Budapesti Mszaki s Gazdasgtudomnyi Egyetem Szent Istvn Egyetem

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szent István Egyetem Óbudai Egyetem Typotex Kiadó TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 Anyagtechnológiák 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése Szerző: Borossay Béla (borossay. bela@bgk. uni-obuda. hu) Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 1

Technológia (τεχνολογια) ØA technológia görög szó, jelentése mesterségtan. Műveletek sorrendjét jelenti, melyek hatására valamilyen előre eltervezett eredmény születik. ØA technológiák jellemzésénél mindig feltehető a kérdés: „Miből, mit gyárt, milyen célra? ” Például a nyersvasgyártás: Előkészített ércből folyékony nyersvasat… Acél- illetve öntvénygyártás céljára… ØA „Hogyan kell csinálni? ” kérdésre adott válasz maga a technológia. ØAz anyagtechnológia az alapanyagok előállításával és feldolgozásával foglalkozó tudományág. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 2

A kőkorszaktól a „polimer korszakig” BIOANYAGOK növényi termés váz állati kültakaró természetes szerves POLIMEREK természetes alapú hőre lágyuló elasztomer mesterséges alapú hőre keményedő KOMPOZITOK mesterséges bevonat, szemcsés, szálas, réteges FÉMEK KERÁMIÁK kristályos amorf nem oxidos egyatomos vegyület vasötvözetek oxidos szervetlen acélok öntöttvasak nem vasfémek könnyűfémek egyéb fémek Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 3

A kerámiák Műszaki kerámiák ØKözepes, ill. nagy szilárdság és hőállóság, jó korrózióállóság ØNagy ridegség, kis alakíthatóság, rossz hő- és villamos-vezetőképesség ØAz alapanyag előállítása általában a formaadással együtt történik Karbon szálak A kerámiák a kőkorszaktól a nanotechnológiák koráig elkísértek bennünket Üveg megmunkálása Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 4

Miért a fémek? ØJól alakíthatók, jó elektromosés hővezetők ØSzilárdságuk és szívósságuk széles tartományban változtatható ØÉrceikből állíthatók elő, de újra feldolgozhatók, nem terhelik a környezetet Jégtörésre alkalmas 16000 tonnás tankhajó A fémek 50 000 éve szolgálják az embert Vasércbánya távlati képe Kirunában (Svédország) (Forrás: LKAB prospektus) Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 5

Az acéltermelés alakulása évente Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 6

A világ legnagyobb acéltermelői Az európai sorrend: Oroszország, Ukrajna 1. Kína 2. India (2010) 3. Brazília Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 7

Az alumínium termelés alakulása Az alumínium tömeges előállítása csak azután vált lehetségessé, amikor már megfelelő mennyiségű villamos energia állt rendelkezésre. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 8

Hol gyártják a legtöbb alumíniumot? Európában Norvégia vezet, de valamennyi fejlett ország jelentős alumíniumiparral rendelkezik. 1. Kína 2. Oroszország 3. Kanada Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 9

A réztermelés éves alakulása A réztermelés az elektronika fejlődésével kapott új lendületet Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 10

Hol állítják elő a legtöbb rezet? Európában Oroszországban és Lengyelországban állítanak elő jelentős mennyiséget 1. Chile 2. Peru 3. USA Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 11

Ha 1 évi termelés 1 m magasan állna… Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 12

A fémek újra feldolgozhatók Érc Metallurgia Válogatás, osztályozás Összegyűjtés Megszilárdítás Alakítás Használat Hulladék A fémek teljes mértékben újra feldolgozhatók, így a környezetre a hulladékuk is veszélytelen. Az újra feldolgozott fém tulajdonságai teljesen azonosak az eredeti, ércből nyert fém tulajdonságaival. A leggyakrabban használt fémek esetén a metallurgiai folyamatba visszavezetett hányad korunkban 30 -50%. Ezzel a nagyon előnyös tulajdonsággal sem a kerámiák, sem a polimerek nem rendelkeznek. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 13

Polimerek ØJó kémiai ellenállás, kis sűrűség, jó alakíthatóság ØRossz hő- és elektromos vezetőképesség, alacsony alkalmazhatósági hőmérséklet ØAz alapanyag előállítása a formaadással együtt történik 1907 -ben szabadalmaztatták az első mesterséges polimert Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 14

A polimerek elterjedése Napjainkban a leggyorsabban növekvő mennyiségben előállított anyagok. Az ábra a térfogatokat hasonlítja össze. Mivel a polimerek sűrűsége kb. egy nagyságrenddel kisebb mint az acélé, tömegben kifejezve ma is mintegy ötször annyi acélt gyártanak, mint polimert. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 15

A világ kőolajtermelése Millió hordó/nap 1 hordó=169 liter A kitermel kőolaj ötödrészéből lesz polimer, a többiből energiát termelnek. A föld kőolajkészlete kb. 50 évre elég. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 16

A műanyagok életútja energia kőolaj monomerek elégetés polimerek Polimer tartalmú hulladék használat Hulladéklerakó kőolaj 200 millió év A polimerek csak részlegesen dolgozhatók fel újra, így hulladékuk többnyire csak elégetéssel hasznosítható. Újabban előírásokat vezetnek be, hogy országonként a termelt energia mekkora hányadának kell polimer elégetéséből származni. Az újra feldolgozás során polimerek kémiai bontása – monomerré alakítani, majd újra polimert létrehozni belőle – nem lehetséges. A polimerek természetes lebomlása nagyon lassú folyamat. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 17

Kompozit anyagok ØTöbb komponensből tudatosan felépített szerkezetű anyagok. Eredő tulajdonságaikkal egyik alkotóelemük sem rendelkezne önállóan ØAz előre gyártott komponensek „összedolgozásával”, a formaadással együtt történik az előállításuk. Szemcse szilárdítású kompozit Réteges szerkezet Szálas erősítés Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 18

A technológiák felosztása 1. ALAPANYAGGYÁRTÓ TECHNOLÓGIÁK Elsődleges MEZŐGAZDASÁGI IPARI termelő tenyésztő bányászati kitermelő Másodlagos malomipar: búza > liszt textilipar: gyapjú > fonal, stb… kerámiaipar: agyag > tégla homok > üveg petrolkémia: olaj > benzin olaj > polimerek alapanyagai kohászat: érc > fémötvözet FELDOLGOZÓ TECHNOLÓGIÁK Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 19

A technológiák felosztása 2. FELDOLGOZÓ TECHNOLÓGIÁK ØKerámiák – az alapanyag előállításával együtt történik a formaadás ØPolimerek – a formaadás közben történik a polimerizáció, poliaddició vagy polikondenzáció ØKompozit anyagok – az egyes komponensek előállítása a saját anyagcsoportjukra jellemző technológiával történik ØFémes anyagok – több lépésben, egymásra épülő technológiákkal történik az alakadás Fémes anyagok alakadó technológiái Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 20

A technológiák felosztása Fémes anyagok alakadó technológiái Elsődleges alakadó technológiák Az olvadt állapotban előállított ötvözet megszilárdítása Álötvözetek készítése (porkohászati technológiák) Másodlagos alakadó technológiák Szilárd állapotban alakadás általános célra: Rúd, lemez, profil, cső gyártása Harmadlagos alakadó technológiák Szilárd állapotban alakadás speciális célra: Konkrét alkatrész, vagy előgyártmány készítése Kohászati technológiák Gépipari technológiák Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 21

A technológiák felosztása Fémes anyagok elsődleges alakadó technológiái Miből? Mit? Milyen célra? Tuskóöntés, tömböntés Olvadt ötvözetből Tuskót, tömböt Hengerlés, kovácsolás, újra olvasztás Folyamatos öntés Olvadt ötvözetből Pászmát, brammát Hengerlés Alakos öntvény készítése Olvadt ötvözetből Alakos tárgyakat Kész alkatrészek, dísztárgyak Portechnológiák Fémporokból Alakos tárgyakat, Kész alakatrészek extra minőségű Hengerlés tuskót Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 22

A technológiák felosztása Fémes anyagok másodlagos alakadó technológiái Miből? Mit? Meleg hengerlés Tuskóból, pászmából Hideg hengerlés Melegen hengerelt szélestermékből Szalagokat, lemezeket, fóliákat Húzás Melegen hengerelt hosszútermékből Rudakat, huzalokat Kisajtolás Tuskóból, melegen hengerelt rudból Profilokat, csöveket Csőgyártás Hengerelt termékből Csöveket (varrat-nélküli, hossz- vagy spirálvarratos) Kovácsolás Tuskóból, melegen hengerelt hosszútermékből Alkatrész előgyártmányokat Milyen célra? Szélestermékeket Hideghengerlés, rúd-, hosszúterméket, profilokat huzal-, csőgyártás Általános célú további fel-használásra Speciális célú további felhasználásra Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 23

A technológiák felosztása Fémes anyagok harmadlagos alakadó technológiái Forgácsoló és képlékenyalakító eljárások, leválasztóés kötéstechnológiák Miből? Mit? Milyen célra? Másodlagos alakadó technológiai termékből Kész alkatrész, vagy annak közvetlen előgyártmányát Konkrét felhasználási célra A konkrét alkatrésznek meg kell felelnie a funkciójának, és gazdaságosan gyárthatónak kell lennie. Fémes anyagok szerkezetváltoztató technológiái Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 24

A technológiák felosztása Fémes anyagok szerkezetváltoztató technológiái Termikus, termokémiai kezelések, felületi technológiák Miből? Mit? Milyen célra? Előnytelen szerkezete miatt funkciójának meg nem felelő alkatrészből, vagy további technológiára nem alkalmas féltermékből Funkció megfelelő alkatrészt, vagy további technológiára alkalmas félterméket Konkrét felhasználási célra Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 25

Technológia <-> anyagtulajdonságok Anyag (tulajdonság) ØKémiai összetétel ØSzerkezet ØFeszültségállapot A technológia alkalmazása során az anyag tulajdonságai akkor is változhatnak, ha a technológiának nem ez volt a célja! Az alkatrészhez a megfelelő anyagot az alkatrésszel szemben támasztott TECHNOLÓGIA követelmények, és az anyag tulajdonságait összevetve választjuk ki. Alkatrész (elvárások) ØFeleljen meg a funkciójának ØÉrje meg adott valószínűséggel a tervezett élettartamát ØLegyen gazdaságosan gyártható Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 26

Technológia <-> anyagtulajdonságok Acélok melegalakítása során szerkezetük megváltozik, ezért tulajdonságaik is változnak. Az alkatrész tulajdonságait alapvetően az alakítás befejező hőmérséklete, és a lehűlés sebessége határozza meg. Ezen kívül hatással lesz a tulajdonságokra a darab mérete, az alakváltozás mértéke, és annak térbeli eloszlása is. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 27

Technológia <-> anyagtulajdonságok A fémek hidegalakítás hatására az alakítás mértékének megfelelően monoton függvény szerint növelik a szilárdságukat, keményednek. Ezt tekinthetjük hasznos hatásnak (nagyobb szilárdságú anyagot/alkatrészt akarunk gyártani), de lehet előnytelen is, hiszen azt jelentheti, hogy egy bizonyos mértékű alakváltozásánál nagyobbat nem tudunk létrehozni. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 28

Technológia <-> anyagtulajdonságok A forgácsolás során (például nagyoló esztergálás) is változnak a tulajdonságok. A forgács leválási helyén nagymértékű hidegalakítást szenved az anyag. Ez természetesen kis térfogatban megy végbe, de bizonyos esetekben befolyásolja a további technológiákat, de akár a kész alkatrész minőségére is hatással lehet. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 29

Technológia <-> anyagtulajdonságok A hegesztő eljárások során helyi olvadás történik, egyúttal az olvadt zóna melletti anyagrészek is felhevülnek. A dermedési folyamat, és a különböző hőmérsékletű részek különböző sebességű lehűlése következtében rendkívül változatos szerkezetek alakulnak ki a fémekben a hőhatásövezetben. A hegesztési technológiák helyes tervezésének előfeltétele az anyagok viselkedésének pontos ismerete. Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 30

Gondoljuk át még egyszer… 1. Melyek az egyes anyagcsoportok előnyös és hátrányos tulajdonságai? 2. Mivel foglalkozik az anyagtechnológia tudományág? 3. Miben különbözik alapvetően a fémek és a többi anyag feldolgozásának technológiája? 4. Melyik anyagcsoportnál tudjuk a technológiákkal a legváltozatosabbá tenni a késztermék tulajdonságait? Anyagtechnológiák – 1. Az anyagtechnológiák általános áttekintése - TÁMOP-4. 1. 2 -08/A/KMR-0029 31