Nemvasfémek éS ÖTVÖzeteik könnyűfémek
Yüklə 82,64 Kb.
|
|
NEMVASFÉMEK ÉS ÖTVÖZETEIK 4.1. Könnyűfémek
Kiváló elektromos és hővezető képesség, jó korrózióállóság, jó alakíthatóság és feldolgozhatóság. Kis olvadáspontú, lapközepes köbös kristályszerkezetű, könnyű fém. Korrózióállósága a felületén lévő vékony, összefüggő oxidrétegnek köszönhető. Lágy állapotban ötvözetlenül a szilárdsága kicsi, alakítással növelhető. 
ötvözetcsoportokba soroljuk, négyjegyű számmal jelölve: (1000-es sorozat: színalumínium) 2000-es sorozat: Al-Cu ötvözetek (réz) 3000-sorozat: Al-Mn ötvözetek (mangán) 4000-sorozat: Al-Si ötvözetek (szilicium) 5000-sorozat: Al-Mg ötvözetek (magnézium) 6000-sorozat: Al-Mg-Si ötvözetek (magnézium-szilícium) 7000-sorozat: Al-Zn ötvözetek (cink) 8000-sorozat: egyéb ötvözetek (pl. Fe; vas)
Ha az alakítás mértéke a kritikus közelébe (5…8%) esik, akkor hőközlés pl. hegesztés hatására újrakristályosodás és szemcsedurvulás mehet végbe. Alakítás hatására az Al felkeményedik, ¼, ½ , ¾ kemény, v. kemény állapotú lehet.
ötjegyű számmal jelölve: 20000-es sorozat: Al-Cu ötvözetek 40000-es sorozat: Al-Si ötvözetek 50000-es sorozat: Al-Mg ötvözetek 70000-es sorozat: Al-Zn ötvözetek 80000-es sorozat: Al-Sn ötvözetek (ón) 90000-es sorozat: előötvözetek.
2. számjegy: ötvözetcsoport 12 (szám): közepes ötvözőtartalom % (12%Si) (Fe): kevés Fe-t tartalmaz
Al-ötvözetek jellemzői: nagy szilárdság, jó korrózióállóság, jó megmunkálhatóság, (alakítás, öntés, hegesztés, forgácsolás, stb.) Növelik az Al szilárdságát, csökentik az olvadáspontját, az elektromos és hővezető képességét.
Al-Cu ötvözetek (réz) Al-Mn ötvözetek (mangán) Al-Si ötvözetek (szilicium) Al-Mg ötvözetek (magnézium) Al-Mg-Si ötvözetek (magnézium-szilícium) Al-Zn ötvözetek (cink), egyéb ötvözetek (pl. Fe; vas)
mechanikai tulajdonságait nem lehet javítani, így a szilárdságot 0,5…5,5%Mg-ötvözéssel ill. alakítással növelik. Nem hőkezelhető Al-ötvözetek: Al-Mg, ill. Al-Mn (0,05…1,5%) , Al-Si (0,8…13,5%)
Fő típusai: Al-Cu: 1,8…6,8%, Al-Mg-Si: 0,4…1,5% 0,2…1,4%, Al-Zn: 0,8-8,2%, egyéb ötvözetek(Fe): 0,3…2,0%
szilárdságuk hőkezeléssel, és alakítással növelhető. A tömegacélokra jellemző szilárdsági érték valósítható meg, ami az acélokéhoz képest 1/3-dal kisebb sűrűséggel párosul, viszont romlik a korróziós tulajdonság, hegeszthetőség. A szilárd oldatot képező ötvözők rontják az Al villamos vezetőképességét, a vegyületfázis viszont javítja, így nagy szilárdságú villamos vezetékanyagokat lehet előállítani (AlMgSi). Az ötvözetek szilárdsága növelhető a hőkezelés közben, vagy után elvégzett hidegalakítással, pl. cső és rúdhúzás.
Félgyártmányok, késztermékek előállítása alakítással, vagy öntészeti úton. nem hőkezelhetőek: hidegen sajtolt és hegesztett szerkezetek, ajtó- és ablakkeretek, tatályok, gázpalackok, hajófelépítmények anyaga. Korrózióállóságuk, képlékeny alakíthatóságuk, hegeszthetőségük kiváló. hőkezelhetőek: Al-Mg-Si: nagy szilárdságú villamos vezetékanyag, jól alakíthatóak, hegeszthetők. Al-Cu-Mg: Sajtolt merevítőbordákkal ellátott nagyméretű alkatrészek készre gyártása, nemes szilárdságuk 4-6nap raktári „hevertettéssel”(természetes öregedés). Hegesztéskor repedésre hajlamos, ezért szegecseléssel kedvezőbb a kötés. Korrózióra érzékeny, így nagytisztaságú vékony, ötvözetlen Al-lemezekkel mindkét oldalán hengerelt (kompozit) kivitelben gyártják.
Al-Cu(4%): önnemesedő, homokformába önthető nagy szilárdságú ötvözet. Al-Si(6-12%): kis Si tartalom: kevésbé igénybevett alkatrészek gyártása nagyobb Si tartalom: jó rezgés és nyomásálló, bonyolult vékonyfalú öntvények. A vastartalmú ötvözetek nem hőkezelhetők és nem hegeszthetők. Al-Mg(3-5%Mg+Si,Cu): nagyon jó korrózióálló, polírozható, anódizálható és forgácsolható. Si-ötvözéssel nemesíthető lesz. Műszer-, építő-, élelmiszer- és vegyipar alkalmazza, ill. szerelvények, hajóalkatrészek öntése.
Al-Zn-Mg(2-10%Zn+Mg,Si): nemesíthető, nagy szilárdság, közepes korrózióállóság, feltételesen hegeszthető. Al-Si-Mg: nemesíthető, kiválóan önthető.
Ti: 882,5’C-ig alfa hexagonális, felette béta térközepes köbös kristályszerkezetű, a vasnál könnyebb, nem mágneses fém. Szilárdsági tulajdonságai nem változnak sem fagypont alatt, sem 600’C-ig. Hőtágulása, hővezetése közepes, kisebb mint az acélé, alumíniumé. 
Az ötvözetlen titán: kiváló korrózióálló (felületi vékony oxidréteg TiO2, 400’C-ig véd a gázkorrózió ellen). Tökéletesen ellenáll tengervíznek, nedves, szerves-savas közegnek. Az ipari titán nehezen forgácsolható és rossz hővezető. Alkalmazás: - ahol követelmény a kiváló korrózióállóság- vegyipar (hőcserélők, tartályok, autoklávok, csővezetékek, galvanizáló kosarak, stb.) Nem káros az emberi szervezetre -> implantátumként. Ötvözéssel(Sn, Zr, Al), hőkezeléssel szilárdsága jelentősen növelhető. A titánötvözeteket fázisviszonyuk alapján osztályozzák, eszerint lehet: α - fázisú (Al, Sn, Zr): kevésbé jól alakítható, nagyobb üzemi hőmérsékletű sugárhajtóművekben alkalmazzák. α+β-fázisú (Al,V,Mo,Cr): főként a helikopter és repülőgépgyártás, űrhajózás alkalmazza β - fázisú (V,Mo,Nb,Ta): nagyobb sűrűségű, rácsszerkezete révén jól alakítható.
Magnézium (Mg): kis sűrűségű, jó hő és elektromos vezető, hexagonális kristályszerkezetű fém, olvadáspontja: 650’C. Ötvözetlen Mg: szilárdsága nagyon kicsi, erősen reakcióképes a zoxigénnel, ezért szerkezeti anyagként csak ötvözetei alkalmazhatók. Öntéskor ill. forgácsoláskor különleges intézkedések szükségesek az öngyulladás megelőzésére. Alkalmazás: ahol a kis sűrűség nagy előny, gépjármű-, gépipar, repülőgép, űrjármű, műholdgyártás. Könnyűfémkerék; négyszer könnyebb az acél-, és 1/3-al az alumínium kerekeknél -> sport, versenykocsik. Berillium(Be): ezüstfehér, hexagonális kristályszerkezetű, 1277’C-on olvadó, kis sűrűségű, kemény, rideg fém. Az ötvözetlen Be szilárdsága erősen szennyezettségfüggő. Az öntött Be durva, oszlopos kristályai miat hidegen nem alakítható. Röntgencsövek sugáráteresztő ablakaihoz, továbbá kedvező ötvözőfém Cu, Al és Mg ötvözetekben. Be-Al: atomenergia, repülőgép, rakéta ipar. Be-Ni: szikramentes szerszámok. 4.2. SZÍNESFÉMEK
A réz(Cu) lapközepes köbös kristályrácsú, jól alakítható, 1083’C-on olvadó a vasnál nehezebb vörös színű fém. Szilárdsága kicsi, nyúlása nagy, nagyon jó elektromos- és hővezető. Oxidtartalma miatt hidrogénfelvételkor ún. hidrogénbetegség lép fel. A réz-oxiddal (Cu2O) eutektikumot képez, csökkenti a szívósságot. Lágy állapotban jól alakítható, forgácsolásra alkalmatlan, kenődik -> ha elsődleges az elektromos vezetőképesség és másodlagos a szilárdsági igény. Hidegalakítás a vezetőképességét 15%-al rontja. A réz használati tárgyakat mindig hidegen alakított formában használják. Így a szakítószilárdság 3-3,5 a folyáshatár 6-7-szeresére növelhető.
-nem nemesíthető: Zn, Sn, Ni, Al, Mn. -nemesíthető: Be, Cr, Zr ötvözetek. Alkaítással, vagy öntészeti úton.
A sárgaréz Cu-Zn (cink) 10-40%Zn-tartalmú rézötvözet. Hidegen kiválóan alakítható, mélyhúzható. Az alakítható sárgarezek közül a kisebb 4-16%Zn-tartalmú ötvözeteket az elektrotechnika alkalmazza (kapcsolók laprugói, relék). A 19-21%Zn-tartalmúakat iparművészeti termékekhez, hangszerhúrokhoz, nyomásmérőkhöz használják. A 30-40%-osat (öntészeti Cu, olvadáspontja 900’C) hőcserélőkhöz, radiátorokhoz, csavarokhoz, érmékhez, sajtolt alkatrészekhez, stb. alkalmazzák. A nagyszilárdságú Cu-t Al, Sn, Ni, Mn-el ötvözik; csapágyak, kondenzátorcsövek, nagyterhelésű szerelvények, stb.)
A bronz Sn (ón) tartalmú rézötvözet. A lapközepes köbös Cu és a tetragonális Sn lassú hűtéskor 15,8%Sn-ig, gyors hűtéskor 6%Sn-ig egyfázisú szilárd oldatot alkot. Ezért a kis óntartalmú (Sn<6-8%) bronzok hidegen jól alakítható ötvözetek. Ilyenekből csavarokat, rugókat, fémtömlőket, huzalszövetet,vegyipari alkatrészeket készítenek. A 7-12%Sn tartalmú öntészeti bronzokból csigakereket, talpcsapágyat, saválló armatúrákat stb. gyártanak.
A Cu-Al(5-11%Al) az ötvözetlenhez képest nagyobb korrózióállóságú, mivel felületén alumínium-oxid réteg képződik, ehhez min. 4%Al-ötvözés szükséges. Gépalkatrészek, vegyipari berendezések. A Cu-Ni(9-11,vagy29-32%) szilárd oldatú, a két fém egymást oldja. A Cu az alakíthatóságot a Ni a szilárdságot és a korrózióállóságot növeli. Ahol fokozottan számít a korr.állóság és a melegszilárdság (erőművi berendezések, kőolajipar,stb.) A Cu-Si(2-3%Si-és 1%Mn) a legfontosabb gyengén ötvözött rézötvözet, amelyjelentősen növeli a réz szilárdságát anélkül, hogy befolyásolná képlékenységét. Főként vegyipar; hőcserélők, hűtőtechnika.
A nemesíthető rézötvözetek (Cu-Be, Cu-Ni-Si, Cu-Cr, Cu-Zr) szilárdsága hőkezeléssel növelhető. Ilyen ötvözetekből készülnek pl. az ellenállás-hegesztőgépek elektródái. A Cu-Be ötvözet nemesíthető, nagy szilárdságú, kiváló elektromos vezető, ezért abból érintkezőket, reléket, rugókat, stb. készítenek.
A cink(Zn) 419’C-on olvadó, kékesfehér színű, sima felületein csillogó, hexagonális kristályszerkezetű fém. Nagy hőtágulású, jó elektromos vezető, jól önthető fém. A levegőn már 500’C-on halványzöld lánggal cink-oxiddá ég el. Korrózióval szembeni ellenállása nagyon jó, levegő hatására felületén matt szürke, majd fehéres oxidréteg képződik (véd). 90-120’C és 150-180’C között lágy és jól alakítható, egyébként rideg. Zn-ötvözetek: (Al, Cu, Mg) ritkán alakítással, inkább öntészettel dolgozzák fel. Öntéskor durvaszemcsés lesz, szilárdsága öntött állapotban kicsi. Fő ötvözői az Al(4%), Cu(1%), Mg. Mivel a Zn ötvözetek ömledéke erősen hígfolyós és gyorsan dermed, ezért nyomásos öntéssel csekély terhelhetőségű, bonyolult formájú, mérethű öntvények (pl. karburátorok, játékok, stb.) készíthetők. A Zn-Ti-Cu ötvözetből (titáncink) ereszcsatornát, tetőborításokat készítenek.
Az ón(Sn) 232’C-on olvadó, ezüstös színű, szobahőmérsékleten tetragonális kristályszerkezetű (β-Sn), 13,2’C alatt gyémántszerkezetű (α-Sn) allotorp átalakulású fém. Nagy szakadási nyúlás, hidegen jól alakítható, forgácsolható. Mechanikai igénybevétel viselésére alkalmatlan. Levegőn, vízben, tengervízben, élelmiszerekben korróziós károsodás nem éri, nem képződnek mérgező vegyületei. Az α-Sn rendkívül rideg és mivel nagy térfogatcsökkenéssel keletkezik a β-fázisból, szürke porrá esik szét („ónpestis”). Mindez -50’C körüli hosszú idejű tárolás esetén. Az ónötvözetek (Sn-Sb-Cu, Sn-Sb-Cu-Pb ún. fehérfémek) jó siklócsapágy anyagok (turbináknál) ezek bélelésére különleges tulajdonságú fémötvözetekre van szükség, melyek: -keménysége elég nagy, hogy lassan kopjon, de a csapot ne koptassa -képlékenyek legyenek a helyi feszültségek leépüléséhez, a terhelés eloszlásához -felületén a kenőanyag jól tárolódjon, ill. a kenőanyagfilm jól képződjön -jó önthetőség végett kis olvadási hőmérséklet -jó hővezető képesség, hűtés érvényesülése érdekében -korrózióval szembeni ellenállás -acélcsaphoz mutatott surlódási tényezője kicsi legyen Az Sn-Pb ötvözet kiváló lágyforraszanyag(Sn30-60%), ón-, ólom-, horganytárgyak, ill. ezekkel bevont acél és réz alkatrészek forraszaként lehet használni.
_____________________________________________________________________ 4.3. KÜLÖNLEGES FÉMES ANYAGOK
Az arany(Au): közepes olvadáspontú (1063’C), nehéz, jó hő és elektromos vezető, képlékeny, korrózióálló, királyvíznek is ellenáll, lapközepes köbös kristályszerkezetű fém. Tisztaságát karátokban adják meg; az ötvözet hány 24-ed része arany. A 24 karátos minőség jelzi tehát a 100% tisztaságot. Képlékenysége következtében μm vastagságú vékony lemezekké, fólává hengerelhető. Szilárdságát Cu ötvözettel növelik. Az arany a rezet minden arányban oldja, sárgás arany színe ötvözéssel tág határok között változtatható. Az ezüst(Ag): közepes olvadáspontú (961’C) és sűrűségű, a legjobb hő- és elektromos vezető, lapközepes köbös kristályszerkezetű fém. Levegőn változatlan marad, kénhidrogén hatására fekete ezüst-szulfid réteg vonja be. Sósavban és más, nem oxidáló savakban oldhatatlan. Arannyal és rézzel minden arányban ötvözhető, a higannyal amalgámot képez. Fő ötvözője a réz(<20%)ami a keménységét és kopásállóságát növeli. A platina(Pt): nagyon lágy, az acélnál nagyobb olvadáspontú (1773’C), nagy sűrűségű, lapközepes köbös kristályszerkezetű, szürkésfehér fényű nemesfém. Igen jó katalizátorfém, kémiailag ellenálló, csak a királyvíz oldja. A palládium(Pd): 1552’C-on olvadó ezüstfehér, a platinánál keményebb és szívósabb, de jól megmunkálható, nagy sűrűségű fém. Jellegzetes tulajdonsága, hogy nagy mennyiségű hidrogént (saját térfogatának 800-szorosát) képes atomos állapotban megkötni.
Ni-ötvözetek: főként olyan ipari területeken alkalmazzák, ahol a nagy hőmérsékleten is jó korrózióállóság, nagy melegszilárdság és reveállóság a követelmény. pl.: vegyipari, petrolkémiai berendezések szivattyúi, hűtői, stb. Ni-Cu(28-34%) ún. Monel-fém, gyengén mágnesezhető ötvözet. Jobb korrózióállóság klorid- és fluoridionokkal, folsavval és kénsavval szemben. -> Energiaiparban, atomreaktorokban, vegyiparban használják hőcserélőkhöz, kondenzátorokhoz, stb. A nyúlásmérő bélyegek ellenálláshuzalait pl. 55%Ni-45%Cu ötvözetből készítik. Ni-Cr, Ni-Cr-Fe, Ni-Ce-Fe-Mo ötvözetek; ellenállás a nagy hőmérsékleten fellépő oxidációval és redukáló közegekkel szemben 1100’C-ig. Ni-Mo, Ni-Mo-Cr ötvözeteket a vegyiparban, pl. füstgáz-kéntelenítő berendezésekhez használják, mivel kiválóan ellenáll mind az oxidáló, mind a redukáló közegnek. Ni-Fe(25%) lágymágneses ötvözetet az elektrotechnikában alkalmazzák, mivel különösen nagy a relatív mágneses permeabilitása. A kobalt(Co) /szorgalmi: szuperötvözeti alapanyag, mint a nikkel/ 1495’C-on olvadó, vasnál kissé nehezebb, szürkésfehér színű, szobahőmérsékleten hexagonális, 470’C fölött lapközepes köbös kristályszerkezetű, allotrop átalakulású fém. Rendkívül szívós, acélhoz hasonló szilárdságú és keménységű, 1115’C-ig ferromágneses. Fontos ötvöző, (pl. gyorsacélok, keményfémek, mágneses ötvözetek estén.) Korrózióállósága kitűnő, kiválásosan nemesíthető ötvözetei nagyobb hőmérsékletig kúszásállóak, mint a nikkelötvözetek. A 45-60% Co tartalmú kobaltötvözeteket (Co-Cr, Co-Cr-Ni) nagy hőmérsékleten (1100’C-ig) üzemelő ipari gázturbinák vezetőlapátjai és alkatrészei gyártásához alkalmazzák.
A volfrám(W) a fémek között a legnagyobb olvadáspontú (3410’C) ezüstfehér színű, térközepes köbös kristályszerkezetű (mi más lenne…), nagyon kemény nehézfém. Az ötvözetlen volfrámból izzószálakat, elektródákat készítenek. Erős karbid- és nitridképző ötvöző, a szerszámacélok, gyorsacélok, keményfémek fontos ötvözőeleme. A tantál(Ta) 2990’C-on olvadó, térközepes köbös kristályszerkezetű (vááá), szürke színű nehézfém. Erős karbid- és nitridképző, szemcsefinomító hatású ötvözőelem. Elektrotechnikában, vegyipari és atomenergiai készülékek alkatrészeihez, nagy hőmérsékletű kemencék gyártásához, orvosi műszerek készítésére használják. A molibdén(Mo) 2620’C-on olvadó, térközepes köbös kristályszerkezetűűű, ezüstfehér színű, fényes, jól alakítható nehézfém. Karbid és nitridképző, a melegszilárd acélok, szerszámacélok, korrózió- sav- és hőálló acélok fontos ötvözőeleme. Melegszilárd szerkezeti elemek, fémöntés-, fémszórás technika. A nióbium(Nb) 2415’C-on olvadó, térközepes köbös kristályszerkezetű, szürke, fémes fényű, közepes keménységű, a vasnál kissé nehezebb fém. Ötvözőként acélok szemcsefinomítására, korrózióálló acélok stabilizálására használják. Ötvözeteit nagy hőmérsékleten üzemelő elemekhez használják. A króm(Cr) 1900’C-on olvadó, ezüstfehér színű, nagyon kemény és nehezen megmunkálható, a vasnál kissé könnyebb, (figyelem!) térközepes köbös kristályszerkezetű fém. Rideg és törékeny így ötvözetek formájában használják. Erős oxid- és karbidképző ötvözőelem, az acélok egyik legfontosabb ötvözője. Növeli a melegszilárdságot, a korrózió- és reveállóságot. az ötvözetlen króm előnyösen alkalmazható acélok felületvédelmére. A cirkónium(Zr) 1852’C-on olvadó, szürkésfehér színű, a vasnál könnyebb, nagyon kemény és rideg, hexagonális kristályszerkezetű fém. Levegő hatására a felületén öszefüggő, vékony oxidréteg képződik. Kémiailag és fémtanilag a Zr a titánhoz hasonló tulajdonságú, az acélok fontos ötvözőeleme. Korrózióállósága oxidáló közegekben meghaladja az ötvözetlen titánét, ezért vegyipari berendezések gyártásánál alkalmazzák. Reaktortechnikában, atomenergia fűtőelemek védőcsöveit Zr-ötvözetből készítik. Oxigénnel képzett vegyületét (ZrO2)tűzálló edények és zománcok készítésére használják.
- WC-TiC-Ta(Nb)C-Co ötvözetek, - bevonatolt keményfémek, - különleges keményfémek (pl. cermetek)
Félvezetőnek nevezik azokat az anyagokat, amelyek fajlagos vezetőképessége 10 . . .10 siemens/m tartományba esik. Ezek tették lehetővé a félveztető technológia, az informatika, a méréstechnika és az összes ehhez kapcsolódó tudomány fejlődését. A félvezető anyagokat a bennük lévő, elmozdulni képes töltéshordozók alapján ion- és elektron-félvezetőkre oszthatjuk. Az elektron-félvezetők csoportjába tartozó elemi félvezetőkhöz 12 elem tartozik, a legismertebbek a Si és a Ge. A vegyület-félvezetők fő képviselője a GaAs (gallium-arzenid). B, C, Si, Ge, Sn, P, As, Sb, S, Se, Te, I (bór, szén, szilícium, germánium, ón, foszfor, arzén, antimon, kén, szelén, tellur, jód) Szupravezetők azok az anyagok, amelyeknél egy jellemző kritikus hőmérséklet alatt a fajlagos villamos ellenállás nullává válik. A periódusos rendszer elemei közül a Nb (nióbium) kritikus hőmérséklete kb. -266’C, ezért a legtöbb szupravezető ötvözet Nb-alapú. Yüklə 82,64 Kb. Dostları ilə paylaş:
|