KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: Szerkezeti anyagok
22. lecke: Nem vas fémek és ötvözeteik
| ||||||||||||||||||||||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
![]() | Nem vas fémek és ötvözeteik | |||||||||||||||||||||
A vasötvözetek mellett számos elemet és ötvözetet ismerünk. Előfordulásuk, előállításuk, feldolgozásuk miatt áruk magasabb, ezért a vasötvözeteknél jóval kisebb mennyiségben elsősorban akkor használjuk azokat, ha valamilyen a vasötvözeteknél előnyösebb tulajdonsággal rendelkeznek. pl. sokkal könnyebbek, vagy korrózióállóbbak, jobb hő- és villamosvezetők, kisebb vagy nagyobb az olvadáspontjuk stb. A nem vas fémeket két nagy csoportba oszthatjuk. | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Mindkét csoportban találkozunk a tiszta fémmel, ahol leginkább megjelenik a különleges tulajdonság, a kis ötvözőfém tartalmú, elsősorban szilárd oldat szerkezetű alakítható, és a nagyobb ötvöző tartalmú gyakran eutektikushoz közeli összetételű, öntéssel feldolgozható ötvözetekkel. | ||||||||||||||||||||||
![]() | Az alumínium és ötvözetei | |||||||||||||||||||||
Az alumínium tulajdonságai | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Az alumínium fő ötvözői (MSZ EN 573 szabvány szerint) | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Az alumínium a legtöbb ötvözőjével szilárd oldatot alkot. A feldolgozhatóság szerinti csoportosításuk az Al - ötvözőfém (Me = metál) elvi egyensúlyi diagram alapján lehetséges. A szilárd oldat szerkezetű ötvözetek jól alakíthatók, az eutektikushoz közeli ötvözeteket pedig elsősorban öntéssel dolgozzák fel. | ||||||||||||||||||||||
Alakítható ötvözetek | ||||||||||||||||||||||
A legjobb mechanikai tulajdonságokat a Cu és Zn ötvözésű, kiválásosan keményíthető ötvözeteknél érhetünk el. Azonban ezek korrózióállósága rosszabb. | ||||||||||||||||||||||
Az AlMn, az AlMgMn valamint az AlMg típusú kisebb szilárdságú nem nemesíthető ötvözeteket az építő-, csomagoló-, élelmiszeriparban valamint a hajógyártásban használják. Az AlSiMg ötvözetek igen jól alakíthatók, felhasználhatók pl. karosszéria gyártásra. | ||||||||||||||||||||||
Az AlCuMg, az AlZnMg az AlZnCuMg nagyszilárdságú, nemesített ötvözeteket a jármű, a repülőgépipar használja fel. | ||||||||||||||||||||||
Nemesíthető alumínium ötvözetek (példák: lemezek tulajdonságai) | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
A hőkezelés kiválásos keményítés (nemesítés). A leggyakoribb képlékeny alakítás lemezek esetében a kivágás, a hajlítás, a mélyhúzás. Az alakítás lágy állapotban történik. A kisebb alkatrészek igény szerint nemesíthetők. | ||||||||||||||||||||||
A rudak mechanikai jellemzői hasonlóak a lemezekéhez. | ||||||||||||||||||||||
Öntészeti ötvözetek | ||||||||||||||||||||||
A legjobb öthetőséget az AlSi azok, közül is az öAlSi 12 ötvözet mutatja, ezért különösen alkalmas vékony falú, bonyolult alkatrészek készítésére. | ||||||||||||||||||||||
Elterjedt továbbá az öAlSi10Mg és az öAlSi8Cu. Ezek kiválásosan keményíthetők a kedvező önthetőség mellett. | ||||||||||||||||||||||
Kis sűrűsége és jó hővezetőképessége miatt az Al különösen alkalmas belsőégésű motorok dugattyúinak illetve hengerfejeinek gyártására. Ezekben az ötvözetekben a Si mellett Cu, Ni, is megtalálható. | ||||||||||||||||||||||
Öntészeti alumínium ötvözetek (példák) | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Alumínium öntvények | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
![]() | A titán és ötvözetei | |||||||||||||||||||||
A titán alapanyaga a: rutil (titándioxid - TiO2), amelyből az előállítás során klór áramban hevítve titántetraklorid (TiCl4) keletkezik. Ezt fém magnéziummal redukálják, majd tisztítják és porkohászati úton nyerik a Ti-t | ||||||||||||||||||||||
A titán ezüstfehér színű, 4,5 103 kg/m3 sűrűségű 1670 C° olvadáspontú fém. Allotróp módosulatai vannak. Korrózióállósága kitűnő, tökéletesen ellenáll a tengervíznek, nedves és szerves savas közegeknek. Az emberi szervezetben nem káros. | ||||||||||||||||||||||
Szilárdsága ötvözéssel és az allotróp átalakulást kihasználó hőkezeléssel fokozható. Igen jó a szilárdság/sűrűség aránya. | ||||||||||||||||||||||
Fő ötvözői az Sn, a Zr, a Cr a Mo a V és a Nb. | ||||||||||||||||||||||
Kitűnő hőállósága, korrózióállósága, kis sűrűsége miatt fő felhasználója a repülőgépipar a rakéta-, űrhajózás-, az élelmiszeripar és a gyógyászat. | ||||||||||||||||||||||
![]() | A magnézium és ötvözetei | |||||||||||||||||||||
A tiszta Mg-ot ötvözőfémként használják az alumíniumötvözetek és a gömbgrafitos öntöttvasak gyártásánál, de elterjedt távvezetéki acélcsövek katódos korrózióvédelmére is. | Alapanyag: magnezit ásvány (MgCO3) vagy tengervízi sók (MgCl2) kiválása. | |||||||||||||||||||||
A Mg kis sűrűségű ( = 1,784 103 kg/m3) 650 C° olvadáspontú hexagonális szerkezetű fém. Jó hő-és elektromos vezető. | ||||||||||||||||||||||
Az ötvözetlen Mg szilárdsága nagyon kicsi (öntött állapotban kb. 110 N/mm2) | ||||||||||||||||||||||
Erősen reakcióképes az oxigénnel, ezért szerkezeti anyagként csak ötvözetei alkalmazhatók. Hexagonális szerkezet miatt szobahőmérsékleten rosszul alakítható ezért az ötvözeteit elsősorban öntéssel dolgozzák fel. | ||||||||||||||||||||||
A falvastagság 2- 2,5 mm, a tömeg 3,5 kg. |
| |||||||||||||||||||||
Pl. hajtóműházak, textilipari gépek gyorsan forgó elemei, robotok házai, gépjármű keréktárcsák, hajtóműházak stb. A Mg ötvözésű kerekek négyszer könnyebbek, mint az acél és egyharmaddal az alumínium kerekeknél ezért elsősorban a sport és a versenyautók kerekeinek készítésére használatos. | Rossz korrózióállósága miatt elsősorban ott használják, ahol a kis sűrűség nagy előnyt jelent pl gépjárműipar, gépipar, repülőgépgyártás, űrhajózás, műholdgyártás. | |||||||||||||||||||||
![]() | A réz és ötvözetei | |||||||||||||||||||||
Érce a kalkopirit (CuFeS2). Ebből őrléssel, tisztítással és pirometallurgiai eljárással komplex oldatot állítanak elő (Cu2S, FeS, Fe3O4). Az olvadékból nyert kéneskőből leválasztják a rezet. | ||||||||||||||||||||||
A nyers rezet elektrolízissel finomítják. | ||||||||||||||||||||||
A réz tulajdonságai | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
Ötvözetei: | ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
A fontosabb sajtolható (alakítható) rézötvözetek | ||||||||||||||||||||||
A kis Zn tartalmú pl. CuZn5 és 10 sárgarezek jó korrózióállósággal, jó alakíthatósággal jellemezhetők, huzalok fémszövetek, mikrohullámú berendezések anyagai. A bronzok korrózióállósága kiváló, a tengervíznek is ellenállnak. Kis ötvözőfém tartalom mellett alakíthatóak, alkalmasak vékony huzalok, sziták, lemezek, rudak, csövek előállítására. |
| |||||||||||||||||||||
A fontosabb öntészeti rézötvözetek (MSZ 8579:1991) | ||||||||||||||||||||||
Az emberiség által kb. 5000 éve használt ónbronz mellett, létezik berillium, kadmium, ezüst, ólom. szilícium bronz is. |
| |||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||
![]() | Egyéb nem vas fémek és ötvözeteik | |||||||||||||||||||||
A nikkel és ötvözetei | ||||||||||||||||||||||
A nikkel közepes sűrűségű (8,8 103 kg/m3) , 1452 C° olvadáspontú korrózió és saválló fém. Hidegen és melegen jól alakítható, de az alakítás hatására erősen keményedik. Tiszta állapotban huzal, lemez, szalag formájában a vegyipar, valamint bevonó fémként hasznosítják. A nikkel fontos ötvözőelem az acélokban, fő ötvözője korrózióálló acéloknak is. | ||||||||||||||||||||||
Fontosabb ötvözői a Cu, a Cr. A Ni-Fe ötvözetek az elektrotechnika területén nélkülözhetetlenek (pl. mágnesesen lágy és kemény szerkezeti anyagok , termoelemek, precíziós ellenállások). A nagyhőállóságú ötvözetei a járműiparban, mint belsőégésű motorok szelepeinek anyaga, vagy turbina lapátként kerülnek felhasználásra. | ||||||||||||||||||||||
Ón | ||||||||||||||||||||||
Az ón alacsony olvadáspontú (232 C°), kis szilárdságú, nagy sűrűségű (7,3 103 kg/m3) fém, allotróp módosulata van. Antimonnal, ólommal ötvözve elsősorban csapágyfémként alkalmazzák, de lényeges ólommal ötvözve, mint lágyforrasz anyag. | ||||||||||||||||||||||
Ólom | ||||||||||||||||||||||
Az ólom kis olvadáspontú (327 C°), kis szilárdságú, nagy sűrűségű (11,3 103 kg/m3) igen lágy fém. Szobahőmérsékleten nem keményedik. Kiváló korrózióálló, és hatásos védelmet biztosít a sugárzással szemben. | ||||||||||||||||||||||
Fő felhasználó az akkumulátorok gyártása, a sugárvédelem és a vegyipar. | ||||||||||||||||||||||
Arany | ||||||||||||||||||||||
Az Au a Cu-t minden arányban oldja, színe ötvözéssel tág határok között változtatható. | Az arany közepes olvadáspontú (1063 C°) nagy sűrűségű (19,3 103 kg/m3) kiváló hő- és elektromos vezető, kiválóan alakítható lapközepes köbös szerkezetű fém. Korrózióállósága kiváló, még a királyvíznek is ellenáll. Tisztaságát karátokban mérik, ami azt jelenti, hogy az ötvözet hány 24-ed része arany. Szilárdságát Cu ötvözéssel növelik. | |||||||||||||||||||||
Ezüst | ||||||||||||||||||||||
Az ezüst közepes olvadáspontú (961 C°) közepes sűrűségű (10,5 103 kg/m3) kiváló hő- és elektromos vezető, kiválóan alakítható lapközepes köbös szerkezetű fém. Levegőn korrózióálló, a kénhidrogén megtámadja felületén fekete ezüstszulfid réteg keletkezik. Az arannyal, rézzel minden arányban ötvözhető, a higannyal amalgámot képez. Nagy mennyiségű ezüstöt használnak fel tükrök, hőpalackok, orvosi műszerek, villamosipari érintkezők gyártásához. | ||||||||||||||||||||||
Platina | ||||||||||||||||||||||
A platina nagyon lágy, 1773 C° olvadáspontú, igen nagy sűrűségű = 21,37 103 kg/m3 lapközepes köbös rácsszerkezetű fém. A finom eloszlású Pt nagymennyiségben hidrogént tud lekötni igen jó katalizátor fém. Kémiailag ellenálló, csak a királyvíz oldja. Felhasználják a vegyiparban, az elektrotechnikában a gyógyászatban. | ||||||||||||||||||||||
Fémüvegek | ||||||||||||||||||||||
A fémüvegek olyan fémötvözetek, melyeknek nem kristályos, hanem amorf szerkezetűek. A fémolvadékok rendkívül gyors (kb. 106 K/s) lehűtés során keletkeznek. Az üvegesedési hőmérséklet felett relexációs folyamatok eredményeként kristályos fázist eredményező átalakuláson mehetnek át, elveszítve amorf szerkezetüket. | ||||||||||||||||||||||
Különleges tulajdonságaik vannak pl. a fémfürdőével azonos hő- és villamos vezetőképesség, nagy szilárdság és keménység, , korrózió állóság. | ||||||||||||||||||||||
Rostok, huzalok, szalagok formájában állítják elő igen kis (k. 0,1 mm) vastagságban. |
Ellenőrző kérdések | |||||||||
Válassza ki az egy helyes megoldást! | |||||||||
1. Jelölje meg a fém alumíniumra igaz megállapítást!
![]() | |||||||||
2. Válasszon karosszéria készítésére alumínium ötvözetet az alábbiak közül!
![]() | |||||||||
3. Válasszon anyagot az alábbiak közül személygépkocsi motorblokk készítéséhez.
![]() | |||||||||
4. Jelölje meg a titánra igaz megállapításokat!
![]() | |||||||||
5. Jelölje meg a magnéziumra igaz megállapításokat!
![]() | |||||||||
6. Mit nevezünk sárgaréznek?
![]() | |||||||||
7. Mit nevezünk bronznak?
![]() | |||||||||
8. Mit fejez ki a karát?
![]() |