Anyagismeret I.
description
Transcript of Anyagismeret I.
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