Dr.Krállics György

krallics@eik.bme.hu

Miskolci Egyetem

Műszaki Anyagtudományi Kar

Anyagtudományi Intézet

Fémek képlékeny alakítása 1.

Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti

változások

Fémtechnológiák

2

Az előadás során megismerjük

• az alakítástechnológia rendszerszemléletű

tárgyalását;

• a feszültségek, alakváltozások szerepét;

• az anyagjellemzőket és meghatározási

módszereiket;

• az alakítás közbeni anyagszerkezeti

változásokat.

3

Az alakítási folyamat

rendszerszemléletű áttekintése

1

2

2

4 3

5

6

7

Süllyesztékes kovácsolás rendszere

1. Kiinduló darab; 2. Szerszám; 3. Érintkező felületek;

4. Deformációs mechanizmusok; 5. Alakító gép;

6. Késztermék; 7. Környezet.

4

A képlékeny alakítás rendszerszemléletű tárgyalása a folyamat változóinak

a termék minőségére, valamint a folyamat gazdaságosságára gyakorolt

hatásának analízisét jelenti.

Anyagi paraméterek

Egy adott anyagminőség és termomechanikai történet (mikroszerkezet)

esetén, az alakítási szilárdság, az alakíthatóság és ezek irányfüggése

(anizotrópia) a képlékenyalakító folyamat legfontosabb anyagi változói.

Szerszám és alakítógép

Az adott technológiai folyamathoz tartozó alakító gép választását befolyásolja

az előírt pontosság, a gép jelleggörbéje, a környezeti hatások.

Súrlódás

Az érintkező felületek kölcsönhatása bonyolult jelenség. A mennyiségi

jellemzésre a súrlódási tényezőt használják, amelyet speciális vizsgálatokkal

lehet meghatározni.

Alakváltozási folyamat

Alakítási technológiánál a munkadarab képlékeny alakváltozás során nyeri el

a kívánt alakot. A fém áramlását leginkább befolyásoló tényezők: a szerszám

geometriája, a súrlódási viszonyok, az alakítandó anyag mechanikai

jellemzői, a hőmérséklet eloszlása az alakváltozás zónájában.

5

Alapfogalmak

• Képlékenyalakító technológiák célja

Alakadás, tulajdonságok szabályozása

• Termo-mechanikai eljárás

Hidegalakítás ... T/Tolv < 0,3 Félmeleg alakítás ... 0,3 < T/Tolv < 0,5

Melegalakítás ... T/Tolv > 0,6

• Szükséges anyagjellemzők

Alakítási szilárdság, alakíthatóság

6

Alakadás

Kezdeti állapot Végső állapot

Alsó szerszámfél

Felső szerszámfél

Munkadarab

7

Tulajdonságok szabályozása

Alakváltozás

eloszlás

Hőmérséklet

eloszlás

Az anyagáramlás és a hőmérséklet hatása

8

Alakváltozások

232

2

31

2

21

321

000

3

2

,ln,ln,ln

c

c

b

b

a

azyx

a0 b0

c0

a b

c

x

y

z

x

y

z

1

2

3

0 0

0 0

0 0

φ

Egyenértékű alakváltozás

9

Feszültségek

3

2

1

333231

232221

131211

00

00

00

2 2 2

1 2 1 3 2 3

0,2

1

2

rugalmas alakváltozás

, , képlékeny alakváltozás

p

f

R

k T

Folyási feltétel

Főfeszültségek

Egyenértékű feszültség

Egyenértékű alakváltozási sebesség

hőmérséklet

Feszültség tenzor

folyási felület

e

ijp

ij

10

Feszültség-alakváltozás kapcsolat

Lineárisan rugalmas

Nem-lineárisan rugalmas Rugalmas - képlékeny

Merev - ideálisan képlékeny

11

Hidegalakítás, melegalakítás

• Rekrisztallizácó szerepe (Trek)

Hidegalakítás < Trek , Melegalakítás > Trek

• Hidegalakítás jellemzői

Keményedés, alakváltozási képesség fokozatos kimerülése, szemcsék megnyúlása, diszlokáció sűrűség növekedése. Méretpontosabb termék, jobb felületi minőség, nagyobb fajlagos szerszámterhelés. A nagymértékű hidegalakítás texturát eredményez.

• Melegalakítás jellemzői

Lágyulási folyamatok (megújulás, rekrisztallizáció) zajlanak, az alakváltozási képesség kevésbé korlátozott, a mikro-szerkezet változik. Öntött struktúra átalakítása. Kevésbé méretpontos termékek, rosszabb felületi minőség, hőterhelés, kisebb fajlagos mechanikai terhelés.

12

Statikus és dinamikus rekrisztallizáció

Statikus : az alakítás és

hőhatás folyamata

(rekrisztallizáció) elválik

egymástól.

Dinamikus: az alakítás és

a hőhatás folyamata

(rekrisztallizáció) együtt

valósul meg.

A megújulás, poligonizáció és

rekrisztallizáció alacsonyabb

hőmérsékleten és intenzíveb-

ben megy végbe.

13

t0krit

III.

II. I.

Alakváltozás ()

Feszültség (t)

egykristály

polikristály

Egykristály és polikristály

feszültség–alakváltozás görbéje

tt Gb 0

t0 – kezdeti folyási

feszültség

– konstans (0,3-0,6)

b – Burgers-vektor

abszolut értéke

G – csúsztató rugalmassági

modulusz

ρ – diszlokáció sűrűség

14

Anyagjellemzők

• Alakítási szilárdság (kf)

A képlékeny alakváltozás megindításához

majd fenntartásához szükséges feszültség

egytengelyű feszültségi állapotban.

• Alakíthatóság

Az alakváltozás azon mértéke, amelynél

az anyagban makroszkópikus károsodás (vagy

instabilitás) lép fel.

15

Alakítási szilárdság

h

v

h

h

d

Fk f

,ln,

4 0

2

h0 h

d0

d Ólom ötvözet

Al ötvözet

Acél

kf

r

z

alakváltozás

T=20 ºC F

v

2

0.2 1, cn

f f pk c k R c

Tn

Tm

ff Tkk

0

10

exp

16

Feszültség–alakváltozás görbe

melegalakításkor

100 %

c

εc

c c

x

σ

c c c

100 % x

98 % újrakristályosodás

98 % újrakristályosodás

σ c

c> x c < x

17

Mikroszerkezet változás

meleghengerléskor

18

Alakítási ellenállás

Alakítási ellenállás(k): az alakítás irányában kifejtett

külső erő okozta feszültség.

k

, ,fF f k k geometria

19

Alakíthatóság

kbat exp

fkk 321

t

0 1 -1

csavarás zömítés szakítás

törési határgörbe

k - feszültségállapot mutató

törési alakváltozás

A B

állandó

állandó

T

Kísérleti meghatározás

20

Surlódás, kenés

Rugalmas alakváltozás

Képlékeny alakváltozásT

N

Az érintkező felületeken fellépő érintő irányú T erő arányos

a felületeket összenyomó N erővel, és a felületek relatív

elmozdulásával ellentétes irányban hat.

Kenőanyagok szerepe: felületek elválasztása,

szerszámkopás csökkentése

τ = µq (Coulomb)

µ – surlódási tényező

q – lokális nyomás

Munkadarab

Szerszám

/ 3 (Kudo)fmkt

21

Stribeck diagram

v/q

0

száraz surlódás

vegyes surlódás

határ kenés

hidrodinamikus kenés

munkadarab

szerszám

kenő-

anyag

q

v

-viszkozitás

22

Szálirány 1

23

Szálirány 2

24

Szálirány 3

25

Textúra

A szilárd test részeinek egy külső koordináta-rendszerhez

viszonyított anizotróp (irányfüggő) elrendeződése.

A textúra mechanikai és kristálytani eredetű lehet.

A szemcsék orientációjának meghatározása:

Kc – egyedi szemcse lokális koordináta-rendszere (x, y, z)

Ks – makroszkopikus lemez koordináta-rendszere (hi, mi, ni)

',cos, jiijij xxgg g

26

{100} <010>

<001>

{110}

hengerlési irány

Kockatextúra Goss-textura

Speciális textúrák

Axiális textúra: a szemcsék elhelyezkedése olyan,

hogy egy adott iránnyal párhuzamosan helyezkednek el.

Rúdhúzás, dróthúzás tipikus szerkezete <uvw>

Mechanikai tulajdonságok irányfüggése

27

Hengerlési irány

izotrop anizotrop

M.t

M.t