Mérnöki anyagismeret. Alapanyagok gyártása Alumínium és könnyűfém kohászat Réz és színesfém kohászat Öntészet

Átírás

1 Mérnöki anyagismeret Alapanyagok gyártása Alumínium és könnyűfém kohászat Réz és színesfém kohászat Öntészet

2 A fémkohászat főbb folyamatai Bányászat Érc előkészítés Nyers fém kinyerése A nyers fém finomítása Ötvözés Öntés

3 Az alumínium gyártás folyamatai Érc: bauxit Ebből hidrometallurgiai és pirometallurgiai eljárással timföldet (Al 2 O 3 ) állítanak elő A timföld elektrolízisével (elektrometallurgiai eljárással) választják le az alumíniumot

4 A bauxit feldolgozás folyamatai (1) Bauxit előkészítés: őrlés, vizes mosás (tisztítás), szárítás Bauxit feldolgozás: Nátronlúgos kezelés C o -on, ekkor nátriumaluminát keletkezik - NaAl(OH) 4 Vörösiszap leválasztás Hűlés után kristályos alumíniumhidroxid Al(OH) 3 keletkezik Ezt C o -on izzítva kapják a timföldet Al 2 O 3

5 A bauxit feldolgozás folyamatai (2)

6 Alumínium kohászat (1) Cél: timföldből színalumínium előállítása Folyamat: elektrolízis katód: grafit bélésű kád, anód: grafit rúd, elektrolit: maga a betét Betét: kriolit (Na 3 AlF 6 ) + 6 8% Al 2 O 3

7 Alumínium kohászat (2) Technológiai paraméterek: Hőmérséklet: C o Egyenáram: U=4 5 V; I= ka Kiválások: Katódbélésen az alumínium olvadék Grafit anódon az oxigén (erős fogyás) Csapolás időszakosan (98,5 99,5% Al)

8 Alumínium kohászat (3)

9 Alumínium kohászat (4) Anyagmérleg: 4 t bauxit 2 t timföld 1 t alumínium Energia igény: kwh/ 1 t kohóalumínium kwh/ 1 t finomított alumínium

10 Alumínium termékek Öntvények Rudak, csövek Lemez, szalag, fólia Alakos munkadarabok (kovácsolás, folyatás, lemezalakítások) Előnyök: jó hő- és elektromos vezető, korrózióálló, könnyű

11 Egyéb könnyűfémek kohászata Titán: (1) Alapanyag: rutil (titándioxid TiO 2 ) Klór áramban hevítve titántetraklorid (TiCl 4 ) keletkezik Ezt fém magnéziummal redukálják, majd tisztítják és porkohászati úton nyerik a Ti-t Előnyök: könnyű, korrózióálló, jó a szilárdság/sűrűség aránya

12 Egyéb könnyűfémek kohászata Magnézium: (2) Alapanyag: magnezit ásvány (MgCO 3 ) vagy tengervízi sók (MgCl 2 ) kiválása A MgCl 2 elektrolízisével állítható elő a Mg Előnyök: Ötvözve kiváló tulajdonságú könnyűfém Az alumínium ötvözetekben hasznos ötvöző

13 Réz előállítás Érc: kalkopirit (CuFeS 2 ) Ebből őrléssel, tisztítással és pirometallurgiai eljárással komplex oldatot állítanak elő (Cu 2 S, FeS, Fe 3 O 4 ) Az olvadékból nyert kéneskő-ből leválasztják a rezet A nyers rezet elektrolízissel finomítják

14 Réz termékek Elektrolitréz villamos vezetékek Csövek, rúdak, szalagok Öntvények Alakos munkadarabok Előnyök: jó vezető, ellenáll az oxidációnak, sokoldalúan használható

15 Egyéb szinesfémek Cink (horgany, Zn) Ólom Ón Nikkel Eljárások: Általában dúsítás, tisztítás, pörkölés Kiválasztás elektrolízissel

16 Összefoglalás: könnyű- és színesfémek A vas- és acéltermékeket kiegészítő nyersanyagok Sok esetben felülmúlják az acélokat A könnyűfémek kis sűrűségük és jó szilárdság/sűrűség arányuk miatt kedveltek A színesfémek közül a réz a legelterjedtebben használt, a többiek elsősorban ötvözőként hasznosak.

17 Az olvadt fém (acél) primér leöntése Cél: a megolvadt acél szilárdítása további feldolgozásra alkalmas formában Formái: Tuskó öntés (kokilla öntés) Folyamatos öntés

18 Az acél kokillaöntése (1) Felső öntés: Előny: Egyszerű, termelékeny Hátrány: A felfröccsenő fémcseppek felületi hibát okoznak

19 Az acél kokillaöntése (1) Alsó öntés: Előny: Egyenletes, jó kitöltés Hátrány: lassú, eközben a fém oxidálódik

20 Az acél kokillaöntése (2) Felső öntés: Alsó öntés:

21 Folyamatos öntés

22 Folyamatosan öntött termék dermedése

23 Kokilla- és folyamatos öntés összehasonlítása Kokilla öntés Jelentős alakítási energiát igényel a további feldolgozás Nagy az anyagveszteség a felöntés és a kéreg eltávolítása miatt Nagy méretű tömbök, táblák alakíthatók ki Folyamatos öntés Rudak, széles szalagok alakját jobban megközelíti (kb. 100x100) Emiatt az anyagveszteség kicsi, a rúd azonnal tovább hengerelhető Ahol a méretek engedik, csak ott alkalmazható

24 Öntés további olvasztással (öntéssel) való feldolgozáshoz A folyékony fémet megfelelő alakú és méretű fém formába öntik. A formák végtelenített láncon helyezkednek el

25 Öntvény gyártás Alapfogalmak Az öntés során az olvadt fémet egy célszerűen kialakított üregbe, a formába öntik A megdermedt öntvény alakját, méretét a forma határozza meg Fogalmak: Forma: az alkatrész alakjának megfelelő üreg az alkatrész negatívja Minta: az alkatrész méretét közelítő alak Mag: az öntvény üregeinek kialakítására

26 Az öntészeti eljárások felosztása (1) Öntés elvesző formába Maradó minta Homokformába öntés Héjformázás Keramikus formázás Elvesző minta Kiolvadó minta (preciziós öntés) Elpárolgó minta Öntés tartós formába

27 Az öntészeti eljárások felosztása (2) Öntés elvesző formába Öntés tartós formába Gravitációs kokillaöntés Kiszorításos öntés Kisnyomású kokillaöntés Nyomásos öntés Melegkamrás Hidegkamrás Centrifugál öntés

28 Homokformába öntés (1) alapfogalmak folytatása A minta és a mag elhelyezése a formaszekrényben

29 Csapolás, kezelés, öntés

30 Formakészítés

31 Formakészítés Öntés

32 Ősi és modern öntöde

33 Példák:

34 Héjformázás (2)

35 Héjformázás (3) Példa

36 Precíziós öntés folyamata

37 Precíziós öntés: történelmi előzmények 4000 éve alkalmazott eljárás, az ipari módszerek mellett a szobrászok ma is használják

38 Precíziós öntés: modern alkalmazások

39 Gravitációs kokillaöntés A fém kokillát több részből, osztottan készítik Tápfejet az elvesző formába öntéshez hasonlóan alakítják ki A kokilla falában 0,2 0,3 mm-es furatok vannak a levegő eltávozására

40 Fém kokilla, homok magok

41 Gravitációs kokillaöntés

42 Nyomásos öntéssel készült alkatrészek (2)

43 Nyomásos öntéssel készült alkatrészek (1)

44 Centrifugál öntés A kokilla forog, a folyékony fémet a centrifugális erő szorítja a falhoz Függőleges és vízszintes tengelyű változata ismert Elsősorban csövek öntésére használják, de tárcsákat is lehet önteni így

45 Az acéltermékek további feldolgozása