anyagválasztás i. - dianaszki.hu · 3 anyagválasztás i. anyagismeret 5 gazdasági tényezők a...

1

ANYAGTUDOMÁNY ÉS TECHNOLÓGIA TANSZÉK

Dr. PalotDr. Palotáás Bs Béélala // dr. Németh Árpádpalotasb@eik.bme.hu / arpinem@eik.bme.hu

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