Dr.Krállics György [email protected] Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Kar Anyagtudományi Intézet Fémek képlékeny alakítása 1. Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti változások Fémtechnológiák
Sep 16, 2019
Dr.Krállics György
Miskolci Egyetem
Műszaki Anyagtudományi Kar
Anyagtudományi Intézet
Fémek képlékeny alakítása 1.
Mechanikai alapfogalmak, anyagszerkezeti
változások
Fémtechnológiák
2
Az előadás során megismerjük
• az alakítástechnológia rendszerszemléletű
tárgyalását;
• a feszültségek, alakváltozások szerepét;
• az anyagjellemzőket és meghatározási
módszereiket;
• az alakítás közbeni anyagszerkezeti
változásokat.
3
Az alakítási folyamat
rendszerszemléletű áttekintése
1
2
2
4 3
5
6
7
Süllyesztékes kovácsolás rendszere
1. Kiinduló darab; 2. Szerszám; 3. Érintkező felületek;
4. Deformációs mechanizmusok; 5. Alakító gép;
6. Késztermék; 7. Környezet.
4
A képlékeny alakítás rendszerszemléletű tárgyalása a folyamat változóinak
a termék minőségére, valamint a folyamat gazdaságosságára gyakorolt
hatásának analízisét jelenti.
Anyagi paraméterek
Egy adott anyagminőség és termomechanikai történet (mikroszerkezet)
esetén, az alakítási szilárdság, az alakíthatóság és ezek irányfüggése
(anizotrópia) a képlékenyalakító folyamat legfontosabb anyagi változói.
Szerszám és alakítógép
Az adott technológiai folyamathoz tartozó alakító gép választását befolyásolja
az előírt pontosság, a gép jelleggörbéje, a környezeti hatások.
Súrlódás
Az érintkező felületek kölcsönhatása bonyolult jelenség. A mennyiségi
jellemzésre a súrlódási tényezőt használják, amelyet speciális vizsgálatokkal
lehet meghatározni.
Alakváltozási folyamat
Alakítási technológiánál a munkadarab képlékeny alakváltozás során nyeri el
a kívánt alakot. A fém áramlását leginkább befolyásoló tényezők: a szerszám
geometriája, a súrlódási viszonyok, az alakítandó anyag mechanikai
jellemzői, a hőmérséklet eloszlása az alakváltozás zónájában.
5
Alapfogalmak
• Képlékenyalakító technológiák célja
Alakadás, tulajdonságok szabályozása
• Termo-mechanikai eljárás
Hidegalakítás ... T/Tolv < 0,3 Félmeleg alakítás ... 0,3 < T/Tolv < 0,5
Melegalakítás ... T/Tolv > 0,6
• Szükséges anyagjellemzők
Alakítási szilárdság, alakíthatóság
7
Tulajdonságok szabályozása
Alakváltozás
eloszlás
Hőmérséklet
eloszlás
Az anyagáramlás és a hőmérséklet hatása
8
Alakváltozások
232
2
31
2
21
321
000
3
2
,ln,ln,ln
c
c
b
b
a
azyx
a0 b0
c0
a b
c
x
y
z
x
y
z
1
2
3
0 0
0 0
0 0
φ
Egyenértékű alakváltozás
9
Feszültségek
3
2
1
333231
232221
131211
00
00
00
2 2 2
1 2 1 3 2 3
0,2
1
2
rugalmas alakváltozás
, , képlékeny alakváltozás
p
f
R
k T
Folyási feltétel
Főfeszültségek
Egyenértékű feszültség
Egyenértékű alakváltozási sebesség
hőmérséklet
Feszültség tenzor
folyási felület
e
ijp
ij
10
Feszültség-alakváltozás kapcsolat
Lineárisan rugalmas
Nem-lineárisan rugalmas Rugalmas - képlékeny
Merev - ideálisan képlékeny
11
Hidegalakítás, melegalakítás
• Rekrisztallizácó szerepe (Trek)
Hidegalakítás < Trek , Melegalakítás > Trek
• Hidegalakítás jellemzői
Keményedés, alakváltozási képesség fokozatos kimerülése, szemcsék megnyúlása, diszlokáció sűrűség növekedése. Méretpontosabb termék, jobb felületi minőség, nagyobb fajlagos szerszámterhelés. A nagymértékű hidegalakítás texturát eredményez.
• Melegalakítás jellemzői
Lágyulási folyamatok (megújulás, rekrisztallizáció) zajlanak, az alakváltozási képesség kevésbé korlátozott, a mikro-szerkezet változik. Öntött struktúra átalakítása. Kevésbé méretpontos termékek, rosszabb felületi minőség, hőterhelés, kisebb fajlagos mechanikai terhelés.
12
Statikus és dinamikus rekrisztallizáció
Statikus : az alakítás és
hőhatás folyamata
(rekrisztallizáció) elválik
egymástól.
Dinamikus: az alakítás és
a hőhatás folyamata
(rekrisztallizáció) együtt
valósul meg.
A megújulás, poligonizáció és
rekrisztallizáció alacsonyabb
hőmérsékleten és intenzíveb-
ben megy végbe.
13
t0krit
III.
II. I.
Alakváltozás ()
Feszültség (t)
egykristály
polikristály
Egykristály és polikristály
feszültség–alakváltozás görbéje
tt Gb 0
t0 – kezdeti folyási
feszültség
– konstans (0,3-0,6)
b – Burgers-vektor
abszolut értéke
G – csúsztató rugalmassági
modulusz
ρ – diszlokáció sűrűség
14
Anyagjellemzők
• Alakítási szilárdság (kf)
A képlékeny alakváltozás megindításához
majd fenntartásához szükséges feszültség
egytengelyű feszültségi állapotban.
• Alakíthatóság
Az alakváltozás azon mértéke, amelynél
az anyagban makroszkópikus károsodás (vagy
instabilitás) lép fel.
15
Alakítási szilárdság
h
v
h
h
d
Fk f
,ln,
4 0
2
h0 h
d0
d Ólom ötvözet
Al ötvözet
Acél
kf
r
z
alakváltozás
T=20 ºC F
v
2
0.2 1, cn
f f pk c k R c
Tn
Tm
ff Tkk
0
10
exp
16
Feszültség–alakváltozás görbe
melegalakításkor
100 %
c
εc
c c
x
σ
c c c
100 % x
98 % újrakristályosodás
98 % újrakristályosodás
σ c
c> x c < x
18
Alakítási ellenállás
Alakítási ellenállás(k): az alakítás irányában kifejtett
külső erő okozta feszültség.
k
, ,fF f k k geometria
19
Alakíthatóság
kbat exp
fkk 321
t
0 1 -1
csavarás zömítés szakítás
törési határgörbe
k - feszültségállapot mutató
törési alakváltozás
A B
állandó
állandó
T
Kísérleti meghatározás
20
Surlódás, kenés
Rugalmas alakváltozás
Képlékeny alakváltozásT
N
Az érintkező felületeken fellépő érintő irányú T erő arányos
a felületeket összenyomó N erővel, és a felületek relatív
elmozdulásával ellentétes irányban hat.
Kenőanyagok szerepe: felületek elválasztása,
szerszámkopás csökkentése
τ = µq (Coulomb)
µ – surlódási tényező
q – lokális nyomás
Munkadarab
Szerszám
/ 3 (Kudo)fmkt
21
Stribeck diagram
v/q
0
száraz surlódás
vegyes surlódás
határ kenés
hidrodinamikus kenés
munkadarab
szerszám
kenő-
anyag
q
v
-viszkozitás
25
Textúra
A szilárd test részeinek egy külső koordináta-rendszerhez
viszonyított anizotróp (irányfüggő) elrendeződése.
A textúra mechanikai és kristálytani eredetű lehet.
A szemcsék orientációjának meghatározása:
Kc – egyedi szemcse lokális koordináta-rendszere (x, y, z)
Ks – makroszkopikus lemez koordináta-rendszere (hi, mi, ni)
',cos, jiijij xxgg g
26
{100} <010>
<001>
{110}
hengerlési irány
Kockatextúra Goss-textura
Speciális textúrák
Axiális textúra: a szemcsék elhelyezkedése olyan,
hogy egy adott iránnyal párhuzamosan helyezkednek el.
Rúdhúzás, dróthúzás tipikus szerkezete <uvw>