Upload
dokhuong
View
220
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK
Dr. PalotDr. Palotáás Bs Béélala // dr. Németh Árpá[email protected] / [email protected]
AnyagvAnyagváálasztlasztáás I.s I.(gyakorlati el(gyakorlati előőkkéészszííttőő))
Anyagismeret
Anyagválasztás I. Anyagismeret 2
Anyagválasztás
A gépészmérnöki feladatok legfontosabb, legnehezebb, legszebb része
A ma mérnöke számára: 40 - 80 ezer anyagféleség áll rendelkezésére
(fémek, kerámiák, üveganyagok polimerek, elasztomerek, és a belőlük készült kompozitok)
Általában nem csak egy jó megoldás van!
Általában a mérnökök helyesen választanak anyagot, (káresetek legfeljebb 5 % - át okozza rossz anyagválasztás)
2
Anyagválasztás I. Anyagismeret 3
Anyag-, technológia-, konstrukció(költség) egysége
Konstrukció(igénybevétel)
Anyag Technológia
KÖLTSÉG
Anyagválasztás I. Anyagismeret 4
Elsődlegesek a műszaki követelmények
szerkezeti anyag
szilárdság
újrahasznosítás
vizsgálhatóság
javíthatóság
ár
hozzáférhetőségalakíthatóság
feldolgozhatóság, megmunkálhatóság
korrózióállóság
hőállóság
szívósság
különleges fizikai tulajdonságok
3
Anyagválasztás I. Anyagismeret 5
Gazdasági tényezők
a tiszta anyagköltséga nyers alkatrész előállítási költsége (előgyártmány-gyártás pl. öntés, hengerlés, képlékeny alakítás,hegesztés stb.)a környezeti költségeka szerszám költségeka forgácsoló megmunkálások költségea tulajdonságjavító műveletek (hőkezelés, felületi keményítések stb.)az esetleges felület - kikészítési műveletek (korrózióvédelem, dekoráció) költségei.
Anyagválasztás I. Anyagismeret 6
Anyagcsoportok tulajdonságai 1.
Jellemző Fém Kerámia Polimer Sűrűség (g/cm3) 2-16 (átlagosan 8) 2-17 (átlagosan 5) 1-2
Olvadáspont (°C) alacsonytól magasig Sn 232, W 3400 magas 4000 °C-ig alacsony
Keménység közepes magas alacsony Forgácsolhatóság jó rossz jó Szakítószilárdság (MPa) 2500-ig 400-ig 120-ig Nyomószilárdság (MPa) 2500-ig 5000-ig 350-ig Rug. modulus (GPa) 40-400 150-450 0.001-3.5 Kúszási ellenállás rossz kiváló -
Hőtágulás közepes és nagy kicsitől közepesig nagyon nagy
4
Anyagválasztás I. Anyagismeret 7
Anyagcsoportok tulajdonságai 2.
PolimerKerámiaFémJellemző
az oxidoké kiválóSiC és Si3N4 jógyenge, anyagtól függ
Oxidációval szembeni ellenállás magas hőmérsékleten
általában jókiválógyenge-közepesKémiai ellenállás
szigetelőszigetelő (de fél- és szupravezetők is)vezetőElektromos ellenállás
-általában rosszjóHőlökéssel szembeni ellenállás
nagyon kicsiközepes, de gyakran gyorsan csökken a hőmérséklettel
közepesHővezetés
Anyagválasztás I. Anyagismeret 8
Mechanikai tulajdonságok
Folyáshatár és szakítószilárdság - rugalmassági modulus
Alakváltozó képességTörési szívósságKúszási határKifáradási határKeménység
- kopásállóság
5
Anyagválasztás I. Anyagismeret 9
További tulajdonságok
Fizikai tulajdonságok:SűrűségOlvadáspontElektromos vezetőképességMágneses tulajdonságokHővezető képességHőtágulásHőállóság
Megmunkálhatósági jellemzők:önthetőségforgácsolhatóság (automata acélok…)alakíthatóság
(karosszériaanyagok…)kérgesíthetőség:
Felületi edzés (indukciós, láng, elektronsugár, lézer)Betétedzés Nitridálhatóság
Anyagválasztás I. Anyagismeret 10
Acélok szilárdsági tulajdonságainak méretfüggése
RP0,2
átmérő
Ötvözött acélok
Ötvözetlen acélok
6
Anyagválasztás I. Anyagismeret 11
Kérgesítő eljárások(szívós mag, kemény kéreg, …)
Kéregmélység
HRCkéreg
5560
Betétedzés
Nagyfrekvenciás felületi edzés
1 mm
Nitridálás
Boridálás
CVD, PVD bevonatok TiN, TiC stbPl. fogaskerék, siklócsapágyazott tengelyek
Anyagválasztás I. Anyagismeret 12
Adatbázisok, segítségek
TapasztalatokSzakértői rendszerek (EQUIST)Tankönyvek, jegyzetekSzabványokTermékkatalógusokKézikönyvekAnyagismeret előadás, Oktatók
7
Anyagválasztás I. Anyagismeret 13
„Ököl” - szabályok(kivételek mindig vannak)
Szerszámot (kemény, kopásálló) szerszámanyagból,Szerkezetet (szívósság-szilárdság), szerkezeti anyagból készítünk.Ha egy anyagot technológiai jelzővel választunk ki, azt úgy is használjuknemesíthető - nemesítve, betétben edzhető – betétedzéssel, nitridálható- nitridálva, automata acél forgácsolásra, melegalakító szerszámacél - pl. süllyesztékes kovácsolásra, kisajtolásra stb.A beállított tulajdonságokat magasabb hőmérsékletűkezelésekkel nem szabad lerontani…
Anyagválasztás I. Anyagismeret 14
Az acélok tulajdonságait kémiai összetételük és a hőkezelési
állapotuk határozza meg
A3
Edzés
Normalizálás
LágyításT
t
8
Anyagválasztás I. Anyagismeret 15
Hőkezeléssel biztosíthatószövetszerkezetek
Egyensúlyi szövetekFerritPerlitCementit
Egyensúlyitól eltérő szövetekBénitMartenzitSzferoidit
Anyagválasztás I. Anyagismeret 16
A ausztenitF ferrit, P perlit, B bénit,M martenzitO HV keménység% az átalakulás
mértéke
Hőkezelés hatásaC 45 - jelű acél (C = 0,45 %)
Hőm
érsé
klet
o C
P
B
F
M
A
Vkritikus felső, alsó
lágyítás
edzés
F+P+M+ A
F+P
Mv
Mk
ANormalizálás
9
Anyagválasztás I. Anyagismeret 17
Nemesítés hatása
KV
T, °CA1
Rm
T
A1
A3
Ausztenitesítés
Edzés
Megeresztés
500…550 °C
t
Mechanikai tulajdonságok széles körben változtathatók a megeresztési hőmérséklet függvényében
Nemesítés = Edzés + Megeresztés
t
Anyagválasztás I. Anyagismeret 18
Egyensúlyi szövetszerkezetek 1.
Ferrit C=0,02 % N ≈ 200 Ferrit + perlit C = 0,18 % N ≈ 200
Perlit N ≈ 2000 Ausztenit 1050 °C-ról vízben hűtve N ≈ 375
10
Anyagválasztás I. Anyagismeret 19
Egyensúlyi szövetszerkezetek 2.
Perlit + lemezes grafitos öntöttvas N = 400
Ledeburitos öntöttvas N = 400
Perlit + szekunder cementit N ≈ 300
Ledeburit + primér cemetit N ≈ 300
Anyagválasztás I. Anyagismeret 20
C15 hőkezelésénél kapott szövetek
11
Anyagválasztás I. Anyagismeret 21
C30 hőkezelésénél kapott szövetek
Anyagválasztás I. Anyagismeret 22
Megeresztés során kapott szövetszerkezetek C30
12
Anyagválasztás I. Anyagismeret 23
Szerszámacélok szövetszerkezete
Anyagválasztás I. Anyagismeret 24
Nem egyensúlyi szövetek
Ferrit - bénit Martenzit N ≈600
Martenzit + bénit N ≈ 625 Szferoidit N ≈ 600
13
Anyagválasztás I. Anyagismeret 25
Acélok felhasználás szerinti csoportosítása
Szerkezeti acélokÁltalános rendeltetésű acélokKis C – tartalmú acélok
Betétben edzhető acélokHegeszthető acélokHidegen alakítható acélokMelegszilárd acélokHidegszívós acélok
Automata acélokNemesíthető acélok
Nemesíthető szerkezeti acélokNitridálható acélokRugó acélokGördülőcsapágy acélok
Anyagválasztás I. Anyagismeret 26
Szerszámacélok
Ötvözetlen szerszámacélokHidegalakító szerszámacélokMelegalakító szerszámacélokForgácsoló szerszám acélok
GyorsacélokKeményfémek
Bevonatos keményfém lapok
14
Anyagválasztás I. Anyagismeret 27
Anyagválasztási példák
Anyagválasztás I. Anyagismeret 28
Alkatrészpéldák 1.
Vezér (bütykös)tengely
15
Anyagválasztás I. Anyagismeret 29
Vezértengely (bütyköstengely)
Fő követelmények:Felületi kopásállóság!!! (legalább 60HRC)Nagy felületi (Hertz) feszültség
(Ismétlődő, dinamikus terhelés kevésbé)
Méret: Ø 32 mm1 mm vastag kéreg
• Martenzites felület Cmin= 0,8%Felületi edzésselBetétedzéssel (kéregben 1% C cementálva + kettős edzés)Felületi sugárkezelések, felületötvözés:
lézer, elektronsugár…
• Felületi olvasztással(cementites öntöttvas), ív, lézer
stb. Szerelt (könnyű csőtengely,
porkohászati (gyorsacél)) bütykökkel
Anyagválasztás I. Anyagismeret 30
Alkatrészpéldák 2.
Forgattyús (fő) tengely (Ø 55 mm)
16
Anyagválasztás I. Anyagismeret 31
Alkatrészpéldák 3.
Szgk. hajtórúd
Anyagválasztás I. Anyagismeret 32
Alkalmazási példák 4.Betétben edzhető szerkezeti acélok
Nagy szívósságKisebb szilárdság a nemesíthetőacélokhoz képestSok esetben alkalmazhatónemesíthető- és betétben edzhetőacél is ugyanarra a feladatra
17
Anyagválasztás I. Anyagismeret 33
Betétben edzhető acélok: Méret és szilárdság összefüggése
Anyagválasztás I. Anyagismeret 34
Alkalmazási példa 5. Nitridálható acélok
Magas hőmérsékleten is kopásálló
Martenzit 500 ºC felett megeresztődik
Méretpontos alkatrészek készíthetők
A1 hőmérséklet felett méretváltozás jön létre az allotrop átalakulásnak köszönhetően
18
Anyagválasztás I. Anyagismeret 35
Szerszámacélok – Alakítószerszámok 1.
Kivágó szerszám
Anyagválasztás I. Anyagismeret 36
Hidegen alakított alkatrészek
19
Anyagválasztás I. Anyagismeret 37
Szerszámacélok – Alakítószerszámok 2.
Folyató szerszám
Anyagválasztás I. Anyagismeret 38
Melegen alakított alkatrészek
20
Anyagválasztás I. Anyagismeret 39
Szerszámacélok – Forgácsolószerszámok
PROFILMARÓ
ÚJMARÓ
Szalagfűrész
Esztergakés
Anyagválasztás I. Anyagismeret 40
Gyakorlati feladatok
Többen kapnak egy feladatcsoportotA feladatcsoport 4 feladatból áll, kettő szerkezeti alkatrész, 2 szerszámA munkadarabokat megneveztük és a méreteit, az igénybevételét meghatároztuk - ezt célszerű saját tapasztalat, irodalom stb. alapján kibővíteniCél a jelenlegi gépészmérnöki gyakorlatban alkalmazott és oktatott anyagok és technológiák alkotó alkalmazása
21
Anyagválasztás I. Anyagismeret 41
Anyagválasztási jegyzőkönyvet kell készíteni
Az anyagválasztási jegyzőkönyv tartalmazza:A kiinduló előgyártmány állapotát, méreteitAz alakadó technológiát és annak technológiai paramétereit (forgácsolás nem!!!) A gyártás főbb lépéseitAz elvárt tulajdonságot biztosító hőkezelési technológiát és paramétereit
Anyagválasztás I. Anyagismeret 42
Hőkezelési ciklus diagram
tEdzés Megeresztés
Felületi edzés
Kis hőmérsékletű megeresztés
T A3
A1
160 … 250 ºC
Tedzés, tedzés
Hűtőközeg
Tmegeresztés, tmegeresztésHűtőközeg
Módja