Anyagismeret I.

Gépipari mérnökasszisztens képzés

I.évfolyam II. félév

Összeállította: Csizmazia Ferencné dr.

tananyag Óraszám

Anyagismeret, anyagtudomány, anyagvizsgálat. Anyagok felosztása, csoportosítása. Ipari anyagok. Az anyagok tulajdonságai. Az anyagkiválasztás alapja. Az anyag körforgása. Igénybevételek és azok jellemzése. Az anyag viselkedése a terhelés hatására.

4

Az anyagok tulajdonságai (hővezetés, hőtágulás, villamos vezetés, mágneses és optikai tulajdonságok.) Statikus mechanikai igénybevételek. Szakítóvizsgálat. A vizsgálat eredményét befolyásoló tényezők: állapothatározók.

6

Nyomó és hajlító vizsgálat. Keménységmérés 6

A törésmechanika alapfogalmai. Ütvehajlító vizsgálat, átmeneti hőmérséklet. Az ütőmunka valódi értékei. A K1C és a COD mérési lehetősége, információ tartalmának értelmezése. Technológia próbák.

4

A mechanikai hiszterézis. Az ismétlődő igénybevétel hatása. Fárasztóvizsgálat, Smith diagram, szerkezetek fárasztása. Kúszás és relaxáció.

6

Roncsolás mentes vizsgálatok: röntgen, izotóp, ultrahang, mágnesezhető poros vizsgálat, festékdiffúziós és vizuális eljárások. Mikro- és szubszerkezet. Felbontóképesség, mélységélesség, nagyítás. Mikroszkópok, spektrométer, mikroelemzés.

6

Az anyagok szerkezeti felépítése. Kötéstípusok. Halmazállapot. A rácsszerkezet, kristályszerkezet, az ideális kristály. Krisztallit, rácshibák. Az alakváltozások értelmezése. Az allotróp átalakulás. A leggyakoribb fémek: vas, alumínium, réz, cink, ólom, ón.

6

Ötvözet, rendszer, fázistípusok és tulajdonságaik, A diffúzió jelensége. A fázisszabály. A lehűlésgörbe. Az egyensúlyi diagram.

4

Különböző egyensúlyi diagramok, eutektikum, peritektikum, eutektoid. Korlátozott oldóképesség, allotróp átalakulás az egyensúlyi diagram alapján. Az emelőszabály.

6

Az Fe-Fe3C diagram. A fázisok és szövetelemek tulajdonságai. A képlékeny alakváltozás és az

újrakristályosodás folyamata.

6

Az Fe-C ikerdiagram. A kristályosodás és az átalakulás a metastabil és a stabil rendszerben. A Maurer és a Greiner-Klingenstein diagram. A vasötvözetek felosztása, tulajdonságaik

2

A képlékeny alakítás hatása a tulajdonságokra. Folyásgörbék, alakítási szilárdság és ellenállás. Hideg és meleg alakítás. Az alakítás hatása az anyagtulajdonságokra.

4

Anyagismeret, anyagtudomány, anyagvizsgálat

• Az anyagok tulajdonságaival, rendszerezésével, vizsgálatával foglalkozó tudomány

• Mi az anyag?

Az anyag

Az anyagot az ember nyeri ki a természetből és alakítja

olyanná, ami az igényeknek leginkább megfelel.

Az anyagok csoportosítása

• Az anyagok csoportosíthatók:Halmazállapot szerint

szilárd, folyékony, légnemű és plazma

Az anyagok csoportosításaHalmazállapotok

Az anyagok csoportosítása

• Eredet szerint szerves anyagok, polimerek

természetes eredetűek pl. gumi, fa, bőr stb.

mesterségesen előállított műanyagok

szervetlen fémek, kerámiák

Ipari anyagok, szerkezeti anyagok

Ipari anyagoknak vagy szerkezeti anyagoknak a technikailag hasznos tulajdonságú anyagokat nevezzük. Az ipari anyagok lehetnek:

FémekKerámiákPolimerekKompozitok

Az „ipari” anyagok relatív fontossága

A szerkezeti anyagok kiválasztása

A termékek előállításához az anyagokat a megfelelő műszaki funkcióhoz célzottan kell kiválasztani, azaz optimális módon figyelembe véve:

Az anyag és energia felhasználást Minőséget Megbízhatóságot Gazdaságosságot Élettartamot Környezetvédelmi követelményeket

Az anyagkiválasztás feltétele

tulajdonság

saját járulékos

tervezésMechanikai

tulajdonságok pl. Keménység, szilárdság

Nem mechanikai pl. hőtágulás

Felületi tulajdonságok

Ár és alkalmasság

gyárthatóság

Megjelenés, szerkezet

Autó karosszéria anyagok(fémek)

• acél • alumínium

Autó karosszéria anyagok(nem fémes anyagok)

• Fém vázon kompozit

Autó karosszéria anyagok(nem fémes anyagok)

• Kompozit

Az anyag körforgása

Bányászat

nyersanyagok

Eljárás technikai módszerekkel pl. kohászat stb. szerkezeti anyag

• Föld, földkéreg• (ércek,

természetes anyagok, szén kőolaj, földgáz stb)

Tervezés, gyártás

TERMÉK

Üzemeltetés, használat

Elhasználódás, hulladék, szemét

recycling

• A termékek feladatuk teljesítése után hulladékká válnak.

• A hulladékot kezelni kell. Ez lehet:Újrafeldolgozás, újrahasznosításMegsemmisítésÁrtalmatlanítás

• Végleges elhelyezés

ANYAGVIZSGÁLAT

Az anyagvizsgálat célja

Az ipar és a technika fejlődése megkívánja, hogy a gyártási folyamatok során felhasznált anyagokról minél teljesebb ismereteink legyenek. Ez a felhasználandó anyagok alapvető tulajdonságainak meghatározásán kívül, a szerkezetekbe beépített anyagok várható viselkedésének, állapotának a meghatározását is jelenti.

Az anyagvizsgálat feladata

az anyagokról olyan adatokat szolgáltatni a gyártó, a felhasználó részére, amelyek lehetővé teszik annak eldöntését, hogy :

az adott anyag az adott feladatra megfelel-e? (szilárdság, alakíthatóság stb.)

adott felhasználási célra melyik anyag felel meg (anyag kiválasztás)

Az anyagvizsgálat feladata

feleletet adni arra, hogy az alapanyagok, vagy kész termékek tartalmaznak-e folytonossági hiányokat, hibákat.

A használat során károsodott alkatrészek, szerkezetek károsodási okainak felderítése.(kárelemzés)

Az anyagvizsgálati módszerek felosztása

Az anyagvizsgálati módszerekkel ellenőrizhetjük:• a szilárd halmazállapotú anyagok tulajdonságait pl.

keménység, szakítószilárdság stb.• a folyékony halmazállapotú anyagok tulajdonságait

pl. viszkozitás, lobbanáspont stb.• a gáz halmazállapotú anyagok tulajdonságait pl.

füstgáz elemzés

Az anyagvizsgálati módszerek felosztása

A vizsgálatok csoportosíthatók az igénybevétel típusa szerint:

statikus, ha az igénybevétel időben állandó, vagy csak igen lassan, egyenletesen változik,

dinamikus , ha a terhelés időben változik, hirtelen, ütésszerű, lökésszerű pl. motorok indítása, ütközés stb.

Ismételt igénybevétel (fárasztó), ha az igénybevétel időben változik, és sokszor ismétlődik.

Az anyagvizsgálati módszerek felosztása

A vizsgált minta a vizsgálat hatására tönkremegy vagy nem

roncsolásosroncsolás mentes.

Az anyagvizsgálati eljárások főbb területei:

(a legtöbb esetben roncsolással)• Kémiai vizsgálat. Legfontosabb feladata az anyagok vegyi

összetételének megállapítása, de ide tartoznak a korróziós vizsgálatok is.

• Fizikai vizsgálatok. Célja az anyagok fizikai jellemzőinek pl. villamos vezetőképesség, villamos ellenállás, mágneses tulajdonságok hőtágulás, fajhő stb. meghatározása

• Fémtani vizsgálatok. Az anyagok szövetszerkezetének, szemcsenagyságának, a zárványosság mértékének stb. meghatározását jelenti.

Az anyagvizsgálati eljárások főbb területei:

• Szilárdsági vizsgálatok. Egyszerű mechanikai igénybevételekkel szembeni ellenállás megállapítása a cél.

• Technológiai vizsgálatok. Legtöbb esetben az adott feldolgozási technológiára való alkalmasság eldöntése a cél

• Roncsolás mentes vizsgálatok

Az igénybevételek jellemzése (1)

• Az igénybevétel hatása szerinti felosztás:– Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek– A felületre ható igénybevételek

• Az igénybevétel időbeli lefolyása szerinti felosztás:– Statikus– Dinamikus, lökésszerű– Ismétlődő, fárasztó– Az előbbi három kombinációja

Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek

• Húzó

• Nyomó

• Hajlító

• Nyíró

• Csavaró Hajlítás

HúzásCsavarás

A felületre ható igénybevételek

• Hő

• Vegyi

• Elektrokémiai

• Áramló közeg

• Koptató

• Sugárzás

• Biológiai

Forgatás

Szorító erő

Kopás

Az igénybevétel az időbeli változása alapján lehet:

statikus, ha az igénybevétel időben állandó, vagy csak igen lassan, egyenletesen változik,

dinamikus , ha a terhelés időben változik, hirtelen, ütésszerű, lökésszerű pl. motorok indítása, ütközés stb.

fárasztó, ha az igénybevétel időben változik, és sokszor ismétlődik.

Az igénybevétel időbeli lefolyása

• Statikus

• Dinamikus

• Ismétlődő,

fárasztó

• Az előbbi

három

kombinációja

A szerkezeti anyagok viselkedése az igénybevételekkel szemben

• A szerkezeti anyagok legfontosabb tulajdonsága, hogy ellenállnak a külső igénybevételekkel szemben, tehát a terhelhetők.

• Az igénybevételek összetettek és különbözőek. A szilárdsági számítások során ezeket az összetett igénybevételeket jól definiálható alapesetekre un. egyszerű igénybevételekre vezetjük vissza, és ezek szuperpozíciójaként értelmezzük a szerkezet terhelését.

Egyszerű igénybevételek

• húzás, nyomás, hajlítás, csavarás és nyírás.

• Az igénybevétel számszerű értéke a felület egységre ható erő, a feszültség. Ha a feszültség a felület elemre merőleges, normál ( ) feszültségről, ha a felület síkjában hat, csúsztató () feszültségről beszélünk. Mértékegysége : N/mm2 vagy MPa, azaz MN/m2

Az anyag viselkedése terhelés hatására

Az anyagok lehetnek:

• szívósak,

• képlékenyek és • ridegek.

Szívós vagy képlékeny anyag

a törést jelentős nagyságú maradó alakváltozás előzi meg, ami sok energiát emészt fel. A töretfelület szakadozott, tompa fényű

Rideg, nem képlékeny törés

A rideg, nem képlékeny törés esetében a törést nagyon kicsi vagy semmi maradó alakváltozás sem előzi meg, és a repedés kialakulása után viszonylag kevés energiát kell befektetni az anyag eltöréséhez.