Anyagismeret I.

Gépipari mérnökasszisztens képzés

I.évfolyam II. félév

Összeállította: Csizmazia Ferencné dr.

Anyagtulajdonságok

• Sűrűség

=m/V kg/m3

Anyagtulajdonságok

Mechanikai tulajdonságok

(terhelhetőség)

Hőtágulás

• lineáris (L vagy d egyirányú)

• térfogati (V háromirányú) hőtágulást.

• A hőtágulást mértéke

L= Lo T

V = V0 T

Hővezetőképesség

• A hő terjedése a szilárd anyagokban hővezetéssel történik.

• Az ötvöző és szennyező elemek a hővezető képessséget csökkentik.

Elektromos és mágneses tulajdonságok

• A fajlagos ellenállás (,.m) illetve a reciproka a fajlagos elektromos vezető képesség () az anyagok elektromos töltésátvivő képességét jellemzi.

• Az anyagok a fajlagos ellenállás alapján csoportosíthatók, mint

vezetők félvezetőkszigetelők

• A vezetők szabad töltéshordozókat tartalmaznak pl. a fémek, a karbidkerámiák, grafit ) A villamos ellenállásuk 10-8 .m. Az ellenállás az ötvözés, a szennyezés illetve a hőmérséklet hatására nő.

• A félvezetők elmozdulni képes elektron-lyuk párokat tartalmaznak (pl. Si, Ge, As, Se, Te, P, S). A villamos ellenállásuk 10-1- 106 .m. A tiszta szerkezeti félvezetők (intrinsic) ellenállása a hőmérséklet növekedésével csökken, míg a szennyezett, adalékolt (extrinsic) félvezetőké a hőmérséklettől gyakorlatilag független.

• A szigetelők szabad töltéshordozókat nem, de elektromosan polarizált dipólusokat tartalmaznak pl műanyagok, oxid és nitridkerámiák, gyémánt. A 106- 1016 .m. Az oxidkerámiák fajlagos ellenállása a hőmérséklet növelésével csökken.

A szerkezeti anyagok villamos

ellenállása

Mágneses tulajdonságok• Mágneses erőtérben valamilyen kölcsönhatást

minden anyag mutat. Az anyagban kialakuló mágneses indukció B az azt létrehozó H mágneses térerősségtől és az anyagi jellemzőktől függ. Az anyag fontos jellemzője a mágneses szuszceptitás ( a mágnesezhetőségre való érzékenység) és a mágneses permeabilitás, amely azt fejezi ki, hogy hányszor nagyobb B-t tud létrehozni H az anyagban a vákuumhoz képest, vagyis, hogy az anyag milyen mértékben képes erősíteni a mágneses mezőt

A mágneses térben való viselkedés alapján az

anyagok lehetnek

diamágnesesek• A diamágneses anyagok (pl. Au, Ag, Si,

P, S, Cu, Zn, Ge, Hg, gyémánt, szerves vegyületek) = -10-7 … -10-5ill. 1; r1, azaz a mágnesezettség a külső térrel ellentétes, a mágneses tér hatását gyengítik.

A mágneses térben való viselkedés alapján az

anyagok lehetnek paramágneses

• A paramágneses anyagok (pl. Al, Pt, Mg, Ti, Cr, Mn, Mo, W ) esetében =10-5-10-1ill. 1; r1. Ezek a külső térrel megegyező irányú, a mágnesező tér hatását csekély mértékben erősítő hatást fejtenek ki. Az ilyen anyagokban nagyobb az indukcióvonalak sűrűsége, mint rajtuk kívül.

• .

A mágneses térben való viselkedés alapján az anyagok

lehetnekferromágneses

• pl. Fe, Co, Ni , amely= 10 … 106=f(H)0 és r103. A mágnesezettség a külső térrel megegyező és azt jelentősen erősíti.

Ferromágneses anyagok• Fontos tulajdonság a

mágneses hiszterézis, az, hogy a B a külső H-t az anyagban csak késéssel követi, és egy teljes átmágnesezési ciklust leíró hiszterézis hurkot eredményez, aminek területe arányos a hővé alakuló befektetett energiával, az átmágnesezési veszteséggel.

Ferromágneses anyagokMágnesesen lágy

• A lágymágneses anyagokat elektromágnesek és transzformátorok vasmagjaként, mágneses árnyékolóként alkalmazzák

Ferromágneses anyagokMágnesesen kemény

• a kemény mágneses anyagokat állandó mágnesként (pl. villanymotorokhoz, hangszórókhoz stb. ) alkalmazzák

Optikai tulajdonságok

• Az anyagok optikai tulajdonságai alatt a fénnyel (fotonnyalábbal) való kölcsönhatást értjük.

• Valamely anyag átlátszó, ha a belsejében gyakorlatilag nem jön létre fotonelnyelődés, a fényelnyelés (abszorpció) és a visszaverődés (reflexió) gyakorlatilag elhanyagolható. Ilyen pl. az amorf üveg. Ha az anyag a keverék fehér fény meghatározott hullámhosszú részét elnyeli (szelektív abszorpció) az anyag színesnek látszik.

Optikai tulajdonságok

• Az optikailag áttetsző anyagokon a fény diffúz módon hatol át, vagy a belsejében erősen szóródik, ezeken átnézve a kép nem éles. pl. részben kristályos műanyagok.

• Az optikailag átlátszatlan anyagon a fénysugár csak abszorbeálódik vagy reflektálódik. pl. fémek

Optikai tulajdonságok

Az anyagok fontos mutatói a fényáteresztési, az elnyelési és a visszaverődési tényező,

amelyek egymás rovására változnak és összegük 1

Akusztikai tulajdonságok

• a szerkezeti anyagoknak a mechanikai rezgésekkel való kölcsönhatását értjük. A hang a szilárd anyagokban egyenes vonalban állandó sebességgel terjed, és sebessége az anyag rugalmas jellemzőin kívül a hőmérséklettől és a nedvességtartalomtól függ, a frekvenciától nem.

A hang terjedési sebessége

211

1EvL

12

1EvT

Akusztikai tulajdonságok

• Az olyan közeget, amelyben a hanghullámok terjedése nagyobb akusztikailag ritkább, amelyben kisebb akusztikailag sűrűbb anyagnak nevezzük.

Mechanikai tulajdonságokStatikus igénybevétel

Húzó igénybevétellel szembeni ellenállásának meghatározása

A szakítóvizsgálat (MSZ EN 10002-1:2001)

A szakítóvizsgálat elve Mechanikus vagy hidraulikus terhelés erőmérő cella

álló befogó

Próbatest

finom útadó Durva útadó (jeltáv) (befogó fej)

mozgó befogó

v = állandó

Hengeres és lemez próbatest alakváltozása

Szakító próbatest

arányos próbatest esetén a jeltávolság

kör keresztmetszet esetén S5,65L oo

do5Lo

Szakítópróbatest

Menetes befogás

Lemez próbatest

betonacél

Szakító diagram

• A szakítógép a próbatest összes megnyúlásának függvényében rajzolja meg a próbatest által felvett erőt. A függőleges tengelyen az erőt (jele: F) N-ban vagy kN-ban, a vízszintes tengelyen pedig a jeltávolság megnyúlását (jele:L) tüntetjük fel mm-ben.

Lágyacél szakítódiagramja

Lágyacél szakítódiagramja

A I. a rugalmas alakváltozás szakasza.

Az alakváltozás és a feszültség lineáris összefüggésben van. Érvényes a = E . (Hook törvény )

Lágyacél szakítódiagramja

• II.a. folyási szakasz. A folyási szakasz az FeH erőnél kezdődik, és azt jelenti, hogy a próbatest valamennyi krisztallitjában megindul a maradó alakváltozás

Lágyacél szakítódiagramja

• II.b. egyenletes alakváltozás szakasza.

Lágyacél szakítódiagramja• III. kontrakciós

szakaszban a próbatest alakváltozása egy meghatározott részre korlátozódik

.

Hengeres lágyacél próbatest eredeti és elszakítás utáni állapota

Különböző fémek szakítódiagramjai

Rideg anyagok

a -lemezgrafitos öntöttvas, b -edzett acél vagy kerámia

ridegek , csak rugalmas alakváltozásra képesek.

A szakadás felülete szemcsés és merőleges az igénybevétel tengelyére.

Rideg törés

Gömbgrafitos öntöttvas

Szívós anyagok

d ábrán határozott folyást nem mutató anyagok pl. réz vagy alumínium.

Az e lágyacél

Lágyacél próbapálca törete

Hidegen alakított fémek

f ábra hidegen erősen alakított, tehát felkeményedett fém (itt horgany)

A felkeményedett anyagok, rugalmas alakváltozást követő igen rövid egyenletes alakváltozás után kontrahálnak és elszakadnak.

Képlékeny fémek

g ábra nem keményedő, képlékeny fém pl. ólom (Pb) szakítódiagramja van.

A diagramnak szinte csak maradó alakváltozási része van.

Műanyagok szakítódiagramja

• a rideg anyag pl. hőre nem lágyuló műanyagok pl. bakelit

• b. szívós pl. PA

• c. lágy anyag pl. PE

Műanyagok szakító diagramja

A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők

A szakítódiagram alapján kétféle rendszer szerint értelmezhetünk értékeket.

A mérnöki rendszerben, az erő és alakváltozás értékeket az eredeti , kiinduló értékekhez viszonyítjuk,

míg a valódi rendszerben a változásokat a pillanatnyi, tényleges értékekhez viszonyítjuk.

Mérnöki rendszer

feszültség :

alakváltozás,fajlagos nyúlás :

F az erő

So az eredeti keresztmetszet

Lo a jeltávolság eredeti értéke

L a megnyúlás

2mm

N

S

F

o

%100oL

L

A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők

Szilárdsági anyagjellemzők:

Rugalmassági modulusz

Young modulusz • A rugalmas szakasz

meredeksége

E=/

Folyáshatár

A maradó alakváltozás kezdetét jelentő feszültség

Mértékegysége: N/mm2 S

FR

o

eHeH

Folyáshatár

• A folyáshatár valódi feszültség, fizikai tartalommal ellátott, azt jelenti, hogy ennél a feszültségnél a próbatest minden krisztallitjában megindul a képlékeny alakváltozás,

• a statikus méretezés alapja.

Mi a teendő, ha nem jelenik meg egyértelműen a folyáshatár?

Mi a teendő, ha nem jelenik meg egyértelműen a folyáshatár?

A maradó alakváltozás kezdetét jelentő feszültséget abban az esetben is meg kell tudni határozni, ha nem mutatkozik határozott folyáshatár. Ebben az esetben megállapodás szerinti értékeket határozunk meg.

Névleges folyáshatár

• névleges folyáshatár , azaz a 0,5 % teljes (rugalmas + maradó ) alakváltozáshoz tartozó feszültség Mértékegysége:N/mm2

S

FR

o

5,0t5,0t

Egyezményes folyáshatárA terhelt állapotban mért

egyezményes folyáshatár :

N/mm2

A terheletlen állapotban mért egyezményes folyáshatár :

S

FR

o

2,0p2,0p

S

FR

o

2,0p2,0p

SF

Ro

r

r

2,0

2,0

Különböző anyagok folyáshatára

Szakítószilárdság

A szakítószilárdság a vizsgálat során mért legnagyobb terhelő erő és az eredeti keresztmetszet hányadosa:

Mértékegysége: N/mm2

S

FR

o

mm

Különböző anyagok szakítószilárdsága

A szakítóvizsgálattal meghatározható anyagjellemzők

Képlékenységi anyagjellemzők vagy alakváltozási

mérőszámok:

Képlékenységi jellemzők vagy alakváltozási

mérőszámok

A próbatest a szakító vizsgálat során megnyúlik, keresztmetszete lecsökken

Képlékenységi jellemzők vagy alakváltozási mérőszámok

A szabványos alakváltozási mérőszámok, a mérnöki rendszer szerinti nyúlásnak és a keresztmetszet csökkenésnek egy jól definiálható ponthoz, általában a szakadáshoz tartozó értékei.

Alakváltozási mérőszámok

• Szakadási nyúlás vagy nyúlás.Jele: A

Mértékegysége: %

100L

LLAo

ou

Alakváltozási mérőszámok

• Keresztmetszet csökkenés vagy kontrakció .

Jele: Z

Mértékegysége: %

100S

SSZo

uo

Szabványos mérőszámokMSZ EN 10002-1:2001

• Folyáshatár

• Szakítószilárdság

• Nyúlás

• Kontrakció

S

FR

o

eHeH

S

FR

o

mm

100L

LLAo

ou

100S

SSZo

uo

A szakítóvizsgálat során kapott eredményeket befolyásolják

a próbatest alakja, mérete, felületi minőségea terhelés növelésének sebességea vizsgálati körülmények pl. a

hőmérséklet

67

Korszerű szakítógép

Szakítóvizsgálat nagy hőmérsékleten

Az acél viselkedése magasabb hőmérsékleten