Budapesti Műszaki- és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) Nukleáris Technikai Intézet (NTI) Atomerőművi anyagvizsgálatok 3. előadás: Anyagismereti alapok Tárgyfelelős: Dr. Aszódi Attila Előadó: Kiss Attila 2012-2013. ősz 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 1/67
Köszönetnyilvánítás: Kiss Attila elıadásainak diái Dr. Csizmazia Ferencné tanárnı (SZE-Gyır) 2000-2001. tanévi elıadásainak anyagai és a tanárnı interneten fellelhetı diái alapján készültek néhány világhálóról lementett képi illusztráció hozzáadásával. *** Jelen elıadás szerzıje (tanárnı egykori hallgatója) ezúton is köszönetet mond Dr. Csizmazia Ferencné tanárnınek (SZE-Gyır) a diák közreadásáért! Kiss Attila Tudományos segédmunkatárs BME NTI 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 2/67
Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 3/67
Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 1/4 / BMETE80MF15 Évközi számonkérés/vizsga 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 4/67
Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 2/4 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 5/67
Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 3/4 Főleg lexikális anyagismereti, anyagvizsgálati háttértudást nyújt a későbbi gyakorlati ismeretek elsajátításához. Gyakorlati ismereteket fognak átadni többségében hazai atomenergetikai szakemberek 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 6/67
Néhány fontos tudnivaló a tárgyról 4/4 A tantárgyhoz kapcsolódó előadások pdfformátumban letölthetőek: http://www.reak.bme.hu/index.php?id=554 Kérdés esetén engem keressetek: BME R 317/7a vagy kissa@reak.bme.hu vagy +36-1-463-1997. 1-2. előadás laborgyakorlat jegyzőkönyve: a határidı: az október 4-ei elıadás kezdete. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 7/67
Anyagismereti alapok 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 8/67
A 3. előadás tartalma 1. Anyagismereti alapfogalmak (mérnöki szempontból); 2. Anyagszerkezeti hierarchia; 3. A szerkezeti anyagok és tulajdonságaik; 4. A szerkezeti anyagok fajtáinak általános tulajdonságai; 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 9/67
Az anyagismeretről általában 1/4 Az anyagismeret tárgya az anyag és eszköze az anyagvizsgálat! Anyagvizsgálat elve:egy rendszert gerjesztünk és mérjük a rendszer válaszát és a válasz jellemzi a rendszer belső struktúráját! y(x)=a*x b (egyszerű egytagú kifejezés, de lehet többtagú is!) x gerjesztés(adó); y a mért rendszer válasz (vevő); a, b anyagjellemző (az információ kiértékelése). 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 10/67
Az anyagismeretről általában 2/4 Az anyagvizsgálóaz a személy, aki látja a technológiák eredményét, ezért neki fontos visszajelző szerepe van visszajelzés a technológusoknak / tervezőknek / karbantartóknak / döntéshozóknak. Az anyagvizsgáló: A karbantartó: A technológus: A tervezı: A döntéshozó: 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 11/67
Az anyagismeretről általában 3/4 Az anyagvizsgálat célja az anyag megismerése használati eszköz alkatrészek hasznos funkcióinak minél optimálisabb megvalósítása céljából. Az anyagvizsgálat trendje: az anyagvizsgálattal szembeni elvárások világszerte nőnek és a mérés (drágább) helyett analitikus analízis vagy numerikus szimulációkat (olcsóbb) alkalmaznak egyre inkább. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 12/67
Az anyagismeretről általában 4/4 Az élettelentestekben léteznek időben makroszkopikusan azonos állapotok, míg az élőszervezetben nem. Ez az alapvető különbség az anyagismeret és az élő szervezetek anyagtudománya (orvostudomány) között! A felületi szemrevételezés az egyetlen közvetlen módszer, a többi valamilyen jelenség kihasználásán alapul anyagismeret = anyagtudomány! 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 13/67
Az anyag definíciója Def. 1. (~fizikusi szemlélet): Az anyag közönségesen az a szubsztancia, amiből a tárgyak állnak. Ez építi fel a megfigyelhető Világegyetemet. A relativitáselmélet értelmében nincs különbség az anyag és az energia között, mivel kölcsönösen egymásba alakíthatók. E = m * c 2 E energia[j] m tömeg[kg] c fény vákuumbeli sebessége[m/s] Def. 2. (mérnöki szemlélet): Az ember nyeri ki a természetből és alakítja át olyanná, ahogy az igényeinek a legjobban megfelel. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 14/67
Az anyag körforgása 1/2 Természetben megtalálható anyag Természetes lebomlás Hulladék Természetes vagy ember okozta elhasználódás Szelektív hulladékgyűjtés Recycling Késztermék Bányászat Nyersanyag Ipari feldolgozás 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 15/67
Az anyag körforgása 2/2 A termékek feladatuk teljesítése után hulladékká válnak. A hulladékot kezelni kell. Ez lehet: Újrafeldolgozás, újrahasznosítás Megsemmisítés Ártalmatlanítás Végleges elhelyezés természetbe 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 16/67
Az anyagok csoportosítása 1/3 a., Halmazállapotuk szerint: - Szilárd (~szerk. anyag); - Cseppfolyós; -Légnemű; (Szuperkritikus fluidum) (plazma állapot). 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 17/67
Az anyagok csoportosítása 2/3 b., Eredet szerint: - Szervetlen fémek, kerámiák, kompozitok, stb.; -Szerves természetes eredetűek pl. gumi, fa, bőr stb. mesterségesen előállított műanyagok. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 18/67
Az anyagok csoportosítása 3/3 c., Felhasználás szerint: - Létfenntartáshoz szükséges (pl. élelmiszer); - Energiahordozók (pl. fosszilis tüzelőanyagok); - Ipari anyagok (pl. egy bicikli acél alkatrészei). Kb. 23% Kb. 30% energia hordozók ipari anyagok élelmiszerek Kb. 47% 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 19/67
Az ipari anyagok relatív fontossága 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 20/67
Az anyagok csoportosítása 1/3 a., Halmazállapotuk szerint: - Szilárd (~szerk. anyag); - Cseppfolyós; -Légnemű; (Szuperkritikus fluidum) (plazma állapot). Kérdés: mi dönti el, hogy egy adott anyag éppen milyen halmazállapotú? Az állapotjelzők? 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 21/67
A rendszer fogalma Az anyagnak megfigyelés céljából a külvilágtól elkülönített része; Egynemű (homogén) vagy egyfázisú a rendszer, ha egy adott halmazállapotú fázis található meg benne; Különnemű (heterogén) a rendszer, ha két vagy több önálló határoló felülettel elválasztható részekből, úgynevezett fázisokból áll. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 22/67
A fázis fogalma A rendszer homogén, kémiailag azonos tulajdonságokat mutató, önálló határoló felülettel elkülöníthető részét fázisnak nevezzük. Jele: F 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 23/67
A komponens fogalma Komponensnek nevezzük a rendszert felépítő azonos atom fajtájú (kémiai azonosságú) anyagokat. Jele: K 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 24/67
A rendszer állapotát befolyásoló tényezők Hőmérséklet T [K]; Nyomás p [MPa]; Kémiai potenciál µ B [J/mol]; Az egyes komponensek koncentrációja; A komponensek és fázisok száma. A szabad állapothatározók, a komponensek és fázisok száma között szigorú összefüggés van Gibbs féle fázisszabály! 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 25/67
A Gibbs féle fázisszabály 1/18 Olyan anyagokra, ahol a nyomás és hőmérséklet is nagy hatással van az egyensúlyi viszonyokra, a fázisok (F) és állapotjelző szabadsági fokok száma (Sz) kettővel több, mint a komponensek (K) száma: F+ Sz= K+ 2 Gibbs féle fázisszabály! Pl.: víz-gőz rendszer 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 26/67
A Gibbs féle fázisszabály 2/18 Olyan anyagokra, ahol a nyomás nem, de a hőmérséklet nagy hatással van az egyensúlyi viszonyokra, a fázisokés állapotjelző szabadsági fokok száma egyel több, mint a komponensek száma: F+ Sz= K+ 1 Példáulfémekre ez jellemző, amelyek sokkal kevésbé összenyomhatóak, mint a víz-gőz rendszer. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 27/67
A Gibbs féle fázisszabály 3/18 A kémiai potenciál, mint állapotjelző: A kémiai potenciál más néven parciális moláris szabadentalpia (Gibbs-energia), egy parciális moláris mennyiség. Jele: µ B G a rendszer szabadentalpiája, [J]; n B a B komponens anyagmennyisége, [mol]; p a nyomás, [Pa]; T a hőmérséklet, [K]. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 28/67
A Gibbs féle fázisszabály 4/18 A kémiai potenciál értelmezése: A B komponens kémiai potenciálja egy intenzív fizikai mennyiség, ami megadja, hogy a B komponens egységnyi kémiai anyagmennyiség-változása esetén azaz 1 mol hozzáadása vagy elvétele a rendszer nagyon nagy mennyiségéhez mennyivel változtatja meg a rendszer szabadentalpiáját (köv. old.), azaz az integrális moláris mennyiségét (miközben a rendszerben a hőmérséklet, a nyomás és a B komponens kivételével az összes többi komponens anyagmennyisége állandó marad). A kémiai potenciál abszolút értéke nem ismeretes, gyakorlatban a folyamatokban bekövetkező megváltozása fontos. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 29/67
A Gibbs féle fázisszabály 5/18 A szabadentalpia értelmezése: A szabadentalpia az állandó hőmérsékleten és nyomáson lejátszódó reverzíbilis reakciók maximális hasznos munkája. Standard körülmények között, 1 molnyi anyagmennyiségre vonatkoztatott értékét moláris standard szabadentalpiának nevezik. Jele. G, mértékegysége: [kj/mol]. Az entalpia és a szabadentalpia megváltozásának különbsége a folyamat során bekövetkező molekuláris rendezetlenség mértéke: az entrópia. A szabadentalpia-változás előjeléből és nagyságából következtethetünk a reakció irányára: negatív előjelnél várhatóan önként következik be a folyamat, s értéke minél nagyobb, annál "hevesebben" játszódik le a reakció. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 30/67
A Gibbs féle fázisszabály 6/18 A kémiai potenciál változása: Hogyan változik a B komponens kémiai potenciálja a hőmérséklet és a nyomás változtatására? µ B T p = s µ = ν ahol: - µ B a B komponens kémiai potenciálja [ ]; 2 kj s - s a fajlagos entrópia [ kg K]; m - v a fajtérfogat [ 3 ]. és kg B p T m 2 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 31/67
2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 32/67 A Gibbs féle fázisszabály 7/18 A kémiai potenciál változása: Véges változásra a kémiai potenciált egy végállapotban az alábbiak alapján számoljuk: ν µ µ = = T B p B p és s T + = 2 1 2 1 ), ( ), ( 1 1 2 2 p p T T B B dp sdt p T p T ν µ µ
A Gibbs féle fázisszabály 8/18 Példa a kémiai potenciál változására: 1. Induljunk ki stabil B gázfázisból és állandó nyomáson (p s ) csökkentsük rendszerünk hőmérsékletét (jobb oldali ábra E pontja). 2. A kémiai potenciál nő T csökkentésével, így elérhető egy olyan T s hőmérséklet, ahol a légnemű fázisú B kémiai potenciálja éppen egyenlő lesz az B valamely más (példánkban cseppfolyós) fázisbeli kémiai potenciáljával. Ezen a hőmérsékleten megjelenik a folyadékfázis (jobb oldali ábra F pontja). 3. Ha a nyomást és hőmérsékletet állandó értéken tartjuk, akkor a két fázis ezen a hőmérsékleten dinamikus egyensúlyban marad egymással (lásd ábra). 4. A hőmérséklet további csökkenésével a folyadékfázisbeli Bkémiai potenciálja alacsonyabbá válik, mint a gázfázisbeli komponensé és ezért teljes egészében folyadékfázissá alakul át a rendszer. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 33/67
A Gibbs féle fázisszabály 9/18 A kémiai potenciál hőmérsékletfüggése: µ B A jobb oldali ábrán a kémiai potenciál hőmérsékletfüggése látható. Az ábra alapján belátható, hogy a Banyag kémiai potenciál görbéje meredekebb a légnemű fázisban, mint a cseppfolyós folyadék fázisban a T o -olvadási hőmérséklet, T p -párolgási hőmérséklet nyitott hőmérséklet intervallumban, ezért a cseppfolyós folyadék fázis lesz a stabil fázis. A kémiai potenciálok lineáris eloszlása csak szemléltetés, a valóságban nem feltétlen lineáris! 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 34/67
A Gibbs féle fázisszabály 10/18 A kémiai potenciál hőmérsékletfüggése: µ B Egy adott nyomáson és adott hımérsékleten az a fázis jelenik meg, amelyben B komponens kémiai potenciálja a legalacsonyabb. Ez a stabil fázis. Létezhetnek metastabil állapotok is, pl. túlhőtött víz. A metastabil fázisok fennmaradásának oka az, hogy a fázisátalakulás kinetikailag gátolt lehet. Ha több fázisban megegyezik B anyag kémiai potenciálja, akkor ezek a fázisok egyensúlyban vannak egymással. Egy rögzített nyomásértéken (pl. lehet a légköri nyomás) azt a hımérsékletet, melyen a két (vagy több) fázis egyensúlyban van, fázisátmeneti hımérsékletnek nevezzük. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 35/67
A Gibbs féle fázisszabály 11/18 A kémiai potenciál hőmérséklet-és nyomásfüggése: Természetesen a nyomás is változtatható! A B anyag kémiai potenciálja ugyanis (egy adott fázisban) a T és p függvénye. Ez egy felületként ábrázolható a T, p kétdimenziós sík felett. Mindhárom fázisra van egy ilyen felületünk. A felületek metszete (metszésgörbéje) adja az egyensúlyi állapotokat. Ezen metszetek vetülete a p, T síkra adja a fázisdiagramokat. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 36/67
A Gibbs féle fázisszabály 12/18 A fázisdiagramok: A fázisdiagramok megadják azokat a T és p összetartozó pontpár tartományokat, melyeken belül az egyes fázisok stabilisak. A tartományokat elválasztó görbék, fázishatárok megadják azokat a T, p értékeket, melyeken mindkét fázis (illetve a hármaspont esetén három fázis) jelen van. Párolgási görbe 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 37/67
A Gibbs féle fázisszabály 13/18 Fázisdiagram részei a tiszta fázis: F + Sz = K + 2 K=1 és F=1 1 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 2. T és p egymástól függetlenül változtatható. Fázishatárok által határolt területeket értjük ezalatt, mivel egyetlen tiszta fázis van jelen a rendszerben. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 38/67
A Gibbs féle fázisszabály 14/18 Fázisdiagram a fázisátalakulás: F + Sz = K + 2 K=1 és F=2 2 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 1. T és p közül csak az egyik változtatható függetlenül, míg a másik felveszi a fázisegyensúly által megkövetelt értéket! Ide tartoznak a fázishatárok pontjai: két fázis termodinamikai egyensúlyban van. Az egyensúly feltételei: T = p α = pβ µ KA α = µ KAβ α T β 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 39/67
A Gibbs féle fázisszabály 15/18 Fázisdiagram a fázisátalakulás: F + Sz = K + 2 K=1 és F=2 2 + Sz = 1 + 2 Nevezetes átalakulások: Olvadási (szilárd-folyadék) egyensúly; Párolgási (folyadék-gőz) egyensúly; Szublimációs (szilárd-gőz) egyensúly; 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 40/67
A Gibbs féle fázisszabály 16/18 Fázisdiagram a hármas pont: F + Sz = K + 2 K=1 és F=3 3 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 0. T és p közül egyik sem változtatható függetlenül, csak egy adott T, p párnál létezik ez a rendszer. Ide tartozik a fázishatárok metszéspontja, ahol három fázis egyensúlyban van. A három kémiai potenciálfelület egyetlen közös pontja! Neve: hármaspont. Az egyensúly feltételei: T = α = Tβ és Tβ Tγ p α = pβ és pβ = pγ µ KAα = µ KAβ és µ KAβ = µ KAχ 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 41/67
A Gibbs féle fázisszabály 17/18 Fázisdiagram a kritikus pont: F + Sz = K + 2 K=1 és F=3 3 + Sz = 1 + 2 Szabadsági fokok száma: 0. Nulla szabadsági fokkal bír a kritikus pont is. Az egyensúly feltételei ilyen esetben (a 3. fázis az SC fluid): T α = T β p α = pβ µ KA α = µ KAβ Két fázis esetén ez még mindig egy szabadsági fokot jelent. De van még egy kényszeregyenlet: ρ A α = ρ Aβ 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 42/67
A Gibbs féle fázisszabály 18/18 Fázisdiagram másként: A fázisdiagramok levezethetők az állapotegyenletekből is (a p- V-T függvényekből). Az állapotfelületeknek a p-t irányú metszetei a fázisdiagramok! Ezt mutatja a lenti ábra b, része: 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 43/67
Anyagszerkezeti hierarchia 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 44/67
Anyagszerkezeti hierarchia 1/8 Az anyagszerkezeti hierarchia fontos összetett fogalom a modern anyagtudományban, az anyagtechnológiákban. Az anyagszerkezeti hierarchia összekapcsoltan mutatja be az anyag szerveződési szintjeit. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 45/67
Anyagszerkezeti hierarchia 2/8 Az anyagok felépítése réteges. Nem a hétköznapi lemezesség értelmében, hanem a változó méretek világát követve, a kicsinyítés és a nagyítás nagyságrendjein lépegetve. Az egyre mélyebb szerkezeti vonásaiban megismert anyagokat egyre összetettebb szerepkörökben tudja hasznosítani az ipari termelés, a műszaki fejlesztés. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 46/67
Anyagszerkezeti hierarchia 3/8 Az anyag szerkezetének hierarchikus felépítését az anyagok technológiája mellett, amely műszaki tudomány, az anyagfejlődéstörténet, mint szintetizáló természettudomány is tudatosította. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 47/67
Anyagszerkezeti hierarchia 4/8 Az anyag fejlődéstörténete során újabb és újabb szerkezeti szinteket termelt ki magából s ennek eredményeként az elemi részecskéktől, az atommagoktól, atomoktól, molekuláktól fölfelé egyre összetettebb szinteket találunk az anyagokra. Ennek a megismerési sorrendje természetesen fordított volt és a hétköznapi anyagoktól vezetett a mélyebb, rejtettebb szintekig. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 48/67
Anyagszerkezeti hierarchia 5/8 Négy példa, négy szerkezeti hierarchia szint: Ha kimondom ezt a szót, hogy szén, sokféle anyagot érthetek alatta. A következő négy mondatban más és más szerveződési szintjét használom a szén fogalmának. A reaktorban szénrudakat használtak moderátornak. A magenergia (hétköznapi néven atomenergia) termelése során atommag reakciók zajlanak. Ebben a mondatban a szén atommagjáról esik szó. Az égő szén lángjánál olvastam. Itt a szén kémiai reakciója zajlik, az égéskor minden atomi-molekuláris folyamatban egy foton szabadul fel és ezek együttesen adják a tűz fényét. Valójában tehát a szén molekulaszintű reakciójáról beszélek. Szénszállal erősített műanyagot használok. A szénláncú anyagok mikrométeres rostjai fontos összetevői a modern anyagoknak. Itt a szénszál sokféle lehet, de már molekula fölötti, kristályos szerveződésű. Elégett a gyémánt, mintha csak közönséges szén lett volna. Itt a gyémánt egy nagy méretű kristály,kristályos szerkezetű anyagként szerepel a használatban. A példasor különböző szerveződési szinten fölhasznált szenekről szólt. Amikor az anyagok szerkezetét átalakítjuk az ipari technológiák során, ezt a tudást hasznosítjuk, amit az anyag szerkezeti hierarchiája fog át. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 49/67
Anyagszerkezeti hierarchia 6/8 Szerkezeti hierarchia szilárd anyagokra: A megismerés során az egyre csökkenő méreteken újabb anyagszerkezeti vonásokat figyelhettünk meg. A hétköznapi élet szerkezeti anyagainak a belső felépítése három elkülöníthető tartományra bontható: 1. az emberléptékű makroszkopikus szerkezeti szintre(például: a kerámia cserépanyagára, vagy a kés acéljára gondoljunk). 2. egy általános értelmű szövetszerkezeti szintre(akár a kőzetek és kerámiák kristályos szövetelemeit bemutató, akár a biológiai szövetek szerkezetét bemutató vizsgálatokra gondolhatunk), és 3. az atom-és molekulaszerkezeti szintre(mert ezek már a középiskolai kémia és fizika tárgyak ismereteit jelentik, de közvetlenül nem figyeljük meg őket). 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 50/67
Anyagszerkezeti hierarchia 7/8 Példa: Az anyagszerkezeti hierarchia szintek néhány szerkezeti anyagban: bal oszlop -fémekben, középső oszlop - szilikátokban, jobb oszlop -az opálban. Látható, hogy többféle szerveződési hierarchia-szint is megjelenik a makroszkopikus szint és az atomi-molekuláris szint között. (Az ábra Bérczi Szaniszló: Szimmetria és struktúraépítés című könyvéből való.) 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 51/67
A szerkezeti anyagok és tulajdonságaik 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 52/67
Ipari anyagok (szerkezeti anyagok) 1/2 Technológiailag hasznos tulajdonságú anyagok. Megfelelő előállítási eljárás és alak kialakítás után konstrukciós és funkciós anyagoknak nevezik őket, és az egész technika anyagbázisát alkotják. A műszaki termékek előállításához a szerkezeti anyagokat a megkívánt műszaki funkciókhoz célzottan kell kiválasztani optimális módon figyelembe véve: A szükséges anyag és energia felhasználást; Az eszköztől megkívánt minőséget; Az eszköztől megkívánt megbízhatóságot; A környezetvédelem szempontjait; Gazdaságossági szempontokat; Az eszköztől megkívánt élettartamot. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 53/67
Ipari anyagok (szerkezeti anyagok) 2/2 Az anyagok szempontjából, az emberiség tárgyiasult evolúciója miatt az ipari anyagok a legfontosabbak, mivel az ipari anyagokból előállított eszközökkel előállíthatóak/kinyerhetőek a létfenntartáshoz szükséges anyagok és az energiahordozók is. Az ipari anyagok csoportosítása a makroszkopikus szerkezeti szinten: 1. Fémek (legjelentősebb az Fe, Al, Cu, Ti, stb.); 2. Kerámiák (porcelán (villamos szigetelő), stb.); 3. Polimerek (különféle műanyagok, stb.); 4. Kompozit társított anyagok (farost + enyv bútorlap, szénszálerősítű műanyag, stb.). 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 54/67
Az anyagok szerkezete Szabálytalan, amorf: Kristályos: Részben kristályos: 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 55/67
A szerkezeti anyagok tulajdonságai Az anyagok makroszkopikus tulajdonságait a mikroszkopikus tulajdonságok (alkotó atomok kémiai minősége elemi összetétel, atomok közötti kapcsolat, stb.) határozzák meg. Ezért fontos ismernünk az anyagok mikroszkopikus tulajdonságait és azok vizsgálati módszereit. Az ipari gyakorlatban elterjedt anyagvizsgálati eljárások vizsgálhatják az anyag: Makroszkopikus (folyáshatár, ellenállás, össztömeg, stb.); Mikroszkopikus tulajdonságait (kémiai összetétel, stb.). 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 56/67
A szilárd anyagok részecskéi közötti kapcsolat A szilárd testek atomjai közötti kapcsolat, a kötés részecskék közötti kölcsönhatás eredménye. A kölcsönhatás: mindkét atom magja vonzza a másik elektronjait; a két atom elektronjai taszítják egymást; az atom magok taszítják egymást. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 57/67
Kémiai kötések Kémiai kötésnek nevezzük a kémia területén azt az állapotot, amikor különböző anyagok atomjai reakcióba lépnek egymással, hogy stabilis (telített) külső elektronhéj alakuljon ki. Vegyi reakciók során, a vegyérték-elektronok révén elsőrendű kémiai kötés alakul ki. A tapasztalat szerint azonos elektronegativitású kémiai elemek között kovalens, erősen különböző elektronegativitású elemek között ionos kötésjön létre. A molekulák közötti úgynevezett intermolekuláris erők másodrendű kötéseket hozhatnak létre. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 58/67
A kémiai kötések fajtái Elsődleges vagy primér kötés ionos kovalens fémes Másodlagos, gyenge molekulaközi Van der Waals hidrogénkötés 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 59/67
Másodrendű kötések A másodlagos kötések energiája nagyságrenddel kisebb, mint az elsődlegeseké. Ilyen kötések lehetnek például a kovalens kötésekkel összetartott molekulák között. Energiaközlés hatására a másodlagos kötések bomlanak fel először, a molekulák egészben maradnak. Az egynemű molekulák közti kötések határozzák meg például a halmazállapotot, keménységet stb. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 60/67
A kötésmód és a szerkezeti anyag közötti összefüggés 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 61/67
A szerkezeti anyagok fajtáinak általános tulajdonságai 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 62/67
A szerkezeti anyagok tulajdonságai 1/4 Fémek általános tulajdonságai: Jó hő-, és elektromos vezetőképesség; Fénnyel nem átvilágíthatóak a felületi réteget kivéve nem lehetségesekoptikai szövetszerkezeti vizsgálatok; Fémes fényűek; Kiváló terhelhetőséggel és szilárdsággal rendelkeznek; Jól alakíthatóak. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 63/67
A szerkezeti anyagok tulajdonságai 2/4 Fémüvegek általános tulajdonságai : Csak igen vékony szalagok formájában állíthatóak elő jelenleg; Nem stabil szerkezetűek, hő hatására kristályosodnak; Lényegesen keményebbek és nagyobb szilárdságúak a fémeknél; Kiváló villamos és hővezetők. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 64/67
A szerkezeti anyagok tulajdonságai 3/4 Kerámiák általános tulajdonságai : Minden anyagot kerámiának tekintünk, ami nem fém és nem szerves; Szerkezetük rövid távon rendezett; Rossz hő- és elektromos vezetők; Nagy a villamos ellenállásuk, ami a hőmérsékletük növelésével csökken Nagy hőállósággal rendelkeznek; Kemények, ridegek. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 65/67
A szerkezeti anyagok tulajdonságai 4/4 Szerves anyagok, polimerek általános tulajdonságai : A szerves anyagok egymástól elkülöníthető molekulák, vagy vegyületek, az úgynevezett monomerek hosszú láncából állnak; A szerkezetük lehet szálas, elágazó vagy térben hálós; A szerves anyagok, mint például a gumi, a fa, a bőr, stb. természetes eredetűek. 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 66/67
Vége a harmadik előadásnak 2012. 09. 20. Atomerőművi anyagvizsgálatok 67/67