2. tétel - A nemfémes szerkezeti anyagok tulajdonságai, felhasználásuk. - Vasfémek és ötvözeteik, tulajdonságaik, alkalmazásuk. - A könnyűfémek fajtái és jellemzői, ötvözése, alkalmazása. - A színesfémek jellemzői, ötvözetei, felhasználási területe. - Az ötvöző és szennyező elemek hatásai. 1. Nemfémes szerkezeti anyagok: szerves ( polimer ) szervetlen ( kerámiák ) természetes, mesterséges ( műanyag ) a.) polimerek ( szerves nemfémes szerkezeti anyagok ) óriásmolekulákból felépülő szerves eredetű anyagok természetes eredetű polimerek / fa, rostok, bőr, gumi / mesterséges eredetű polimerek ( műanyagok ) b.) kerámiák (nemfémes szervetlen szerkezeti anyagok ) üveg 2. Vasfémek és ötvözeteik, tulajdonságaik, alkalmazásuk: a.) tisztavas tulajdonságai: 99,99 % tisztaságú térközepes, köbös rácsszerkezetű T0 1576-1539 o C = 7,87 kg/ dm 3 nem önthető, viszonylag lágy hegeszthető közepesen alakítható jó villamos- és hővezető
b.) ötvözetek: Kémiai neve metalográfiai neve szilárd oldatok vas szénoldó képessége -vas Ferrit 0,006-0,02% γ vas Ausztenit 0,8-2% Fe3C Vas-karbid Eutektikumok perlit 0,8 % ledeburit 4,3 % fémes vegyület cementit 6,67 % tulajdonságok szinte puha, képlékenyen könnyen alakítható, szénvasnak tekinthető, mágnesezhető homogén, képlékenyen jól alakítható, kovácsolható, nem mágnesezhető igen szívós, kemény, nagy sziládságú kemény, képlékenyen nem alakítható, öntvényeket csinálnak belőle bonyolult szerkezet, kemény, rideg, törékeny anyag Acél széntartalom szerint: c.) acélok csoportosítása: ötvözetlen / szénacélok / o könnyű megmunkálhatóság o nem elég szívósak
ötvözött acélok o ötvözőanyagok mennyisége nagyobb, mint 5% az acél legfontosabb ötvözői: o szén: szilárdság edzhetőség csökkenti az alakíthatóságot o króm: szilárdság keménység hő- és korrózióállóság o wolfram: keménység hőállóság o nikkel: korrózióállóság szilárdság jól mágnesezhető szívósság o szilícium szilárdság keménység kopásállóság korrózióállóság Tulajdonságokat rontó anyagok: o kén o foszfor o zárványok o légbuborékok o nyersvas 0,9 1% S +P (kén + foszfor), acéllal kevesebb Alumínium és ötvözői alakíthatósága: 1. színalumínium jellemzői: o jó hő- és villamos vezetőképesség o T0 = 660 o o nem mágnesezhető o Rm = 80 Mpa o könnyen alakítható o rosszul forgácsolható és önthető o feltételesen hegeszthető (védőgáz, fordított polaritás) o képlékenyen kíválóan alakítható 2. Al ötvözetek o Durall ötvözetek (Al Cu + egyéb ötvözők kis mennyiségben ) szilárd oldatot alkotnak jobb forgácsolhatóság, alakíthatóság rosszabb vill. vezetőképesség, hegeszthetőség, korrózióállóság hőkezeléssel Rmmax = 600 Mpa egyéb ötvözők: Mg: pl.: repülőgép gyártás, építőipar
Ni: motorok, motorházak, dugattyúk (jobb önthetőség) 3. Hidronálium ötvözet ( Al Mg ): o Rm = 300 Mpa o korrózióra hajlamos o egyéb : Mn : korrózióállóság javítása o felh.: tartályok, élelmiszeripar 4. Szilícium ötvözetek ( Al Si ): o Eutektikumot alkot ( 11,7% -os szilíciumnál -> jól önthető, alacsony olvadási pont ) o jól forgácsolható o jól önthető o jó a kémiai ellenálló képessége o fel.: autó, hajtó öntött alkatrészei 5. Mg és Ti ötvözetek: o Vegytiszta Mg tulajdonságai: jó hő és elektromos vezetőképesség hajlékony korrodál Rm kicsi = 150 Mpa T0 = 690 o o o o alk.: ötvöző, pirotechnika Ötvözetek: Magán: korrózióállóságot növel Alu: szilárdságot növel Cink: alakíthatóság, melegszilárdság Mg Al Cu: Elektron ötvözet, a legkönnyebb ötvözet Szerkezeti anyagként ( lemez, cső, rúd ) + Cink: melegalakíthatóság, kovácsolhatóság, jó önthetőség (repülőgépgyártás) Titán: 4,5 kg / dm 3 T0 = 1670 o C korrózióálló jó ötvözők: Sn ( ón ), Cr ( króm ), V ( vanádium ) leggyakoribb ( 60% ) Ti6Al4V: nagy szilárdság szívós Nikkel: jól alakítható = 8,9 g / cm 3 kíváló korrózióállóság hőállóság nagy T0 = 1455 o C korrózióállóság szívós jó szilárdság / tömeg arány 6. Színesfémek: réz, cink, ólom, ón, nikkel jellemzői, ötvözői: o Színréz tulajdonságai: = 8,54 kg / dm 3 T0 = 1083 o C
jó vill. és hővez. képesség képlékeny, jól alakítható, jól forrasztható Rm = 70 Mpa nagyon rosszul önthető rosszul forgácsolható feltételesen hegeszthető alk: 40% villamos iparban 40% ötvözőanyag 20% fűtésrendszerek, építőipar Ötvözetei: sárgaréz (Cu + Sn ) / Zn max 50% / fűtés, rézvezeték, szerelvények, elektromos alkatrészek, csavarok, stb. bronzok: o ónbronz ( Cu Sn ) 20% < Sn < 25% Harangbronz 10% < Sn < 15% Csapágybronz 6% < Sn < 10% Gépbronz 1,5% < Sn 5% Érmebronz o Al bronz (Cu Al ) korrózió, hő, vegyi anyagoknak ellenálló vegyipari, kikötői berendezések ( sósvíz) 9% Al -> Rm = 300 Mpa / acél / o Siklócsapágy ötvözet: Cu Sn Pb cink: o korrózióálló o lágy o savak, lúgok oldják o jól önthető o jó vezető o alk.: bevonat, ötvöző Ón és ötvözetei: ón: o hidegen jól alakítható o 200 o C fölött rideggé válik o jól önthető o savnak, lúgnak nem áll ellen o 20 o C -on szétporlad o alk.: forraszanyag, siklócsapágy, bevonat, konzervdoboz ólom: o legnagyobb sűrűségű szinesfém o jól önthető és alakítható o hegeszthető és forrasztható o savaknak ellenáll ( akku. ) o mérgező o blokkolja a röntgent o alk.: ötvöző, ólomüveg, bevonatok 3. Nem fémes szerkezeti anyagok: o Szerves:
Gumi: Előállítás: Gumi tulajdonságai Adalékanyagok: o Aktív: elősegítik a térhálósítást (pl.: kén, kaolin, korom) o öregedésgátlók o töltő és vázanyagok o szinezőanyagok Felhasználási terület Rugalmasság / kéntartalomtól függ/ tömítőanyagok o max 2-3 % kéntartalomig o 32% - nál ebonit: legkíválóbb elektromos szigetelés nincs rugalmasság, rideg, kemény Nagyon kis szilárdságú -> erősítés gumiabroncs, ékszíjak, szállítószalag, hevederek szövetbetétekkel: textil, üvegszál, fémszál, szénszál Víz és gáztömör hidraulikus és pneumatikus tömlők Nagy rezgéscsillapítás Gumirugók: gépalapokban, tengelykapcsolókban Kiválló vill. szigetelőképesség Vezetékek szigetelése, kézi szerszámok, munkavédelmi eszközök szigetelése Tulajdonság Fa: Biológiai képződmény, sejtekből épül fel életműködéshez szükséges sejtek rost sejtek ( szilárdság ) Pl.: Felhasználás Szálirányban nagy a nyomó és Építőiparban, raklapok, hidak szakítószilárdsága Szálába merőlegesen jól hajlítható Bútoripar, hordók, stb. / gőzöléssel fokozható / Rossz hővezető (szerszámnyelek, villamosok, vasúti kocsik burkolása, burkolatok ) szerszámnyelek, nyílászárók Könnyen megmunkálható bútorlapok, rétegelt lemezek, faforgács lemez o fűrészelés o gyalulás o ragasztás o csavarozással o szegecselés Könnyen éghető felh.: fűtőanyag, brikett
Bőr: Tartósítás: o Védőbevonatok (festékek, lakkok) o Gőzölés ( 110 o C on, élősködők elpusztítása ) o A fa szerkezetébe mérgező anyagokat juttatnak Fafajták: o puhafa: fenyő parafa o keményfa: akác bükk tölgy Alapanyag: o Nyers állati bőr (iparban általában marha és bivaly) o Tartósítás: sózás vagy szárítás o Cserzés: további tartósítás o Kikészítés / a hátrész az legértékesebb / Tulajdonság Felhasználás Nagy húzószilárdság, hajlékony gépszíj, laposszíjak Kopásálló, jó légáteresztő bútorok, űlésbőrök képesség, rossz hővezetés Nehezen gyullad, rossz hővezetés védőruhák pl.: hegesztő felszerelés Szigetelőanyagok: Villamos szigetelők: o Feladata: Vezetőanyagok elszigetelése az egyéb szerkezeti anyagoktól és egymástól o Halmazállapot szerint légnemű: levegő, hidrogén por és egyéb szilárd szennyezők rontják a szigetelőképességet páratartalom: csökkenti az átütitési szilárdságot folyékony: szigetelőolajok: nedvesség és oxigén rontja az átütési szilárdságot szilárd: igen nagy, de mérhető ellenállásuk van pl.: gumi, műanyag, üveg, porcelán, csillám, azbeszt, papír, gyanták, stb. Üveg: Fő alapanyaga szilícium dioxid, olvasztással állítják elő (1300 o on) Előállítási technikák: o fúrás
o préselés o húzás o hengerlés Tulajdonságai: o amorf szerkezetű o nincs olvadáspontja o jó villamos szigetelő o fényáteresztő o szinezhető Felhasználási területei: o szigetelő testek o optikai kábelek o vezeték szigetelés o nyílászárók o háztartás stb. Hangszigetelő anyagok: Feladata: o Terjedő hang csökkentése o a hanszigeteléssel védett helyen küszöbérték alatt legyen a hang intenzitása Hang fajtái: o léghang: Ezek ellen szendvics szerkezetű falakkal védekezünk (rugalmas és merev rétegek) o rezgéshang Hangnyelők fajtái: o porózus szerkezetű ( surlódás útján emészti el a hangokat ) o rugalmas lemezek ( rezgéseik révén elnyelik a hangokat ) Hanszigetelő anyagok: parafa, gumi, nemez, filc, üveggyapot, üreges szerkezetű tégla, hungarocel, purhab Hőszigetelő anyagok: Célja: Két különböző hőmérsékletű tér között a hőátadást megakadályozza. Anyagok: o salakgyapot o üveggyapot o kovaföld Alk.: o hűtőszekrények o melegvíztároló o bojler o fűtőcsövek Kenőanyagok: Feladata: Megakadályozza az egymáson elcsúszó vagy gördülő felületek közvetlen érintkezését. Eredetük szerint: o ásványi olaj o növényi olaj o állati olaj Halmazállapot szerint: o Kenőolaj ( óriásmolekulákból, térhálós szerk. )
o Kenőzsír ( sűrűbb, kenőolaj + fémszappanok oldata ) o Szilárd kenőanyagok ( grafit, talkum ) Textíliák: Textilipar nyersanygai: vékony, hajlékony, megf. szilárdságú szálas anyagok Természetes szálas anyagok: o Növényi eredetű len kender juta pamut o Rostjai cellulózból épűlnek fel o lúgoknak ellenáll, savak és oxidáló szerek roncsolják o állati eredetű: gyapjú hernyóselyem o lúgokra érzékenyek, oxidálószerek károsítják o savaknak ellenáll o fehérjéből épülnek fel o Ásványi eredetű: tiltott a használata azbeszt o Mesterséges szálas anyagok: Felülmúlják a természetes anyagokat, különösen a szilárdság tekintetében. Különféle műszálakkal találkozhatunk: perlon merlon nylon Felh.: o Feldolgozás: háztartás ( szúnyogháló, sziták ) ruhaipar műszaki terület ( munka és védőruházat, védőfüggöny, szitaszövetek, kötelek, zsinegek, villamos szigetelőanyagok, kompozitok ) o Kompozitok: szemcsékből összetett szálerősítéses anyagok rétegelt