Hőkezelés- 2016/2017 ősz Színes fémek hőkezelése Fábián Enikő Réka fabianr@eik.bme.hu
Nem vasalapú gépészeti ötvözetek
Színes fémek jellemző hőkezelési görbéi
Magnézium ötvözetek
Magnézium ötvözetek Alakítható ötvözetek
Magnézium ötvözetek melegalakítása és lágyítása Ötvözet Melegalakítás Lágyítás C C Mg-Mn 2 400 340 Mg-Al-Zn ötvözetek 300-350 280 Mg-Al 300 300 Mg-Zn-Zr 350-380 340
Réz és ötvözetei
a Sárgaréz
Sárgaréz a réz és cink ötvözete. 100% réz vörösréz; 1-7% cink halvány vörös, 7-14% cink vöröses - sárga; 14-17% (30% ) cink - tiszta sárga lesz. 30% Zn tartam fölött kezd vörösödni, úgy hogy az 50%cinket és 50% rezet tartalmazó ötvözet aranysárga 50%-on túl az ötvözet kezd fehéredni és mindinkább a cink színét ölti fel. Hidegen legnyújthatóbb a sárgaréz, ha 15-20% cinket tartalmaz. Ez az ötvözet melegen nem munkálható meg. Ha a cink 35-40%-nyi mennyiségben van jelen, az ötvözet melegen és hidegen egyaránt nyújtható, még több cinkkel a nyújthatóság rohamosan csökken, de 70-90% cinktartalom esetén a fém újra nyújtható lesz, mégpedig csak izzó állapotban. Legszilárdabb a sárgaréz, ha benne 28,5% cink van.
Sárgaréz
Sárgaréz II Sárgaréz-öntvény figura Sárgaréz manométerszelep A holland Amandine hajó csavarja
Villamos vezetőképesség és lágyítás réznél Hidegen alakított réz lágyításával bekövetkező vezetőképesség változás
Elektrolitréz lágyítása 93 % 50 % 25 % 10 % 3 % 0 200 400 600 800 T, C Lágyítási idő 1h
Réz újrakristályosodása
A sárgarezek hőkezelése Feszültség csökkentésújrakristályosodást elkerűlő lágyítási hőmérséklet alatt. (Sárgaréz) Zn>15%
A sárgarezek hőkezelése
A sárgarezek hőkezelése CuZn37
A sárgarezek hőkezelése Újrakristályosodás kezdete és vége CuZn37
A többalkotós sárgarezek hőkezelése
A sárgarezek nemesítése - szövetszerkezet változik, keménysége alig Gyors hűtés az a- átalakulást akadályozzuk, ezzel a sárgaréz keménysége nő, ami a nagyobb β fázis nagyobb mennyiségének a következménye. Ritkán alkalmazzuk.
Bronzok I A bronz a réz különféle ötvözeteinek általános elnevezése. Legelterjedtebb, a köznapi nyelvben egyszerűen bronznak nevezett változata az ónbronz, ahol az ötvözőanyag az ón, azonban ehhez az alaphoz lehet adni például arzént, alumíniumot, és egyéb fémeket is
a Bronzok
Bronzok II Az öntészeti bronzok jól önthető, szilárd, kopásálló, jól csúszó szerkezeti anyagok. Az alakítható bronzok szilárd, a fárasztó igénybevételnek ellenálló ötvözetek. A bronz hideg és meleg megmunkálása nehezebb, mint a sárgarézé, de korrózióállóbb a sárgaréznél. A bronz tengervízálló és ellenáll a szerves savaknak is. A bronzok családjába tartoznak a vörösötvözetnek nevezett fémek is Az ókortól kezdve a bronzszobrok máig igen elterjedtek, mivel kitűnően önthető, híven követi az agyagból készült szobor minden felületi finomságát. A bronzszobrokon képződő patina azon kívül, hogy fokozza az esztétikai hatást, megvédi az alkotást a környezet romboló hatásaitól.
Bronzok II A bronzkorban ékszereken tükrökön és szobrocskákon kívül szerszámokat és fegyvereket (kardok, tőrök, lándzsahegyek, sisak, vért) készítettek bronzból, ezek nagy részét azonban a vas és acél kiszorította. Igen elterjedtek a bronzból készült érmék. A bronz hagyományos felhasználási területe a harangöntés. A haranghoz 20-23% ónt tartalmazó bronzot használnak, néha kevés ezüstöt is adnak hozzá, hogy csengőbb legyen a hangja. A harangöntés technikájából fejlődött ki az ágyúkészítés. A 19. század közepéig az ágyúk túlnyomó része bronzból készült..
Bronzok II Gépiparban csapágycsészék, fogaskerekek, csigakerekek és csőszerelvények készülnek belőle, ekkor kevés ónt, 4-5% mangánt és általában kis mértékben vasat tartalmaznak. Bronz csigakerék egy hajtóműházban. Robbanásveszélyes munkahelyeken, például az olajfinomítók egyes részein csak bronzból készült szerszámokat szabad használni, mert az ütközésekor nem képződik olyan szikra, mely a robbanóképes elegyet felrobbantaná
Bronzok II
A réz és ötvözeteinek hőkezelése Feszültség csökkentés- újrakristályosodást elkerűlő lágyítási hőmérséklet alatt. Sárgaréz Zn>15% Al-bronz Si-bronz A rézötvözetek a feszültségkorrózióra általában érzékenyek. A P-bronzok és a Ni Cu ötvözetek a gyors Tlágyításra való felmelegítésre érzékenyek (fire cracking) -Termikus feszültség elkerülése
A réz és ötvözeteinek hőkezelése Homogenizálás- öntött és melegen alakított ötvözeteknél főleg nikkel és ón ötvözés A diffúzió és homogenizálódás hosszú és nehézkes az ón-, silicium- bronzokban, nikkel-réz ötvözetekben hosszú hőntartás hideg meleg megmunkálás előtt. Ón-bronz (Sn>8%) Thomog~760 C Lágyítás - kicsit az újrakristályosító hőmérséklet fölött (light anneal)- szemcsefinomság ötvözéssel (Fe, Al) - alig a szemcsedurvulás T C-e alatt (soft anneal)- kiválások oldódnak Ha az ötvözetben oxigén van a környezet hidrogén tartalmát minimalizálni!!- törékenység. Ha T<480 C az ötvözet H tartalma<1%
A réz és ötvözeteinek hőkezelése 99,945% tisztaságú Cu Képlékenyen alakított rézötvözetek Lágyítás 99,92% tisztaságú Cu 99,945% tisztaságú Cu 99,92% tisztaságú Cu
Ónbronzok Lágy bronzhuzal (a) Lágyítás 600-650 C
Ónbronzok Sn=6,5%
Alakítható ónbronzok hőkezelése A görbékre írt számok az óntartalmat jelentik
Réz nikkel ötvözetek
Alumínium bronzok
Alumínium bronzok CuAl5 CuAl7
Sajtolt alumíniumbronzok
Alumínium bronzok
A beriliumbronzok hőkezelése
A beriliumbronzok hőkezelése
A beriliumbronzok hőkezelése
Berilium bronzok
Berilium bronzok Lágyított (Be=3%) Öregítési hőmérséklet és idő hatása
Berilium bronzok Félkemény (Be=2,5%) Öregítési hőmérséklet és idő hatása
A réz és ötvözeteinek hőkezelése
A réz és ötvözeteinek hőkezelése Ötvözet Melegalakítás ( C) Lágyítás ( C) Réz 650-950 650-800 Sárgaréz (Cu~67%) 820-870 620-640 Sárgaréz (Cu<67%) 600-870 560-600 Ónbronz (Sn=3-10%) 500-700 600-650 Alumínium bronz 500-700 300-400 Réz nikkel ötvözet 700-800 500-700
A réz és ötvözeteinek hőkezelése Kiválásos keményítés =oldó hőkezelés- öregítés töregít 3h (általában) Töregít+ töregít mechanikai tulajdonságok Berilium bronzok Cu Ni, Cu Co, Cu Cr, Cu-Zr, Cu-Ni-Si, Cu-Ni-P Cu-Ni-P ötvözetek (kicsi de nagyszilárdságú alkatrészek) Toldó=700-800 C, gyors hűtés nem szükséges,+töregít=(425-475 C)/(1-3h) Cu Cr Toldó=950-1010 C, gyors hűtés+ Töregít=(400-500 C)/(~4h) Cu-Zr Toldó=900-925 C, hűtésvízben+ Töregít=(500-550 C)/(~1-4h) Cu-Ti Toldó=900 C, gyors hűtés+ Töregít=(350-450 C)/(10-20h)
A nikkel és ötvözeteinek hőkezelése Általában ládákban hőkezeljük elektromos kemencében esetleg gázzal fűtött kemencében egyenletes hőmérséklet (±6% C) és tiszta felület szükséges (nehéz olajban jól hőkezelni). Keményítő hőkezelés előtt kenőanyag nem lehet a felületen. Hosszú a hőkezelés kevés levegő nem igazán fényes darab. Részben fényes alkatrészfelület száraz, tiszta H2 vagy ammónia Sófürdőket kis alkatrészeknél lehet használni alkalmanként, de S t nyomokban sem tartalmazhat- Ridegség
A nikkel és ötvözeteinek hőkezelése Feszültség csökkentés- feszültség csökkentés újrakristályosodás nélkül, megmunkálási keményedés csökkentésére a kiválásosan nem keményedő ötvözeteknél T=425-870 C (alakítási keménység és összetétel függvényében) Lágyítás - a hidegalakítás következtében felkeményedett anyagok keménységének csökkentése, kilágyítás illetve újrakristályosodás céllal T=705-1205 C (alakítási keménység és összetétel függvényében) rövidezért a T betartása kritikus Lágyítás zárt dobozban-gyakori Nyitott lágyítás (oxidációtól védve ) redukáló gáz elektromos kemencében Feszültség kiegyenlítő - feszültség kiegyenlítése a hidegen alakított anyagoknál anélkül, hogy a mechanikai tulajdonságok változnának Oldó hőkezelés a kiválálások és karbidok szilároldatba vitelére. Általában kiválásosan keményedő anyagoknál öregítés előtt alkalmazzuk. Öregítés a mátrixban diszperz fázisok kiválásának érdekében a maximum keménység elérésének céljából, kiválásosan keményíthető ötvözeteknél T=425-870 C
Fontosabb nikkel ötvözetek
A nikkel ötvözeteinek hőkezelése -1 Lágyítás szemcsedurvulás nélkül (soft annealing) Ötvözet Nyitott lágyítás T, C Zárt lágyítás T, C Nickel 200 815-925 705-760 480-705 Nickel 201 760-870 705-760 480-705 Monel 400 870-980 760-815 540-565 Monel R-405 870-980 760-815 _ Monel K-500 870-1040 Inconel 600 925-1040 925-980 760-870 Inconel 601 1095-1175 1095-1175 _ Feszültség csökkentés T, C Inconel 617 1120-1175 1120-1175 _
A nikkel ötvözeteinek hőkezelése-2 Lágyítás szemcsedurvulás nélkül (soft annealing) Ötvözet Nyitott lágyítás T, C Zárt lágyítás T, C Feszültség csökkentés T, C Inconel 625 980-1150 980-1150 _ Inconel 718 955-980 Inconel X-750 1095-1150 Hastelloy-B 1095-1185 _ 1095-1185 Hastelloy-C 1215 _ 1215 Hastelloy-X 1175 1175 _ Lágyítás szemcsedurvulással (dead-soft annealing) Nagyobb hőmérséklet, hosszabb idő 10-20% lágyabb
A nikkel és ötvözeteinek hőkezelése Kiválásos keményítés Ötvözet típus Toldó hőkezelés Hűtés módja Öregítés Monel K-500 980 C Víz T = 595 C/ 16h+ kemence hűtés 540 C-ra/6h +kemence hűtés 480 C-ra/ 8h; levegő hűtés Inconel 718 980 C Levegő T = 720 C/ 8h+ kemence hűtés 620 C-ra/ ott tart amíg a teljes öregítési idő 18h-t eléri+ levegő hűtés Inconel X-750 1150 C Levegő T = 845 C/ 24h+ levegő hűtés újrahevítés 705 C /20h + levegő hűtés 980 C Levegő T = 730 C/ 8h+ kemence hűtés 620 C-ra/ ott tart amíg a teljes öregítési idő 18h-t eléri+ levegő hűtés Hastelloy X 1175 C levegő T = 760 C/ 3h+ levegő hűtés újrahevítés 595 C /3h + levegő hűtés
A titán és ötvözetei
A titán és ötvözetei A titán szobahőmérsékleten sűrű illeszkedésű hexagonális (close packed hexagonal) kristályszerkezetű, az elemi cella hatszög alapú hasábjában a magasság-alapél aránya 1,587. Kb. 890 0 C-on allotróp átalakulás, térközepes köbös kristályszerkezetté való átalakulás megy végbe, és ez a β fázis stabil marad az olvadáspontig, 1667 0 C-ig,
A titán és ötvözetei A homogén titánötvözetek újrakristályosítása 400-500 C
A titán és ötvözetei A stabilizáló hatás szerint a titán ötvözet egyensúlyi diagramjának három alaptípusa van - az Al, O, N és a Ga α-stabilizátorok, azaz az α-fázisra (hexagonális szerkezetű fázisra) van stabilizáló hatásuk. - a Mo, V, W és a Ta β-stabilizátorok, azaz a β-fázisra (térközepes köbös fázisra) van stabilizáló hatásuk. - -a Cu, Mn, Fe, Ni, Co és a H szintén β-stabilizátorok, de eutektoidot is képeznek a titánnal. Az eutektoid képződés gyakran lassú és nehézkes.
A titán és ötvözetei α és α közeli ötvözetek Ötvözet Oldó hőkezelés Hűtő Öregítés közeg T [ C] Idő [h] T [ C] Idő [h]
A titán és ötvözetei α -β ötvözetek Ötvözet Oldó hőkezelés Hűtő Öregítés közeg T [ C] Idő [h] T [ C] Idő [h]
A titán és ötvözetei β és βközeli ötvözetek Ötvözet Oldó hőkezelés Hűtő Öregítés közeg T [ C] Idő [h] T [ C] Idő [h]
Ón és ólom ötvözetek
Cink és ötvözetei