1 / 32

SUUNDUMUSED MATERJALITEHNOLOOGIAS

SUUNDUMUSED MATERJALITEHNOLOOGIAS. Priit Kulu, TTÜ metalliõpetuse professor. Innovaatilised materjalid ja protsessid autotehnikas. 1) kõrgtugev teras 2) Al-raam. Materjalid, n.o. metallid plastid keraamika komposiitmaterjalid. Materjalitehnoloogiate ajalooline ja kavandatav areng. KIVI.

peigi
Download Presentation

SUUNDUMUSED MATERJALITEHNOLOOGIAS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SUUNDUMUSEDMATERJALITEHNOLOOGIAS Priit Kulu, TTÜ metalliõpetuse professor

  2. Innovaatilised materjalid ja protsessid autotehnikas 1) kõrgtugev teras 2) Al-raam

  3. Materjalid, n.o • metallid • plastid • keraamika • komposiitmaterjalid

  4. Materjalitehnoloogiate ajalooline ja kavandatav areng

  5. KIVI VASK PRONKS RAUD PLAST KERAAMIKA (KIVI) KIVI, PUU 1 VASK, RAUD 2 PLASTID 3 4 PROJEKTEERITUD MATERJALID (komposiitmaterjalid) Materjaliajastud

  6. Materjalide klassifikatsioon ja arengusuundumused (1) Põhilised materjaligrupid: • metalsed konstruktsioonimaterjalid ja metallmaatrikskomposiidid, • konstruktsioonikeraamika ja keraamikamaatrikskomposiidid, • plastid ja polümeermaatrikskomposiidid, • multimaterjalid, • elektri- ja magnetmaterjalid, • biomaterjalid, • pakendmaterjalid, • materjalide ringlus ja korduvkasutus The Futures Project - Technology Map, EUR 19031 EN, Dec. 1999

  7. Prioriteedid materjalide valdkonnas • kergkaalulisus, • kõrgtemperatuursed materjalid, • biomaterjalid ja biosobilikkus, • multifunktsionaalsus ja arukus, • materjalide ja nende valmistustehnoloogiate arvutimodelleerimine, • säästlikkus, • minimeerimine ja bioimiteerimine The Futures Project - Technology Map, EUR 19031 EN, Dec. 1999

  8. Eriomadustega MM Konstruktsioonisulamid Elektriliste omadustega NbTi, Nb3Sn, Nb3Ge nanokristalsed metallid Mehaaniliste omadustega Mg-, Al-sulamid, Al-metaklaas, vahtmetallid Termomehaaniliste omadustega Ti-sulamid, supersulamid, MV-terased, metalliidid, rasksulavad metallid, kujumälumetallid Magnetomadustega Fe-Nb-B-sulamid, Sm-Co-sulamid, SmFe3, Sm2Fe17N, amorfsed metallid, nanokristalsed metallid Keemilised ja termoomadused amorfsed sulamid, supersulamid, MV-terased, Al-sulamid, Ni- ja Fe aluminaadid Bioomadustega Ti-sulamid KÕRGTEHNOLOOGILISED METALSED MATERJALID (KTMM)

  9. Kergmetallid ja -sulamid KTMM Mg-sulamid (Mg:  = 1740 kg/m3, Ts – 649 0C) Legeerivad elemendid: Al 3 - 10%; Zn, kuni 5 – 6%; Mn; Zr Rm 300 N/mm2 (deformeeritavad) Rm/  20 220 N/mm2 (valusulamid) Al-sulamid • Al-Li sulamid (Li ainus, mis  Rm, E, kuid  = 2500 kg/m3) – 2Li,  4Mg, Rm = 220 – 350; Rp0,2 = 135 – 210 N/mm2 • Pulberalumiiniumsulamid • dispersioontugevdatud Al-sulamid (SAP-Al2O315%, Al-C-sulamid – Al4C3 20 mahu%), lubatud töötemperatuur kuni 550 0C • Vahtalumiinium ( ~ 200 kg/m3)

  10. Kõrgtugevad terased KTMM Tugevuse/sitkuse tõstmise teed: • struktuuri peenendamine (KTMT jt.) transkris- • madala C-sisaldusega teraste kasutamine talne puru- nemine • dupleksterased (PM/HIP) 22 – 25% Cr, F – d < 20 m • martensiitvanandatavad terased (maraging steels) (1980) K  C-vaba martensiidi, V  intermetallid (4 – 5) nm, (NiTi, Ni3Ti jt.) Rm  2000, Rp0,2  1500, A = 10 - 12% • TRIP – terased (Transformation Induced Plasticity) Ni-Cr terased 0,2 – 0,3% C, 8 – 14% Cr, 8 – 32% Ni, Mn, Mo, Si Rm 1700; Rp0,2  1550 N/mm2, A = 50 – 60%

  11. Tugevus-plastsus Rp0,2 N/mm2 KTMT TMT + def. van 2000 TMT + def. van Mart. van. terased (kõrgleg.) 1000 Madallegeerterased 20 40 60 60 A% Kõrgtugevad terased KTMM

  12. Kõrgtugevad titaanisulamid KTMM Ti-sulamid (Ti:  = 4540 kg/m3, Ts – 1660 0C) TiAl6V4 (tava, TT) Rm  (1200 - 1300) N/mm2  max Rm/ 34, A = 12% TiAl6V4 (valu+HIP) Rm  1000, Rp0,2  860 N/mm2, A = 10%

  13. Tribo M Kulumiskindlate materjalide ja pinnete grupid

  14. Tribo M Omaduste kompleks “kõvadus-sitkus”

  15. Dispersioon- armeeritud Lühikiud- armeeritud Pidevkiud- armeeritud Sandwich-tüüpi Pinnatud Tribo M Tribomaterjalide ja -pinnete struktuurid (1)

  16. Tribo M Tribomaterjalide ja -pinnete struktuurid (2)

  17. Tribo M Pulbertehnoloogia materjalitehnoloogias

  18. Tribo M Nüüdistööriistaterased (1) I põlvkonna kiirlõiketerased • karbiidse noolutuskõvaduse terased 500 - 650 0C, nt HS 6 – 5 – 2 – 5 W-Mo -V –Co • intermetalliidse noolutuskõverusega terased 650 - 750 0C, Co7W6, (CoFe)7W6 jt (11 - 20)W-7Mo-1-3V-(20 - 25)Co Struktuur

  19. Tribo M Nüüdistööriistaterased (2) II põlvkonna kiirlõiketerased – PM terased (PM/HIP) Uddeholmi terased Vanadis 4, 6, 10, 23, 30, 60 (Super Clean) 1,3 - 2,9% C; → 6,5 W; 1,5 - 7% Mo; 3,1 - 9,8% V; → 10,5% Co Struktuur

  20. Tribo M Nüüdistööriistaterased (3) III põlvkonna kiirlõiketarased – PM terased, (pihustusvormimine (Sprayforming, SF) + HIP) Vanadis 4 EXTRA WEARTEC 2,8 C; 8,9 V; 7,0 Cr; 2,3 Mo; Si; Mn ROLTEC 1,4C; 4,6Cr; 3,7 V; 3,2 Mo; Si; Mn TOUGHTEC 1,6C; 7,2V; 5,0 Cr; 2,3 Mo; Si; Mn

  21. Eriotstarbeline keraamika Oksiid (TiO2), AlN Konstruktsiooni/tööriista-keraamika Mitteoksiid (Si3N4, SiC, B4C) Elektrokeraamika Mehaaniliste ja termoomadustega Optokeraamika Keemiliste ja termoomadustega Magnetkeraamika Radiatsioonikindlad Biokeraamika Kõrgtehnoloogiline keraamika (KTK)

  22. Tribo M Keraamilised tööriista/konstruktsioonimaterjalid • Oksiidkeraamika: SiO2, AlO3, ZrO2, MgO-baasil mulliit (3Al2O3*2SiO2) • Karbiidkeraamika: WC, Cr3C2, TiC, SiC, SiC, TiC – SHS protsess (nt. Si ja C või Ti ja C segudest) • Nitriidkeraamika: Si3N-baasil, AlN • Segakeraamika: Ti(C, N), SiAl(OH) (sialoon)-baasil

  23. Tribo M Keraamilis-metalsed tööriistamaterjalid - karbiidkermised • WC-Co – (6 - 30)% Co 890 - 1430 HV10 • Cr3C2-Ni – (10 - 30)% Ni 880 - 1360 HV10 • TiC-Ni-Mo – (30 - 40)% NiMo(2:1) 920 - 1260 HV10 • TiC-teras – (30 - 40)% austeniit/martensiitstruktuuriga teras, 1050 - 1350 HV30

  24. Tribo M Metall-keraamilised tööriista/konstruktsioonimaterjalid Karbiidterased ja -sulamid • Ferro-TiC Teras (50 - 70)% -TiC • Topeltarmeeritud MMKM (Cr-teras + 20%VC) + 20%WC • Iseräbustuvad sulamid NiCrSiB +  50% (WC-Co) • TiC-NiMo – (50 - 60)% (NiMo)(2:1) 920 – 1620 HV10 • Cr3C2-NiCr – (50 - 60)% NiCr

  25. Tribo M Keraamilis-metalsete materjalide kulumiskindlus

  26. KÕRGETEMPERATUURSED MATERJALID (KõTM) Kuumuskindlus = kuumuspüsivus + kuumustugevus Kuumustugevus roomekindlus (Metallide roomavus – T > 0,4 Ts, tardlahuse struktuuriga sulamid – T > (0,7 - 0,8) Ts Roomekindluse tõstmise teed: • kõrge Ts materjalid  Trekr • legeerimine ( vastupanu dislokatsioonide liikumisele) • jämedateraline, eelistatult monokristalne struktuur

  27. KõTM Roomekindlad terased ja sulamid • austeniitterased • supersulamid (Tlub. > 1000 0C) • nimonik (Ni-Cr + Co, Ti, Al) • inkonell (Ni-Cr-Fe) • hastelloid (Ni-Cr + Fe; Mo) • intermetalliidsed sulamid • sulamid rasksulavate metallide baasil (W-, Mo-, Ti-sulamid)

  28. KõTM Erinevate konstruktsioonimaterjalide töötemperatuurid

  29. MT & TVT PULBERMETALLURGIA (PM) (1) PM (Seotud eelkõige autotööstusega, autol USA-s 2004 a. 19,5 kg. Uued automootorid  12 kg PM detaile) Pulbrid – eellegeeritud pulbrid, ülipee- ned lisandid – Ni (1 – 2) m Tehnoloogiad – pulbersepistamine (PF), nt kepsud Materjalid -   7,75 g/cm3 – hammas- rataste hambad • PM detailid  asend. meh. töödeldud ja valatuid • PM Al- ja Ti-sulamid asendavad valan- deid ja sepiseid

  30. 1. Inert gas atomizingto produce powder 2. Sheet metal capsulesare filled with the powder 3. The capsules are subjected to highisostatic pressure and high temperatureto obtain full density MT & TVT Pulbermetallurgia (2) PM/HIP Eelised: • väga peen mikrostruktuur ja omaduste isotoopsus  võimaldab UT, mittekalduv vesinikharpusele (HISC) • teised • kuju lähedus, • konstruktsiooni paindlikkus, • mehaanilised omadused, • väikeseeria majanduslikkus

  31. Pulbermetallurgia (3) SF/HIP Analoogne PM/HIP, tooriku vormimisele pihustusmeetodil

  32. Tänan tähelepanu eest! Priit Kulu Tel. 620 3352 E-post: priit.kulu@ttu.ee

More Related