Material VT1 1,5 p Janne Färm
Torsdag 26:e Februari 10:15 12:00 Föreläsning M6 KPP045 Material-delen Förmiddagens agenda Kursinfo: Repetitionsföreläsning Värmebehandling av stål: Kapitel 13 Icke järnhaltiga legeringar: Kapitel 14 Paus Keramiska material: Kapitel 15 Plast: Kapitel 16 2
Kursinfo: Repetitionsföreläsning Torsdag 12:e Mars 9:15 12:00 Vecka 11, sal H121 Genomgång av viktiga kursmoment från föreläsningar och laboration Information inför Gjut- och smideslab v 12 3
Värmebehandling av stål: Kapitel 13 4
Stål & gjutjärn Stål upp till 2,1 % kol Eutektoid reaktion Gjutjärn över 2,1 % kol Eutektisk reaktion För stål är den eutektoida delen av fasdiagram intressantast 5
Temperaturer för olika värmebehandlingar Normalisering Glödgning Sfäroidiserande glödgning Rekristalliserande glödgning Avspänningsglödgning 6
Isoterma värmebehandligar Perlit fås vid temperatur över 550 C Bainit fås vid temperatur under 550 C 7
Värmebehandling med varierad temperatur Olika faser kan fås genom att använda flera temperaturer 8
Martensitbildning Ökad kolhalt sänker temperaturen för martensitbildning 9
Härdsprickor Vid för snabb kylning kan stålet spricka 10
Härdning med hålltid ovan M s Låt hela detaljen bli genomvarm strax ovanför M s 11
CCT-diagram Continuous Cooling Transformation TTT diagram Konstant temperatur CCT diagram Sjunkande temperatur CCT diagram hjälper oss att välja kylning 12
CCT diagram för stål med 0,2 % kol 13
Legerade stål Ytterligare legeringsämnen påverkar både fasdiagram och TTT diagram Legeringsämnen ökar härdbarheten genom att fördröja bildningen av perlit och bainit Vi kan då släcka i luft Fasdiagram påverkas av ytterligare legeringsämnen Ex. Mangan sänker både temperatur och koncentration för den eutektoida punkten 14
Rostfritt stål Rostfritt stål innehåller krom Mer än 11 % krom Kromet bildar en tunn skyddande hinna av kromoxid på ytan Ferritiskt rostfritt stål Upp till 30 % krom, mindre än 0,12 % kol Magnetiskt men går ej att värmebehandla Martensitiskt rostfritt stål 11 17 % krom, 0,1 1,0 % kol Kan härdas och är ett populärt knivstål Austenitiskt rostfritt stål Innehåller nickel som gör austeniten stabil vid rumstemperatur 18/8-stål innehåller 18 % krom och 8 % nickel 15
Icke järnhaltiga legeringar: Kapitel 14 Low alloy steel Nickel-based superalloys Titanium alloys 1000 Wrought magnesium alloys Age-hardening wrought Al-alloys Cast iron, ductile (nodular) Yield strength (elastic limit) (MPa) 100 10 1 2000 5000 10000 20000 Density (kg/m^3) 16
Sträckgräns och densitet för några olika legeringar (CES EduPack) Legering Sträckgräns Densitet [MPa] [kg/m 3 ] normalt Magnesium 115 410 1500 1950 (1740) Aluminium 95 610 2500 2900 (2700) Titan 750 1250 4400 4800 (4510) Nickel 300 1900 8830 8950 (8900) Låglegerat Stål 400 1500 7800 7900 (7870) Rostfritt Stål 170 1000 7600 8100 17
Paus Dags för en bensträckare! 18
Aluminium och aluminiumlegeringar Aluminium är det tredje vanligaste grundämnet i jordskorpan, efter syre och kisel. Järn på fjärde plats. Jordens inre domineras dock av järn, 35 % av totala massan Aluminium finns i bauxit som innehåller 50-60 % aluminiumoxid Aluminium är efter järn den mest använda metallen och används inom: Transport Låg vikt, hög hållfasthet och god korrosionshärdighet Mekanisk industri Formbarhet, låg vikt, hög hållfasthet Extruderade aluminiumprofiler Byggnadsindustri Lång livslängd Elektroteknik Högspänningsledningar Förpackning Aluminiumburkar och aluminiumfolie 19
Viktiga egenskaper hos aluminium Låg vikt 2,7 g/cm 3 ungefär en tredjedel av järn Hög hållfasthet Legeringar har brottgränser på 700 MPa och behåller sin goda seghet även vid låga temperaturer God korrosionshärdighet Bildar ett tunt oxidskikt Hög ledningsförmåga för både värme och elektricitet, cirka 60 % av den hos ren koppar Lättbearbetat Väl lämpat för plastisk bearbetning Lätt att återvinna - Kräver bara 5 % av den energi som går åt vid primärframställning 20
Aluminiumlegeringars egenskaper Sträckgränsen kan ökas upp till 30 gånger! 21
Legeringsbeteckningar SS-EN AW 6082-T6 Si 1%, Mg 0,9%, Mn 0,7% upplöst och varmåldrat 22
Tillståndsbeteckningar T4, T5 och T6 är vanligast T7 börjar bli vanligare, upplöst och överåldrat 23
Fasdiagram Aluminium - Magnesium Härdning genom uppvärmning till a-fas och därefter släckning och eventuell åldring 24
Magnesium och magnesiumlegeringar Magnesiums mest utmärkande egenskap är den låga densiteten, 1,7 g/cm 3 Magnesium framställs genom smältelektrolys ur magnesiumklorid Magnesium i ren form är mjukt med låg hållfasthet Magnesium har HCP struktur och är inte lika segt som Al Magnesiumlegeringar innehåller: Aluminium 6-8 % Zink 0 2 % Mangan Magnesium kan härdas genom upplösning och varmåldring 25
Titanlegeringar Titan och Titanlegeringar började säljas så sent som på 50-talet Titanlegeringars egenskaper: Mycket god korrosionshärdighet, lämpligt för inplantat Låg densitet 4,5 g/cm 3, en lättmetall Goda hållfasthetsegenskaper Goda egenskaper även vid höga temperaturer, > 500 C Titan legeras med: Palladium för att förhöja korrosionshärdigheten Aluminium och tenn, vanadin eller mangan för högre sträckgräns 26
Kopparlegeringar Koppar är vår äldsta metall, 6000 f.kr. Cuprum, Cu, metallen från Cypern Koppar var Sveriges viktigaste exportvara på 1600-talet Ren koppar har mycket god ledningsförmåga Bara silver är bättre God korrosionshärdighet Koppar legeras med: Zink som ger mässing Tenn, Tenn+bly eller aluminium som ger brons Bra lagermaterial 27
Nickellegeringar Nickel är ganska likt järn men har bättre korrosionsbeständighet Nickel används huvudsakligen till förnickling och som legeringsämne Nickellegeringar används i korrosivt besvärliga miljöer och vid höga temperaturer Vissa legeringar har extremt låg värmeutvidgning 28
Keramer: Kapitel 15 Keramer är oorganiska och icke-metalliska material som framställs genom högtemperaturreaktioner > 600 C Traditionella keramer Lergods, tegel, glas, porslin, cement och betong Tekniska keramer Aluminiumoxid, kiselnitrid, zirkoniumoxid och kiselkarbid Atomerna binds med kovalenta bindningar Högre elasticitetsmodul Högre smältpunkt Lägre värmeutvidgning 29
Keramers egenskaper Hög hårdhet Hög E-modul, nästan dubbelt så stor som för stål Bibehållen hållfasthet vid höga temperaturer Ofta låg densitet jämfört med metaller Låg termisk värmeledningsförmåga Hög korrosionshärdighet 30
Tekniska keramer Aluminiumoxid (Al 2 O 3, Alumina) God värmechockbeständighet Hög slitstyrka Hög draghållfasthet God elektrisk isolator Används bl.a. i tändstift Diamant (C) Hårdaste material vi har Används vid slipning och skärande bearbetning Kvarts (SiO 2, Silica) Vanligaste keramen som används i glas och glaskeramer Kiselkarbid (SiC) Mycket hårt Hög ledningsförmåga Används som hårdämne i slipskivor 31
Plast: Kapitel 16 1862 kom den första konstgjorda plasten, celluloid 1907 kom bakeliten På 30- och 40-talet kom PVC, PS, akrylplast, nylonfibrer och etenplast På 50- och 60-talet kom konstruktionsplaster: PP, PC, epoxy och glasfiberarmerad plast På 70-talet kom Kevlar, aramidfiber Nu används plast i så gott som samtliga branscher 32
Plast är en polymer med tillsatser Polymerer delas upp i: Termoplaster Härdplaster Elastomerer, gummi Polymer betyder många enheter och enheten är ofta organisk t.ex. eten i polyeten, C 2 H 4 Molekylkedjorna kan bestå av 300 till flera tusen atomer Molekylvikt för PE är 25 000 till 6 000 000 g/mol Eten väger 28 g/mol Termoplaster har svaga bindningar mellan kedjorna Härdplaster har många starka tvärbindningar Elastomerer har få tvärbindningar 33
Sträckgräns densitet för olika plaster 100 Polyamides (Nylons, PA) Epoxies Polyetheretherketone (PEEK) Polyurethane Polyvinylchloride (tppvc) 50 Polypropylene (PP) Polyethylene (PE) Yield strength (elastic limit) (MPa) 20 10 5 Silicone elastomers (SI, Q) Polytetrafluoroethylene (Teflon, PTFE) Butyl rubber (IIR) 2 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 Density (kg/m^3) 34
Mekaniska egenskaper för plaster Termoplaster Låg styvhet och låg sträckgräns Hög duktilitet Tydlig glastemperatur, Tg, där plasten mjuknar Kan återvinnas Härdplaster Högre sträckgräns Betydligt sprödare än termoplaster Ingen tydlig glastemperatur utan smälttemperaturen, Tm styr Kan inte återvinnas annat än som nedmalt fyllmedel Elastomerer Låg styvhet och olinjärt elastiska Elastisk töjning på över 200 % 35