ANYAGISMERET. előadó: Dr. Bagyinszki Gyula főiskolai tanár

Budapesti Műszaki Főiskola Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Anyagtudományi és Gyártástechnológiai Intézet Anyag- és AlakításTechnológiai Szakcsoport

ANYAGISMERET előadó: Dr. Bagyinszki Gyula főiskolai tanár Cím: 1081 Budapest, Népszínház utca 8., fsz. 25. Tel.: 06-1-666-5304; Fax: 06-1-666-5494 E-mail: [email protected]; Honlap: www.banki.hu/~aat

http://www.banki.hu/~aat/oktatas/menedzser/index.htm

Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

2

ANYAGISMERET (BAGAI1MMLB) 2. félév; 10+0+0 óra/félév; vizsga; 3 kredit Oktatási célok: Az ipar különböző területein alkalmazható anyagok (természetes és szintetikus polimerek, fémek és ötvözeteik, keramikus anyagok, kompozitok) felépítésének, fizikai-, technológiai- és használati jellemzőinek rendszerező ismertetése. A szilárd anyagok szerkezetének, tulajdonságainak, megmunkálhatóságának és károsodásállóságának vizsgálatára, az anyagokat feldolgozó termelési folyamatok minőségirányítására (minőségmenedzsmentjére) alkalmas fontosabb módszerek ill. eszközök bemutatása. A szerkezeti anyagok forgalmazásában bizonyos fokú tájékozottság kialakítása, a műszaki intelligencia és kommunikáció-készség fejlesztése. Az anyagkiválasztás szempontrendszerének és módszertanának áttekintése. A fontosabb ökológiai tényezők, környezetszennyezési formák ill. környezetvédelmi lehetőségek összefoglalása. Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

3

Félévközi követelmény Aláírási ill. vizsgára bocsátási feltétel: Tesztfeladat eredményes megírása (legalább elégséges szinten). (Elégtelen teszt eredmény esetén egy alkalommal van javításra lehetőség a szorgalmi időszak órarenden kívüli - előzetesen egyeztetett időpontjában.) Értékelés: 0…40 % elégtelen (1); 41…55 % elégséges (2); 56…70 % közepes (3); 71…85 % jó (4); 86…100 % jeles (5) Ha a teszt legalább közepes eredményű, akkor beszámításra kerül a szóbeli javító vizsgába. Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

4

Félévzáró követelmény Az előadások és a kapcsolódó jegyzet anyagának írásbelivel kombinált szóbeli vizsga formájában bizonyítandó megfelelő ismerete. A félév anyagát átfogó vizsgatémaköröket ill. -tételeket az internetről (http://www.banki.hu/~aat ⇒ a „Műszaki menedzser szak”, majd az „IRÁSBELI VIZSGATÉMAKÖRÖK ÉS SZÓBELI VIZSGATÉTELEK” linkre kattintással) letölthető lista tartalmazza. A írásbeli vizsga eredményeinek kihirdetése általában a megírását követő 2. napon 12.00-tól a Szakcsoport honlapon (http://www.banki.hu/~aat ⇒ „Műszaki menedzser szak”, majd a „DOLGOZATÉS VIZSGAEREDMÉNYEK” linkre kattintással), a jegybeírás és a szóbeli javító vizsga pedig a következő munkanapon 10.00-tól a Népszínház u. 8. kijelölt termében (termeiben) történik. Az írásbeli alapján megajánlott jegyet javító szóbeli vizsgán - a tételek kihúzását követően - kb. 15…20 perc felkészülési idő áll rendelkezésre. A szóbeli vizsgán egy-egy tételt kell húzni az 1…50. és az 51…100. tételek (lásd „IRÁSBELI VIZSGATÉMAKÖRÖK ÉS SZÓBELI VIZSGATÉTELEK”) közül. Javított vizsgaeredmény feltétele a vizsga keretében érintett témakörök elfogadható szintű ismertetése. írásbeli vizsgán (max. 85 % pont)

szóbeli vizsgán

00...25 % pont: elégtelen (1)

nem lehet szóbelizni, marad elégtelen (1)

26...40 % pont: elégtelen (1)

elégségesért (2) szóbelizni kell

41...55 % pont: elégséges (2)

lehet szóbelizni jobb jegyért

56...70 % pont: közepes (3)

lehet szóbelizni jobb jegyért

71...85 % pont: jó (4)

jelesért (5) szóbelizni kell Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

5

Tananyag ütemezése

1. előadás: 2008. február 15. Bevezetés; Szilárd anyagok szerkezete és szerkezetvizsgálata 2. előadás: 2008. február 29. Szerkezeti anyagok választéka és jellemzői 3. előadás: 2008. március 14. Szerkezeti anyagok tulajdonságai és minősítő vizsgálatai 4. előadás: 2008. április 4. Tesztfeladat megírása; Szerkezeti anyagok megmunkálhatósága és technológiai próbái; Szerkezeti anyagok károsodásállósága és károsodásvizsgálatai 5. előadás: 2008. május 9. Anyagkiválasztás szempontrendszere; Ökológiai tényezők, környezetszennyezési formák ill. környezetvédelmi lehetőségek Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

6

Kötelező irodalom

korábbi 2. kiadás: L-473

jelenlegi 3. kiadás: BMF BGK 3008


7

Ajánlott irodalom

+ Szakcsoport honlapról letölthető, tanulást segítő számítógépes prezentációk, programok, videók, segédletek Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

8

A tantárgy szerepe a Műszaki Menedzser Szak képzésében MINŐSÉG (milyet?)

TECHNOLÓGIA (hogyan?)

PIAC

MINŐSÉG

ÁR (mennyiért?)

HATÁRIDŐ (mikorra?)

ANYAG (miből?)

KONSTRUKCIÓ (mit?)

Műszaki, informatikai, gazdasági és humán ismeretek: • Anyagismeret + Ökológia • Gyártásismeret + Logisztika • Műszaki dokumentáció (méretezés, ábrázolás) Szűkebb és tágabb környezet (anyagi világ) jobb megismerése Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

9

középfokú előképzettségre épülés Természettudományok:

Fizika Kémia Biológia Matematika

• FIZIKA (szilárdtestfizika, mechanika, hőtan, elektromosságtan, mágnesességtan, optika, akusztika); • KÉMIA (általános kémia, szerves kémia, szervetlen kémia); • BIOLÓGIA (sejttan /citológia/, szövettan /hisztológia/, alaktan és szervtan /morfológia/); • MATEMATIKA (algebra, geometria, függvénytan, statisztika). Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

10

BEVEZETÉS


11

Szerkezeti anyagok csoportjai szilárd fizikai anyagok = szerkezeti anyagok ▼ mechanikai, termikus, elektromos, mágneses, optikai és akusztikai, vagyis fizikai tulajdonságaik fontosak Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

12

Termékminőség- és élettartam-tényezők anyagismereti szempontból az anyagok • szerkezetének, • választékának, • fizikai (konstrukciós) tulajdonságainak, • megmunkálhatóságának (technológiai tulajdonságainak), • károsodásállóságának (üzemeltetési tulajdonságainak) • és a kapcsolódó minősítési (vizsgálati) eljárásoknak az ismerete szükséges Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

13

Szilárd anyagok szerkezete és szerkezetvizsgálatai


14

Szilárd anyagok szerkezeti szintjei

Szerkezetvizsgálati eszközök ill. módszerek: elektromágneses vagy korpuszkuláris sugárzással előállított ill. hordozott információ

az egésztől a rész(let)ek felé haladva az anyagfelépítés különböző szintjei: makroszkopikus szerkezet: külső makroszerkezet belső makroszerkezet mikroszkopikus szerkezet: kvalitatív mikroszerkezet kvantitatív mikroszerkezet szubmikroszkopikus szerkezet: kristályrács-szerkezet kristályrácselem-szerkezet atomi szerkezet atomi kötésszerkezet atomszerkezet nukleonok (protonok, neutronok), elektronok; elemi részecskék (mezon, hiperon, rezon, neutrinó, müon, …), antirészecskék (pozitron, antiproton, antineutron, …); nukleonokat alkotó kvarkok ill. antikvarkok


15

Külső makroszerkezet Geometria: • alak (pl. rúd /kör-, négyszög, hatszög- stb. keresztmetszetű/, drót, huzal, vékony és vastag lemez, szalag, fólia, cső, nyitott profil, zárt szelvény, tömb, formázott öntvény, alakos kovácsdarab) ▼

jó kihasználhatóság, anyagtakarékosság, (ön)súlycsökkentés; • jellemző (szabványos) méretek Esztétika Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

16

Megfelelő (ideális, optimális) alak kiválasztása Jellemző igénybevétel alapul vétele szilárdságtani méretezéskor:


• Húzás: állandó σ normálfeszültség, keresztmetszet területével arányos (alaktól független) terhelhetőség ⇒ tömör körszelvény megfelelő; • Nyomás: kihajlás veszély, keresztmetszet ekvatoriális másodrendű nyomatékával arányos (alaktól függő) terhelhetőség ⇒ szimmetrikus zárt kör- vagy négyzetszelvény megfelelő; • Hajlítás: lineárisan változó σ normálfeszültség, keresztmetszet ekvatoriális másodrendű nyomatékával ill. keresztmetszeti tényezőjével arányos terhelhetőség ⇒ álló I-, szendvics- vagy zárt téglalap szelvény megfelelő; • Nyírás: állandó τ csúsztatófeszültség, keresztmetszet nagyságával arányos (alaktól független) terhelhetőség ⇒ tömör kör-, négyzet- vagy téglalap szelvény megfelelő (de járulékos hajlítás lehet); • Csavarás: lineárisan változó τ csúsztatófeszültség, keresztmetszet poláris másodrendű nyomatékával ill. keresztmetszeti tényezőjével arányos terhelhetőség ⇒ forgásszimmetrikus csőszelvény megfelelő. 17

Felületminőség, felületállapot: hullámosság, érdesség (Ry maximális, Ra átlagos; Rz egyenetlenség-magasság)


18

Vizuális vizsgálatok


19

Nehezen vagy nem hozzáférhető belső terek, üregek felületének vizsgálata Boreszkóp


Fiberszkóp

20

Videoszkóp


21

Belső makroszerkezet A külső makroszerkezeti geometria által behatárolt térfogatot az anyag milyen folytonossággal (kontinuitással) tölti ki. belső makroszerkezet célszerűen módosítása: hőszigetelő anyagok (habosított műanyagok, filcesített kerámiák); fémhabok (kis önsúly, ütközési energiaelnyelés) szemcsés, szálas, réteges kompozitok Külső és belső makroszerkezet kombinálása: (külső) alaktényező • (belső) szerkezeti tényező  totális formatényező Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

22

Nem szándékolt anyagfolytonossági hiányok • Planimetrikus (síkszerű, 2D-s) - repedések - nem összefüggő határfelületek • Volumetrikus (térszerű, 3D-s) - gázüregek - szilárd zárványok ⇓

HIBÁK ! Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

23

RONCSOLÁSMENTES ANYAGVIZSGÁLATOK A vizsgálati feladat kettős: • egyrészt a folytonossági hiány felderítése, vagyis jelenlétének kimutatása, helyzetének (orientációjának), alakjának, gyakoriságának, jellemző méreteinek meghatározása; • másrészt a kimutatott folytonossági hiány értékelése abból a szempontból, hogy jelenléte és várható hatása az anyag felhasználása, ill. a termék rendeltetésszerű használata szempontjából megengedhető-e vagy sem, azaz hibának minősül-e. Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

24

Folyadékbehatolásos vizsgálat


25

Mágnesezhető poros vizsgálat


26

Örvényáramos vizsgálat


27

Ultrahangos vizsgálat Anyagvastagságill. távolságmérésre is alkalmazható!


28

Radiográfiai röntgensugaras vizsgálat


29

Radiográfiai gammasugaras (radioaktív izotópos) vizsgálat 60Co 137Cs 169Yb 170Tm 192Ir Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

30

Kvalitatív mikroszerkezet: anyagfolytonosságot biztosító, egymással összeépült fázisok minőségi összeképe ⇒ szövetszerkezet


31

Fénymikroszkópi vizsgálatok adott anyagból készült próbatest maratlan (mikrorepedések, zárványok megfigyeléséhez), vagy maratott (fázisok, szemcsehatárok megfigyeléséhez) csiszolatát (polírozott, megfelelő kémiai szerrel kezelt síkmetszetét) nagy(obb) nagyításban, optikai eszköz segítségével vizsgáljuk Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

32

Kvantitatív mikroszerkezet • •

az egyes fázisokra, ill. az azokat alkotó szemcsékre, továbbá mennyiségi, ill. dimenzionális jellemzőikre - számszerűsíthető adatokra – korlátozódik; különösen fontos a szemcsék méretének ismerete, ugyanis az anyagok tulajdonságai - főként fémek és kerámiák esetében - szemcseméret-függők. Általában finomszemcsés anyagszerkezetre törekszünk, mert az a mechanikai tulajdonságokra - köztük az R szilárdságra - kedvező hatással van.

R = R0 + ∆R = R 0 +


k

d

33

Elektronmikroszkópi vizsgálatok Az elektronmikroszkóp a látható fénynél lényegesen rövidebb hullámhosszúságú, mágneses, vagy elektrosztatikus elven irányítható, formálható, me = 9,11⋅10-31 kg tömegű, e = 1,602⋅10-19 C töltésű elektronokból álló sugárral alkot képet, melynek hullámhossza: λ=

h

⋅

1

=

15 , Ugy

[nm] , ha az elektronokat a vizsgálandó felületre gyorsító feszültséget (Ugy) [kV]-ban vesszük számításba (h = 6,62⋅10-34 [Js] a Planck-féle állandó). Ilyen módon a szokásos 40...100 kV közötti gyorsítófeszültségekkel 0,006...0,004 nm hullámhossz adódik. A mágneses, vagy elektrosztatikus "lencséknek" csekély a numerikus apertúrájuk (a ≈ 0,02), így a felbontóképesség (d ≈ 0,2...0,3 nm), ami kb. 1000-szer jobb a fénymikroszkópénál. Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

me ⋅ e

Ugy

34

Kristályrács-szerkezet (szubmikroszkópikus szerkezet) TÉRRÁCS: r = l ⋅ a1 + m ⋅ a2 + n ⋅ a3, ahol l, m, n egész számok; a1, a2, a3 a periodikus rendezettség három térbeli irányába mutató transzlációs egységvektorok KRISTÁLYRÁCS: térrács + bázisok; atomok, ionok, molekulák transzlációs szimmetriával építik fel a kristályrácsot, a szilárd anyag szemcséit kristályos anyagok transzlációs szimmetriája: a térrács geometriai elemeinek (csúcsok, élek, lapok) szabályos ismétlődése: Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

35

Periodikus rendezettség kiterjedése kristályos anyagszerkezet hosszútávú rendezettsége: Amorf anyagszerkezet rövidtávú rendezettsége: a rendezettség a külső makroszerkezeten belül nem vált orientációt, azaz egyetlen szemcsét épít fel ⇒ monokristályos anyag (egykristály) a hosszútávú rendezettség a különböző orientációjú fázisok, ill. szemcsék határáig áll fenn ⇒ polikristályos anyag Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

36

Nulldimenziós (pontszerű) kristályhibák saját intersztíciós atom

vakancia (üres kristályrácshely, hiányzó atom)

szubsztitúciós atom

idegen intersztíciós atom

egyidejűleg keletkező vakancia és saját intersztíciós atom: Frenkel-hibapár Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

37

Egydimenziós (vonalszerű) kristályhibák él- és csavardiszlokációk Kristályrácsbeli helyzetüknél fogva az anyag alakváltozását megkönnyítik. Jelenlétük esetén nem kell az egész atomsíkot egyszerre elcsúsztatni a szomszédjához képest, hanem az szakaszonként történhet: ─ mint a nagyméretű szőnyeg mozgatása, ─ mint a százlábú mozgása. A diszlokációk az elcsúszott és az el nem csúszott kristályrészek elválasztó atomsorai. A diszlokációk nagyságát jellemzi a b Burgers-vektor. A diszlokációvonalak általában összetettek, a kristályrácsban "ágas-bogas" hálózatot alkotnak. A diszlokációk mennyiségét jellemzi a diszlokációsűrűség, az egységnyi felületen lévő diszlokációvonal-metsződések száma. – nem alakított (lágyított) anyag kristályrácsában 108…109/cm2, – hidegalakítás után 1011…1012/cm2 nagyságrendűvé válik.


38

Kétdimenziós (felületszerű) kristályhibák

b) nagyszögű szemcsehatár a) kisszögű szemcsehatár c) Ikerhatár d) rétegződési hiba Dr. Bagyinszki Gyula: 39 + anyagfelületek ANYAGISMERET

Háromdimenziós (térfogatszerű) kristályhibák

d) szilikátüveg (amorf kerámia) a) pórus b) zárvány, fáziskiválás e) fémüveg (amorf fém) 40 c) különféle fázishatárral Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

Kristályrácselem-szerkezet

kristályrácsokat elemi cellákból vagy rácselemekből is felépíthetjük

párhuzamos eltolással (transzlációval) létrehozható a teljes rács, miközben a teret hézag nélkül töltik ki Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

41

Kristályrendszerek és rácselemeik

7 kristályrendszer a három transzlációs egységvektor egymással bezárt szöge (vagy az ezt kifejező skaláris szorzata), ill. abszolút értéke (az adott irány szerinti rácsperiodicitás) alapján 14 féle Bravais-rács (Auguste Bravais-ról /1811-1863/ elnevezve) 4-féle altípus különbözőségüket az adja, hogy a kristályrácselem (elemi cella) csúcsain kívül bázis előfordulhat a cella közepén, a két szemközti alaplapján, vagy mind a hat oldallapján is A rácselem éleinek abszolút hossza a kristályrácsban helyet foglaló anyagi részecskék fajtájától (méretétől) függő érték, vagyis anyagra jellemző rácsparaméter, ami pl. diffrakciós vizsgálatokkal határozható meg.


42

Köbös kristályrendszer néhány síkjának, ill. irányának Miller-indexei


43

Kristályrendszerek geometriai krisztallográfiai adatai koordinációs szám: egy rácspontbeli atom legközelebbi szomszédainak száma; kisebb érték (pl. 4) nagyobb keménységre, nagyobb érték (pl. 12) nagyobb alakváltozó-képességre utal. merev gömbnek tekintett atomok átmérője a radiokrisztallográfiai (diffrakciós) úton meghatározott rácsparaméterhez viszonyítva ⇒ utal az adott anyag szubsztitúciós (atomhelyettesítéses) ötvözhetőségére. rácselemben foglalt atomok száma (pl. a köbös rácselem csúcsán lévő atom ⅛, az élén lévő ¼, a lapján lévő ½ részben veendő számításba). térkitöltési tényező: a gömböknek feltételezett atomok által kitöltött rácselem- térfogatnak és a rácselem teljes térfogatának a hányadosa. kristályrács legnagyobb hézagainak helye és nagysága ⇒ utal az intersztíciós (atombeékelődéses) ötvözési lehetőségekre. {legsűrűbb vagy legszorosabb illeszkedésű síkok} Dr. Bagyinszki Gyula: ANYAGISMERET

44

Legfontosabb kristályszerkezetek geometriai krisztallográfiai adatai


45

Egyszerű köbös kristályszerkezet


46

Térközepes köbös kristályszerkezet


47

Lapközepes köbös kristályszerkezet


48

Gyémántrácsú köbös kristályszerkezet


49

Sűrűilleszkedésű hexagonális kristályszerkezet


50

ANYAGISMERET. előadó: Dr. Bagyinszki Gyula főiskolai tanár

Recommend Documents