Műszaki anyagok. 1. Vas- és acélanyagok

Átírás

1 Műszaki anyagok Az agrárgépészet a műszaki anyagok széles körét alkalmazza. Közülük a fontosabbak: a vasés acélanyagok, az alumínium és ötvözetei, a réz és ötvözetei, a műanyagok, a gumik és gumikombinációk, valamint az üvegek. 1. Vas- és acélanyagok A vas- és acélanyagok viszonylag nagy mennyiségű színvasat minden esetben több mint 60%-ot és legfeljebb 6,67%-nyi szenet tartalmazó ötvözetek. A különböző széntartalmú vas- és acélanyagok tulajdonságai különbözők. A vas a természetben színfém állapotban nem fordul elő. Érceiből kohászati úton (kohósítással) vagy közvetlen redukcióval lehet előállítani. A kohósítással előállított vasat nyersvasnak nevezzük. A nyersvas még nem késztermék, hanem olyan nyersfém, amely az öntészetben és az acélgyártásban további feldolgozásra használható. Az öntvények lehetnek öntöttvasak és acélöntvények. Az öntöttvasak olvadáspontja alacsony, zsugorodása kicsi, és formakitöltő képessége jó. Az acélöntvények a2,06%-nál kisebb széntartalmú vas-szén ötvözetekből öntéssel előállított termékek. Önthetőségük rosszabb, mint az öntöttvasaké. Ridegre és melegre könnyen megrepednek, ezért öntés után hőkezelésük (normalizálásuk) szükséges, aminek következtében nő a nyúlásuk, a kontrakciójuk és a fajlagos ütőmunkájuk. Az öntvények olyan gépelemek, géprészek anyagai, amelyek terhelés alatt is merevek, rezgéscsillapító hatásúak, bonyolult szerkezetűek, és más eljárással nem vagy csak nagyon költségesen állíthatók elő. Vas-szén ötvözetek széntartalomtól függő osztályozása 1

2 Az acélok a 2,06%-nál kisebb széntartalmú vas-szén ötvözetek. Felhasználásuk szerint szerkezeti, szerszám- és különleges acélok vannak. A szerkezeti acélok különböző gépelemek, gépszerkezetek anyagaként használatosak. Általában jól kovácsolhatók, hegeszthetők és forgácsolhatók. Széntartalmuk 0,1 0,6% közötti. Legfontosabb változataik az általános rendeltetésű, a betétben edzhető, a nemesíthető, az automata- és a rugóacélok. A szerszámacélok a fémek és különböző más anyagok megmunkálására alkalmas szerszámok anyagai. Általában kemény, edzett és megeresztett állapotban használják fel. Széntartalmuk 0,6%-nál nagyobb. Ötvözetlen és ötvözött változataik ismertek. Főbb ötvözőik a wolfram, a króm, a mangán és a nikkel, amelyek egy része a szénnel keménykarbidokat képezve növeli az anyag keménységét, javítja a kopásállóságot és az átedzhetőséget. A különleges acélok nagy hőállósággal (500 C feletti hőmérsékleteken való alkalmazhatóság), hidegszívóssággal ( 60 C alatti hőmérsékleten való alkalmazhatóság), korrózióállósággal (rozsdaállóság, savállóság), kopásállósággal, öregedésállósággal vagy különleges mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. 2. Az alumínium és ötvözetei Az alumínium kiváló hő- és villamosvezető képességű, hidegen és melegen jól alakítható fém. Korróziónak ellenáll a felületén kialakult összefüggő, tömör, jól tapadó oxidréteg miatt. Az alumíniumot a bauxitból állítják elő úgy, hogy először kémiai úton termőföldet készítenek, majd elektrolízissel nyerik belőle a fém alumíniumot. A gyakorlatban alumíniumötvözeteket használnak, melyek szilárdsági tulajdonságai jobbak a tiszta alumíniuménál. Az alumínium fő ötvözői a szilícium, a réz, a magnézium, a cink és a mangán. Minőségjavító ötvözői a titán, a króm és a nátrium, amelyek önmagukban nem változatják meg az ötvözet tulajdonságait, de erősítik a fő ötvözök hatását. Az ötvözők minőségétől, mennyiségétől és arányától függően alakítható és önthető alumíniumötvözeteket különböztetünk meg. Az alakítható alumíniumötvözetek elsősorban szilárdságnövelő ötvözőket főleg rezet és magnéziumot tartalmaznak. Egyes minőségeikre külön elnevezést használnak, pl.: az alumínium-réz-nikkel ötvözetek az Y ötvözetek, amelyeket magas hőmérsékletnek kitett, sajtolt vagy kovácsolt alkatrészek (pl. motorhengerfejek) gyártására használunk; az alumínium-magnézium-szilícium ötvözetek (elnevezésük avial) kiváló korrózióállók, ezért tartályok, szabadtéri burkolatok stb. készítésére alkalmasak; az alumínium-magnézium-mangán ötvözetek a duralumíniumok, a különböző gépelemek anyagai elsősorban. Az önthető alumíniumötvözetek ötvözői (szilícium, réz, magnézium, cink) az önthetőséget javítják. Legjobban önthető alumíniumötvözet az alumínium és a szilícium eutektikus ötvözete, a szilumin, amiből bonyolult, nagy szilárdságú öntvények (pl. motorház, szivattyúház) készíthetők. Az alumínium-szilícium ötvözetek a réz hozzáadásával jobban 2

3 megmunkálhatóvá (forgácsolhatóvá) válnak, de korrózióállóságuk és szilárdságuk csökken. A magnézium a korrózióállóságot és a dinamikus igénybevételekkel szembeni ellenálló képességet javítja, de rontja az önthetőséget. 3. A réz és ötvözetei A rezet oxidos és szulfidos érceiből, kohászati úton állítják elő. Az így nyert kohóréz sokféle szennyező anyagot tartalmaz, amelyet elektrolízissel lehet tovább finomítani. Az ipari tisztaságú réz a vörösréz, amelynek hő- és villamos vezetőképessége, valamint képlékenysége kitűnő. A korróziónak ellenáll, felületén tömör réz-karbonát és réz-szulfát réteg a patina keletkezik, amely védi a további oxidációtól. A vörösrezet elsősorban a villamos ipar alkalmazza, de készülnek belőle jó hővezető képességű gépelemek (pl. hűtőcsövek) is. Szilárdsági és egyéb tulajdonságait ötvözetek hozzáadásával javítják Ilyen ötvözetek a sárgarezek és a bronzok. A sárgarezek a réznek és a cinknek az ötvözetei, amelyek alakítható és önthető sárgarezek lehetnek. Az alakítható sárgarezek cinktartalma magasabb. A cink mellett az ólom a forgácsolhatóságot javítja, míg az önthetőséget szilíciummal lehet javítani. A bronzok ötvözőelemeik szerint ónbronzok, ólombronzok, alumíniumbronzok, mangánbronzok és kobaltbronzok lehetnek. Az ónbronzok a réz és az ón kétalkotós ötvözetei. A kevesebb ónt tartalmazó bronzok alakíthatók, szövetszerkezetük homogén. A nagyobb óntartalmú bronzok szövetszerkezete heterogén. Öntéssel dolgozhatók fel. Különböző gépelemek, pl. csapágyperselyek készülhetnek belőlük. Az ólom-bronzok az ólom mellett ónt is tartalmaznak. Siklási tulajdonságaik igen jók, szilárdságuk kicsi, ezért önmagukban nem alkalmazzák őket. Különböző anyagú perselyekbe öntve csapágy-bélésfémként használják. Az alumíniumbronzok kisebb alumíniumtartalommal jól alakíthatók, nagyobb alumíniumtartalommal jól önthetők. Az egymáson csúszó gépszerkezetek anyagai. Az alakítható alumíniumbronzokból készülnek a pénzérmék. A mangánbronzok szilárdsági jellemzői magasabb hőmérsékleteken sem csökkennek számottevően, ezért hőterhelésnek kitett alkatrészek gyártásához használatosak. A kobaltbronzok korrózióállók, ezért erős korróziós hatásnak kitett alkatrészek előállítására használják. 4. A műanyagok Műanyagoknak a szerves széntartalmú, óriásmolekulájú vegyületekből álló, mesterséges úton létrehozott termékeket nevezzük. Előnyös tulajdonságuk a kis sűrűség, a jó alakíthatóság, a könnyű megmunkálhatóság, az elektromos szigetelőképesség, a jó hang- és hőszigetelés, a vegyi hatásokkal szembeni ellenállás 3

4 Egyes műanyagok jó kopásállósággal, jó siklási tulajdonságokkal és megfelelő szilárdsági tulajdonságokkal rendelkeznek. Számos változatuk vázanyagokkal (pl. üvegszál) erősíthetők, így különböző gépelemek (pl. fogaskerék, csapágypersely, tartály) készítésére alkalmas. Nagy szerepük van a ragasztóanyagok gyártásánál is. A műanyagok az időjárás viszontagságai, az eső, a napfény, a hőség, a hideg hatására tönkremennek, elöregszenek. Gyúlékonyságuk és mérgező égéstermékeik kedvezőtlen hatásúak lehetnek. A felhasználási, illetve feldolgozási követelmények szerint igen fontos műanyag-tulajdonság a hővel szembeni viselkedés. Eszerint hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagokat különböztetünk meg. Hőre lágyulónak nevezzük azokat a műanyagokat, amelyek szakítószilárdsága a hőmérséklet emelésével fokozatosan csökken, végül a lágyulási hőmérsékleten plasztikus állapotba kerülnek. Lehűtve ismét megszilárdulnak, felvéve eredeti állapotukat. E műveletek megismételhetők. A fontosabb hőre lágyuló műanyagok a polietilének, a polivinil-klorid, a polisztirolok és a poliamidok. Hőre keményedők azok a műanyagok, amelyek bizonyos hőmérsékleten megkeményednek, és ezt az állapotukat lehűtve és ismételt felmelegítéskor is megtartják, azaz eredeti állapotuk ismét nem állítható vissza. A fontosabb hőre keményedő műanyagok a fenoplasztok, az aminoplasztok, a poliészterek és az epoxigyanták. 5. A gumik és gumikombinációk A műszaki gumiárukat természetes vagy szintetikus úton előállított kaucsukból készítik. A gumi jellegzetesen nagy rugalmasságú, hosszú, hajlékony fonalmolekulákból álló, térhálósított kaucsuk, amely különböző adalékanyagokat (vulkanizáló szereket, gyorsítókat, aktivátorokat), töltőanyagokat (kormot, vas-oxidot stb.) és segédanyagokat (stabilizátorokat, öregedés gátlókat) tartalmaz. Legfontosabb adalékanyaga a vulkanizáló szer, amely legtöbbször kén. A gumi 1,5% kéntartalommal a legrugalmasabb, 10%-nál nagyobb kéntartalom esetén pedig teljesen felkeményedik. Ez a termék a keménygumi vagy ebonit. A gumi tulajdonságai az összetétellel igen széles határok között változtathatók, így a legkülönbözőbb fizikai-mechanikai tulajdonságú termékek állíthatók elő. Az ipari gyakorlatban a gumikat vázanyagok nélkül, vázanyagokkal és szupertér-hálósítással hasznosítjuk. A vázanyagok nélkül készülő gumiipari gyártmányok elsősorban tömítések (O-gyűrűk, alakos tömítőgyűrűk), illetve fémfegyverzethez ragasztott vagy vulkanizált gumirugók (pogácsás, hüvelyes) lehetnek. A vázanyagokkal történő erősítés a gyártmány szilárdságát javítja. Ezeknél a termékeknél (ékszíj, gumiköpeny stb.) a vázanyag mű- vagy textilszál, illetve szövet, acélszál és acélszövet lehet. 4

5 6. Az üvegek Az üveg a szilícium-oxid olyan, szilárd oldata, amely olvadt állapotából lehűlve kristályképződés nélkül megy át szilárd halmazállapotba, s különböző adalékanyagokkal (dolomit, földpát, nátrium-szulfát stb.) együtt alkotja az üveget. Az üvegek átlátszó, jó fényáteresztő, kémiailag ellenálló, igen kemény anyagok. Gyakran használt változatai a következők: A síküveget és a huzalbetétes üveget elsősorban épületek és üvegházak üvegezésére használják. A többrétegű ragasztott üvegekből járművek, erő- és munkagépek vezető- és kezelőfülkéinek ablakai készülnek. Két vagy három réteget műanyag ragasztóval ragasztanak egymáshoz, s így hajlító- és ütőszilárdsága kisebb az azonos vastagságú tömör üvegénél. Töréskor a rétegek nem azonos helyen és módon repednek, tehát az üvegszilánkok nem esnek szét. Az ilyen réteges üveg biztonsági üvegként funkcionál. Az edzett üvegek a ragasztott, réteges üvegeket helyettesítik a járműiparban. Az edzéssel (felmelegítés, majd gyors lehűtés légsugárban) az üvegben a belső feszültségek egyensúlyba kerülnek. Töréskor az egyensúlyi állapot megbomlik, ami az üvegtábla felaprózódásához vezet (néhány mm-es, nem éles darabra törik). A habüvegek habképző anyagok hozzáadásával készülnek. Könnyűek, vízállók, éghetetlenek, valamint kitűnő hang- és hőszigetelők. Az üvegszálak üveggyapot, -fonal, -szövet és optikai üvegszálak alakjában kerülnek forgalomba. 5