kategória | ||||||||||
|
||||||||||
|
||
Keménységmérés Brinell keménységmérésA Brinell keménységmérés során D átméröjü edzett acél vagy ritkábban kemény fém golyót F terhelö erövel belenyomunk a darabon elökészített sík felületébe. Ezáltal d átméröjü, h mélységü gömbsüveg alakú lenyomat képzödik. Brinell keménységen az F terhelö erö és a lenyomat felületének hányadosát értjük. Jele: HB. A keménységet mértékegység nélküli számnak tekintjük! A mérésnél használt golyó legalább 850 HV keménységü edzett acél, átméröje D 10; 5; 2,5; 2 és 1 mm lehet. A Brinell keménység kiszámításának módja: HB=/ A= / Vickers keménységmérésA ~ során 136˚ csúcsszögü négyzet alapú gyémánt gúlát nyomunk F terheléssel a próbadarab felületébe. A terhelés megszüntetése után a négyzet alakú lenyomat átlóit (d) mérjük. A Vickers keménység a terhelö erö és a lenyomat felületének hányadosa A ~ kiszámításának módja: HV=0,102*1,854*F[N]/d^2 |
Rácsrendezetlenségek, rácshibák A rendezetlenséget kiterjedésük szerint csoportosíthatjuk: Nulldimenziós (pontszerü) rácshibák Egydimenziós (vonalszerü) rácshibák Kétdimenziós (sík) rácshibák Pontszerü rácshibák Akkor beszélünk róla, ha a hiba a kristályrácsnak csak egy- két átmérönyi részére korlátozódik. Fajtái: üres rácshelyek, hiányhelyek (vakanciák) Frenkel féle hibapár (üres rácshely és saját atom intersztíciós helyzetben) Idegen atomok beékelödéses vagy helyettesítö helyzetben A fémkristályokban mindig vannak üres rácshelyek. Az atomok a rácson belül az üres helyekre beugorva szilárd állapotban vándorolhatnak, ezzel lehetövé téve a diffúziót. Egydimenziós rácshibák Az egyméretü rácshibákat diszlokációnak nevezzük. Ezek teszik lehetövé a fémek könnyü a 626i88g lakíthatóságát. |
Az alapvonal hossza 100 %- nak felel meg. A vonal egyik végpontja a tiszta A, másik pedig a tiszta B- nek felel meg. A közbensö pontok pedig A- tól B- felé haladva a két alkotó 100 %- át mutatják, mégpedig úgy, hogy A csökken, B pedig növekszik. A függöleges tengelyen a hömérséklet szerepel. A kristályosodás kezdetét jelölö pontok összekötésével egy olyan görbét kapunk, ami az ötvözet rendszer ötvözetei esetén a kristályosodás kezdetének hömérsékleteit mutatja. Ezt a vonalat likvidusz vonalnak nevezzük. A kristályosodás végét jelölö pontok összekötésével pedig a szolidusz vonalat kapjuk. Eutektikum képzödés esete (Tamman 1.) A Tamman 1. ábra arra az esetre vonatkozik, amikor az alkotók, folyékony állapotban minden arányban, szilárd állapotban pedig egyáltalán nem oldják egymást. Két ilyen elem között a kristályosodás a két szilárd fázis váltogatásával történik, és lemezes vagy szemcsés szerkezetü kétfázisú szövetelem, az eutektikum keletkezik. Az eutektikum képzödés általános alakja: olvadék (E)↔ szilárd (1)↔ szilárd (2). |
Rockwell keménységmérésA Rockwell mérés különbözö benyomó szerszámokkal létrehozott lenyomat mélységéböl következtet a keménységre. A benyomó szerszám 1, 59 mm átméröjü edzett acél golyó, vagy 120˚ csúcsszögü gyémánt kúp. A terhelést két fokozatban adjuk. Az elöterhelés szerepe, hogy a szerszám megbízhatóan érintkezzen a darabbal. A föterhelés megszüntetése után a lenyomat leolvasható a Rockwell keménységméröre szerelt óráról. A Rockwell keménység méröszáma: HRA és HRC esetében 100- e, HRB esetében 130- e, ahol e a benyomódás maradó mélysége a föterhelés levétele után 0, 002 mm egységben kifejezve. Dinamikus terheléssel szembeni viselkedés, a szívósság vizsgálata Az anyagok lehetnek szívósak képlékenyek és ridegek. A szívós vagy képlékeny anyagokban a törést jelentös nagyságú maradó alakváltozás elözi meg, ami sok energiát emészt fel. Ugyanakkor a rideg, nem képlékeny törés esetében a törést nagyon kicsi, vagy semmi maradó alakváltozás sem elözi meg, és viszonylag kevés energiát kell befektetni az anyag eltöréséhez. |
Kétdimenziós rácshibák A kétdimenziós rácshibák folytonosságot megszakító változásokat okoznak a rácsorientáltság, vagy a rácsok közötti távolság tekintetében. Ötvözetek szerkezete Az ötvözet fogalma Ötvözeten olyan, legalább látszatra egynemü, fémes természetü elegyet értünk, amelyet két vagy több fém összeolvasztása, vagy egymásban való oldása útján nyerünk. A két vagy több alkotóból elöállítható ötvözetek összességét ötvözet rendszernek nevezzük. Szilárd oldat A szilárd oldat olyan jellegü fázis, melynek alkotói közösen építik fel a rácsszerkezetet. A szilárd oldat rácsszerkezete mindig megegyezik az oldó fém rácsszerkezetével. Az ötvözöfém atomjai kétféleképpen illeszkedhetnek be: szubsztitúciós, vagy helyettesítéses intersztíciós, vagy beékelödéses Az oldódás lehet korlátozott vagy korlátlan. Szubsztitúciós szilárd oldat képzödik, ha: |
Szilárd oldat kristályosodása (Tamman 6.) A két fém folyékony és szilárd állapotban minden arányban oldja egymást. Az oldódás korlátlan. Két szilárd oldat eutektikus rendszere (Tamman 7.) A fémeknél nagyon gyakori az az eset, hogy a két fém folyékony állapotban, minden arányban, szilárd oldatban pedig csak bizonyos százalékban, tehát korlátozottan oldja egymást. Ilyen típusú ötvözetrendszer a közel azonos olvadáspontú fémeknél figyelhetö meg. Vas- karbon ötvözet rendszer A vas legfontosabb ötvözöje a karbon. A vas- karbid és a vas- grafit ötvözeteknek kétféle diagrammjuk van. A két diagrammnak egy koordináta rendszerben való ábrázolása Heyn- Charpy nevéhez füzödik, és Heyn- Charpy féle ikerdiagramnak nevezzük. A két diagram közül természetesen csak az egyik felelhet meg az egyensúlyi állapotnak, ez pedig a vas- grafit rendszer. A vasötvözeteket töretük alapján is megkülönböztethetjük, a grafitos ötvözetek törete szürke, míg a vaskarbidot tartalmazó ötvözetek törete fémes, tehát fehér. |
Az állapottényezök közül a hömérséklet csökkenése a rideg törést segíti elö, mert akadályozza a képlékeny alakváltozást. Az igénybevétel sebességének növelése is elösegíti a ridegtörést. Ütve hajlító vizsgálatAz ütve hajlító vizsgálat célja az anyag szívósságának meghatározása. A vizsgálatot ingás ütömüvel végezzük, amelynek segítségével egyetlen ütéssel eltörünk egy bemetszett próbatestet. A próbatest V vagy U alakú bemetszéssel van ellátva. A kísérlet során a próbatestben elnyelt munka az ütömunka: K= G(r)* (ho- h1) [J] A fajlagos ütömunka az ütömunka és a próbatest eredeti keresztmetszetének hányadosa a bemetszés helyén J/ cm^2- ben: KCV= KV/ S(o) [J/ cm^2] illetve KVU= KU/ S(o) [J/ cm^2] ahol KV és KU az ütömunka [J] S(o) a próbatest keresztmetszetének területe a bemetszés helyén Ismételt igénybevétellel szembeni viselkedés A kifáradás jelensége és vizsgálataAzt a jelenséget, amikor egy anyag az ismételt igénybevételek során bevitt, halmozódó károsodások hatására a folyáshatárnál kisebb terhelés esetén eltörik, kifáradásnak nevezzük. |
azonos rácsszerkezet atomátméröben +/ - 14- 15%- nál nem nagyobb eltérés van azonos vegyérték az elektrokémiai potenciálban nem nagy eltérés A szilárd oldat másik fajtája az intersztíciós, vagy beékelödéses. Ez a fémek és a kis rendszámú, kis átméröjü elemek között keletkezhet. Fémvegyület Fémvegyületnek olyan két vagy többalkotós kristályos fázist nevezünk, melynek alkotói közös kristályrácsba illeszkednek be, de ez a rácsszerkezet független az alkotók rácsszerkezetétöl. A fémek és ötvözetek kristályosodása, átalakulásai A rendszer egynemü, homogén, vagy egy fázisú, ha bármely része fizikailag és kémiailag azonos tulajdonságokat tud mutatni. A rendszer heterogén, ha két, vagy több önálló határoló felülettel elválasztható részekböl, fázisokból áll. A rendszer homogén, önálló határoló felülettel elkülöníthetö fázisnak nevezzük. Jele: F Komponensnek nevezzük a rendszert felépítö azonos atom fajtájú anyagokat. Jele: K |
A Fe- Fe(3)C ötvözetek diagramja 1392 Celsius fok alatt, egészen 4, 3%- ig a kristályosodás a BC likvidusz szerint gamma szilárd oldat formájában történik. Ez a szilárd oldat az ausztenit. Korlátozottan oldja a karbont, maximális C oldó képessége van. Az allotróp átalakulások a szilárd oldat fázisokban is lejátszódnak, így a lapközepes köbös gamma ausztenit meghatározott hömérsékleten térközepes köbös alfa szilárd oldattá, ferritté alakul. Polimerek szakítódiagramja: |
A folyamat repedések keletkezéséböl, azok terjedéséböl, és a végsö törésböl áll. A terhelö feszültség csökkentésével, az acélokra meghatározható egy olyan jellemzö feszültség, amellyel akár végtelen sokszor terhelhetö anélkül, hogy eltörne. Ezt a feszültséget nevezzük az acél kifáradási határának. Jele: σ(D). A terhelö feszültséget a törésig elviselt ismétlések számának függvényében ábrázolva a Wöhler görbét kapjuk. A görbe asszimptótikusan közelít kifáradási határhoz. Két jól elkülöníthetö részböl áll, a kifáradási szakasz és az élettartam szakasz. A fárasztó vizsgálatok eredményeit több tényezö befolyásolja: a középfeszültség, az igénybevétel típusa, a közeg, amelyben a fárasztás történik, a darab felülete, a próbatest mérete. A fárasztó vizsgálatoknak két nagy csoportját különböztetjük meg. Az egyik a repedést nem tartalmazó alkatrészek kifáradása, a másik pedig a repedést nem tartalmazó alkatrészek kifáradása. Vas és acélgyártás A vasat vasércböl, ami oxidos, vagy oxiddá alakítható formában tartalmazza a vasat, nagyolvasztóban, feketeszénböl elöállított |
Az állapothatározók: hömérséklet, nyomás, koncentráció. Az állapothatározók és a fázisok száma között egyensúly esetén összefüggés van. Ezt a Gibbs- féle fázisszabály fejezi ki, miszerint a fázisok (F) száma és a szabadsági fokok (Sz) számának összege kettövel több, mint a komponensnek (K) száma: F+ Sz= K+ 2. Ez a szabály általános alakja, ennek fémekre vonatkozó alakja: F+ Sz= K+1. A rendszer adott körülmények között akkor van egyensúlyban, ha a szabadenergiája minimális. A rendszer mindig a legalacsonyabb energiaszintre törekszik. A dermedés, kristályosodás folyamata Az atomok a rácsszerkezetben rezgö mozgást végeznek. Ennek amplitúdója a hömérséklettel arányos. Ha a hömérséklet elég magas, az amplitúdó olyan nagy lehet, hogy már az atomok elszakadnak egymástól, mert nem hat a vonzerö, a fém megolvad. A folyékony fém hütésekor az atomok mozgási energiája csökken, és ha elegendöen közel kerülnek egymáshoz, összekapcsolódnak. A fém dermedése tehát úgy kezdödik, hogy az olvadékban az atomok összekapcsolódásával kristály csírák képzödnek. |
Lágyacél szakító diagrammja: |
kosszal redukálják. A nagyolvasztóban lejátszódó folyamatok közül a leglényegesebbek a redukciós folyamatok. Ezek az indirekt redukció (FeO+ CO= Fe+ CO (2)+ Q), és a direkt redukció (FeO+ C= Fe+ CO- Q). A redukálódott vas lecsöpög a nagyolvasztó alsó, medence részébe. A nagyolvasztó terméke a nyersvas. Az acélgyártás alapvetö folyamata az oxidáció, vagy frissítés, amely a C és a szennyezök mennyiségének csökkentése kiégetéssel. A frissítés során a vas is oxidálódik, ami káros, ezért az acél vasoxid tartalmát csökkenteni kell. A folyamat a dezoxidáció, és olyan elemekkel történik, amelyeknek nagyobb az oxigénhez való affinitása, mint a vasnak. Az alumíniumot ércéböl, a bauxitból két lépcsös eljárással nyerik. Az elsö lépés a timföld elöállítása, ami lényegében a timföld kioldása nátronlúggal a bauxitból. A második a fém alumínium elöállítása, ami tüzfolyó elektrolízissel történik. A fém az Al katódon válik ki. Köbös rendszer Egyszerü köbös rács Ilyen rácsszerkezete csak a polóniumnak van. Az atomok a kocka csúcspontjain helyezkednek el. |
A fémeknek azt a képességét, hogy olvadékukban hütés hatására a dermedés pont alatt spontán, külsö beavatkozás nélkül kristály csírák keletkeznek, kristályosodási képességnek nevezzük. A kristályosodási képesség méröszáma: Kk= csíra/ (cm^3* perc). A szabálytalan határfelületekkel határolt szemcséket krisztallitnak nevezzük. A kristályok lineáris növekedési sebességét kristályosodási sebességnek nevezzük. Jele: Ks [cm/ perc]. Mindkettö függvénye a hömérsékletnek. Lassú hütésnél a csíraképzödés kicsi, kevés helyen indul meg a kristályosodás, sebessége viszont nagy. A keletkezö szemcseszerkezet durva. Gyors hütésnél viszont sok csíra képzödik, így a nagy kristályosodási sebesség ellenére is a szemcseszerkezet finom lesz. Színfém lehülési görbéje A lehülési görbét a Gibbs féle fázisszabállyal magyarázhatjuk. F+ Sz= K+ 1. Ebben az esetben a komponensek száma K= 1, mivel a szín fémröl van szó. A dermedés vizsgálatakor a görbe ab, a rendszer olvadt állapotban van, tehát a fázisok száma F= 1, így a szabadsági fokok száma Sz= K+ 1- F= 1. Ez azt jelenti, hogy az egyik állapottényezö, színfém esetében a hömérséklet változhat. |
Különbözö anyagok nyomódiagramja: |
Térközepes köbös rács Itt a csúcspontokon kívül a testátlók metszéspontjában is van egy atom. (lítium, nátrium, kálium, króm.) Lapközepes köbös rács A kocka csúcspontjain kívül az oldallapok középpontjaiban is találhatók atomok. (réz, arany, ezüst, nikkel.) Hexagonális rendszer Gyakorlatilag a fémek egy kisebb csoportja a Zn, Mg, Cd és a Ti egyik módosulata hexagonális szerkezetü. Az egyszerü módosulat esetében csak a hatszög alapú hasáb csúcsain találunk atomokat. Ilyen a grafit rácsa. A legsürübb illeszkedésü hexagonális rendszer elemi cellájában a csúcsponti atomokon kívül az alap és a fedölap közepén, valamint a hasáb belsejében is vannak atomok. A fémek is felvehetnek kölönbözö rácsszerkezetet. A rácsszerkezet egyértelmüen a hömérséklet függvénye. Ez a jelenség az allotrópia (fémek többalakúsága). |
Amikor az olvadékban megjelennek a kristálycsírák, tehát a rendszer kétfázisúvá válik, a szabadsági fokok száma Sz= 0 lesz. Ez azt jelenti, hogy egyik állapottényezö sem változhat. Tehát színfém dermedésekor a hömérséklet állandó, a lehülési görbe vízszintes. Szilárd oldat lehülési görbéje Alkalmazzuk itt is a Gibbs féle fázis szabályt. A komponensek száma K= 2, a szilárd oldatot alkotó két fém (pl.: A és B). A vizsgálat kezdetén a rendszer folyékony állapotban van, tehát a fázisok száma F= 1. A szabadsági fokok száma Sz= K+ 1- F= 2, tehát az ab szakaszon mindkét állapot határozó változhat. Amikor az olvadékban megjelennek a szilárd oldat csírái, a fázisok száma F= 2 lesz, így a szabadsági fokok száma Sz= 1- re módosul, ami azt jelenti, hogy változhat a hömérséklet. A dermedés befejezödése után a szabadsági fokok száma ismét Sz= 2 lesz. Egyensúlyi diagrammok Az olyan diagrammot, ahol az összes lehetséges görbe jellemzöit fel tudjuk tüntetni, egyensúlyi diagrammoknak nevezzük. A diagramm vízszintes tengelyén az A és B alkotó összes lehetséges koncentrációi, függöleges tengelyén a hömérséklet van feltüntetve. |
Az ütömunka változása a hömérséklet függvényében: |
:
2764