Anyagtulajdonságok

1. Anyagtulajdonságok Fémek és ötvözetek

2. Alapanyagok • Fémek • Vas, acél, réz és ötvözetei, könnyűfémek és ötvözeteik • Műanyagok • Hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagok, elasztomerek • Kerámiák • Kristályos, amorf, speciális kerámiák • Kompozit (társított) anyagok

3. Vas- és acél termékek

4. Öntöttvasak • Hagyományos öntöttvasak: • Lemezgrafitos öntöttvasak (ferrit + perlit + lemezes grafit) • Fehér nyersvas (perlit + ledeburit) és származékai: • Fehér temperöntvény • Fekete temperöntvény • Gömbgrafitos öntöttvasak (Mg vagy Ce kezelés) • Perlites gömbgrafitos öntöttvas • Ferrites gömbgrafitos öntöttvas

5. Öntöttvasak osztályozása Hagyományos öntöttvasban a grafit lemezes (táblás) formában van jelen Mg/Ce hatására a grafit gömb alakú lesz, ez a gömbgrafitos öntöttvas Hagyományosgömbgrafitos öntöttvasak Gyorsközepeslassú hűtés Fehérperlitesferrites szürkeöntvény Perlitesferritestemperöntvény Perlites – ferritesgömbgrafitos öntöttvas

6. Fehér öntöttvas szövetei: Perlit + ledeburit Ledeburit

7. Öntöttvasak szöveteinek összehasonlítása Gömbgrafitos öntöttvas Fekete temperöntvény

8. Lemezgrafitos öntöttvasak (1) • Szerkezet: az alapszövet ferrit vagy perlit, amelyben a grafit lemezes formában található • A szilárdság növelés lehetőségei: • A perlit arányának növelése az alapszövetben • A grafit lemezek méretének csökkentése (modifikált öntöttvas – csapoláskor FeSi vagy CaSi adagolással) • Tulajdonságok: • Jó önthetőség, kis zsugorodás dermedés közben • Kis szilárdság, kis nyúlás, rideg, inkább nyomó igénybevétellel terhelhető

9. Lemezgrafitos öntöttvasak (2) • Szabványos jelölés: MSZ ISO 185-1992100, 150, 200, 250, 300, 350(Régi jel: Öv 100…Öv 350) • A szakítószilárdság 100…350 MPa között változik, függ az öntvény falvastagságától, és a hülés sebességétől • Jól forgácsolhatók, jó a kopásállóságuk • Gépalkatrészek, gépállványok, hajtómű házak készítésére használatosak

10. Lemezgrafitos öntöttvasak (3) ferrites perlites

11. Tempervasak (1) • A temperöntvények alapanyaga a fehér nyersvas (a karbon vaskarbid - Fe3C alakban van jelen) • Fehér temperöntvény: az öntvényt oxidáló atmoszférában hőkezelve (1050 Co-on 25-100 óra) a vaskarbid elbomlik, a karbon a felületre diffundál és ott kiég, a szerkezet ferrit-perlites lesz (C%<0,35) • Fekete temperöntvény: az öntvényt semleges atmoszférában hőkezelve (1050 Co-on 18-24 óra, majd szabályozott hűtés) a vaskarbid elbomlik, és temperszén formájában a ferrites alapszövetben marad

12. Tempervasak (2)fehér tempervas • Szabványos jelölés: MSZ ISO 5922-1991W 35-04; W 38-12; W 40-05; W 45-07 • A szakítószilárdság 340…480 MPa között változik, függ az öntvény falvastagságától, a nyúlás 15…4% között, a keménység 200..230 HB • Jól önthetők, de a karbon kiégetés miatt csak kis falvastagságú és méretű öntvények készíthetők • Kisebb alkatrészek, használati eszközök (pl. szekrénykulcsok, csőidomok) készítésére használatosak

13. Tempervasak (3)fekete és perlites tempervas • Szabványos jelölés: MSZ ISO 5922-1991B 30-06; B 32-12; B 35-10; (fekete tempervasak)P 45-06; P 50-05; P55-04; … P 70-02; P 80-01 (perlites tempervasak) • A szakítószilárdság 300…800 MPa között változik, függ az alapszövettől, a nyúlás 12…1% között, a keménység 150..310 HB között alakul • Jól önthetők, a B jelű tempervasak csőidomokhoz használatosak, a P jelűek nagyobb szilárdságú és kopásállóságú öntvényekhez (pl. fékpofák)

14. Kéregöntvények • Azokat az öntvényeket, melyeknek a belseje szürke öntöttvas, a külső felülete pedig fehér, kéregöntvényeknek nevezzük • Ezeknél a kéreg kemény, kopásálló, a belső részek pedig jobban megmunkálhatók, nem annyira ridegek • Példák: szelepemelők, vezérmű tengelyek, malomipari őrlő hengerek

15. Gömbgrafitos öntöttvasak (1) • A grafit gömb alakban történő kristályosodását hipoeutektikus öntöttvasaknál magnézium, hipereutektikus öntöttvasaknál cérium beoltásával érik el (bonyolult, költséges technológia) • Szövetszerkezet: ferrit-perlites alapszövetbe ágyazott gömbös grafit • Jól önthető, kedvező kopásállóságú, a lemezgrafitos öntöttvashoz képest kiváló a szilárdsága, hőállósága

16. Gömbgrafitos öntöttvasak (2) • Szabványos jelölés: MSZ 8277-1988Göv 350-22; …Göv 500-7;…Göv 900-2(a jelölés első száma a szakítószilárdság, a második a nyúlás) • A szakítószilárdság 350…900 MPa között változik, a nyúlás 22…2% között, felületi edzéssel 55-60 HRC keménység érhető el • Gépalkatrészek, (pl. forgattyús tengelyek, hajtórudak, fogaskerekek), belső nyomásnak kitett házak, mezőgazdasági gépalkatrészek készítésére használatosak

17. Gömbgrafitos öntöttvasak (3) ferrites perlites

18. Öntöttvasak szilárdságának összehasonlítása (Rm, MPa)

19. Öntöttvasak kiválasztásának szempontjai • Az alkatrész igénybevétele és a méretek függvényében meghatározott szilárdság • Az igénybevétel jellegéből (pl. dinamikus hatás) becsült minimális nyúlás • Koptató hatás esetében a keménység, kopásállóság • Az öntvény alakja, falvastagsága - megmunkálhatósági kritérium

20. Az acélok csoportosítása • Ötvözetlen acélok • Gyengén ötvözött acélok (Σötvöző% < 5%) • Erősen ötvözött acélok (Σ ötvöző% > 5%) • Ötvözők: Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, W, Co • Felhasználás szerinti csoportosítás: • Szerkezeti acélok • Szerszám acélok

21. Ötvözetlen acélok C%~0,1 0,25 0,35 0,6 0,8

22. Az acélok tulajdonságai • Az alkatrész gyártás szempontjából: • Tervezés szempontjából fontos anyagjellemzők • Megmunkálhatósági jellemzők (forgácsolhatóság, képlékeny alakíthatóság, hőkezelhetőség) • A szerkezet építés szempontjából • A felhasznált előgyártmányok (lemezek, szelvények, rúdak) anyagtulajdonságai • Megmunkálhatósági jellemzők (alakíthatóság, hegeszthetőség)

23. Az acélok tulajdonságainak adatbázisai A felhasznált acélok választéka rendkívül széleskörű, ezért különböző forrásokból szedhetők össze a szükséges jellemzők: • Szabványok • Gyártó cégek termék katalógusai • Kézikönyvek, áttekintő művek • Számítógépes adatbázisok

24. Általános rendeltetésű ötvözetlen szerkezeti acélok (MSZ EN 10025) • Szabványos jelölés: Fe 235; 275; 355; a szám a folyás-határ átlagos értéke (Fe 490; 590, 690 esetén az Rm); karbontartalom 0,13…0,2% Kiegészítő betűjel: B, C, D (pl. Fe 235 B) az ütőmunka minimális értékéhez (KV=27J) tartozó hőmérsékletet jelenti (20, 0, -20 Co) • A folyáshatár 235…355 között, a szakítószilárdság 350…690 MPa között változik, a nyúlás 24…10% között, az ütőmunka min. 27 J • Jól hegeszthetők, ezért átlagos rendeltetésű szerkezetek, alkatrészek készíthetők belőlük

25. Hegeszthető finomszemcsés szerkezeti acélok • Szabványos jelölés: S 275; 355; 420; 460; a szám a folyáshatár átlagos értéke a karbontartalom 0,13…0,2% + mikroötvözők Kiegészítő betűjel: M, ML, N, NL (pl. S 275 M) az ütőmunka minimális értékéhez tartozó hőmérsékletet jelenti • A folyáshatár 275…460 között, a szakítószilárdság 360…720 MPa között, a nyúlás 24…10% között változik,az ütőmunka min. 27 vagy 40 J. • Jól hegeszthetők, igényes szerkezetekhez valók

26. Betétedzésű acélok(MSZ EN 10084) • Szabványos jelölés: acélonként változó, az összetételre, ötvözőkre utaló (pl. C10; 16MnCr5…) Összetétel: karbontartalom 0,07…0,3% + Mn, Cr, Mo, Ni ötvözők • A tulajdonságok a kéregben és a magban különbözőek, cél a kemény kéreg és szívós mag • Jól használhatók gépelemek gyártására (fogaskerék, tengely, csapágypersely, gömbcsukló, …stb.)

27. Betétedzésű acélok(Cementálási technológia) • A cementáló közeg típusa: (zárójelben az 1mm kéregvastagság eléréséhez szükséges idő órában)szilárd (10), gázközeg (6), sófürdő (4) • Cementálás utáni hőkezelés:edzés (lehet külön a magra és a kéregre)megeresztés (160..200 Co) • Kéreg keménység: 56…60 HRC

28. Nemesíthető acélok(MSZ EN 10083) • Szabványos jelölés: acélonként változó, az összetételre, ötvözőkre utaló (C22; 50CrMo4…) Összetétel: karbontartalom 0,17…0,6% + Mn, Cr, Mo, Ni ötvözők • A tulajdonságok a szelvény átmérő és a hőkezelés (edzés + megeresztés) függvényében különbözőek • Jól használhatók dinamikus és szilárdsági igénybevételnek kitett gépalkatrészekhez

29. Nemesíthető acélok(Nemesítési technológia) • Edzés: sikere függ az átedzhető szelvényátmérőtől • Az edzett acél megeresztése:a tulajdonságok a megeresztési hőmérséklettől (és időtől – kb. 1-2 óra) függnek Ütőmunka Szakítószilárdság Nyúlás Megeresztési hőköz T

30. Nemesíthető acélokajánlott alkalmazása (példák)

31. Szerszámacélok (1) • Az igénybevételtől függően széles választékban kaphatók (erősen ötvözött acélok) • Főbb típusok: • Gyorsacélok • Hidegmegmunkáló acélok • Melegalakító szerszám acélok • Műanyagalakító szerszám acélok

32. Szerszámacélok (2) • Az acélok kiválasztását összehasonlító táblázatok könnyítik meg (kiválasztás több szempont alapján) • Főbb választási szempontok: • Keménység, kopásállóság • Szívósság, hősokk tűrés • Megmunkálhatóság • Hőkezelhetőség, mérettartósság

33. Szerszámacélok (3)hőkezelés: gyorsacélok • Példa: R6; S6-5-2 (6% W, 5% Mo, 4% Cr) • Edzés: • Ausztenitesítés 1190-1230 Co; 80…150 sec. • Hűtés olajban, sófürdőben vagy vákumban • Megeresztés 550 Co-on 3x2 óra (az utolsó megeresztés csak 500 Co-on) • Elérhető keménység 66 HRC

34. Szerszámacélok (4)hőkezelés: gyorsacélok A hőkezelés hőmérséklet-idő diagramja 1200 Co 550 Co

35. Szerszámacélok (5)hőkezelés: gyorsacélok Megeresztési diagram: HRC 66 HRC 65 550 T, Co

36. Szerszámacélok (6)hőkezelés: hidegmegmunkáló acélok Hőkezelési diagram és megeresztési görbe T HRC 950 Co K1 jelű acél 65 200 Co 50 T 200 Co

37. Az alumínium és ötvözetei • Alakítható alumínium ötvözetek (ötvöző tartalom néhány %) • Nemesíthető • Nem nemesíthető • Öntészeti alumínium ötvözetek (eutektikus összetételhez közeli ötvöző tartalom) • Ötvözött alumínium öntészeti célra (Si, Mg, Cu) • Egyéb öntészeti alumíniumok ötvözetek

38. Az alumínium tulajdonságai • Kis sűrűség (ρ= 2,7 Mg/m3) • Alacsony olvadáspont (660 Co) • Jó hő- és villamos vezetőképesség • Kiváló korrózió állóság • Kedvező alakíthatóság • Szilárdsága kicsi (Rm=45 MPa), de ez ötvözéssel, hőkezeléssel és hidegalakítással jelentősen növelhető

39. Az alumínium fő ötvözői(MSZ EN 573 szabvány szerint)

40. Öntészeti alumínium ötvözetek(példák) • 2000 jelű sorozat: AlCu4TiMgnemesíthető, nagy szilárdságú • 4000 jelű sorozat: AlSi12 (eutektikus)kiválóan önthető, vékony falú öntvényekhez • 5000 jelű sorozat: AlMg9korrózióálló, jól fényesíthető

41. Nemesíthető alumínium ötvözetek (példák: lemezek tulajdonságai) Képlékeny alakítás (kivágás, hajlítás, mélyhúzás) lágy állapotban; kisebb alkatrészek igény szerint nemesíthetőkA rudak mechanikai jellemzői hasonlóak a lemezekéhez

42. Nemesíthető alumínium ötvözetek (kiválásos keményedés - 1) • Lépései: • Homogenizálás az α-mezőben • Gyors hűtés • Megeresztés • Keménység növelés mechanizmusa: • Fémes vegyület kiválás finom eloszlásban • A kivált szegregátumok a diszlokációk mozgását gátolják, emiatt nő a szilárdság és csökken a nyúlás

43. Nemesíthető alumínium ötvözetek (kiválásos keményedés - 2) T, Co α Homogenizálás Megeresztés

44. A réz és ötvözetei • Alakítható réz ötvözetek • Lemezalakításra alkalmas sárgarezek • Éremverésre alkalmas bronzok • Öntészeti réz ötvözetek • Ónbronz és vörösötvözetek • Ólombronzok • Sárgarezek öntészeti célokra

45. A réz tulajdonságai • Közepes sűrűség (ρ= 8,93 Mg/m3) • Olvadáspont (1083 Co) • Kiváló hő- és villamos vezetőképesség • Légköri korrózió állóság • Kedvező alakíthatóság, önthetőség • Szilárdsága közepes (Rm=220 MPa), ötvözéssel tovább javítható

46. A fontosabb öntészeti rézötvözetek(MSZ 8579:1991) • Ónbronzok (öntészeti célokra)öCuSn12: nagy igénybevételű alkatrészeköCuSn10P: vegyipari szerelvények • Vörösötvözetek öCuSn10Zn2: csapágycsészék, csigakerekeköCuSn5Zn5Pb5: áramvezető sínek • Ólombronzok (főként csapágy öntvények)öCuPb20Sn5: hideghengerművek csapágyaiöCuPb5Sn10: savas közegben lévő csapágyak

47. A fontosabb sajtolható rézötvözetek • Tiszta réz (Cu%>99,85): áramvezető huzalok, mélyhúzott alkatrészek • Sárgarezek: • 90% Cu, 10% Zn: finom alkatrészek • 70% Cu, 30% Zn: mélyhúzott alkatrészek • 60% Cu, 40% Zn: hőcserélő lemezek • Bronzok: • 95,5% Cu, 3% Sn, 1,5% Zn: érem verés

48. Összefoglalás • A fémek és ötvözetek tulajdonságai az összetétel és a hőkezelési állapot függvényében változnak • Fő jellemzőjük a kedvező szilárdság és szívósság, a jó alakíthatóság, kiváló hő- és villamos vezetőképesség • A fémek tulajdonságait az anyag szabványok és adatbázisok tartalmazzák