Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

Hasonló dokumentumok
SiAlON. , TiC, TiN, B 4 O 3

Szilárdság (folyáshatár) növelési eljárások

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK. Anyagismeret 2016/17. Szilárdságnövelés. Dr. Mészáros István Az előadás során megismerjük

Társított és összetett rendszerek

Acélok nem egyensúlyi átalakulásai

Szilárdságnövelés. Az előadás során megismerjük. Szilárdságnövelési eljárások

Nem fémes szerkezeti anyagok. Kompozitok

ACÉLOK MÉRNÖKI ANYAGOK

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 8. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7.

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 7. Képlékeny viselkedés. Terhelési diagram. Mechanikai tulajdonságok 2. s sz (Pa) Tankönyv fejezetei: 16-17

TANULÁSTÁMOGATÓ KÉRDÉSEK AZ 2.KOLLOKVIUMHOZ

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

ANYAGISMERET I. ACÉLOK

Acélok és öntöttvasak definíciója

tervezési szempontok (igénybevétel, feszültségeloszlás,

Szilárdságnövelés. Az előkészítő témakörei

Kerámia, üveg és fém-kerámia implantátumok

Anyagismeret tételek

Fémmátrixú kompozitok és fémhabok. A mai napon szó lesz FÉMMÁTRIXÚ KOMPOZITOK. Fémmátrixú kompozitok Fogalom Tulajdonságok Gyártás

Orvosi implantátumok anyagai

Kétalkotós ötvözetek. Vasalapú ötvözetek. Egyensúlyi átalakulások.

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Kerámiák és kompozitok a munkavédelemben

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

Az atomok elrendeződése

Kerámiák és kompozitok (gyakorlati elokész

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Alakítás és hőkezelés hatása az acél szövetszerkezetére

Anyagismeret. 3. A vas- karbon ötvözet

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK

2. Korszerű műszaki kerámiák (bevezetés)

Anyagválasztás Dr. Tábi Tamás

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

GÉPÉSZMÉRNÖKI SZAK. Anyagtudomány II. Szabványos acélok és öntöttvasak. Dr. Rácz Pál egyetemi docens

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2017/18-es tanév

Fémötvözetek hőkezelése ANYAGMÉRNÖKI ALAPKÉPZÉS (BSc) Hőkezelési szakirány

A MÛANYAGOK ALKALMAZÁSA

ACÉLOK ÉS ALKALMAZÁSUK

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat 2015/16. Bevezetés. Dr. Szabó Péter János

2. modul 2. lecke: Oxidkerámiák

A nagytermi gyakorlat fő pontjai

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

merevség engedékeny merev rugalmasság rugalmatlan rugalmas képlékenység nem képlékeny képlékeny alakíthatóság nem alakítható, törékeny alakítható

Fázisátalakulás Fázisátalakulások diffúziós (egyedi atomi mozgás) martenzites (kollektív atomi mozgás, diffúzió nélkül)

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Anyagok az energetikában

Az alumínium és ötvözetei valamint hegeszthetőségük. Komócsin Mihály

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

Villamosipari anyagismeret. Program, követelmények ősz

lasztás s I. (gyakorlati előkész

CrMo4 anyagtípusok izotermikus átalakulási folyamatainak elemzése és összehasonlítása VEM alapú fázis elemeket tartalmazó TTT diagramok alkalmazásával

A szerkezeti anyagok tulajdonságainak megváltoztatási lehetőségei. Szilárdság növelésének lehetőségei

Fogászati anyagok fajtái. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Anyagcsaládok: fémek, kerámiák.

Anyagválasztás dugattyúcsaphoz

2. Töltő- és erősítőanyagok

Al 2 O 3 kerámiák. (alumíniumtrioxid - alumina)

Mérnöki anyagismeret. Szerkezeti anyagok

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK. Anyagtudomány c. tantárgyból a 2009/10. tanév I. félévében Gépészmérnöki és Informatikai Kar, Gépészmérnöki Szak, BSc képzés

Hőkezelő technológia tervezése

Fémtechnológiák Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások

Polimer kompozitok alapanyagai, tulajdonságai, kompozitmechanikai alapok

ANYAGISMERET Készítette: Csonka György 1

FÉMÖTVÖZETEK HŐKEZELÉSE

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK Fémek technológiája

1. Sorolja fel az újrakristályosító hőkezelés néhány ipari alkalmazását! Dróthúzás, süllyesztékes kovácsolás.

FÉMÖTVÖZETEK HŐKEZELÉSE

kompozit profilok FORGALMAZÓ: Personal Visitor Kereskedelmi és Szolgáltató Bt Szeged, Délceg utca 32/B Magyarország

Annotáció a GEMTT005-B Anyagok Világa c. tantárgyhoz:

Mérnöki anyagismeret. Szerkezeti anyagok

Nagyhőállóságú műanyagok. Grupama Aréna november 26.

KÉRDÉSEK - MŰSZAKI (TECHNIKAI) ANYAGOK-TKK-2016

Gépészet szakmacsoport. Porkohászat

(11) Lajstromszám: E (13) T2 EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA

ACÉLOK HEGESZTHETŐSÉGE

ANYAGOK, KOMPOZITOK, TERMÉKEK

Miért kell megerősítést végezni?

12. Kerámia termékek tervezése és alkalmazása

Vas- karbon ötvözetrendszer

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

Különleges anyagok. Fémek tulajdonságait meghatározó tényezők. Az előadás során szó lesz

Anyagtudomány 2018/19. Különleges anyagok. Dr. Szabó Péter János

Acélok II. Készítette: Torma György

XIII. előadás május 6. Kompozitok

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

Réz - szén nanocső kompozit mikroszerkezete és mechanikai viselkedése

Műanyagok Pukánszky Béla - Tel.: Műanyag- és Gumiipari Tanszék, H ép. 1. em.

az Anyagtudomány az anyagok szerkezetével, tulajdonságaival, az anyagszerkezet és a tulajdonságok közötti kapcsolatokkal, valamint a tulajdonságok

Mérnöki anyagok NGB_AJ001_1

2. tétel. 1. Nemfémes szerkezeti anyagok: szerves ( polimer ) szervetlen ( kerámiák ) természetes, mesterséges ( műanyag )

Az ötvözet a fémek szilárd oldata, ami a következő anyagokból tevődik össze:

Korszerű duplex acélok hegesztéstechnológiája és alkalmazási lehetőségei; a BME Anyagtudomány és Technológia Tanszék legújabb kutatási eredményei

A metastabilis Fe-Fe 3 C ikerdiagram (Heyn - Charpy - diagram)

FEI Quanta 3D SEM/FIB. Havancsák Károly december

Egyensúlyitól eltérő átalakulások

2. Műszaki kerámiák mechanikai és hővezetési tulajdonságai

Alumínium ötvözetek. hőkezelése. Fábián Enikő Réka

Nagynyomású csavarással tömörített réz - szén nanocső kompozit mikroszerkezete és termikus stabilitása

Átírás:

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek Társított rendszerek (fémek és kerámiák) Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék BME Műanyag- és Gumiipari Laboratórium H ép. I. emelet

Vázlat Társított rendszerek Fémek Acél Általános megfontolások, célok, lehetőségek, példák Szilárd oldatok, ötvözetek, Cottrell felhő, kiválásos heterogenitások Szerkezet, összetétel, fázisok, perlit, martenzit, hőkezelt martenzit Kerámiák Gyakorlati példák Csoportosítás, példák, erősítőanyagok, előállítás, tulajdonságok Egyéb összetett rendszerek, MDF lap, vasbeton 2

Bevezetés Csoportosítás, technológia Kiindulási anyagok Alaptulajdonságok Szerkezet Feldolgozástól függő szerkezet Előnyösen változott tulajdonságok Feldolgozás, Technológia Optimális tulajdonságok Társított rendszerek Termék Beavatkozási Ellenőrzési Mérhető lehetőség lehetőség mennyiség 3

Társított rendszerek Bevezetés Cél: anyagok társításával olyan tulajdonságú termék készítése, amelynek tulajdonsága valamilyen szempontból előnyösebb, mint a kiindulási anyagoké Mátrix anyag Társító anyag(ok) Dinamikus fejlődés Gazdaságilag előnyösebb, mint új anyagok kifejlesztése Új anyag (hosszú idő: 6-10 év) Társított rendszer (relatív rövid idő: 2-3 év) Számos esetben nem is lehetséges új anyaggal kielégíteni a kívánt tulajdonságokat A szerkezet-tulajdonságok ismerete elengedhetetlenül szükséges 4

Társított rendszerek Alapok Több komponens Bonyolult szerkezet, több fázis jelenléte Kölcsönhatások lépnek fel az egyes fázisok között Azonosságok Alapvető tényezők Komponensek tulajdonságai Szerkezet Összetétel Határfelületi kölcsönhatások Különbségek, egyedi jelleg 5

Társított rendszerek Csoportosítás Az erősítőanyag jellege szerint Kompozitok Szemcsés Szálerősítésű Szerkezeti Nagy szemcsék Folyamatos Rövidszál Laminátum Diszperziós erősítés Random Szendvics Orientált 6

Nagy részecskés rendszer Felső és alsó modulus határ Polimer mátrix Beton Erősítés feltétele Relatív kis részecskék Homogén eloszlás Jó kölcsönhatás Felső modulus határ E c f E Alsó modulus határ E c a V m m V r m EmEr E V E V -E c (f), E c (a) a kompozit felső és alsó modulusa -E a húzó modulus -V a térfogattört - c, m és r indexek pedig a kompozitot, mátrixot és a részecskét jelölik r r E r m Wolfram szemcsék réz mátrixban From R. H. Krock, ASTM Proceedings, Vol. 63, 1963. Copyright ASTM, 1916 Race Street, Philadelphia, PA 19103. 7

Szálerősítéses kompozit Kritikus szálhossz A szál hosszúságának meg kell haladnia egy kritikus hosszúságot l c a kritikus szálhossz d a szál átmérője τ c a kritikus nyíróerő, vagy a szál mátrix kötés erőssége (amelyik kisebb) l c * f d 2 c 8

Szálerősítéses kompozitok Orientáció hatása Rideg szál orientációja nagy merevséget eredményez az orientáció irányában Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 587 9

Társított rendszerek Példák Fém ötvözetek (fém+fém) Vasbeton (fém+cement+kavicsok) Konyhai (MDF panel) Üvegszál erősítéses epoxigyanta (polimer + üveg) Kerámia kompozitok (kerámia + üveg, szén ) Széleskörű alkalmazás 10

Fém alapú társított rendszerek Ötvözetek Szilárd oldatos ötvözetek Magas hőmérsékletű oldó hőkezelés τ ~ c 1/2 vagy τ ~ c 2/3 11

Fém alapú társított rendszerek Cottrell felhő Az ötvöző anyag kölcsönhatása a diszlokációkkal Diffuziókontroll 12

Cottrell felhő Mozgás-diffúzió A felhő mozgása diffúziókontrollált Lassú deformáció esetén (deformációsebesség 0,075 1/s) Gyors deformáció esetén (deformációsebesség 0,09 1/s) Akihiko Minami and Akira Onuki Dislocation formation in alloys 2005 13

Kiválásos keményedés Átvágásos mechanizmus Ötvözés és öregítés Viszonylag alacsony hőmérsékletű hőkezelés Átvágásos mechanizmus Kis különbség a Burgers vektorokban Közel azonos orientáció Hasonló szemcseméret Viszonylag kismértékű erősítő hatás 14

Kiválásos keményedés Nem átvágható mechanizmusok Orován mechanizmusok Első oszlop nem igényel termikus aktiválást (gyors) A többi mechanizmus csak magas hőmérsékletű terhelések során jön létre (lassú) Nagy hatás 15

Fém ötvözetek Példák Réz-nikkel ötvözet mechanikai tulajdonságai Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 268 16

Acél Fe-Fe 3 C (cementit vagy vas karbid) A vasat szénnel módosítják Ferrit és cementit fázisok mennyisége és szerkezete Ortorombos cella Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 340 17

Perlit Szemcseméret hatása Finom és durva perlit (szferoidit) Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 341 18

Bainit Alacsony hőmérsékletű átmenet Egészen kis szemcseméretű ferrit és Fe 3 C Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 342 19

Gyakorlati példa Knorr-Bremse Kft. 25CrMo4 acél (500x nagyítás) Összetétel (%) Cr (0,9-1,2) Mo (0,15-0,3) C (0,22-0,29) Lassú hűtés (Bainit, ferrit-perlit) Szakítószilárdság Lassú hűtés: 720-790 MPa Nemesített: 785-790 MPa Nemesített(Bainit, ferrit-perlit) 20

Martensit Szénnel túltelített fázis (gyors hűtés) Növekvő merevség egészen 0,6 % széntartalomig Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 343 21

Hőkezelt martenzit Szerkezeti átalakulás A hőkezelés során a szénnel túltelített martenzit stabil ferrit és cementit fázisokká alakul A cementit szemcsék azonban sokkal kisebbek, mint az előző szerkezetekben Hőkezelés 250 és 650 C között A hőmérséklet befolyásolja a cementit szemcsék méretét Minél magasabb a hőmérséklet, és minél hosszabb a hőkezelés ideje annál nagyobb cementit szemcsék képződnek A ferrit-cementit határfelület lecsökken, ami a merevség csökkenéséhez vezet Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 344 22

Martenzit hőkezelés Hőmérséklet hatása a gyakorlatban A szerkezet és ezáltal a tulajdonságok megváltoznak Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 345-6 23

Acél Összefoglalás A széntartalom, szerkezet és feldolgozás együttesen határozza meg a szerkezetet és a tulajdonságokat Perlit Ausztenit Közepes hűtés Bainit Alakmemória Martenzit Hőkezelt martenzit 24

Fém alapú kompozit Fémmegmunkáló szerszám Fém-kerámia Cobalt-Wolfram karbid kompozit Nagy merevség Kiemelkedő kopásállóság Nagyon rideg (önmagában nem használható) Használható WC, TiC mint erősítő anyag és Ni, vagy Co mint mátrix 25

Kerámia alapú kompozitok Bevezetés Oxid alapú mátrixok Al 2 O 3, SiO 2, MgO, TiO 2, szilikátok Technológiailag jobban megalapozottabbak Környezeti szempontból stabilak Olcsóbbak Nem oxid alapú mátrixok Si 3 N 4, BN, Sialon, SiC, B 4 C, TiC, MoSi 2 Kiváló mechanikai és hőtechnikai tulajdonságok Nagy keménység Korrózióállóság 26

Kerámia alapú kompozitok Erősítőfázisok Nem folytonos PSZ (részlegesen stabilizált cirkónia) Si 3 N 4 tűkristály BN részecske TiB 2 részecske SiC lemez, tűkristály Folytonos Üvegszál (70 GPa) Mullit szál (180 GPa) Al 2 O 3 szál (380 GPa) SiC szál (430 GPa) SiC f /Si 3 N 4 SiC w /Al 2 O 3 27

Kerámia kompozitok Nem folytonos erősítőfázisok (whiskerek) Si 3 N 4 SiC 28

SiC tűkristály előállítása VLS módszer (gáz-folyadék-szilárd) 29

Folytonos szálerősítésű CMC Előállítás Infiltrációs, más néven átitatás 30

Folytonos szálerősítésű CMC Terhelés alakváltozás A tönkremenetel nem hirtelen következik be 31

Kerámia alapú kompozitok Gyakorlati példa PSZ szemcsék + Al 2 O 3 mátrix (lehet ZrO 2 is) + CaO, MgO, Y 2 O 3, CeO mint stabilizátor A részlegesen stabilizált ZrO 2 szemcsék szerkezeti átalakulása (metastabil tetragonális szerkezetből stabilis monoklin szerkezetbe) Az átalakulást térfogat növekedés kíséri, aminek következtében a repedés bezáródik és nem terjed tovább Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 606 32

Kerámia alapú kompozitok Szívósítás whiskerekkel Al 2 O 3 + SiC whisker Whisker tartalom (v%) Törési szilárdság (MPa) Törési szívósság (MPa m) 0-4,5 10 455±55 7,1 20 655±135 7,5-9,0 40 850±130 6,0 Callister, W. D., Materials Science and Engineering an Introduction, John Wiley & Sons Inc, New York (2007) pp 606 33

Kerámia kompozitok Felhasználási területek Kopás- és korrózióálló szerkezeti anyagok Fémmegmunkáló szerszámok Rakétatechnika, hadiipar Energiatermelés Belső égésű motorok Biokerámiák 34

Kompozitok Határok, fejlődési irányok Merre tartunk? 35

Egyéb szerkezeti kompozitok Vasbeton Cement + homok (beton) Acél Követelmények A beton és az acél hőtágulása közel azonos Az acél kevéssé korrodál betonba ágyazva Relatív erős kölcsönhatás lép fel az acél és a beton között Esetleg használhatnak még a erősítésként üveg, polietilén, poliamid szálakat is A felhordása nagyon nehéz, ugyanis a beton megkötése erősen exoterm (hűtést igényel) Külön iparág Felhőkarcolók, vízierőművek és egyéb óriási építmények 36

Vasbeton Példák 37

Polimer-fa kompozitok Példa Konyhai MDF lap MDF = Medium density fibreboard Faporból nagy nyomáson, gyantával préselt bútorlap Kiváló vízállóság Nem vetemedik Tartós Követelmények Jó kölcsönhatás a gyanta és a fa között Nedvesítés Megfelelő szemcseméretű fapor 38