságától függően különböző éghetőségi fokozatokba sorolják. Biokárosodás-állóság és biokárosodás-állósági vizsgálatok Keramikus építőanyagokban kénoxidáló és nitrifikáló baktériumok csökkentik a ph-értéket az anyagfelületen és ezzel más mikroorganizmusok fejlődését segítik elő. Kellően tartós nedves állapot esetén baktériumok és penészgombák keresztülnőhetik a beépített anyagot (habarcsot, mészhomoktéglát,...). Fémeken korróziós jellegű károsodást okoznak kén-és vasoxidáló aerob, ill. szulfátredukáló anaerob baktériumok, valamint szerves és szervetlen savakat kiváltó penészgomba-fonalak, hajólemezeket belepő kagylók. Egyes rovarok (pl. termeszek) rágási károsodást képesek okozni olyan fémtárgyakon, amelyek lágyabbak ezen rovarok rágószerveinél (pl. ólomból készült kábelburkolatokon és csővezetékeken). Műanyagokra -elégséges nedvesség mellett -baktériumok és penészgombák nőhetnek rá, lebonthatják az azokban lévő lágyító-, töltő-, stabilizáló- és emulgeáló adalékokat, tömeg-és szilárdságveszteséget okozva. Elektromos szerkezeteken gombatelepek képződése csökkentheti a felületi ellenállást, ami kóboráramokat, rövidzárlatokat idézhet elő. A fa és származékai a legveszélyeztetettebbek, nagy mennyiségű és változatosságú alkalmazá-suk miatt is. A különféle korhasztó-, kékítő-és penészgombák megfelelő nedvességtartalom esetén képesek jelentős károsodást okozni, mivel különböző enzimjeikkel lebontják a fa cellulóz-, lignin-vagy cukor-és keményítőtartalmát, tömeg- és szilárdságvesztést és/vagy elszíneződést okozva. A rovarok különböző méretű rágójáratokat és kirepülő nyílásokat készítenek, csökkentve a faszerkezet teherviselő keresztmetszetét, stabilitását. A textilféleségeket penészgombák, molyok támad(hat)ják meg. Biokárosodás-állóságivizsgálatok: A biológiai károsodásvizsgálatok alapvető feladatai ill. szempontjai: az anyagok károsító organizmusok támadásával szemben tanúsított állékonyságának vizsgálata, a károsodás megjelenési formáinak értékelésea károsító organizmusok biológiájának figyelembevételével, anyagvédő módszerek hatékonyságának ellenőrzése a gátolni kívánt biológiai károsodással szemben. Tekintettel arra, hogy a vizsgálatokat élő károsítókkal végzik és a károsodási folyamatban különböző mechanikai, fizikai-kémiai és biológiai hatások érvényesülnek, szükség van: a kísérletek gondos megtervezésére, végrehajtására, az előkészítés steril körülmények közötti végrehajtására, a károsító organizmusok kiválasztására és felhelyezésére, a próbadarabok pontos kondicionálására (hőmérséklet, nedvességtartalom, fényviszonyok, légjárás, csapadékviszonyok stb.), a kapott eredmények pontos rögzítésére, statisztikai feldolgozására, kiértékelésére. A környezet-és egészségvédelmi szabályok betartása mellett végezhető biológiai károsodásvizsgálatok károsodó anyag és károsító organizmus szerint oszthatók két fő csoportra. 16

17 Öregedés-állóság és öregedésállósági vizsgálatok Öregedésnek nevezhető valamely anyagban lezajló -annak tulajdonságait (többnyire negatívan) megváltoztató - belső és/vagy külső okokra visszavezethető, az előző károsodási formák egyikébe sem sorolható fizikai és kémiai folyamatok összessége. Jellemző belső (anyagállapotbeli) öregedési okok: -az anyag termodinamikailag instabil állapota; -a belső feszültségek relaxációja vagy átrendeződése; -a kémiai összetétel megváltozása (túlzott szennyeződés); -a mikroszerkezet ill. a molekuláris szerkezet változásai. Főbb külső (környezeti) öregedési okok: -meghatározott hőmérséklet-tartományban végzett képlékeny alakítás, -tartós hőigénybevétel (hőntartás), -hőmérséklet-ill. klímaváltozás, -bizonyos kémiai hatások (pl. feszültségi repedésképződést okozó ózon), -elektromágneses rezgések (infravörös, látható, ultraibolya, ionizáló sugárzás), -részecske-(pl. neutron-) sugárzás. A környezeti és időjárási hatások következtében, a különböző szerkezeti anyagokban eltérő öregedési jelenségek léphetnek fel, azaz öregedés-állóságuk is különböző: -polimerekben duzzadás, zsugorodás, vetemedés alakulhat ki elszíneződés, megfakulás, repedésképződés kíséretében, amelyek késleltethetők: vegyi reakciókat késleltető inhibitorokkal, antioxidánsokkal; káros tulajdonság-változásokat mérséklő, a jellemző öregedési okkal szemben védelmet biztosító hő-és fénystabilizátorokkal, sugárzásvédő- és abszorbeáló adalékanyagokkal; -fémek esetében kedvezőtlenül megváltoznak a jellemző mechanikai tulajdonságok és a törésmechanikai jellemzők. Ötvözetlen acélokban már 1020n/cm2neutrondózis elérése a további üzemeltetést lehetetlenné tevő elridegedést okoz. Korrózióálló, ausztenites Cr- Niacélokban az elridegedési folyamat lényegesen lassabb. Öregedés-állósági vizsgálatok Mivel az öregedés anyagfajtánként jelentős jelleg-és intenzitásbeli különbözőségeket mutat, sok esetben az üzemelés alatt álló szerkezeti elemek, ill. anyagok állapotváltozásait, állagromlását kísérik nyomon, figyelve a kritikus viszonyok létrejöttének körülményeit. A szabad térben alkalmazott műanyagok esetében fontosak a komplex légköri vizsgálatok az időjárás- és (UV) fényállóképesség tesztelése céljából: 17

18 -természetes igénybevétellel(lassú vizsgálat): próbatestek elhelyezése szabadban déli irányban, a vízszinteshez képest 45 -ban megdöntve (időjárásállóság-vizsgálat); vagy próbatestek elhelyezése ablaküveg mögött, szabályozott hőmérsékletű tokban (fényállósági vizsgálat); Folyamatosan fel kell jegyezni a meteorológiai adatokat, megvizsgálva a minták állapotát szemrevételezéssel és valamilyen mechanikai jellemző mérésével; -mesterséges igénybevétellel(akár 10-szeresre gyorsított vizsgálat): 5-6 hétig tartó globális sugárzás-szimuláció 1 kw/m2-es szűrt xenonív-sugárzással (ami megfelel egy évig tartó közép-európai szabad napsugárzásnak), kiegészítve mesterséges esőztetéssel és hőmérsékletingadozásokkal. 18

19 2. A FÉMES ANYAGOK SZERKEZETVÁLTOZÁSAI 2. 1 FÉMEK KRISTÁLYOSODÁSA ÉS EGYENSÚLYI ÁTALAKULÁSAI 1. Mi az egynemű és a különnemű rendszer? Egynemű a rendszer, ha fizikai módszerekkel elkülöníthető bármely része nemcsak kémiailag, hanem fizikailag is azonos tulajdonságokat mutat. Különnemű a rendszer, ha két vagy több homogén részből épül fel, amelyeket egymástól határoló felületek választanak el. 2. Melyek az állapottényezők és milyen módon befolyásolják az anyag állapotát? - rendszert felépítő alkotók (komponensek, K) száma - a hőmérséklet - nyomás 3. Mit fejez ki a fázisszabály? A szabadon változtatható állapottényezők száma (Sz) és a fázisok száma (F) között egyensúly esetén összefüggés áll fenn. Fémek esetén ez Sz+F=K+1 alakban írható fel, azaz a szabadsági fokok és a fázisok számának összege az alkotók száma +1 értékkel egyenlő. 4. Mit értünk fázison és fázisváltozáson? Fázis: Az anyag egynemű módosulata, egyazon halmazállapot, kristályszerkezeti módosulat. Fázisváltozás: valamely zárt rendszerben fizikai hatásokra (pl. hevítésre), meghatározott fizikai-kémiai törvényszerűség szerint végbemenő és a rendezettség mértékének megváltozásával járó átalakulás. 5. Mit befolyásol a kristályosodási képesség és a kristályosodási sebesség? Ha a fémolvadékot gyorsan hűtjük, kisméretű szemcsék keletkeznek, mert a kristályosodási folyamat gyorsan játszódik le. Lassú lehűléskor nagy, durva szemcsék alakulnak ki, mert a kristálycsíráknak van idejük megnőni. A kristályok időegység alatti növekedésének mértéke a kristályosodás sebesség. 6. Mit értünk krisztalliton? A nem szabályos sík felületekkel határolt kristályokat krisztallitoknak nevezzük. 7. Mi a szilárd oldat? Két vagy több komponens által, szilárd állapotban létrehozott közös rácsszerkezetű fázis. 8. Jellemezzük az egymást minden arányban oldó fémek egyensúlyi diagramját! 19

20 Egyes lapközepes (felületen középpontos) köbös kristályrácsú fémötvözetek (pl. Au-Ag) szilárd állapotban egymást minden arányban oldják. A színarany 1063 C-on olvad, illetve dermed. Mindkét fém jól alakítható, szilárd állapotban egymást korlátlanul oldják. Ha vizsgáljuk a 80% Au + 20% Ag ötvözetet hűlés közben akkor olvadt állapotban egy fázis (olvadék) van jelen. A dermedés a likviduszvonal metszéséhez tartozó kb C-on indul meg és a szoliduszvonal metszéséhez tartozó kb C-on fejeződik be. Az ötvözet hőmérsékletintervallumban dermed, a lehűlési görbében ezt töréspontok mutatják. T hőmérsékleten tehát olvadék és szilárd oldat van egyidejűleg jelen. 9. Jellemezzük az eutektikumot tartalmazó, egymást szilárd állapotban nem oldó fémek egyensúlyi diagramját! Egyes ötvözetek (pl. Bi-Cd) szilárd állapotban egymást egyáltalán nem oldják, azonban meghatározott összetételnél és hőmérsékleten eutektikumot alkotnak. A bizmut (bi) 271 C-on olvadó rideg félfém, ötvözetei azonban kisebb hőmérsékleten olvadnak. A kadmium (Cd) olvadáspontja 321 C, természetben általában cinkkel együtt fordul elő. A két fém 40% Cdtartalomnál 144 C-on olvadó eutektikumot képez. Egy hipereutektikus ötvözet (pl. 30% Bi + 70% Cd, 1 ötvözet) dermedése során az ömledékből először kadmium válik ki, ezért a likvidusz és a szolidusz között az ötvözet olvadékból és elsődleges kadmiumból áll. A hőmérséklet csökkenésével, növekvő kadmium kiválással az olvadék kadmiumtartalma csökken, és 144 C-on eléri az eutektikus összetételt. Ekkor az olvadék eutektikummá dermed. Az ötvözet szobahőmérsékleten primer Cd-ból és eutektikumból áll. A 2 ötvözet olvadékából hűtéskor először primer Bi válik ki, majd az olvadék 144 C-on eutektikummá dermed. 10. Jellemezzük a korlátolt oldást tartalmazó egyensúlyi diagramot! Egyes fémötvözetek (pl. Fe-Fe3C) szilárd állapotban korlátoltan oldják egymást. A két fém 61,9% Sn-tartalomnál 183 C-on olvadó, illetve dermedő eutektikumot képez. Itt a legkisebb az olvadáspont, ez az ötvözet tehát úgy hűl le, mintha színfém volna. Az eutektikum L+B szilárd oldatok kétfázisú szöveteleme. Szilárd állapotban az ólom az ónt részlegesen oldja, az oldóképesség 183 C-on a legnagyobb: 19,2% Sn. Az oldóképesség a hőmérséklet csökkenésével csökken, 20 C-on már csak 1,5% Sn. A különbség másodlagos B-fázisként jelenik meg. Ezért a 2 ötvözet szobahőmérsékleten elsődleges L szilárd oldatból és másodlagos B fázisból áll. Az ón 183 C-on 2,5 % Pb-t 20 C-on 0% Pb-t tud oldani. 11. Mit értünk vegyületen és milyen vegyületeket ismerünk? A fémvegyület olyan két- vagy többalkotós kristályos fázis, amelynek alkotói közös kristályba illeszkednek be, de ez a rácsszerkezet független az alkotók rácsszerkezetétől. Vegyületek lehetnek: - ionvegyület - elektronvegyület - intermetallikus vegyület 12. Mi jellemzi az allotrop átalakulást? Szilárad halmazállapotban végbemenő fázisátalakulás, melynek során megváltozik az anyag kristályszerkezete. 20