Mérnöki anyagismeret

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Mérnöki anyagismeret"

Ildikó Csonkané
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Mérnöki anyagismeret Termikus, villamos, mágneses tulajdonságok Alapanyagok gyártása Fémkohászat Vas- és acélgyártás

2 Termikus tulajdonságok A szilárd anyagok az olvadás illetve amorf anyagok esetében a lágyuláspont felett nem használhatók, mivel megolvadnak. Az olvadáspont, a megolvasztáshoz szükséges hőenergia a kötési energia függvénye.

3 Az alakváltozás, az idő és a hőmérséklet kapcsolata Termikus tulajdonságok A szilárd anyagok alkalmazásánál nem elhanyagolható az idő tényező sem!

4 Megállapíthatjuk tehát, hogy a legtöbb szerkezeti anyag esetében az alakváltozás kis hőmérsékleten csak a terheléstől függ ε = f(σ), míg a kúszást előidéző hőmérséklet fölött az alakváltozás függvénye a feszültségnek, az időnek és természetesen a hőmérsékletnek ε = f(σ,t,t) fémeknél T > 0,3-0,4 T homológ kerámiáknál T > 0,4-0,5 T homológ ahol T a hőmérséklet C -ban, T homológ, pedig az anyag K-ben kifejezett olvadás pontja.

feszültségnek, az időnek és természetesen a hőmérsékletnek ε = f(σ,t,t) fémeknél T > 0,3-0,4 T homológ

5 A kúszás jelensége Magasabb hőmérsékleten állandó terhelés hatására kialakuló folyamatos alakváltozás, mely hosszú idő múlva a darab károsodását, törését is eredményezheti. A jelenség a folyáshatárnál kisebb feszültség esetén is végbemegy.

múlva a darab károsodását, törését is eredményezheti.

6 A terhelés és a hőmérséklet hatása

7 Mikor kell a méretezésnél a kúszással számolni? Szerkezeti acél

8 A kúszás vizsgálata 1 Kúszáshatár: a próbatest eredeti keresztmetszetére számított feszültség, amely adott hőmérsékleten adott idő alatt előírt értékű (legtöbbször 1 % ) alakváltozást okoz. Jele: R és indexben a maradó nyúlás %-a az idő órában és a hőmérséklet C -ban. pl. R 1/10 000/550 A kúszáshatárt abban az esetben használják méretezésre, ha az alkatrész megengedhető alakváltozása korlátozott. pl. turbina lapát

Jele: R és indexben a maradó nyúlás %-a az idő órában és a hőmérséklet C -ban. pl.

9 A kúszás vizsgálata 2 keresztmetszetére számított feszültség, amely adott idő múlva, adott hőmérsékleten törést okoz. Az időszilárdság megfelelő biztonsági tényezővel méretezésére. De tipikus eset az izzók wolfram szála is, amikor a törés nincs megengedve adott Időszilárdság: a próbatest eredeti Jele: R m és indexben a hőmérséklet és az idő pl. R m/10 000/550 alkalmazandó pl. kazáncsövek anyagainak időn belül.

De tipikus eset az izzók wolfram szála is, amikor a törés nincs megengedve adott Időszilárdság: a

10 Villamos tulajdonságok A szerkezeti anyagok többé kevésbé vezetik az áramot, ha villamos erőtérbe kerülnek. Vezetőképesség szerint lehetnek: Vezetők: a fémes kötésben lévő szabadelektron felhő következménye (vill. ellenállása: 20x10-9 Ωm) Félvezetők: töltéshordozók szintén elektronok (ionos kötés) Szigetelők: polimerek, kerámiák (kovalens kötés) (vill. ell.: 10 8 Ωm)

Vezetőképesség szerint lehetnek: Vezetők: a fémes kötésben lévő szabadelektron felhő

11 Mágneses tulajdonságok Mágneses térbeli viselkedésük szerint lehetnek: Paramágneses: az atomok mágneses dipólusmomentuma nem 0, de mágneses erőtereik semlegesítik egymást, mágneses erőtérben beállnak az erőtér irányába Diamágneses: az atomok mágneses dipólusmomentuma 0, mágneses erőtérben beállnak az erőtérrel ellenkező irányba Ferromágneses: a dipólusok maguktól rendeződnek, spontán mágneses anyagok

beállnak az erőtér irányába Diamágneses: az atomok mágneses dipólusmomentuma 0, mágneses erőtérben

12 Mérnöki anyagismeret Alapanyagok gyártása Fémkohászat Vas- és acélgyártás

13 Alapanyagok gyártása Fémkohászat Vas, acél, alumínium, réz Műanyagok előállítása és feldolgozása Hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagok, elasztomerek Kerámiák gyártása Kristályos, amorf, speciális kerámiák Kompozit (társított) anyagok feldolgozása

keményedő műanyagok, elasztomerek Kerámiák gyártása

14 Fémkohászat Vas- és acél gyártás Alumínium gyártás Réz- és színesfém kohászat

15 A fémkohászat főbb folyamatai Érc előkészítés (törés, őrlés, szétválasztás) Nyers fém kinyerése A nyers fém finomítása Ötvözés Öntés kokillába

16 Vas- és acélgyártás Nyersvasgyártás A nagyolvasztó működése A nyersvas tulajdonságai Acélgyártás Konverteres Ívkemencés, indukciós kemencés Az acélok utókezelése Vákuumozás Műveletek öntés közben

17 Nyersvasgyártás Folyamata: a vasat vasércből koksz segítségével (C) nagyolvasztóban redukálással állítják elő Kiinduló anyag: vasérc Mágnesvasérc (Fe 3 O 4 ) 50-70% Vörösvasérc (Fe 2 O 3 ) 40-60% Barnavasérc (2FeO.3H 2 O) 30-50% vastartalmú ipari melléktermékek pl. vörösiszap, acélgyártási salak stb.

Mágnesvasérc (Fe 3 O 4 ) 50-70% Vörösvasérc (Fe 2 O 3 ) 40-60% Barnavasérc

18 Nagyolvasztó

19 Mit adagolnak a nagyolvasztóba? Vasérc+ vastartalmú ipari melléktermék salakképző anyagok (elsősorban mészkő) koksz (feketeszénből) A koksz feladata elégésével fűt redukáló gázt fejleszt (CO) redukál (izzó C)

20 Mi szükséges még a nagyolvasztó működéséhez? A koksz elégetéséhez levegő léghevítőkben a torokgáz elégetésével előmelegítik oxigénnel dúsíthatják hűtővíz a falazat hűtésére (többszörösen biztosított)

21 A nagyolvasztó működése Adagolás: érc, koksz, salakképző anyag Hőenergia ellátás: koksz, befújt levegő ( C o ) Folyamat: a vasoxid redukciója Indirekt: CO CO 2 Fe 2 O 3 + 3CO 2 FeO + 3 CO 2 FeO + CO Fe + CO 2 Direkt: C CO FeO + C Fe + CO Termék: nyersvas, kohósalak, torokgáz

22 A nagyolvasztóban lejátszódó folyamatok

23 csapolás

24 A nyersvasgyártás Folyékony nyersvas folyékonysalak torokgáz termékei C% Mn% Si% S% P% Öntészeti Acélnyersvas 3,5-4,0 <1,0 1,5-3,0 <0,06 0,3-2,0 3,5-4,5 0,4-1,0 <1 <0,04 0,1-0,3

25 A nyersvasgyártás termékei 2 folyékony salak elsősorban az építőipar használja fel torokgáz alacsony fűtőértékű gáz, elsősorban a levegő előmelegítésére

26 Acélgyártás Folyamata: a nyersvas karbon tartalmának és a káros szennyezők koncentrációjának csökkentése oxidációval Kiinduló anyag: Acél nyersvas Végtermék: Acél Előnyök: Szilárdság és szívósság növekedés Alakíthatóság javulás

27 Eljárás változatai Siemens-Martin (ma már nem használják) Konverteres (Bessemer, LD) Elektro-acélgyártás (ívfényes, indukciós)

28 Konverteres acélgyártás (LD) Elrendezés: körte alakú billenthető konverter Betét: acélhulladék, folyékony nyersvas, adalékanyagok Égés táplálása: oxigén befúvással Hőforrás: a karbon és szennyezők kiégésének hője Végtermék: 0,25-0,3% C-tartalmú acél

29 Konverteres acélgyártás

30 Az LD eljárás folyamatai Adagolás, az alapanyagok bejuttatása Frissítés oxigén gázzal, C és szennyezők kiégetése Utókezelés: dezoxidálás, csillapítás Ötvözés igény szerint Csapolás Öntés

31 Adagolás Alapanyag: folyékony nyersvas Ócskavas salakképzők

32 Frissítés vagy oxidáció Célja: a nyersvas C tartalmának és szennyezőinek csökkentése oxidációval LD konverter 99 % tiszta O 2 a fúvatási idő perc a S és P tartalom csökkentésére mészpor

33 Dezoxidálás vagy csillapítás Mn, Si, Al adagolás az acélgyártás végső fázisában Hatására a vasoxidból szilicium-dioxid vagy aluminium-oxid keletkezik, amely a salakba távozik Öntéskor az acélban nem keletkeznek gázhólyagok ez a csillapított acél

34 A folyékony acélt tűzálló falazattal ellátott üstbe csapolják Csapolás

35 Konverteres acélgyártás

36 Elektro-acélgyártás Ívfényes kemencében Fémolvadék és/vagy szilárd betét Hőt az elektródák és olvadék közötti ív fejleszt Jól szabályozható, tiszta acélokat lehet gyártani

37 Indukciós acélgyártó kemence Indukciós kemencében Szilárd betét Hőforrás az indukált áram Joule-hője (transzformátor hatás) Az acél ötvözése, átolvasztása a fő cél

38 Az acélok utókezelése Üstmetallurgia: dezoxidálás, átöblítés, ötvözés stb. Sugárvákumozás: folyékony acélsugár öntése vákumban, erős gáztalanodás Vákumívfényes átolvasztás: katód az acélrúd, anód a réz kád, ív hatására az acél megolvad, a vákumban gáztalanodik Elektrosalakos átolvasztás: az elektrolizáláskor a megolvadt salakon átfolyó acél gáz- és szennyező tartalma lecsökken

39 Acélok utókezelése (üstmetallurgia)

40 Az acél vákumozása

41 Vákuum ívfényes Átolvasztás Elekrosalakos

42 Vas- és acélgyártás folyamata (összefoglalás)

Hasonló dokumentumok

Fémkohászat. Vas- és acél gyártás Alumínium gyártás Réz- és szinesfém kohászat

Fémkohászat. Vas- és acél gyártás Alumínium gyártás Réz- és szinesfém kohászat Fémkohászat Vas- és acél gyártás Alumínium gyártás Réz- és szinesfém kohászat A fémkohászat főbb folyamatai Érc előkészítés (törés, őrlés, szétválasztás) Nyers fém kinyerése A nyers fém finomítása Ötvözés