2011. tavaszi félév. Élanyagok. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások II. Kód: BMEKOJJA124

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások II. 2011. tavaszi félév

Élanyagok Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Járműgyártás és –javítás Tanszék, 1111, Budapest, Bertalan L. u. 2. Z 608., tel./fax: +36 1 463-1694/ +36 1 463-3467



Budapest University of Technology and Economics

Járműgyártás és -javítás Tanszék


Az • élanyagot • élgeometriát • a bevonat anyagát • technológiai adatokat úgy kell összehangolni, hogy a szerszám ne csak forgácsot, hanem

PÉNZT, NYERESÉGET is termeljen. A forgácsolásnak • • •

mindig termelékenynek olcsónak biztosnak (reprodukálhatónak) kell lennie!

2

1


Élanyagok igénybevétele: nyomó húzó csavaró hajlító

(statikus, váltakozó)

•

mechanikai nyíró

•

termikus

hőfok, váltakozó hőmérséklet

•

kémiai

oxidáció, diffúzió

3


Élanyagok jellemző tulajdonságai: • • • • • • •

keménység, nyomószilárdság, élszilárdság szívósság, hajlító-, törőszilárdság melegkeménység, hősokk-állóság oxidáció-állóság kicsi diffúziós hajlam reprodukálható kopásjellemzők keménység, kopásállóság

szívósság

4

2


szerszámanyag

élanyag

a szerszám aktív forgácsoló része

tömör gyorsacél kés

forrasztott lapkás kés

váltó-lapkás kés 5


Munkadarab anyagok csoportosítása a forgácsolhatóság alapján: • szerszám kopás, éltartam • kialakuló felületi érdesség • forgácsoló erő • forgácsolási hő • forgács alakja, terjedelme

Pálmai Z.: Fémek forgácsolhatósága, Műszaki kiadó 6

3


P – HOSSZÚ FORGÁCSOT ADÓ ACÉLOK (ötvözetlen, gyengén-, erősen ötv. acélok, acélöntvények) M – ROZSDAMENTES ACÉLOK K – RÖVID FORGÁCSOT ADÓ temper-, szürke-, gömbgrafitos öntvények N – NEM VAS FÉMEK (alumínium) S – HŐÁLLÓ SZUPERÖTVÖZETEK (Ni, Co alapú) titánötvözetek H – EDZETT ANYAGOK 7


Élanyagok időbeni fejlődése: KÖBÖS BÓRNITRID

1.

gyorsacél

2.

keményfém

3.

kerámia

4.

köbös bórnitrid

5.

gyémánt HV

FORGÁCSOLÁSI SEBESSÉG (m/min)

KERÁMIA

CERMET (BEVONATOS) KEMÉNYFÉM

STELLIT

GYORSACÉL

SZERSZÁM ACÉL

ÉV 8

4


A gyorsacélok főbb típusai:

A gyorsacél (HSS - high speed steel)

9


A gyorsacél előállítási technológiái: Öntés

Forgácsolás

OLVASZTÁSOS eljárás

Olvasztás

Hőkezelés

PORKOHÁSZATI eljárás Porlasztás gázzal

Porlasztás vízzel

Melegalakítás

Átolvasztás

Tokozás

Meleg izosztatikus préselés

Melegalakítás

Forgácsoló megmunkálás

Hideg izosztatikus préselés

Szinterelés ρ<100%

Melegalakítás

Forgácsoló megmunkálás

Préselés formázás

Szinterelés ρ<100%

Köszörülés

Szárítás lágyítás Melegizostatikus tömörítés


10

5


A porkohászati gyorsacél előállítása:


11


HSS alkalmazásának megoszlása W

Mo

V

Co

6

5

2

DMo5 (50%)

6

5

3

EMo3-V3; HSS-E

6

5

2

5

90%

EMo5-Co5 (HSS-Co)

HSS-PM (porkohászati gyorsacél) alkalmazása • fogazó szerszám

70%

• üregelő szerszám

50%

• maró

20%

• menetfúró

10%

• fúró

1%


12

6


A keményfémek főbb típusai: WOLFRÁM bázisú keményfém

HW

Kemény fázis

Kötőanyag

WC, TiC, TaC, NbC

Co

TITÁN bázisú keményfém (Cermet)

Kemény fázis

Kötőanyag

TiC, TiN

Ni, Mo

HT

A keményfémek

13


A wolfram bázisú és titán bázisú keményfémek szövetszerkezete közötti különbség:

wolfram bázisú A keményfémek

KEMÉNY FÁZIS

KEMÉNY FÁZIS

KÖTŐANYAG

KÖTŐANYAG

titán bázisú 14

7


A keményfém gyártási lépései:

forrás: Coromant

A keményfémek

15


forrás: Coromant

A keményfémek

16

8


A keményfémek megnevezése ISO – szerint: HW – WC/Co keményfém HT – TiC/TiN keményfém (Cermet) HC – bevonatos keményfém HF – finomszemcsés keményfém Pl.:

HW – K40

A keményfémek

17


WC/Co keményfém textúrák osztályozása (Fachverband Pulvermetallurgie alapján) WC kristályok szemcsemérete (µm)

Szinter szövet megjelölése

< 0,2 (=200 nm)

Nano

0,2 – 0,5

Ultra finom

0,5 – 0,8

Finomabb

0,8 – 1,3

Finom

1,3 – 2,5

Közepes

2,5 – 6,0

Nagy

> 6,0

Extra nagy

A keményfémek

18

9


Keményfém élanyagok alkalmazásának osztályozása DIN ISO 513 szerint Alkalmazási főcsoportok Betűjel

Színjel

Keményfém fajták P01 P10 P20 P30 P40

P05 P15 P25 P35 P45

M

SÁRGA

Rozsdamentes acélok

M05 M15 M25 M35

K

PIROS

Öntöttvasak

K01 K10 K20 K30 K40

K05 K15 K25 K35

N

ZÖLD

Nem vasalapú anyagok

N01 N10 N20 N30

N05 N15 N25

S

BARNA

Nikkel alapú és titánötvözetek

S01 S10 S20 S30

S05 S15 S25

H

SZÜRKE

Edzett acélok

H01 H10 H20 H30

H05 H15 H25

Szívósság és előtolás növekedése

P50 M01 M10 M20 M30 M40

Alkalmazhatóság

Kopásállóság és forgácsolási sebesség növekedése

Acélok (ötvözetlen, gyengén ötvözött)

KÉK

P

Alkalmazási csoportok Mdb. anyag

A keményfémek

19


BEVONATOK FELADATA: - kopás elleni védelem éltartam növelése - súrlódás, forgácsolási erő, hőfejlődés csökkentése - hőszigetelés

Bevonatolás

20

10


A bevonatolási eljárások:

(Physical Vapor Deposition)

(Chemical Vapor Deposition) forrás: Coromant

Bevonatolás

21


PVD bevonatoló berendezés vázlata

forrás: EMUGE

Bevonatolás

22

11


CVD bevonatoló berendezés vázlata

forrás: EMUGE

Bevonatolás

23


PVD

CVD

ALAKKÖVETŐ 3-5 µm

Ezért éles HSS és keményfém szerszámokat PVD-vel bevonatolnak! Bevonatolás

5-20 µm

R50-150 µm 24

12


Bevonatok kopásállósága:

Hátkopás állóság

Kráteres kopás állóság

TiC Al2O3 TiN

Al2O3 TiN TiC

Bevonatolás

25


HSS

szerszámok PVD bevonattal BEVONATTÍPUSOK MEGOSZLÁSA

HSS - PM

MA: 60-FÉLE BEVONAT!

év www.balzers.hu – Coating Guide www.platit.com www.cemecon.de

Bevonatolás

FORRÁS: EMUGE 26

13


Bevonatstruktúrák: TiN

TiC

WC/C

TiCN TiAlN TiAlN TiN

TiN

Szubsztrát

Szubsztrát

Szubsztrát

Egyszeres bevonat

Gradiens bevonat

Többrétegű bevonat

Szubsztrát

Szubsztrát

Nano bevonat

Kemény/lágy bevonat

Bevonatolás

27


Egy- és többrétegű bevonat hajlítási szimulációja:

Bevonatolás

28

14


Repedésterjedés bevonatokban:

Egyrétegű bevonat • kis belső nyomófeszültséggel

Nanokristályos szerkezet

Többrétegű bevonat

Bevonatolás

Egyrétegű bevonat • nagy belső nyomófeszültséggel

29


Többrétegű gyémántbevonat elektronmikroszkópi képe:

Bevonatok

30

15


Többrétegű bevonatok elektronmikroszkópi képei:

Bevonatok

31


Gyémánt bevonatok töretfelületének elektronmikroszkópi képei:

NORMÁL ÉS NANO MULTI BEVONAT EGYRÉTEGŰ Bevonatok

Forrás: EMUGE

32

16


Forgácsoló kerámiák csoportosítása:

Kerámia élanyagok

33


Szálerősítésű kerámiák: SiC - WHISKER Ø

0,1-10 µm

L

5-50 µm

ρ

3,9 g/cm3

RM

14 000 N/mm2

Acél: 370 N/mm2

5000 SiC - PELLET Kerámia élanyagok

34

17


KERÁMIÁK ÉS ÖSSZETEVŐIK FIZIKAI-, MECHANIKAI JELLEMZŐI (König, Klocke) OXIDKERÁMIA

KEVERT KERÁMIA

Al2O3

JELLEMZŐK

Al2O3 +10% ZrO2

+30% Ti(CN)

SZÁLERŐSÍTÉSŰ OXIDKERÁMIA

SZILÍCIUM NITRID KERÁMIA

Al2O3

Si3N4

Al2O3

ZrO2

TiC

+10% Y2O3 +15% ZrO2 +20% SiC-Whisker

+3,5% ZrO2

+15% ZrO2

4,0

4,2

4,1

4,3

3,7

3,3

3,9

6,1

4,9

1730

1750

1730

1930

1900

1750

2100

1300

3200

+ 5% TiC Sűrűség

ρ

Vickers keménység

-

g/cm 3

Hajlítószilárdság

σbB

MPa

700

800

650

620

900

800

400

1200

-

Nyomószilárdság

σbB

MPa

5000

4700

4800

4800

-

-

5000

3000

-

E

GPa

380

410

390

400

390

410

240

320

4,5

5,1

4,2

4,5

8,0

4

7

32

25

2

E-Modul Törési szívósság

KIc

Hővezető képesség

λ

W/mK

16,4

15

14,7

20

Hőtágulási együttható

α

10-6K-1

8

8

8

8

-

3,4

8,3

10

7,4

Olvadáspont

t

C

-

-

-

-

-

-

2050

2680

3140

1/2

MPa·m

7,0

Kerámia élanyagok

29

35


Köbös-bórnitrid (CBN - Cubic-Boron-Nitride)

Szuperkemény élanyagok

36

18


Polikristályos gyémánt (PCD) és köbös bórnitrid (CBN) előállítása


FORRÁS: TYROLYT

37


CBN alkalmazási módjai: • Tömör CBN váltólapka

• Teljes felületű, réteges CBN váltólapka


38

19


CBN alkalmazási módjai: • Forrasztott CBN sarkú váltólapka


39


Polikristályos gyémánt (PCD) lapka előállítása: tömítés 6 GPa

gyémántszemcsék kobaltban gazdag határréteg keményfém lapka

1500°C

tok keményfém alátét keményfém gyűrű

keményfém bélyeg

Polikristályos gyémánt (PCD) lapka előállítása


40

20


Az élanyagok „térképe”

41


Az élanyagok „térképe”

42

21


KEMÉNYSÉG HV

Keménység HV10

Az élanyagok jellemzése:

szénacél

HŐMÉRSÉKLET 43


Az élanyagok jellemzése: 2500

KEMÉNYSÉG HV

2000 1500 1000 500 0

44

22


edzett acél

gyorsacél

keményfém

forg. kerámia

sűrűség (g/cm3) keménység HV E-modul (GPa) olvadáspont hőállósági határ hőtágulási együttható (10-6/K) nyomószilárdság hajlítószilárdság

Az élanyagok jellemzésének összefoglalása

45


Az élanyagok jelölése és alkalmazási területei

Élanyagok, összefoglalás

46

23


Élanyagok osztályozása DIN ISO 513 szerint Rövid jel

Anyagcsoport

Keményfémek

H W

WC/Co keményfém

H F

Finomszecsés keményfém (<1µm)

HT

TiC/TiN keményfém (Cermet)

HC

Bevonatolt keményfém (fentiek)

C A

Fehér kerámia (Al2O3)

kerámiák

C M

Kevert kerámia (Al2O3 + nem oxid)

C N

Szilícium-nitrid kerámia (Si3N4)

C R

Erősített kerámia (Al2O3 + Whisker)

C C

Bevonatolt kerámia (fentiek)

gyéKöbös mánt bórnitrid

D P

Polikristályos gyémánt

D M

Gyémánt egykristály

B L

Köbös bórnitrid (alacsony CBN tartalom)

B H

Köbös bórnitrid (magas CBN tartalom)

B C

Bevonatolt CBN (fentiek)


47


Élanyagok megjelölése a csomagoláson


48

24


Élanyagok megoszlása (HSS nélkül)

PTW adat 49

25

2011. tavaszi félév. Élanyagok. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

Recommend Documents