Anyagok-termékek. M. F. ASHBY, OXFORD Anglia

Átírás

1 Anyagok-termékek M. F. ASHBY, OXFORD Anglia

2 Mérnöki anyagaink relatív fontossága M. F. ASHBY, OXFORD Anglia

3 Anyag-, technológia-, konstrukció (költség) egysége Konstrukció (igénybevétel) KÖLTSÉG Anyag Technológia 3

4 Fémek technológiája 2016/17 Acélok 1-2.(előadásvázlat) szeptember 21. de-du dr Németh Árpád

5 rúd Miért acél? A vas, réz, alumínium összesen a fémek 97%-a, előállításuk energiaigénye (GJ/t): Elsődleges feldolgozásnál Titán rúd 560 Saválló acél 110 Magnézium extrudált 425 Réz cső 100 Alumínium öntecs 280 Horgany öntött 70 Alumínium lemez 300 Acél hengerelt 60 PVC 180 Öntöttvas 50 Nylon 180 Üveg 20 Polietilén 110 Cement 8 Másodlagos feldolgozáskor felhasznált energia Alumínium 45 Hengerelt acél 20 Réz 30 Öntöttvas 17

6 Földkéregben van bőven (O, N, Si, Al, Fe) Az ásványokban kellően dúsan fordul elő Gazdaságosan előállítható Nagyüzemi előállítása jó hatásfokú Újrafeldolgozhatósága igen jó Széles tartományban befolyásolható tulajdonságok (varrótű, híd, autókarosszéria, atomerőmű ) Évi 217 kg/fő acél termelés (2016. szept. 11-én 7,449 milliárd ember, 2015-ben kb. 1,623 milliárd t acél)

7

8

9 Hazai példák Repülőtér

10 Mercedes gyár Kecskemét

11 Acélgerenda gyártása

12 2001. szeptember. 11-ig szeptember 15-ig

13

14

15

16 Ha a csúcsra ráépítik a jelzővilágítást is, akkor a torony magassága az amerikai függetlenség kikiáltásának évére utalva 1776 láb, azaz 541 méter.

17 És az AUTÓGYÁRTÁS

18 Autógyártás Alumínium kontra nagyszilárdságú acél Pl az új Suzuki 20% súlycsökkenést ért el a nagyszilárdságú acélok alkalmazásával Az OPEL új modelljeiben szintén nagyszilárdságú acélokat használ

19 Az Európai Unió előzményei Európai Szén- és Acélközösséget (ESZAK, angolul European Coal and Steel Community, ECSC) más néven Montánuniót 1951-ben Párizsban alapította Franciaország, az NSZK, Olaszország, Belgium, Luxemburg és Hollandia 1952-ben lépett élete az 50 éves szerződés Az Európai Gazdasági Közösség (EGK), közismert nevén Közös Piac. Az Európai Közösség (EK) elődjeként 1957-ben a Római szerződéssel alapította Belgium, Franciaország, Hollandia, Luxemburg, az NSZK és Olaszország. Az EGK (később az EK) a legfontosabb ama három szervezet közül, amely 1967-től az Európai Közösségeket alkotja. Magyarország május 1-jén lett az Európai Unió tagja,

20 Acélok csoportosítása 1. Összetétel szerint Szénacélok v. ötvözetlen acélok: Határ előírások (Mn max 1,8, Al max 0,3, B max 0,0008% ) Gyengén ötvözött acélok: Σ ötvöző < 5 % Ötvözött acélok: 5 % Σ ötvöző < 10 % Erősen ötvözött acélok: Σ ötvöző 10 % (X...)

21 Acélok csoportosítása 2. Szövetszerkezet szerint: Ferrites (F) Félferrites (FF) Hipoeutektoidos (F+ P) Eutektoidos (P) Hipereutektoidos (P + S.c.) Ledeburitos (L) Félausztenites (FA) Ausztenites (A) Egyensúlyi szövetszerkezetek Ötv., % F FF L P + S.c. F + P C, % 0,8 2,1 Ötv., % A FA L F + P P+S.c. C, % 0,8 2,1

22 Acélok csoportosítása 3. Felhasználás szerint: Szerkezeti acélok ( C = 0. 0,6 % ) Szerszámacélok ( C = 0,4. 2,1 % ) Különleges acélok ( vasötvözet, ha Σ ötv. < 55 % ) Hő- és korrózióálló acélok Nem mágnesezhető acélok Kopásálló acélok Adott hőtágulású acélok stb.

23 Acél ötvözői, szennyezői Alapalkotók C, Mn, Si, Szennyezők: S, P, O, N, H, Ötvözők Cr, Ni, Mo V, Ti, W, Nb stb.

24 Alapalkotók hatásai: C Karbon hatása Szilárdságot növeli Alakváltozó képességet csökkenti Az ütőmunkát csökkenti, ha a C > 0,6 % az ütőmunka 40 J alá csökken, szerkezeti célokra nem használható Szerkezeti acélok: C 0,6 %

25 C hatása edzett állapotban Edzett állapotban Szilárdság nagymértékben nő Alakváltozó képesség 0,4 % C tartalomnál gyakorlatilag 0!! A C = 0,4 % - nál már eléri lényegében a maximális szilárdságot C 0,4 % a szerszámacélok C tartalom határa Kis C tartalom, ( C < 0,2 % ) esetén edzés hatására a szívósság nő Betétben edzhető acélok KV 0,2 0,4 R m Edzett állapot Lágy állapot R m KV C, %

26 Mangán hatása Rm KV FeS Dezoxidens KÉNTELENÍTÉS Mn MnS Fe 1,7 Mn % A mangán a szilárdságot növeli és az ütőmunkát sem rontja el 1,7 % alatt. Az átedzhető szelvényátmérőt növeli Hegeszthető acéloknál a szilárdság növelésére ötvözik, pl. 52 -es acélokban többek között 1,7 % Mn ötvöző van

27 Szilícium hatása R m KV Si, % Fő dezoxidens Az acél dezoxidált, (csillapított) ha Si 0,12 % Félig csillapított: 0,07 % Si < 0,12% Csillapítatlan, ha Si < 0,07 % A szilícium ridegít, így maximum 0,5 %-ot ötvöznek, kivéve a hőálló acélokat és egyéb speciális acélokat.

28 Kén hatása Fe 986 ºC FeS Képlékenyalakításnál a vörös-törékenységet okozza. Hegesztésnél a kristályosodási repedésérzékenységet fokozza. Ok a kis olvadáspontú Fe- FeS eutektikum.(mn ötvözés megköti a S-t) Teraszos repedés érzékenységért is a kén a felelős. S 0,035 % általában.

29 Foszfor hatása Rm KV P, % Ridegít (hidegtörékenységet okoz) Hegesztésnél nem tudjuk csökkenteni a P mennyiségét Kénteleníteni és foszfortalanítani egyszerre nem lehet. A kéntelenítést kell végrehajtani, a P mennyiségét acélgyártáskor csökkentik Szokásos mennyiség: P 0,035 %

30 Oldott állapotban Oxigén hatása R m KV O, % Zárványok formájában FeO formájában is ridegít Kedvezőbb a nemes oxidok alakja, a gömb alakú zárványok kedvezőbbek. MnO, SiO 2, Al 2 O 3, Nagy mértékben ridegít az oxigén. TiO 2, V 2 O 3, CaO A dezoxidálás nagyon fontos az acéloknál:

31 Nitrogén hatása R m KV Kis N-tart. Nagy N-tart. KV Öregedés T, ºC N,% A nitrogén ridegít és öregedést okoz

32 A nitrogén csökkenése: Denitrálás A nitrogén ridegít és öregedést okoz. Az öregedés azt jelenti, hogy az átmeneti hőmérséklet nő, az ütőmunka csökken. Az öregedés elkerülésére az acélokat denitrálni kell. Denitrálás: FeN Me MeN Fe Denitrálásra használható ötvözők: Al, V, Ti, Nb, Zr tehát a nemes dezoxidensek Azok az acélok, amelyek nemes dezoxidenssel is dezoxidáltak, öregedésállók is.

33 Mikroüregekbe bediffundált hidrogén, molekulákat alkotva bezáródik. Nagy nyomás alakulhat ki, amelyből adódó feszültség töréshez vezethet. Fényes felületű szubmikroszkópikus repedések, a pelyhek. Hidrogén hatása Pelyhesedés jelenségét okozza [H] [H] H 2 [H] Szubmikroszkópikus repedés Mikroüreg A szubmikroszkópikus repedések terjedése mikroszkópikus, majd makro-repedésekhez vezethet. A pelyhesedés hegesztési varratban hidegrepedések kiindulása lehet.

34 Halszem képződés Képlékeny alakváltozás utáni töretfelületeken képződik az un. halszem. Pl. szakító próbatest, hajlító-próba töretfelületén A nagy hidrogén tartalomra utal

35 Átalakulási hőmérsékletre kifejtett hatás alapján Ferritképzők: A 4 -t csökkentik, A 3 -t növelik Más néven ferrit stabilizátorok, ezek az ötvözők a ferritben oldódnak: Pl. Cr, Si, Mo, V, Ti, Nb, W stb. Mindazon ötvözők, amelyek nem ausztenitképzők Ausztenitképzők: A 4 -t növelik, A 3 -t csökkentik Más néven ausztenit stabilizátorok, ezek az ötvözők ausztenitben oldódnak: Ni, Mn, N, C és a Cu

36 Acélok ötvözőinek hatása Az ötvözők hatásait célszerű vizsgálni Az átalakulási hőmérsékletekre kifejtett hatás alapján Kritikus lehűlési sebességre kifejtett hatás alapján Karbidképzés szempontjából Oldódás szempontjából Mechanikai tulajdonságokra kifejtett hatás alapján Hőkezelési tulajdonságokat hogyan befolyásolják.

37 Ferritképzők T T A 4 A 4 A 3 A 3 Mo, V, Ti, Nb, Si, stb. Cr ötv.

38 Ausztenitképzők T A 4 A 3 Ni, Mn, C, N, Cu

39 Kritikus lehűlési sebességre kifejtett hatás alapján Az ötvözők jobbra tolják el az átalakulási görbéket, kritikus sebességek csökkennek T A M k és M v hőmérsékleteket csökkentik Az ötvözők általában növelik az átedzhető átmérőt M k M v B F P Ötvözők lg t Co kivétel és a V, 950 és 1100 C - os ausztenitesítésnél

40 Ötvözők hatása a karbidképzés szempontjából Karbidképző ötvözők: Mn, Cr, Mo, W, Nb, V, Zr, Ti AFFINITÁS A C HOZ NŐ A karbidképzők növelik a melegszilárdságot is, mert a rekrisztallizációs hőmérsékletet növelik

41 Ötvözők oldódása az acélban Az ötvözők általában szubsztitúciósan oldódnak a vasban Korlátlanul oldódik a: Cr és a V Korlátoltan oldódik: Co 75% Ni 34% Si 14 % Mn 10% Mo 32% W 32% Ti 6% Cu < 1% Nem oldódik: Pb, Ag Intersztíciósan oldódik: C, N, O, B

42 Az ötvözők hatása a mechanikai tulajdonságokra R m Ti Si, W Mn, Mo Al Ni V Co Cr A Ni Cr Ötvöző,% 1,7 W Mn Si Ti Ötvöző, % Az ötvözők a rácsot torzítják, így a szilárdságot növelik Az ötvözők a képlékenységet általában rontják

43 Az ötvözők hatása a szívóssági jellemzőkre KV Ni és Cr ötvözés kedvező hatásuk miatt gyakori KV Mn Ni Cr Mo W Si Ötvöző, % Ni - ötvözés TTKV C -acél T

44 Ötvözők hatása hőkezeléskor - Átedzhető szelvényátmérőt növelik az ötvözők - Nemesítéskor is kedvező a hatásuk A Ötvözött acél R m C - acél Ötvözött acél C - acél R m KV T meg Az ötvözők megeresztés-állóságot okoz

45 Megeresztési ridegedés Mn, Cr, Cr Ni ötvözésű acélokban: R m Gyors hűtés KV Lassú hűtés C T meg Elkerülés: Gyors hűtéssel, vagy Mo, illetve W ötvözéssel

46 Szabványok évi XXVIII. törvény a nemzeti szabványosításról 4. (1) A szabvány elismert szervezet által alkotott vagy jóváhagyott, közmegegyezéssel elfogadott olyan műszaki (technikai) dokumentum, amely tevékenységre vagy azok eredményére vonatkozik, és olyan általános és ismételten alkalmazható szabályokat, útmutatókat vagy jellemzőket tartalmaz, amelyek alkalmazásával a rendező hatás az adott feltételek között a legkedvezőbb. MSZ EN

47 A nemzeti szabványosítás célja 1. A nemzeti szabványosítással elő kell segíteni: a) az általános és ismételten alkalmazható eljárások, műszaki megoldások közrebocsátásával a termelés korszerűsítését, a szolgáltatások színvonalának javítását, b) a nemzetgazdasági igények érvényesítését a nemzetközi és az európai szabványosítási tevékenységben, c) a kereskedelem műszaki akadályainak elhárítását, d) a műszaki fejlesztés eredményeinek széles körű bevezetését, e) az élet, az egészség, a környezet, a vagyon, a fogyasztói érdekek védelmét és a biztonságot, f) a megfelelőségtanúsítás követelményrendszerének kialakítását, g) a hazai termékek és szolgáltatások nemzetközi elismertetését.

48

49

50

51

52 Csak öntvényeknél és csak G lehet S - szerkezeti acél Acélok felhasználás szerinti jelölése (MSZ EN ) G S 355 J2 G2 W Cu5 P nyomástartó edény Fő tulajdonság R eh =355 MPa Cu * 10 W: időjárás álló Kieg. tulajdonság, G2: csillapított Kiegészítő jel: 27J -20 ºC L csővezeték acél E gépacél B - betonacél M Termomechanikusan kezelt N Normalizált Q - Nemesített

53 Kiegészítő jelek T KV,ºC KV KV KV ISO Dezoxidálás módja 27J 40 J 60 J + 20 JR KR LR B Si - al dezoxidált, csillapított 0 J0 K0 L0 C " + nemes dezoxidens (Al, Ti) - 20 J2 K2 L2 D " + finom szemcse - 40 J4 K4 L4 E " + Ni ötvözés 53

54 Acélok jelölése vegyi összetétel alapján Ötvözetlen (szén)acélok: Cnn (nn= C%*100) (gyártáshoz szükséges ötvözők és szennyezők vannak a meghatározott tartalom alatt) (Mn max 1,6%, B max 0,0008% stb.) pl.: C22, C15, C60, Ötvözött acélok: nn ÖTVÖZŐK vegyjele számok (ötvözők vegyjele a mennyiség csökkenő sorrendjében, számok arányosak az ötvözők mennyiségével, szorzók: C*100, Cr* 4, B* 1000) pl. 14NiCrMo13-4 (C=0,14%, Ni=3,2%, Cr=1, Mo 1% alatt) Erősen ötvözött acélok (ötvöző tartalom 5% felett) X nn ÖTVÖZŐK vegyjele számok (számok az egyes ötvözők közepes mennyiségét mutatják) Pl.: X8CrNiTi18-10 (C=0,08%, Cr=18%, Ni=10%, Ti is van) 54

55 Az ötvöző mennyiségének szorzói az acél szabványos jelölésében Az ötvöző vegyjele Szorzótényező Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4 Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr 10 Ce, N, P, S 100 B