Fémtan, anyagvizsgálat 1

1. Fémtan, anyagvizsgálat1

2. Az anyag Az anyagot az ember nyeri ki a természetből és alakítja olyanná, ami az igényeknek leginkább megfelel.

3. Az anyagok szerkezete • Amorf • kristályos • részben kristályos

4. Fémek • kristályos szerkezetűek, • kiváló hő-és elektromos vezetők • fémes fényűek • képlékenyen alakíthatók • terhelhetőséggel, szilárdsággal rendelkeznek

5. Kerámiák • szerkezetük rövid távon rendezett • rossz hő-és elektromos vezetők • nagy a villamos ellenállásuk, az ellenállás a hőmérséklet növelésével általában csökken • nagy hőállósággal rendelkeznek • kis a hősokkállóság • kemények, ridegek

6. Kompozitok • Az előző csoportok felhasználásával • szemcsés • tekercselt, • laminált, • szálerősített, tervezett felépítésű anyagok. • Tulajdonságaik jelentősen függnek az alkotók tulajdonságaitól, és a kompozit szerkezetétől.

7. Kötésfajták • Elsődleges vagy primér kötés • ionos • kovalens • fémes • Másodlagos, gyenge • molekulaközi Van der Waals • hidrogénkötés

8. Elsődleges vagy primer kötés • Az ionos kötés akkor jön létre, ha az egyik elemnek elektron feleslege, a másik elemnek pedig elektron hiánya van zárt nemes gáz konfigurációhoz képest. Pl. a NaCl ( konyhasó )

9. Elsődleges vagy primer kötés A kovalens kötés azonos fajtájú elemek között keletkezik. A nemes gáz konfiguráció elérése érdekében a legközelebbi szomszédok megosztják elektronjaikat, közös elektron párokat kialakítva. Pl. CH4, és a C.

10. Elsődleges vagy primer kötés A fémes kötés esetében a zárt héj elérése érdekében a fémek atomjai leadják a vegyérték elektronjaikat. A leadott elektronok un szabad elektron felhőt alkotva, egyaránt tartoznak a kristály valamennyi atomjához., pontosabban ionjához.Pl. a fémek

11. A kristályos szerkezet leírása • A rácsszerkezet leírására koordináta rendszereket alkalmazunk. • A rácsszerkezet x, y, z, koordináta rendszerben a rácselem oldaléleinek nagyságával (a, b, c) és a tengelyek által bezárt szöggel a jellemezhető. • A lehetséges kristályrácsokat 7 koordináta rendszerrel ill. 14 Bravais rács típussal le lehet írni.

12. Kristályos szerkezet • A kristályos szerkezetben az atomok szabályos geometriai rendben helyezkednek el. • Azt a legkisebb - több atomból álló - szabályos idomot, melynek ismételgetésével a rácsszerkezet leírható a rácselemnek, vagyelemicellánaknevezzük.

13. Köbös vagy szabályos rendszer • Egyszerű vagy primitív (Po) • Térközepes • Lapközepes • gyémántrács

14. Térközepes köbös rácsszerkezet

15. Térközepes köbös Li, Na, K, V, Cr, W, Ta, a vas (-Fe) 1392 C és az olvadáspont (1536 C) között illetve 911 C(-Fe ) alatt.

16. Lapközepes köbös rácsszerkezet

17. Lapközepes köbös Al, Cu, Au, Ag, Pb, Ni, Ir, Pt valamint a vas (-Fe) 911 C és 1392 C között.

18. Gyémántrács minden C atom között kovalens kapcsolat van.

19. Hexagonális rácsszerkezet

20. Hexagonális rendszer • Egyszerű pl. grafit • szoros illeszkedésű pl. Be, Zn, Mg, Cd és a Ti egyik módosulata

21. Kristályosodás A kristályos szerkezet rácselemekből épül fel, melynek alakja változatos és jellegzetes. Az ionos és kovalens kötéssel rendelkező anyagok, az ásványok, kerámiák kristályainak külső alakja formatartó, magán viseli a rácstípusjellegzetességeit. Ezek az egyedülálló kristályok az egykristályok.

22. Fémkristályok, krisztallitok • A fémek esetében csak speciális hűtési módszerrel tudunk egykristályokat kialakítani. Bármely fémdarabot megnézve azon a kristályosság nem fedezhető fel. • Ezek a krisztallitok

23. Olvadék dermedése az olvadékban az atomok összekapcsolódásával kristálycsirák képződnek. A kristályosodás során a meglévő csirákhoz további atomok kapcsolódnak, a csirák növekedni kezdenek. Növekedés közben a szomszédos, szabályos lapokkal határolt kristályok egymásba érve akadályozzák egymást, így szabálytalan határfelületekkel határolt szemcsék un. krisztallitok keletkeznek.

24. Olvadék dermedése

25. Kristályosodás A kristályosodás, a krisztallitok jellege és mérete a kristályosodási képességtől, vagy csiraképződéstől, és a kristályok növekedésének sebességétől függ. Mindkét tényezőt befolyásolja az olvadásponthoz képesti túlhűtés mértéke. • A kristályosodási képesség Jele: KK. • A kristályosodási sebesség . Jele: KS,:.

26. Milyen szemcseméret alakul ki dermedéskor? Lassú hűtés • (pl. homokforma) a csiraképződés kicsi, a növekedés sebessége nagy. • Az eredmény durva szemcseszerkezet

27. Milyen szemcseméret alakul ki dermedéskor? Gyors hűtés • (pl. fémforma, kokilla) a csiraképződés nagy, a növekedés sebessége nagy. • Az eredmény finom szemcseszerkezet

29. A kristályosodást befolyásoló tényezőkIdegen fajtájú csira

30. Kristályosodási formák • Poliederes • dendrites • szferolitos

31. Diffúzió A fémekben lejátszódó diffúzió alatt az atomoknak a szilárd fémben való mozgását értjük, mely koncentráció változást idéz elő. Hajtóerő a koncentráció ill. a szabadenergia különbség

32. A színfémek és ötvözetek termikus viselkedése Alapfogalmak

33. Színfémek és ötvözetek • Színfém • ötvözet= olyan , legalább látszatra egynemű, fémes természetű elegy, amelyet két vagy több fém összeolvasztása, vagy egymásban való oldása utján nyerünk. • Alapfém • ötvöző • szennyező

34. Az ötvözetek szerkezete,fázisai • színfém, • szilárdoldat • vegyület Ezek a kristályos fázisok előfordulhatnak önállóan, mint egy fázisú szövetelemek, de alkothatnak egymással kétfázisú heterogén szövetelemeket is (eutektikum, eutektoid)

35. Szilárd oldat • szubsztitúciós az alapfém atomját helyettesíti • intersztíciós az alapfém atomjai közé beékelődik

36. Az oldódás lehet: • Korlátlan, ha: (csak szubsztitúciós) • azonos a rácsszerkezet • atomátmérőben 14 - 15 % -nál nem nagyobb az eltérés • azonos a vegyérték • Korlátozott ( csak meghatározott százalékig) a b

37. Fémvegyület • Ionvegyületek pl. NaCl, CaF2 , ZnS • elektronvegyület pl. CuZn, Cu5Zn8, CuZn3 vagy AgZn, Cu5Si • intersztíciós vegyület pl. A4B, A2B, AB vagy AB2 lehet vagy ilyen pl. a Fe3C, Mn7C3

38. Az ötvözet alkotó nem oldják egymást Ha az ötvözet alkotói nem oldják egymást szilárd állapotban az ötvözetrendszerben megjelenik az eutektikum

39. A fémek és ötvözeteik egyensúlya Vizsgálatainkat az anyagnak a külvilágtól elkülönített részén az un. rendszerben végezzük. A rendszer az anyagnak a külvilágtól megfigyelés céljából elkülönített része. • Homogén vagy egyfázisú • heterogén vagy többfázisú • A rendszer homogén, önálló határoló felületekkel elkülöníthető része a fázis. Jele: F

40. Színfém lehűlési görbéje(nincs allotróp átalakulás) Egyszerűsített lehülési görbe . .

41. Színfém lehűlési görbéje(allotróp átalakulás van ) . .

42. Szilárd oldat lehűlési görbéje F + 1 = K + 1 K= 2 A és B 1. Szakasz F=1 Sz=2 T és c változhat 2. Szakasz F = 2 Sz = 1 T változhat 3. Szakasz F = 1 Sz = 2 T és c változhat Dermedési hőköz

43. Vegyület lehűlési görbéje A vegyületek (AmBn) keletkezhet un. nyílt maximummal, azaz egy állandó hőmérsékleten dermed és olvad a vegyület, ami a színfémmel azonos lehűlési görbét eredményez. • A vegyület peritektikus képződése azt jelenti, hogy a vegyület egy állandó hőmérsékleten egy nagyobb olvadás-dermedéspontú szilárdfázisból és egy meghatározott összetételű olvadék fázisból keletkezik. A lehűlési görbe ebben az esetben is vízszintes, mert a folyamatban F = 3 , SZ = 0 és így T = állandó. .

44. Vegyület lehűlési görbéje . .

45. Kétalkotós egyensúlyi diagramok A fémek és ötvözeteik viselkedésének vizsgálata a lehűlési görbék segítségével megtehető. Ha azonban két fém minden lehetséges összetételét akarjuk tanulmányozni, olyan diagramot kell felvennünk, ahol az összes lehetséges lehűlési görbe jellemzőit fel tudjuk tüntetni. Az ilyen diagramot egyensúlyi diagramnakvagy állapot ábrának nevezzük. • Az egyensúlyi diagram vízszintes tengelyén az A és B alkotó összes lehetséges koncentrációi, függőleges tengelyén a hőmérséklet van feltüntetve.

46. Kétalkotós egyensúlyi diagramok Az egyensúlyi diagram vízszintes tengelyén az A és B alkotó összes lehetséges koncentrációivannak feltüntetve. Ez az alapvonal - koncentráció egyenes - hossza 100 % -nak felel meg. A vonal egyik vég pontja a tiszta A (100 % A) , a másik vég pontja a tiszta B (100 % B) alkotónak felel meg. A közbenső pontok, A-tól B felé haladva a két alkotó %-át mutatják. A függőleges tengelyre a hőmérsékletet visszük fel.

47. Kétalkotós egyensúlyi diagramokszerkesztése . .

48. Az egyensúlyi diagramok értelmezése adott ötvözetben és adott hőmérsékleten az alábbi kérdéseket kell megválaszolni az egyensúlyi diagramok segítségével: • milyen fázis, vagy fázisok találhatók • milyen az adott fázis, vagy fázisok összetétele, koncentrációja • mennyi a fázis, vagy fázisok mennyisége

49. Az egyensúlyi diagramok értelmezése A kijelölt ötvözet T1 – homogén olvadék T2 -heterogén T3 -homogén, szilárdoldat

50. Heterogén, kétfázisú területben Az ötvözetet a hőmérséklet jelző izotermának a likvidusz és szolidusz vonallal határolt részén az un konóda jellemzi. Két végpontja a két fázist mutatja.