Mérnöki anyagismeret Alapanyagok gyártása Alumínium és könnyűfém kohászat Réz és színesfém kohászat Öntészet
A fémkohászat főbb folyamatai Bányászat Érc előkészítés Nyers fém kinyerése A nyers fém finomítása Ötvözés Öntés
Az alumínium gyártás folyamatai Érc: bauxit Ebből hidrometallurgiai és pirometallurgiai eljárással timföldet (Al 2 O 3 ) állítanak elő A timföld elektrolízisével (elektrometallurgiai eljárással) választják le az alumíniumot
A bauxit feldolgozás folyamatai (1) Bauxit előkészítés: őrlés, vizes mosás (tisztítás), szárítás Bauxit feldolgozás: Nátronlúgos kezelés 180-250 C o -on, ekkor nátriumaluminát keletkezik - NaAl(OH) 4 Vörösiszap leválasztás Hűlés után kristályos alumíniumhidroxid Al(OH) 3 keletkezik Ezt 1200-1300 C o -on izzítva kapják a timföldet Al 2 O 3
A bauxit feldolgozás folyamatai (2)
Alumínium kohászat (1) Cél: timföldből színalumínium előállítása Folyamat: elektrolízis katód: grafit bélésű kád, anód: grafit rúd, elektrolit: maga a betét Betét: kriolit (Na 3 AlF 6 ) + 6 8% Al 2 O 3
Alumínium kohászat (2) Technológiai paraméterek: Hőmérséklet: 950-980 C o Egyenáram: U=4 5 V; I= 50 250 ka Kiválások: Katódbélésen az alumínium olvadék Grafit anódon az oxigén (erős fogyás) Csapolás időszakosan (98,5 99,5% Al)
Alumínium kohászat (3)
Alumínium kohászat (4) Anyagmérleg: 4 t bauxit 2 t timföld 1 t alumínium Energia igény: 15.000 kwh/ 1 t kohóalumínium 20.000 kwh/ 1 t finomított alumínium
Alumínium termékek Öntvények Rudak, csövek Lemez, szalag, fólia Alakos munkadarabok (kovácsolás, folyatás, lemezalakítások) Előnyök: jó hő- és elektromos vezető, korrózióálló, könnyű
Egyéb könnyűfémek kohászata Titán: (1) Alapanyag: rutil (titándioxid TiO 2 ) Klór áramban hevítve titántetraklorid (TiCl 4 ) keletkezik Ezt fém magnéziummal redukálják, majd tisztítják és porkohászati úton nyerik a Ti-t Előnyök: könnyű, korrózióálló, jó a szilárdság/sűrűség aránya
Egyéb könnyűfémek kohászata Magnézium: (2) Alapanyag: magnezit ásvány (MgCO 3 ) vagy tengervízi sók (MgCl 2 ) kiválása A MgCl 2 elektrolízisével állítható elő a Mg Előnyök: Ötvözve kiváló tulajdonságú könnyűfém Az alumínium ötvözetekben hasznos ötvöző
Réz előállítás Érc: kalkopirit (CuFeS 2 ) Ebből őrléssel, tisztítással és pirometallurgiai eljárással komplex oldatot állítanak elő (Cu 2 S, FeS, Fe 3 O 4 ) Az olvadékból nyert kéneskő-ből leválasztják a rezet A nyers rezet elektrolízissel finomítják
Réz termékek Elektrolitréz villamos vezetékek Csövek, rúdak, szalagok Öntvények Alakos munkadarabok Előnyök: jó vezető, ellenáll az oxidációnak, sokoldalúan használható
Egyéb szinesfémek Cink (horgany, Zn) Ólom Ón Nikkel Eljárások: Általában dúsítás, tisztítás, pörkölés Kiválasztás elektrolízissel
Összefoglalás: könnyű- és színesfémek A vas- és acéltermékeket kiegészítő nyersanyagok Sok esetben felülmúlják az acélokat A könnyűfémek kis sűrűségük és jó szilárdság/sűrűség arányuk miatt kedveltek A színesfémek közül a réz a legelterjedtebben használt, a többiek elsősorban ötvözőként hasznosak.
Az olvadt fém (acél) primér leöntése Cél: a megolvadt acél szilárdítása további feldolgozásra alkalmas formában Formái: Tuskó öntés (kokilla öntés) Folyamatos öntés
Az acél kokillaöntése (1) Felső öntés: Előny: Egyszerű, termelékeny Hátrány: A felfröccsenő fémcseppek felületi hibát okoznak
Az acél kokillaöntése (1) Alsó öntés: Előny: Egyenletes, jó kitöltés Hátrány: lassú, eközben a fém oxidálódik
Az acél kokillaöntése (2) Felső öntés: Alsó öntés:
Folyamatos öntés
Folyamatosan öntött termék dermedése
Kokilla- és folyamatos öntés összehasonlítása Kokilla öntés Jelentős alakítási energiát igényel a további feldolgozás Nagy az anyagveszteség a felöntés és a kéreg eltávolítása miatt Nagy méretű tömbök, táblák alakíthatók ki Folyamatos öntés Rudak, széles szalagok alakját jobban megközelíti (kb. 100x100) Emiatt az anyagveszteség kicsi, a rúd azonnal tovább hengerelhető Ahol a méretek engedik, csak ott alkalmazható
Öntés további olvasztással (öntéssel) való feldolgozáshoz A folyékony fémet megfelelő alakú és méretű fém formába öntik. A formák végtelenített láncon helyezkednek el
Öntvény gyártás Alapfogalmak Az öntés során az olvadt fémet egy célszerűen kialakított üregbe, a formába öntik A megdermedt öntvény alakját, méretét a forma határozza meg Fogalmak: Forma: az alkatrész alakjának megfelelő üreg az alkatrész negatívja Minta: az alkatrész méretét közelítő alak Mag: az öntvény üregeinek kialakítására
Az öntészeti eljárások felosztása (1) Öntés elvesző formába Maradó minta Homokformába öntés Héjformázás Keramikus formázás Elvesző minta Kiolvadó minta (preciziós öntés) Elpárolgó minta Öntés tartós formába
Az öntészeti eljárások felosztása (2) Öntés elvesző formába Öntés tartós formába Gravitációs kokillaöntés Kiszorításos öntés Kisnyomású kokillaöntés Nyomásos öntés Melegkamrás Hidegkamrás Centrifugál öntés
Homokformába öntés (1) alapfogalmak folytatása A minta és a mag elhelyezése a formaszekrényben
Csapolás, kezelés, öntés
Formakészítés
Formakészítés Öntés
Ősi és modern öntöde
Példák:
Héjformázás (2)
Héjformázás (3) Példa
Precíziós öntés folyamata
Precíziós öntés: történelmi előzmények 4000 éve alkalmazott eljárás, az ipari módszerek mellett a szobrászok ma is használják
Precíziós öntés: modern alkalmazások
Gravitációs kokillaöntés A fém kokillát több részből, osztottan készítik Tápfejet az elvesző formába öntéshez hasonlóan alakítják ki A kokilla falában 0,2 0,3 mm-es furatok vannak a levegő eltávozására
Fém kokilla, homok magok
Gravitációs kokillaöntés
Nyomásos öntéssel készült alkatrészek (2)
Nyomásos öntéssel készült alkatrészek (1)
Centrifugál öntés A kokilla forog, a folyékony fémet a centrifugális erő szorítja a falhoz Függőleges és vízszintes tengelyű változata ismert Elsősorban csövek öntésére használják, de tárcsákat is lehet önteni így
Az acéltermékek további feldolgozása