Hőkezelés- 2016/2017 ősz
Színes fémek hőkezelése
Fábián Enikő Réka
[email protected]
Nem vasalapú gépészeti ötvözetek
Színes fémek jellemző hőkezelési görbéi
Magnézium ötvözetek
Magnézium ötvözetek
Alakítható ötvözetek
Magnézium ötvözetek melegalakítása és lágyítása Ötvözet Mg-Mn2 Mg-Al-Zn ötvözetek Mg-Al Mg-Zn-Zr
Melegalakítás °C
Lágyítás °C
400
340
300-350
280
300
300
350-380
340
Réz és ötvözetei
Sárgaréz
a
Sárgaréz a réz és cink ötvözete. 100% réz – vörösréz; 1-7% cink – halvány vörös, 7-14% cink –vöröses - sárga; 14-17% (30% ) cink - tiszta sárga lesz. 30% Zn tartam fölött kezd vörösödni, úgy hogy az 50%cinket és 50% rezet tartalmazó ötvözet aranysárga 50%-on túl az ötvözet kezd fehéredni és mindinkább a cink színét ölti fel. Hidegen legnyújthatóbb a sárgaréz, ha 15-20% cinket tartalmaz. Ez az ötvözet melegen nem munkálható meg. Ha a cink 35-40%-nyi mennyiségben van jelen, az ötvözet melegen és hidegen egyaránt nyújtható, még több cinkkel a nyújthatóság rohamosan csökken, de 70-90% cinktartalom esetén a fém újra nyújtható lesz, mégpedig csak izzó állapotban. Legszilárdabb a sárgaréz, ha benne 28,5% cink van.
Sárgaréz
Sárgaréz II
Sárgaréz-öntvény figura
Sárgaréz manométerszelep
A holland Amandine hajó csavarja
Villamos vezetőképesség és lágyítás réznél
Hidegen alakított réz lágyításával bekövetkező vezetőképesség változás
Elektrolitréz lágyítása 93 % 50 % 25 % 10 %
0
200
400
Lágyítási idő 1h
3%
600
800 T,°C
Réz újrakristályosodása
A sárgarezek hőkezelése Feszültség csökkentésújrakristályosodást elkerűlő lágyítási hőmérséklet alatt. (Sárgaréz) Zn>15%
A sárgarezek hőkezelése
A sárgarezek hőkezelése
CuZn37
A sárgarezek hőkezelése
Újrakristályosodás kezdete és vége
CuZn37
A többalkotós sárgarezek hőkezelése
A sárgarezek nemesítése
- szövetszerkezet változik, keménysége alig
Gyors hűtés az a- átalakulást akadályozzuk, ezzel a sárgaréz keménysége nő, ami a nagyobb β fázis nagyobb mennyiségének a következménye. Ritkán alkalmazzuk.
Bronzok I
A bronz a réz különféle ötvözeteinek általános elnevezése. Legelterjedtebb, a köznapi nyelvben egyszerűen bronznak nevezett változata az ónbronz, ahol az ötvözőanyag az ón, azonban ehhez az alaphoz lehet adni például arzént, alumíniumot, és egyéb fémeket is
Bronzok
a
Bronzok II Az öntészeti bronzok jól önthető, szilárd, kopásálló, jól csúszó szerkezeti anyagok. Az alakítható bronzok szilárd, a fárasztó igénybevételnek ellenálló ötvözetek. A bronz hideg és meleg megmunkálása nehezebb, mint a sárgarézé, de korrózióállóbb a sárgaréznél. A bronz tengervízálló és ellenáll a szerves savaknak is. A bronzok családjába tartoznak a vörösötvözetnek nevezett fémek is Az ókortól kezdve a bronzszobrok máig igen elterjedtek, mivel kitűnően önthető, híven követi az agyagból készült szobor minden felületi finomságát. A bronzszobrokon képződő patina azon kívül, hogy fokozza az esztétikai hatást, megvédi az alkotást a környezet romboló hatásaitól.
Bronzok II A bronzkorban ékszereken tükrökön és szobrocskákon kívül szerszámokat és fegyvereket (kardok, tőrök, lándzsahegyek, sisak, vért) készítettek bronzból, ezek nagy részét azonban a vas és acél kiszorította.
Igen elterjedtek a bronzból készült érmék. A bronz hagyományos felhasználási területe a harangöntés. A haranghoz 20-23% ónt tartalmazó bronzot használnak, néha kevés ezüstöt is adnak hozzá, hogy csengőbb legyen a hangja. A harangöntés technikájából fejlődött ki az ágyúkészítés. A 19. század közepéig az ágyúk túlnyomó része bronzból készült. .
Bronzok II Gépiparban csapágycsészék, fogaskerekek, csigakerekek és csőszerelvények készülnek belőle, ekkor kevés ónt, 4-5% mangánt és általában kis mértékben vasat tartalmaznak.
Bronz csigakerék egy hajtóműházban.
Robbanásveszélyes munkahelyeken, például az olajfinomítók egyes részein csak bronzból készült szerszámokat szabad használni, mert az ütközésekor nem képződik olyan szikra, mely a robbanóképes elegyet felrobbantaná
Bronzok II
A réz és ötvözeteinek hőkezelése
• Feszültség csökkentés- újrakristályosodást elkerűlő lágyítási hőmérséklet alatt. Sárgaréz Zn>15% – Al-bronz – Si-bronz
A rézötvözetek a feszültségkorrózióra általában érzékenyek. A P-bronzok és a Ni –Cu ötvözetek a gyors Tlágyításra való felmelegítésre érzékenyek (fire cracking) -Termikus feszültség elkerülése
A réz és ötvözeteinek hőkezelése Homogenizálás- öntött és melegen alakított ötvözeteknél főleg nikkel és ón ötvözés A diffúzió és homogenizálódás hosszú és nehézkes az ón-, silicium- bronzokban, nikkel-réz ötvözetekben → hosszú hőntartás hideg meleg megmunkálás előtt. Ón-bronz (Sn>8%) Thomog~760°C Lágyítás - kicsit az újrakristályosító hőmérséklet fölött (light anneal)szemcsefinomság ötvözéssel (Fe, Al) - alig a szemcsedurvulás T°C-e alatt (soft anneal)- kiválások oldódnak • Ha az ötvözetben oxigén van a környezet hidrogén tartalmát minimalizálni!!- törékenység. Ha T<480°C az ötvözet H tartalma<1%
99,945% tisztaságú Cu
A réz és ötvözeteinek hőkezelése Képlékenyen alakított rézötvözetek Lágyítás
99,92% tisztaságú Cu
99,945% tisztaságú Cu
99,92% tisztaságú Cu
Ónbronzok
Lágy bronzhuzal (a) Lágyítás 600-650°C
Ónbronzok
Sn=6,5%
Alakítható ónbronzok hőkezelése
A görbékre írt számok az óntartalmat jelentik
Réz –nikkel ötvözetek
Alumínium bronzok
Alumínium bronzok
CuAl5
CuAl7
Sajtolt alumíniumbronzok
Alumínium bronzok
A beriliumbronzok hőkezelése
A beriliumbronzok hőkezelése
A beriliumbronzok hőkezelése
Berilium bronzok
Berilium bronzok Lágyított (Be=3%)
Öregítési hőmérséklet és idő hatása
Berilium bronzok Félkemény (Be=2,5%)
Öregítési hőmérséklet és idő hatása
A réz és ötvözeteinek hőkezelése
A réz és ötvözeteinek hőkezelése
Ötvözet
Melegalakítás (°C)
Lágyítás (°C)
Réz
650-950
650-800
Sárgaréz (Cu~67%)
820-870
620-640
Sárgaréz (Cu<67%)
600-870
560-600
Ónbronz (Sn=3-10%)
500-700
600-650
Alumínium bronz
500-700
300-400
Réz nikkel ötvözet
700-800
500-700
A réz és ötvözeteinek hőkezelése • Kiválásos keményítés =oldó hőkezelés- öregítés töregít ≤3h (általában) Töregít+ töregít → mechanikai tulajdonságok – Berilium –bronzok – Cu–Ni, Cu–Co, Cu –Cr, Cu-Zr, Cu-Ni-Si , Cu-Ni-P Cu-Ni-P ötvözetek (kicsi de nagyszilárdságú alkatrészek) → Toldó=700-800°C, gyors hűtés nem szükséges,+Töregít=(425-475°C)/(1-3h) Cu –Cr Toldó=950-1010°C, gyors hűtés+ Töregít=(400-500°C)/(~4h)
Cu-Zr Toldó=900-925°C, hűtésvízben+ Töregít=(500-550°C)/(~1-4h) Cu-Ti Toldó=900°C, gyors hűtés+ Töregít=(350-450°C)/(10-20h)
A nikkel és ötvözeteinek hőkezelése
Általában ládákban hőkezeljük elektromos kemencében esetleg gázzal fűtött kemencében – egyenletes hőmérséklet (±6% C) és tiszta felület szükséges (nehéz olajban jól hőkezelni). Keményítő hőkezelés előtt kenőanyag nem lehet a felületen.
Hosszú a hőkezelés – kevés levegő→ nem igazán fényes darab. Részben fényes alkatrészfelület ←száraz, tiszta H2 vagy ammónia Sófürdőket kis alkatrészeknél lehet használni alkalmanként, de S –t nyomokban sem tartalmazhat- Ridegség
A nikkel és ötvözeteinek hőkezelése Feszültség csökkentés- feszültség csökkentés újrakristályosodás nélkül, megmunkálási keményedés csökkentésére a kiválásosan nem keményedő ötvözeteknél T=425-870°C (alakítási keménység és összetétel függvényében) Lágyítás - a hidegalakítás következtében felkeményedett anyagok keménységének csökkentése, kilágyítás illetve újrakristályosodás céllal T=705-1205°C (alakítási keménység és összetétel függvényében) rövidezért a T betartása kritikus Lágyítás zárt dobozban-gyakori Nyitott lágyítás (oxidációtól védve ) redukáló gáz elektromos kemencében
Feszültség kiegyenlítő - feszültség kiegyenlítése a hidegen alakított anyagoknál anélkül, hogy a mechanikai tulajdonságok változnának
Oldó hőkezelés a kiválálások és karbidok szilároldatba vitelére. Általában kiválásosan keményedő anyagoknál öregítés előtt alkalmazzuk.
Öregítés a mátrixban diszperz fázisok kiválásának érdekében a maximum keménység elérésének céljából, kiválásosan keményíthető ötvözeteknél T=425-870°C
Fontosabb nikkel ötvözetek
A nikkel ötvözeteinek hőkezelése -1 Lágyítás szemcsedurvulás nélkül (soft annealing)
Ötvözet
Nyitott lágyítás T,°C
Zárt lágyítás T,°C
Feszültség csökkentés T,°C
Nickel 200
815-925
705-760
480-705
Nickel 201
760-870
705-760
480-705
Monel 400
870-980
760-815
540-565
Monel R-405
870-980
760-815
_
Monel K-500
870-1040
_
_
Inconel 600
925-1040
925-980
760-870
Inconel 601
1095-1175
1095-1175
_
Inconel 617
1120-1175
1120-1175
_
A nikkel ötvözeteinek hőkezelése-2 Lágyítás szemcsedurvulás nélkül (soft annealing)
Ötvözet
Nyitott lágyítás T,°C
Zárt lágyítás T,°C
Feszültség csökkentés T,°C
Inconel 625
980-1150
980-1150
_
Inconel 718
955-980
_
_
Inconel X-750
1095-1150
_
_
Hastelloy-B
1095-1185
_
1095-1185
Hastelloy-C
1215
_
1215
Hastelloy-X
1175
1175
_
Lágyítás szemcsedurvulással (dead-soft annealing) Nagyobb hőmérséklet, hosszabb idő → 10-20% lágyabb
A nikkel és ötvözeteinek hőkezelése
Kiválásos keményítés
Ötvözet típus
Toldó hőkezelés
Hűtés módja
Öregítés
Monel K-500
980°C
Víz
T = 595°C/ 16h+ kemence hűtés 540°C-ra/6h +kemence hűtés 480°C-ra/ 8h; levegő hűtés
Inconel 718
980°C
Levegő
T = 720°C/ 8h+ kemence hűtés 620°C-ra/ ott tart amíg a teljes öregítési idő 18h-t eléri+ levegő hűtés
Inconel X-750
1150°C
Levegő
T = 845°C/ 24h+ levegő hűtés újrahevítés 705°C /20h + levegő hűtés
980°C
Levegő
T = 730°C/ 8h+ kemence hűtés 620°C-ra/ ott tart amíg a teljes öregítési idő 18h-t eléri+ levegő hűtés
1175°C
levegő
T = 760°C/ 3h+ levegő hűtés újrahevítés 595°C /3h + levegő hűtés
Hastelloy X
A titán és ötvözetei
A titán és ötvözetei A titán szobahőmérsékleten sűrű illeszkedésű hexagonális (close packed hexagonal) kristályszerkezetű, az elemi cella hatszög alapú hasábjában a magasság-alapél aránya 1,587. Kb. 8900C-on allotróp átalakulás, térközepes köbös kristályszerkezetté való átalakulás megy végbe, és ez a β fázis stabil marad az olvadáspontig, 16670C-ig,
A titán és ötvözetei A homogén titánötvözetek újrakristályosítása 400 - 500 °C
A titán és ötvözetei A stabilizáló hatás szerint a titán ötvözet egyensúlyi diagramjának három alaptípusa van
-
az Al, O, N és a Ga α-stabilizátorok, azaz az α-fázisra (hexagonális szerkezetű fázisra) van stabilizáló hatásuk. a Mo, V, W és a Ta β-stabilizátorok, azaz a β-fázisra (térközepes köbös fázisra) van stabilizáló hatásuk. -a Cu, Mn, Fe, Ni, Co és a H szintén β-stabilizátorok, de eutektoidot is képeznek a titánnal. Az eutektoid képződés gyakran lassú és nehézkes.
A titán és ötvözetei α és α közeli ötvözetek
Ötvözet
Oldó hőkezelés T [°C]
Idő [h]
Hűtő közeg
Öregítés T [°C]
Idő [h]
A titán és ötvözetei α -β ötvözetek
Ötvözet
Oldó hőkezelés T [°C]
Idő [h]
Hűtő közeg
Öregítés T [°C]
Idő [h]
A titán és ötvözetei β és βközeli ötvözetek
Ötvözet
Oldó hőkezelés T [°C]
Idő [h]
Hűtő közeg
Öregítés T [°C]
Idő [h]
Ón és ólom ötvözetek
Cink és ötvözetei
