• Nem Talált Eredményt

1. Bevezetés a fémkompozitok világába

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Ossza meg "1. Bevezetés a fémkompozitok világába"

Copied!
107
0
0

Teljes szövegt

(1)

Fémkompozitok

Szerzı: Dr. Gácsi Zoltán Dr. Benke Márton Lektor: Dr. Hargitai Hajnalka

Az ábrákat készítette: Bendász Ernı és Bendász Péter

(2)

)HMH]HWHN

1. Bevezetés a fémkompozitok világába 2. A fémkompozitok gyártási technológiái 3. A fémkompozitok vizsgálatai

(3)

1. Bevezetés a fémkompozitok világába

(4)

• Mit nevezünk fémkompozitnak?

• Mire használják ezeket az anyagokat?

• Milyen elĘnyei vannak az alkalmazásának?

• Hogyan állítják elĘ?

• Melyek a fejlesztési irányok?

• Milyenek a jövĘ lehetĘségei?

Alumínium alapanyagú, kerámia részecskékkel er Ę sített kompozit

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok

4/107

(5)

A kompozit olyan összetett anyag, amelyet a hagyományos (monolit) anyagok (fém, kerámia, polimer) mesterséges egyesítésével állítunk elĘ.

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

A kompozitok alkotó részei

5/107

(6)

Kompozit anyagokban az az összetevĘ az alapanyag, amelyik a kompozit alapvetĘ tulajdonságait adja. Folytonos anyag, terhelésközvetítĘ komponens,

körbeveszi az erĘsítĘ ( teherviselĘ) összetevĘt.

Alapanyag (mátrix) + Második fázis = Kompozit Melyik alkotó a mátrix és melyik az erĘsítĘ fázis?

A mátrix és az erĘsítĘ fázis aránya a kétkomponensĦ kompozit anyagokon belül

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Az alapanyag és a második

fázis

6/107

(7)

Szemcsés kompozit pl. a beton, a fogászati tömĘanyagok, vagy a SiC erĘsítésĦ alumínium.

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

A kompozitok morfológiai csoportosítása

Szemcse er Ę sítés Ħ kompozitok

7/107

• Izotróp anyagok

• Általában nyomással szemben ellenállóak

(8)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

A kompozitok morfológiai csoportosítása

Száler Ę sítés Ħ kompozitok - izotróp kompozitok

8/107

• Szálak iránya rendezetlen

• Izotróp

• Húzó igénybevétellel szembeni ellenálló- képesség

(9)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

A kompozitok morfológiai csoportosítása

Száler Ę sítés Ħ kompozitok - anizotróp kompozitok

9/107

• Irányított szálak

• Anizotróp

• Szálirányú húzó igénybevétellel szembeni ellenálló- képesség

(10)

Több irányban erĘsített szálerĘsítésĦ kompozit pl. a vasbeton, illetve a komolyabb sílecek, snowboardok is tartalmaznak karbon és üvegszál szövetet

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

A kompozitok morfológiai csoportosítása

Száler Ę sítés Ħ kompozitok több irányú er Ę sítéssel

10/107

• Irányított szálak

• Anizotróp

• Húzó igénybevétellel szembeni ellenálló- képesség

(11)

A réteges, vagy más néven szendvicsszerkezeteket nem csak a kompozitoknál alkalmazzák, hanem egy anyagból álló szerkezeteknél (pl.

farost lemez)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

A kompozitok morfológiai csoportosítása

Lemezes kompozitok

11/107

• Anizotróp

• Hajlítással szemben ellenálló

(12)

A környezettel szembeni védelem esetében fontos, hogy a réteg összefüggĘ legyen. Ha a réteg integritása megszĦnik, a kompozit tulajdonságai drasztikusan leromlanak.

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

A kompozitok morfológiai csoportosítása

Felületi bevonatok

12/107

• Környezettel

szembeni védelem

• Mechanikai erĘsítés

(13)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémek tulajdonságai

13/107

(14)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémek tulajdonságainak

módosítása

14/107

(15)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok második

fázisainak tulajdonságai

15/107

(16)

Az összetevĘk tulajdonságainak különleges kombinációját valósítják meg.

Nagy szilárdság – kis sĦrĦség – jó hĘvezetĘ képesség.

Jó hĘvezetĘ képesség – kis hĘtágulási együttható – nagy szilárdság.

Al-20% SiC kompozit és szürke öntöttvas összehasonlítása (fék rotor)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok alkalmazásának

el Ę nyei

16/107

(17)

A hĘtágulási együttható változása a SiC mennyiségének függvényében

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok

alkalmazásának el Ę nyei

17/107

A kompozitok tulajdonságai elĘre tervezhetĘk.

A kompozitok tulajdonságai egy adott összetételi tartományon, illetve távolságon belül

folyamatosan változtathatók.

Olyan különleges tulajdonság együttessel rendelkezĘ

fémkompozit is létrehozható, amelyet más módon nem tudunk elĘállítani.

(18)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok alkalmazásának

területei

18/107

(19)

GépjármĦ-motor alkatrészek, ill.

könnyĦszerkezeti elemek fémhabból

ElĘnyük, hogy rendkívül könnyĦek, ugyanakkor erĘs

mechanikai behatáskor rengeteg energiát képesek disszipálni, vagyis ütközéseknél a mozgási energia nagy részét képesek elemészteni

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok alkalmazásának területei

Energia-elnyel Ę elemek

19/107

(20)

Mikroprocesszor burkolat Al/SiC szemcsés kompozitból Device: Si, GeAs; BGA: kontaktus, fém; AlSiC Lid: fedél

Heat sink: hütĘborda, PCB: nyomtatott áramkör

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok alkalmazásának területei

Mikroprocesszor burkolat Al/SiC szemcsés kompozitból

20/107

(21)

• Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémkompozitok alkalmazásának területei

Mikroprocesszor burkolat Al/SiC szemcsés kompozitból

21/107

(22)

2. A fémkompozitok gyártási technológiái.

Öntészeti módszerek.

Fémolvadék infiltráció.

Porkohászat.

(23)

Öntészeti módszer-keverés

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Öntészeti módszerek

Öntészeti módszer - keverés

23/107

• Alapanyag

megolvasztása

• ErĘsítĘ részecskék bekeverése

• Öntés

(24)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Öntészeti módszerek

Az er Ę sít Ę részecskék

eloszlatásának technológiája

24/107

(25)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Öntészeti módszerek

Az er Ę sít Ę részecskék

eloszlatása centrifugál öntéssel

25/107

(26)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Öntészeti módszerek

A keverés paraméterei

26/107

• Az olvasztótégelyben megolvasztott alumíniumba (hĘmérséklete: 800- 900 °C fokozatosan adagolják a SiC-ot (hĘmérséklete: 600- 700 °C, mennyisége: 50-60 g/min).

• A keveredést a rozsdamentes acélból készült, molibdén bevonatú keverĘlapát biztosítja (800-900 1/min).

• Az Al oxidációjának elkerülése érdekében a mĦveletet folyamatos Ar védĘgáz befúvatása kíséri.

(27)

Nyomásos öntészeti módszer

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Öntészeti módszerek

Nyomásos öntészeti módszer - alakadás

27/107

• MMC (Metal Matrix Composite) olvadék öntése a formaüregbe

• Nyomásos öntés

• Termék eltávolítása

(28)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Öntészeti módszerek

A nyomásos öntés technológiája

28/107

(29)

• A forma h Ę mérséklete: 200-300 °C

• Öntési h Ę mérséklet: 700-800 °C

• Sajtolási nyomás: 90-100 MPa

• A sajtolás ideje: 60 sec

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Öntészeti módszerek

Nyomásos öntés paraméterei

29/107

(30)

Fémolvadék infiltráció

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémolvadék infiltráció

Fémolvadék infiltráció

30/107

(31)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémolvadék infiltráció

Az infiltrációs kompozitgyártás technológiája

31/107

(32)

20-30 térfogat% SiC tartalmú Al 10Si-Mg mátrixú kompozitok infiltrációs el Ę állítása

• Alumínium felolvasztása 750 °C-fokon.

• Az olvadék magnézium tartalma reakcióba lép az atmoszféra nitrogénjével és magnézium nitrideket képez (Mg

3

N

2

).

• A magnézium nitrid jelenléte el Ę segíti az alumínium beszivárgását az el Ę formába nyomás és vákuum alkalmazása nélkül.

• Az infiltráció során a magnézium nitrid mennyisége csökken, mert kis mennyiségben alumínium nitriddé alakul.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémolvadék infiltráció

Gyártási paraméterek

32/107

(33)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémolvadék infiltráció

Folyamatos infiltrációs kompozitgyártás

33/107

• Nagynyomású infiltrációs

kompozitgyártás elĘnye, hogy a mátrix és az erĘsítĘ szál közötti rossz

nedvesítés ellenére megfelelĘ minĘségĦ kompozit készíthetĘ.

• A rossz nedvesítést az olvadt fém

mátrix feletti védĘgáz nagy nyomásával helyettesítik.

(34)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Fémolvadék infiltráció

A folyamatos infiltrációs

kompozitgyártás technológiája

34/107

(35)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A porkohászati eljárás lépései

35/107

• A gyártás során tiszta vagy ötvözött port, és szintén por formájában jelenlévĘ erĘsítĘfázist kevernek össze.

• A keveréket megfelelĘen kialakított üreges szerszámban a kívánt alakra sajtolják.

• A sajtolás után az aránylag kis szilárdságú félkész terméket ellenĘrzött atmoszférájú kemencében szinterelik, hogy a részecskék között kötĘerĘ alakuljon ki.

• Esetleg másodlagos alakítási és/vagy hĘkezelési mĦveleteket végeznek.

(36)

Porkohászat

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A porkohászati kompozitgyártás

36/107

Alapanyagok összekeverése

Préselés Színterelés Másodlagos kezelés(ek)

(37)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A porkohászati kompozitgyártás el Ę nyei

37/107

Kiküszöböli vagy minimalizálja a gépi megmunkálást, csökkenti az anyagveszteséget

LehetĘséget ad az ötvezetek széles skálájának elĘállítására

Jó felületi minĘséget biztosít

Olyan anyagokat hoz létre, amelyek hĘkezelhetĘek a nagyobb szilárdság és kopásállóság elérése érdekében

A kialakuló porozitás szabályozható

Lehetséges olyan összetett vagy egyedi alakkal rendelkezĘalkatrészek gyártása, amelyre más fémfeldolgozó eljárásokkal nincs lehetĘség

Nagy biztonsággal alkalmazható olyan alkatrészek anyagaként, amelyek kritikus mĦködési feltételek mellett üzemelnek

(38)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Porkohászati kompozitok

38/107

• Tóriumozott wolfrám: W+néhány százalék ThO

2

n Ę a huzal melegszilárdsága, nagyobb az elektronemisszió.

• Elektromos érintkez Ę k anyagai: jó h Ę - és elektromos vezet Ę – képesség, kopással szembeni ellenállóképesség és az

ívképz Ę désre való kis hajlam. Például Ag-C, Cu-W és W-Ag kompozitok.

• Nikkel alapú ötvözetek: oxidok adagolásával érik el a mechanikai

er Ę sítést.

(39)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Porkohászati kompozitok

39/107

• Diszperziós nukleáris fĦtĘanyagok: ilyen anyagok például az alumínium mátrixba ágyazott hasadóképes urán kompozitok. A mátrix elĘsegíti a mozgathatóságot, javítja a korrózióval szembeni ellenállást, stb.

• Szerszámalapanyag: Viszonylag alacsony a mátrixfém mennyisége, szerepe fĘként a keményfém részecskék összekötésében, illetve a hĘátadás elĘsegítésében van. ElsĘsorban szerszámok alapanyagai (Co+WC).

• Al/SiC kompozit: Nagy szilárdsággal, kis tömeggel rendelkeznek, ellenállóak a korrózióval szemben és magas az elektromos- és a hĘvezetĘképességük.

(40)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Az alapanyag por méreteloszlása

40/107

(41)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Az alapanyag por további tulajdonságai

41/107

• A por töltĘsĦrĦsége az egységnyi térfogatú ömlesztett (nem tömörített) fémpor tömege. Tulajdonképpen a porrészecskék elrendezĘdési sĦrĦségét fejezi ki, az anyag sĦrĦsége és a tényleges térkitöltés határozzák meg.

Mértékegysége: g/cm3.

• Kifolyási idĘ (függ a szemcsenagyság-eloszlástól, a szemcsék alakjától, a súrlódási tényezĘtĘl és az adszorbeált nedvességtartalomtól).

Mértékegysége: s.

• Sajtolhatóság (szemcseméret, fajlagos felület, kisebb és nagyobb méretĦ részecskéket egyaránt tartalmazó fémpor rendszerint jól sajtolható)

(42)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Az alapanyag por el Ę készítése

42/107

Ha a fémpor szemnagyság eloszlása sem megfelelĘ, akkor szitálással frakciókra bontják, majd ezeket a különbözĘfrakciójú fémporokat a kívánt arányban ismét elegyítik.

A porokat a keverés elĘtt gyakran a belsĘfeszültségek, az elnyelt gázok és a felületi oxidréteg eltávolítása céljából redukáló atmoszféra alatt (~400 °C-on) izzítják.

A fémporokat a sajtolás elĘtt a sajtolást könnyítĘadalékokkal (pl. sztearinsav, glikol, glicerin, cinksztearát, paraffin, benzines kámfor, stb.) keverik.

A por alapanyag keverését száraz vagy nedves eljárásokkal lehet elvégezni. A keverés idĘtartama az egyes alkotók jellemzĘitĘl függ. Általában tapasztalati úton határozzák meg, néhány perctĘl 24 óráig is tarthat.

A folyékony közegben végzett keverés jobb eredményt ad, ugyanis a folyadék, pl.

alkohol, desztillált víz, glicerin felületi feszültsége gátolja a szemcsék összeállását (agglomerálódását), csomósodását.

(43)

Az adagolandó por (m) tömege:

ρ : a porkeverék s Ħ r Ħ sége tömör állapotban, g/cm

3

V: a kész munkadarab térfogata,cm

3

S: az el Ę írt porozitás mértéke,

K: a sajtolási és a szinterelési súlyveszteségeket magában foglaló tényez Ę , melynek értéke 1.03-1.06 között változik.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Az adagolandó por

mennyiségének kiszámítása

43/107

( 1 S ) K

V

m = ρ −

(44)

A ρ additív szabály szerint határozható meg, két összetev Ę b Ę l álló porkeverék esetén:

ρ

1

és ρ

2

a porkeveréket alkotó tömör anyagok s Ħ r Ħ sége, g/cm

3

m

1

és m

2

az els Ę és második fázis mennyisége, tömegszázalékban.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A porkeverék s Ħ r Ħ ségének kiszámítása

44/107

2 2 1

1

2 1

m m ρ ρ

ρ ρ ρ

+

= +

(45)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Sajtolási módszerek

45/107

Sajtolás egyoldalú nyomás

alkalmazásával

Sajtolás kétoldali nyomás

alkalmazásával

Változó magasságú, bonyolult szerkezetĦ munkadarabok

sajtolása

Hidrosztatikus

(46)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Sajtolás

46/107

Töltés Sajtolás Termék eltávolítása

(47)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A sajtolás technológiája

47/107

(48)

Sajtolás elĘtt a préselendĘ port

rézfóliákból kivágott kerek lapokkal öt egyenlĘ részre osztották.

Tömörségben mutatkozó különbség oka: a szemcsék és a matrica fala között fellépĘ súrlódási erĘ.

Az egyirányú sajtolással elĘállított henger tömörségének változása a henger hosszmetszete mentén.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A porkeverék tömörsége sajtolás után

48/107

(49)

SĦrĦg

Illeszkedései szakasz

Deformációs szakasz

Nyomás

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A sajtolás szakaszai

49/107

(50)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A szemcsék viselkedése sajtolás során

50/107

• A sajtolás kezdetén a porkeverék szemcséi között sok olyan helyzetĦ van, amely kis nyomásértékek mellett, kis súrlódási erĘ legyĘzése árán a

hézagokba tud illeszkedni.

• A növekvĘ nyomás hatására a szemcsék deformálódnak, a hézagok

összeroppanak. A szemcsék között tiszta fémes érintkezés jön létre, mely megfelelĘ fajlagos nyomás esetén atomi kötéssé alakul.

• Nagyon magas sajtolónyomás esetén fokozódik a részecskék alakváltozása és erĘs keményedés lép fel.

(51)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A sajtolási nyomás hatása az anyag s Ħ r Ħ ségére

51/107

(52)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A sajtolt próbatestek színterelése

52/107

Az anyagszerkezet olyan célszerĦ megváltozása, amely révén az anyag jobb mechanikai és fizikai tulajdonságai jönnek létre.

A különálló porrészecskék keverékébĘl az öntött fémek szerkezetéhez hasonló tömör szemcse- vagy kristály konglomerátum elĘállítása.

A szinterelés hĘmérsékletére történĘ felfĦtés

HĘntartás

LehĦtés

A színterelés célja:

A színterelés lépései:

(53)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A színterelés közben lejátszódó folyamatok

53/107

Az atomok mozgási energiájának növelése a hĘmérséklet növelésével

A porrészecskék érintkezési felületének növelése a porkeverék részleges megolvadásával, illetve a szemcsefelületek meglágyításával

A sajtolás során keletkezĘ maradó mechanikai feszültségek kiegyenlítése

Szemcsenövekedéses újrakristályosodás

A szemcsék alakjának, helyének megváltoztatásával a porozitás csökkentése

A felületi oxidok redukálása

Az adszorbeált és kötött nedvességtartalom és az adszorbeált gázok eltávolítása

(54)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A színterelés típusai

54/107

• Szilárd fázisú szinterelés: a munkadarabban nem képz Ę dik

folyékony fázis, minden alkotó szilárd halmazállapotban marad.

• Folyékony fázisú szinterelés: A munkadarabban a szinterelés

h Ę mérsékletén folyékony fázis keletkezik (pl. eutektikum), amely

csak olyan mérték Ħ lehet, amely mellett a munkadarab sajtolás

által megadott alakja nem változik meg.

(55)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A szilárd fázisú színterelés

55/107

(56)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Bevonattal ellátott részecskék színterelése

56/107

(57)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A színterel Ę kemencék kialakítása

57/107

• Az alkalmazott véd Ę gáz-atmoszféra

• A szinterelés h Ę mérséklete, h Ę ntartási id Ę , h Ħ tési viszonyok

• A munkadarab alakja, mérete és anyaga

A szinterel Ę kemencék szerkezeti kialakítása az alkalmazott

technológiától és a gyártási paraméterekt Ę l függ:

(58)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Színterel Ę kemencék

58/107

(59)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Szakaszos üzem Ħ kemencében történ Ę színterelés

59/107

(60)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Folyamatos üzem Ħ kemencében történ Ę színterelés

60/107

(61)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Vákuum kemencében történ Ę színterelés

61/107

(62)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A véd Ę gázokkal szemben támasztott követelmények

62/107

• Adott szinterelési hĘmérsékleten a felületen található oxidokat redukálja

• Ne szennyezze a munkadarabot és ne lépjen vele nemkívánatos reakcióba

• Ne változtassa meg kedvezĘtlenül a munkadarab kémiai összetételét

• A levegĘvel lehetĘleg ne alkosson robbanókeveréket

• Környezetbarát és gazdaságos legyen

(63)

A hidrogén alkalmazását számos el Ę nye ellenére költségessége és f Ę ként nagy térfogatú kemencék esetében robbanásveszélyessége korlátozza. A véd Ę gázként alkalmazott hidrogéngázt gondosan tisztítani és szárítani kell. Ebb Ę l a célból el Ę ször 500-550 °C-ra hevített rézforgácson (amely felületén az O

2

-t katalitikusan vízg Ę zzé égeti), darabos kálilúgon (amely leköti a CO

2

és a vízg Ę z egy részét) és foszforpentoxidon (amely leköti a vízg Ę z utolsó nyomait) vezetik keresztül.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Színterelés hidrogén atmoszférában

63/107

(64)

A nagy tisztaságú nitrogén nagyon alkalmasnak bizonyul a porkohászati alumínium alkatrészek szinterelésére, mert megfelel Ę mennyiségben áll rendelkezésre és mérsékeltek a költségei.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Színterelés nitrogén atmoszférában

64/107

(65)

Els Ę sorban bronz és sárgaréz ill. alumínium szinterelésére. Nem igényel különleges kezelést, el Ę állítás során nem szennyez Ę dik oxigénnel és

vízg Ę zzel, így nem igényel szárítást és tisztítást sem. A felhasznált

ammónia-gáz minimum 99,99%-os tisztaságú. A folyékony ammóniát egy erre a célra szolgáló berendezésben 954

°

C-on katalizátorral (Al

2

O

3

)

érintkezésbe hozva bontják alkotóira. Az eljárás végén 75% hidrogén gáz és 25% nitrogéngáz fejl Ę dik. A disszociált ammóniában történ Ę

szinterelés hatékonysága hasonló a nitrogén-gázos szintereléshez.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Színterelés disszociált ammónia atmoszférában

65/107

(66)

A vákuum alkalmazása azért elĘnyös, mert így a szinterelési hĘmérséklet más atmoszférákhoz (nitrogénhez, disszociált ammóniához) képest körülbelül 10-15 °C- kal kisebb. Így kisebb a lehetĘsége a munkadarabok megolvadásának, ezáltal elkerülhetĘ a torzulás.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Színterelés vákuumban

66/107

(67)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A színterelés eredménye

67/107

• A porkohászati úton elĘállított anyagok fizikai és mechanikai tulajdonságainak javulása a szinterelés hatására következik be.

• Szinterelés közben az anyag térfogata csökken, így a sĦrĦség

növekedésével nagymértékben javul a porózus anyag szilárdsága.

(68)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A színterelés közben lejátszódó alapfolyamatok

68/107

• A részecskék összekapcsolódása kohéziós kötés révén

• Az eredetileg szabálytalan alakú pórusok gömb alakúvá válása

• A szinterelés közben bekövetkezĘ méretváltozás a zsugorodás (esetleg duzzadás).

(69)

A szemcsék atomjai a h Ę mérséklet növekedésének hatására az érintkez Ę felületek felé kezdenek vándorolni, az atomok helyváltoztatása többféle módon történhet:

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Az atomok helyváltoztatása színterelés közben

69/107

• felületi diffúzióval

• térfogati diffúzióval

• párolgás és kondenzáció révén

• viszkózus folyás révén.

(70)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Az atomok helyváltoztatása a h Ę mérséklet függvényben

70/107

• A felületi diffúzió kis és közepes hĘmérsékleteken játszik szerepet, a vakanciák közvetítésével megy végbe. Az idĘ elĘrehaladtával szerepe csökken, mert a rácstorzulások, és így a vakanciák száma is csökken.

• Nagy színterelési hĘmérsékleten a térfogati diffúzió hatása érvényesül.

• A hĘmérséklet növelésével a szemcsék mechanikai szilárdsága csökken.

A már képlékeny részecskék felületén fellépĘ mechanikai feszültség elĘsegíti a pórosok kitöltĘdését (viszkózus folyás).

(71)

Az atomok mozgékonysága azzal a sebességgel jellemezhetĘ, amellyel egyensúlyi helyzetüket elhagyják (V):

ahol

a: anyagállandó,

Q: az adott egyensúlyi helyzetbĘl az atom kimozdításához szükséges aktiválási energia,

R: gázállandó,

T: abszolút hĘmérséklet.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Az atomok mozgékonysága

71/107

¸¹

¨ ·

©

§

=

RT

Q

ae

V

(72)

A szinterelt alumínium próbadarabok méretváltozását (ezáltal s Ħ r Ħ ségét) befolyásolja:

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A darab méretének változása színterelés közben

72/107

• Az anyag sajtolás után kialakuló tömörsége

• A színterelés atmoszférája

• A színterelés hĘmérséklete

• A védĘgáz tisztasága

(73)

A sajtolás utáni sĦrĦségnek és az alkalmazott

atmoszférának

hatása a szinterelt mintadarabok

méretére

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

A darab méretének változása színterelés közben

73/107

disszociált ammónia vákuum

nitrogén

(74)

A bonyolult alakú, összetett munkadarabok gyártása során szükség lehet a termék további kezelésére.

A mechanikus megmunkálással (köszörülés, marás, forgácsolás, darabolás) a végtermék geometriája alakítható ki.

A szinterelt darab ismételt hĘkezelése különbözĘ célokat szolgálhat:

Bevezetés a fémkompozitok világába.

A fémkompozitok gyártási technológiái.

• A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászat

Másodlagos megmunkálási m Ħ veletek

74/107

Kalibrálás (méretpontosítás)

Korrózió elleni védelem

Olajos telítés (önkenĘ csapágyak esetén)

Alkatrészek összekapcsolása

(75)

3. A fémkompozitok vizsgálatai

(76)

(a) (b)

Az alumínium mátrix por méretének hatása az SiC erĘsítĘfázis “csoportosulására”

melegen préselt kompozitok esetén. (a) 10-15 µm Al mátrix, (b) 40-50 µm Al por mátrix

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Az er Ę sít Ę fázis csoportosulása

76/107

(77)

N A N ) r (

H i

i

=

Ai: az „i” kör területe

Ni: az „i” körbe esĘrészecskék száma

A: a látómezĘterülete

Tipikus sugár menti eloszlás függvény

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Az er Ę sít Ę fázis

csoportosulásának jellemzése

77/107

(78)

Mikroszerkezet: préselt, 30 percig, 595

°

C-on, nitrogén atmoszfárában színterelt, majd szabályozatlan módon h Ħ tött alumínium ötvözet. A szabálytalan alakú szemcsék között látható sötét területek a pórusok.

Al-4.4Cu-0.8Si0.4Mg ötvözet (M= 100x)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászati úton el Ę állított

kompozit tulajdonságai

78/107

(79)

A színterelt anyagot gyakran, a vastagság csökkentésének céljából, kovácsolják vagy hengerlik. A alakításnak a szövetszerkezetre gyakorolt hatása: Al-1.0Mg-0.6Si-0.25Cu alumínium ötvözetet préselés után 620 °C-on színterelték, majd különbözĘ mértékben alakították.

(a) színterelt (b) 25% (c ) 50%

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászati úton el Ę állított

kompozit tulajdonságai

79/107

(80)

Az erĘsítés már 1 térfogat%-nál nagyobb mennyiség, 1µm–nél nagyobb méretĦ erĘsítĘfázis alkalmazása esetén is megnyilvánul a diszlokációk mozgásának akadályozása révén.

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Porkohászati úton el Ę állított kompozit mechanikai

tulajdonságai

80/107

Az alapanyag szemcséi közötti kohéziós kötés erĘssége

A porozitás nagysága

Az erĘsítĘfázis mennyisége, mérete, alakja és a részecskék érintkezĘ felületein kialakuló kötések minĘsége

(81)

Elektronmikroszkópos felvétel, Al mátrixú kompozit

20 % 250µm SiC tartalmú Optikai mikroszkópos felvétel,

Al mátrixú kompozit 20 % 250µm SiC tartalmú

porkohászati öntött

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

A porkohászati és az öntéssel elĘállítított SiC/Al kompozitok összehasonlítása

Mikroszerkezet

81/107

(82)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

A porkohászati és az öntéssel elĘállítított SiC/Al kompozitok összehasonlítása

Szilárdsági jellemz Ę k

82/107

(83)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

A porkohászati és az öntéssel elĘállítított SiC/Al kompozitok összehasonlítása

Szilárdsági jellemz Ę k

83/107

• Ez magyarázható a diszlokációk elrendez Ę désének és s Ħ r Ħ ségének hasonlóságával, de figyelembe kell venni az Al és SiC részecskék között kialakult kötések er Ę sségét is.

• Nincs különbség a szilárdsági értékekben az öntött és porkohászati fémmátrixú kompozitok között, ha a mátrix és az er Ę sítés között kialakuló kötés megegyezik a különböz Ę eljárásokkal el Ę állított kompozitokban.

Ha az erĘsítĘrészecskék mérete, mennyisége és eloszlása ugyanolyan az olvasztott és az öntött kompozitban, akkor nem térnek el jelentĘsen a szilárdsági mérĘszámaik.

(84)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

Al/SiC p el Ę állítására PM technológiával

84/107

• Mátrix: Al-por 99,5%-os tisztaságú, névleges szemcsenagysága: 160 µm.

• Er Ę sít Ę fázis: SiC,

• névleges szemcsenagysága:

• 7 µm (P 800)

• 15 µm (P 500)

• 125 µm (P 220)

• Er Ę sít Ę fázis mennyisége:

5-15 súly%

• Alkalmazott ken Ę anyag (0,15%):

Cink-sztearát

(85)

A porkeverék betöltése a szerszámüregbe.

A porkeverék beszórásának megkönnyítése érdekében a sajtolószerszám ürege fölé tölcsért helyezve. A porkeverék töltésekor gondosan kell ügyelni arra, hogy egyenletesen legyen beszórva a szerszámüregbe és felszíne vízszintes és egyenletes

legyen.

A szerszám üreg feltöltése után a felsĘ nyomólap terhelése következik, max. 130 kN nyomásig, ahol néhány másodpercig terhelés alatt tartjuk a próbatestet.

Végül a felsĘ nyomófejjel a matricát együttesen kiemelve a szerszámból, majd kisajtolási helyzetbe fordítva kis nyomóerĘ alkalmazásával a próbadarab eltávolítása következik.

A próbatest eltávolításakor a matricát a piros nyíl jelölte felületre kell helyezni

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

Al/SiC p el Ę állítására PM technológiával

85/107

(86)

A sajtolás után színterelés:

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

Al/SiC p el Ę állítására PM technológiával

86/107

• 580 °C-on

• N2 véd Ę gázban, cs Ę kemencében

• Dilatométeres vizsgálatok

• S Ħ r Ħ ségmérés

• Mikroszerkezet (kerámia/fém határfelület) vizsgálata (pásztázó elektron mikroszkóppal)

• Fénymikroszkóppal a porozitás vizsgálata

(87)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

Dilatométeres vizsgálatok

87/107

(88)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

Dilatométeres vizsgálatok

88/107

7 µm (P 800) 15 µm (P 500) 125 µm (P 220)

(89)

ahol:

ρ

f

: a mér Ę folyadék s Ħ r Ħ sége m

1

: az üres piknométer tömege

m

2

: a piknométer és a meghatározandó anyag együttes tömege m

3

: a piknométer, a mér Ę folyadék és a meghatározandó anyag együttes tömege

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

S Ħ r Ħ ségmérés

89/107

f 3 1

2 4

1 2

m m

m m

m

m ρ

ρ + − −

= −

(90)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

A porozitás vizsgálata optikai mikroszkóppal

90/107

(91)

A hidrogén atmoszférában színterelt próbatest porozitása a vizsgált síkmetszeten

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

A porozitás térkép felvétele

91/107

(92)

A nitrogén atmoszférában színterelt próbatest porozitása a vizsgált síkmetszeten

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 1.

A porozitás térkép felvétele

92/107

(93)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 2.

Al/SiC p el Ę állítása PM technológiával

93/107

(94)

Leica Quantimet 550 Image Workstation

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 2.

Az el Ę állított kompozit vizsgálata

94/107

• Dilatométeres vizsgálatok

• SĦrĦségmérés

• Kerámia/fém határfelület vizsgálata pásztázó elektron mikroszkóppal és röntgen- diffrakcióval

• Fénymikroszkóppal a porozitás vizsgálata

• Fénymikroszkóppal a kerámia részecskék eloszlásának jellemzése

(95)

Cu Ni

Alumínium alapanyagú - SiC(Cu) részecskékkel erĘsített kompozit

Alumínium alapanyagú - SiC(Ni) részecskékkel erĘsített kompozit

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 2.

Al/SiC p kompozit

szövetszerkezetének jellemzése

95/107

(96)

Al/SiC határfelület jellemzése, SEM

640 0C 6 óra

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 2.

A határfelület jellemzése

96/107

(97)

640 0C-on, 6 óra alatt

Al4Si2C5 vegyület keletkezett

Al/SiC határfelület jellemzése, röntgen- diffrakció

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 2.

A határfelület jellemzése

97/107

(98)

Metallosztatikus fém infiltráció: olvadt alumíniummal

vegyszeresen (K2ZrF6, ill. K2TiF6) kezelt karbon szál átitatása

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 3.

Al/C f kompozit el Ę állítása

98/107

(99)

A karbon szálak felületkezelése:

K2ZrF6, ill. K2TiF6 vizes oldata segítségével a karbon pászma átitatása

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 3.

Al/C f kompozit el Ę állítása

99/107

(100)

N=5oox N=250x

Tömör kompozitról készült mikroszkópos felvétel

Al-mag Öntött Al - réteg

Felületkezelt karbon szállal elĘállított kompozit

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 3.

Al/C f kompozit el Ę állítása

100/107

(101)

Bevezetés a fémkompozitok világába.

• A fémkompozitok gyártási technológiái.

A fémkompozitok vizsgálatai.

Gyakorlati feladat 3.

Al/C f kompozit el Ę állítása

101/107

Kezeletlen K2ZrF6 – al kezelt

Kezeletlen és kezelt (Al-Al2Cu)/C/(K2ZrF6 )f kompozit SEM felvételei

Hivatkozások

KAPCSOLÓDÓ DOKUMENTUMOK

tanévben az általános iskolai tanulók száma 741,5 ezer fő, az érintett korosztály fogyásából adódóan 3800 fővel kevesebb, mint egy évvel korábban.. Az

A párhuzam a csabai szlovákság és az erdélyi magyarság között nem feltét- lenül jogos, mert a szlovákság itt harmadfélszáz éve él, a Magyar Alföldön a felvidéki

Egy részük azért tartja hatékonyabbnak az írásbeli ellenőrzést, mert gyenge a tanulók szóbeli kifejező képessége; más részük viszont úgy véli, hogy azért tudnak a

Legyen szabad reménylenünk (Waldapfel bizonyára velem tart), hogy ez a felfogás meg fog változni, De nagyon szükségesnek tar- tanám ehhez, hogy az Altalános Utasítások, melyhez

Az akciókutatás korai időszakában megindult társadalmi tanuláshoz képest a szervezeti tanulás lényege, hogy a szervezet tagjainak olyan társas tanulása zajlik, ami nem

Az olyan tartalmak, amelyek ugyan számos vita tárgyát képezik, de a multikulturális pedagógia alapvető alkotóelemei, mint például a kölcsönösség, az interakció, a

Nagy József, Józsa Krisztián, Vidákovich Tibor és Fazekasné Fenyvesi Margit (2004): Az elemi alapkész- ségek fejlődése 4–8 éves életkorban. Mozaik

táblázat: Az innovációs index, szervezeti tanulási kapacitás és fejlődési mutató korrelációs mátrixa intézménytí- pus szerinti bontásban (Pearson korrelációs