Korszerú Anyagok Hasznosítása 5. Szuperkemény Szerszámanyagok PDF

KORSZERŰ ANYAGOK HASZNOSÍTÁSA 5. Szuperkemény szerszámanyagok Mechatronika IV. 3161; Gépészmérnöki IV. 10161 A tárgy előadója: Dr. Bitay Enikő, egyetemi docens, Sapientia – EMTE, Marosvásárhely, 231-es...

KORSZERŰ ANYAGOK HASZNOSÍTÁSA 5. Szuperkemény szerszámanyagok Mechatronika IV. 3161; Gépészmérnöki IV. 10161 A tárgy előadója: Dr. Bitay Enikő, egyetemi docens, Sapientia – EMTE, Marosvásárhely, 231-es terem 2019. október 22. 16:30-18:20 Irodalom 1. Bitay, Enikő. Lézeres felületkezelés és modellezés. EME, Kolozsvár, 2007. 2. Bagyinszki, Gyula, Bitay, Enikő. Felületkezelés. Műszaki Tudományos Füzetek, EME, Kolozsvár/Cluj, 2009. 3. Ginsztler-Hidasi-Dévényi: Alkalmazott anyagtudomány. Műegyetemi Kiadó, 2000 4. Tisza, M. : Introduction to Materials Sciences. University of Miskolc, 2oo3. 5. Toth, T. : Kompozit anyagok. Főiskolai Kiadó, Budapest, 2ooo. 6. Artinger, I., e.a. : Új fémes szekezeti anyagok és technologiák. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1974. 7. Advanced High Strength Steel (AHSS), 2009, online: ww.worldautosteel.org 8. Multi Phase Twinning-Induced Plasticity (TWIP) Steel, 2011, online: http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=kts&NM=207 9. Ghasem Dini, Rintaro Ueji: Effect of Grain Size and Grain Orientation on Dislocations 10. Structure in Tensile Strained TWIP Steel During Initial Stages of Deformation, Steel Research International, 83(4):374-378, 2012 11. Csízmazia Ferencné: Szerszámanyagok és hőkezelésük. Győr, 2011. Szuperkemény szerszámanyagok A szuperkemény szerszámanyagok csoportjába a természetes gyémánt tulajdonságait megközelítő anyagokat soroljuk. A természetes, mint a mesterségesen előállított gyémánt, köbös bórnitrid (CBN) nagy mennyiségben abrazív szerszámanyagként használatos. Szabályos élgeometriájú szerszámanyagként való felhasználásuk a színesfémek finom megmunkálásával, acélok kemény állapotban végrehajtott esztergálásával, fúrásával került előtérbe. Gyémánt  A gyémánt a legkeményebb anyag.  A természetes gyémántot a hasadási síkok mentén különböző alakra és nagyságra hasítják  A monokristályos gyémánt használatos egyélű forgácsolószerszámként színesfémek finomfelületi megmunkálására.  A gyémántnak nagy a nyomószilárdsága, a hajlítószilárdsága azonban kicsi, köszörülése csak különleges csiszolási módszerrel, gyémánttal lehetséges.  Az acéltestre felforrasztott gyémántkristály csak mikroszkópos méretű forgács leválasztására alkalmas kis előtolással, kis fogásmélységgel és nagy forgácsolási sebességgel. Polikristályos gyémánt  A 60-as években a nagynyomású technika lehetővé tette polikristályos szuperkemény szerszámanyagok létrehozását.  Az alapötletet a Brazíliában bányászott fekete, carbonadónak nevezett gyémánttípus adta. A carbonádó összetapadt gyémánttűkristályok együttese, melyet nem lehet hasítani, darabolni, így köszörűszerszámok szabályozására, mikroszkópos keresztmetszetű forgács leválasztására használják. Polikristályos gyémánt  A polikristályos gyémántot (PKD angol irodalmakban PCD) makroszkópikus keresztmetszetű 60m-nél kisebb átmérőjű, válogatott, tisztított gyémánt szemcsékből B, Si, Be (berilium) katalizátor jelenlétében nagy nyomáson (500…1000. 103 N/cm2) magas hőmérsékleten (1300-3000 C) 20-30 percig tartó zsugorítással állítják elő.  A kristályok rendszertelenül helyezkednek el, így akadályozzák minden irányban a repedésterjedést. Az eredmény, hogy keménység, a kopásállóság minden irányban egyformán nagy.  A kis gyémánt éleket keményfém lapkára forrasztják. A lapka biztosítja a szilárdságot és a hősokkal szembeni ellenállást. A szerszám élettartam sokszorosan meghaladja a keményfém lapkák élettartamát. A gyémánt és a keményfém összehasonlítása vc a forgácsolási sebesség, C keményfém, PCD polikristályos gyémánt Alkalmazási területek  PKD forgácsoló szerszámok ◼ Nem vas alapú anyagok: Al, Al ötvözetek (hipereutektikus Al-Si ötvözetek), sárgaréz, bronz, magnézium, mangán ötvözetek stb. ◼ Nemfémes erősen koptató anyagok pl. műszén, kerámia, porcelán, üvegszálerősítéses műanyagok, réteges fa, keményfém esztergálására, marására Alkalmazási területek  PKD betét húzószerszámokhoz ◼ Keményfém húzóbetétet helyett természetes vagy PKD  Köszörűkorongok szabályozása  Csiszolás, polírozás  Bányászat kőzetfúrók Köbös bór-nitrid CBN  A CBN a gyémánt után a második legkeményebb szerszámanyag. 2x-3x keményebb, mint a SiC  nagy a melegkeménysége (2000 C-ig), kiváló a kopásállsága, nagy a kémiai stabilitása.  Relatíve rideg, bár a kerámiáknál szívósabb. A kerámiákkal összehasonlítva keményebb, de nem olyan jó a hő- és kémiai ellenállása. CBN  Az 50-es években jelent meg, de a 70-es évektől alkalmazzák szélesebb körben.  Az ára magas, de ennek ellenére elterjedten alkalmazzák különösen a keménymegmunkálásoknál.  Acél kovácsdarabok, edzett acélok, öntöttvasak, felületi edzett alkatrészek, porkohászati termékek, hőálló acélok megmunkálásánál használatos. A CBN szerkezete A köbös bórnitrid előállításakor a CBN kristályokat nagy nyomáson és nagy hőmérsékleten sajtolják össze kerámia vagy fém kötőanyaggal.  A rendezetlenül elhelyezkedő kristályok a PKD- hoz hasonlóan akadályozzák a repedésterjedést.  Messzemenően izotróp és kevésbé érzékeny az ütésszerű igénybevétellel szemben.  A tulajdonságok függnek a CBN kristályok méretétől, a kötőanyag fajtájától és mennyiségétől Kompozitok  Acélalapú  Kerámia alapú  Szuperkemény kompozitok Acélkompozitok Coronit Rugóacél vagy gyorsacél mag Porkohászati úton felvitt (az átmérő 15% réteg acél mátrixban eloszlatott 35-60 Térf. %-nyi 0,1 μm méretű TiN PVD eljárással felvitt kb. 2 μm vastag TiCN bevonat Acélkompozitok Coronit jellemzői Marók éltartama közepes forgácsoló sebességnél(vC ez növeli a szilárdságot és a rugalmassági modulust  Zsugorítás vagy szinterelés  Célja a por szemcsék egyesítése  Magas hőmérsékleten, speciális atmoszférában, hosszabb ideig tartó folyamat  Végeredmény: nő a szilárdság, sűrűség (csökken a porozitás), homogén szerkezet alakul ki.  Lehetséges: ◼ Szilárd fázisú (diffúzióval) ◼ Folyékony fázissal az alkotók közül egy megolvad „ragasztóanyag”  Zsugorítás: technológiai paraméterek  Izzítás ideje: 0,5…8 óra  Hőmérséklet: ◼ Egykomponensű por: T=0,65…0,75 Tolv ◼ Többalkotós por: a fő alkotó olvadáspontja szerint számítva  Atmoszféra: vákuum, semleges vagy redukáló  Folyamatok: diffúzió, anyagszerkezeti változások, pórusok összenövése A zsugorításkor végbemenő folyamatok Sűrűség Szilárdság Képlékenység Izzítás ideje Sajtolt darab Hidak a A részecskék A pórusok részecskék között összenőnek eltűnnek A zsugorított termékek utókezelése  Kalibráló sajtolás: növeli a méretpontosságot  Hidegfolyatás, zömítés: módosítja az alakot és növeli a szilárdságot  Porózus alkatrészeknél impregnálás: tömörít, csapágyaknál kenőanyaggal töltik fel a pórusokat  Esetenként forgácsolás A keményfémek gyártása sajtolás őrlés szinterelés bevonatolás kezelés 72  Porkohászati gyorsacélok A karbidképzőkkel erősen ötvözött szerszámacélok öntött szövetében a karbidok durva, „halszálka” formában kristályosodnak. A durva, öntött szerkezetet melegalakítással, kovácsolással finomítjuk. A ledeburitos acélokban az ausztenitszemcsék között elhelyezkedő rideg ledeburit (karbid) hálózat a kovácsolásnál összetörik és a karbidszemcsék a nyújtás irányában húzódó karbidsorokat alkotnak.73  Porkohászati gyorsacélok  Az igen költséges, több lépésben végrehajtható átkovácsolás mellett az utóbbi években egyre nagyobb teret nyernek a porkohászati úton előállított szerszámanyagok.  A cél a minél homogénebb karbideloszlás megvalósítása. 74 Porkohászati gyorsacél Porkohászati gyorsacélok gyártása  Porkohászati gyorsacélok gyártása A folyékony gyorsacélt nitrogén védőgáz alatt nagynyomású nitrogénnel porlasztják, így nagyon finom (átlagosan 60 m) átmérőjű gömböket nyernek Porkohászati gyorsacélok gyártása A port nitrogén védelem alatt acélkapszulákba töltik. A kapszulákat ezután gáztömören lehegesztik  Porkohászati gyorsacélok gyártása A kapszulákat hideg állapotban 400 MPa nyomással tömörítik Porkohászati gyorsacélok gyártása A kapszulákat 1150 Cº-ra hevítik és 100 MPA nyomással összepréselik (HIP) Eredmény: pórusmentes acél  Porkohászati gyorsacélok ASP acélok C Cr Mo V W Co ASP 23 1,27 4,2 5,0 3,1 6,4 - ASP 30 1,27 4,2 5,0 3,1 6,4 8,5 ASP 60 2,3 4,2 5,0 3,1 6,4 10,5 TSP minőségek  Porkohászati gyorsacélok Böhler Microclean C Cr Mo V W Co S 390 1,64 3,8 2,0 4,8 10,4 8,0 S590 1,29 4,2 5,0 3,0 6,3 8,4 S 690 1,35 4,1 5,0 5,9 - 10,5 S 790 1,29 4,2 5,0 3,0 6,3 - A tulajdonságok összehasonlítása A hagyományos és a porkohászati gyorsacélok összehasonlítása A hagyományos és a porkohászati gyorsacélok összehasonlítása  Köszönöm a megtisztelő figyelmet! Postafiók: [email protected]