Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

Átírás

1 Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Anyagtudományi Intézet Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások Dr.Krállics György

2 Az előadás során megismerjük az alakítástechnológia rendszerszemléletű tárgyalását; a feszültségek, alakváltozások szerepét; az anyagjellemzőket és meghatározási módszereiket; az alakítás közbeni anyagszerkezeti változásokat.

3 Az alakítási folyamat rendszerszemléletű áttekintése Süllyesztékes kovácsolás rendszere 1. Kiinduló darab;. Szerszám; 3. Érintkező felületek; 4. Deformációs mechanizmusok; 5. Alakító gép; 6. Késztermék; 7. Környezet. 3

4 A képlékeny alakítás rendszerszemléletű tárgyalása a folyamat változóinak a termék minőségére, valamint a folyamat gazdaságosságára gyakorolt hatásának analízisét jelenti. Anyagi paraméterek Egy adott anyagminőség és termomechanikai történet (mikroszerkezet) esetén, az alakítási szilárdság, az alakíthatóság és ezek irányfüggése (anizotrópia) a képlékenyalakító folyamat legfontosabb anyagi változói. Szerszám és alakítógép Az adott technológiai folyamathoz tartozó alakító gép választását befolyásolja az előírt pontosság, a gép jelleggörbéje, a környezeti hatások. Súrlódás Az érintkező felületek kölcsönhatása bonyolult jelenség. A mennyiségi jellemzésre a súrlódási tényezőt használják, amelyet speciális vizsgálatokkal lehet meghatározni. Alakváltozási folyamat Alakítási technológiánál a munkadarab képlékeny alakváltozás során nyeri el a kívánt alakot. A fém áramlását leginkább befolyásoló tényezők: a szerszám geometriája, a súrlódási viszonyok, az alakítandó anyag mechanikai jellemzői, a hőmérséklet eloszlása az alakváltozás zónájában. 4

5 Alapfogalmak Képlékenyalakító technológiák célja Alakadás, tulajdonságok szabályozása Termo-mechanikai eljárás Hidegalakítás... T/T olv < 0,3 Félmeleg alakítás... 0,3 < T/T olv < 0,5 Melegalakítás... T/T olv > 0,6 Szükséges anyagjellemzők Alakítási szilárdság, alakíthatóság 5

6 Alakadás Felső szerszámfél Munkadarab Kezdeti állapot Alsó szerszámfél Végső állapot 6

7 Tulajdonságok szabályozása Az anyagáramlás és a hőmérséklet hatása Alakváltozás eloszlás Hőmérséklet eloszlás 7

8 8 Alakváltozások , ln, ln, ln c c b b a a z y x a 0 b 0 c 0 a b c x y z x y z φ Egyenértékű alakváltozás

9 Feszültségek Feszültség tenzor Főfeszültségek e ij folyási felület p ij Folyási feltétel R rugalmas alakváltozás k p0, f,, T képlékeny alakváltozás hőmérséklet Egyenértékű alakváltozási sebesség Egyenértékű feszültség 9

10 Feszültség-alakváltozás kapcsolat Lineárisan rugalmas Nem-lineárisan rugalmas Rugalmas - képlékeny Merev - ideálisan képlékeny 10

11 Hidegalakítás, melegalakítás Rekrisztallizácó szerepe (T rek ) Hidegalakítás < T rek, Melegalakítás > T rek Hidegalakítás jellemzői Keményedés, alakváltozási képesség fokozatos kimerülése, szemcsék megnyúlása, diszlokáció sűrűség növekedése. Méretpontosabb termék, jobb felületi minőség, nagyobb fajlagos szerszámterhelés. A nagymértékű hidegalakítás texturát eredményez. Melegalakítás jellemzői Lágyulási folyamatok (megújulás, rekrisztallizáció) zajlanak, az alakváltozási képesség kevésbé korlátozott, a mikroszerkezet változik. Öntött struktúra átalakítása. Kevésbé méretpontos termékek, rosszabb felületi minőség, hőterhelés, kisebb fajlagos mechanikai terhelés. 11

12 Statikus és dinamikus rekrisztallizáció Statikus : az alakítás és hőhatás folyamata (rekrisztallizáció) elválik egymástól. Dinamikus: az alakítás és a hőhatás folyamata (rekrisztallizáció) együtt valósul meg. A megújulás, poligonizáció és rekrisztallizáció alacsonyabb hőmérsékleten és intenzívebben megy végbe. 1

13 Feszültség (t) Egykristály és polikristály feszültség alakváltozás görbéje t t 0 b G polikristály t 0 kezdeti folyási feszültség konstans (0,3-0,6) b Burgers-vektor abszolut értéke G csúsztató rugalmassági modulusz ρ diszlokáció sűrűség t 0krit egykristály III. II. I. Alakváltozás () 13

14 Anyagjellemzők Alakítási szilárdság (k f ) A képlékeny alakváltozás megindításához majd fenntartásához szükséges feszültség egytengelyű feszültségi állapotban. Alakíthatóság Az alakváltozás azon mértéke, amelynél az anyagban makroszkópikus károsodás (vagy instabilitás) lép fel. 14

15 Alakítási szilárdság v F z k f Acél T=0 ºC Al ötvözet h 0 k f F, d d 0 d h ln h 4 0 k f, k h f r v h exp 1T Ólom ötvözet n f f p0. 1 alakváltozás c k c, k R c 0 0 m T n T 15

16 Feszültség alakváltozás görbe melegalakításkor σ ε c σ c c > x c < x 98 % újrakristályosodás 98 % újrakristályosodás 100 % x 100 % x c c c c c c 16

17 Mikroszerkezet változás meleghengerléskor 17

18 Alakítási ellenállás Alakítási ellenállás(k): az alakítás irányában kifejtett külső erő okozta feszültség. F f k k,, geometria f k 18

19 Alakíthatóság Kísérleti meghatározás aexp t bk t törési alakváltozás T állandó állandó A törési határgörbe B zömítés csavarás szakítás 1 3 k k f k - feszültségállapot mutató 19

20 Surlódás, kenés Munkadarab τ = µq (Coulomb) µ surlódási tényező q lokális nyomás t mk f / 3 (Kudo) N Képlékeny alakváltozás T Rugalmas alakváltozás Szerszám Az érintkező felületeken fellépő érintő irányú T erő arányos a felületeket összenyomó N erővel, és a felületek relatív elmozdulásával ellentétes irányban hat. Kenőanyagok szerepe: felületek elválasztása, szerszámkopás csökkentése 0

21 Stribeck diagram 0 száraz surlódás határ kenés vegyes surlódás kenőanyag munkadarab q v szerszám -viszkozitás hidrodinamikus kenés v/q 1

22 Szálirány 1

23 Szálirány 3

24 Szálirány 3 4

25 Textúra A szilárd test részeinek egy külső koordináta-rendszerhez viszonyított anizotróp (irányfüggő) elrendeződése. A textúra mechanikai és kristálytani eredetű lehet. A szemcsék orientációjának meghatározása: K c egyedi szemcse lokális koordináta-rendszere (x, y, z) K s makroszkopikus lemez koordináta-rendszere (h i, m i, n i ) g ' g g cos x, x ij, ij i j 5

26 Speciális textúrák <010> {100} hengerlési irány <001> Kockatextúra Goss-textura {110} Axiális textúra: a szemcsék elhelyezkedése olyan, hogy egy adott iránnyal párhuzamosan helyezkednek el. Rúdhúzás, dróthúzás tipikus szerkezete <uvw> 6

27 Mechanikai tulajdonságok irányfüggése M.t izotrop anizotrop Hengerlési irány M.t 7