171901. lajstromszámú szabadalom • Keverék vagy ötvözet fémes rácsszerkezetű anyagok és ötvözetrendszerek kristályosodó képességének fokozására, szilárdítási mechanizmusainak kombinálására, hasznos szilárdságának növelésére
3 A deformáció nélkül alkalmazható legnagyobb feszültség értéke az alapanyag olyan tulajdonság paramétere, amely a belőle készített szerkezetek vagy szerkezeti elemek terhelhetőségét a legtöbb esetben meghatározza, de minden esetben alap- 5 vetően befolyásolja. Az alapanyagok tényleges szilárdságának csak azon része hasznosítható konkrét igénybevételre a maradó alakváltozás feszültséghatáráig, amelyhez 10 megfelelő képlékenység, elridegedéstűrő képesség, kellő dinamikus igénybevételi ellenállás tartozik. így az alapanyagok másik fontos használati értékképző tulajdonsága a képlékenysége. A szilárdság növelése a képlékenységi, elride- 15 gedési tulajdonságok csökkenését eredményezi. így az alapanyag ezen két fontos paraméter szintjének egyszerre történő emelése nyitott probléma. A fenti tulajdonságok különösen fontosak a hegesztéssel előállított többtengelyű feszültség- 20 állapottal rendelkező szerkezetek, szerkezeti elemek gyártására alkalmazott alapanyagok esetében. Az ilyen felhasználásnál az alapanyagok nagy alakváltozási feszültség határának, megfelelő elridegedéstűrő tulajdonságának és hegeszthetőségének együt- 25 tes jelenléte, rendkívüli műszaki-gazdasági előnyöket biztosít alkalmazójának. Ezen tulajdonságok összessége jól hasznosul építmények, könnyűszerkezetek, műtárgyak, szerkezeti elemek, gépek, járművek, nyomás alatti tartályok, nemzetközi cső- 30 vezeték-rendszerek gyártásánál. Az alapanyag ilyen kedvező tulajdonság paraméterei jelentős keresztmetszet- és súly-csökkentését tesznek, lehetővé. így az alapanyag kedvező hatása a feldolgozása folyamatában tovább gyűrű- 35 ződik és a vastagságok csökkenéséből adódóan egyszerűbb, termelékenyebb és gazdaságosabb gyártástechnológiák alkalmazásának lehetőségét biztosítja, A korszerű alapanyagok alkalmazásával ily módon kisebb költségráfordítással és magasabb techni- 40 kai szinten valósíthatók meg azonos követelményigények kielégítése. Az ilyen alapanyag hatékonyan fokozza a gazdaságosságot, intenzíven elősegíti az ipar általános fejlődését, egyaránt ösztönzi a konstruktőröket és az előállítókat, melynek eredőjeként a technika ugrásszerű előrehaladása valósul meg. Az általános energia- és anyagtartalékok gyors apadása is szükségszerűen követeli, hogy egy használati tárgy vagy eszköz előállítására és üzemeltetésére a legkevesebb alapanyag és energia kerüljön felhasználásra. Ezért az alapanyagok használati értékének növelésére irányuló törekvések, tömeggyártási szinten, nagyüzemileg megvalósítható egyszerű technológiával a fémfizikai és termodinamikai törvényszerű- 55 ségek korszerű alkalmazásán alapuló új metallurgiai módszerekkel mindenképpen újszerű és a technikai haladás biztosítéka. A fémes rácsszerkezetű anyagok és ötvözetrendszerek hasznosítható szilárdságát vizsgálva megállapítható, hogy egy szabványos rendszerbeli, térben középpontos rácsszerkezetben kristályosodó fémnek, mint, pl. az alfa-vas kristályának a szétszakításához, az atomos rácskötés szétválasztásához elméletileg 800 kp/mm2 igénybevételi feszültség szükséges. 4 Valamennyi szabályos tetragonális vagy hexagonális fémkristály azonban — különösen a sokkristály alkotta gyakorlati fémek - az elméleti feszültség értékénél mintegy 1000-szerte kisebb terhelés hatására - a legtöbb atomot tartalmazó síkja mentén mozgásnak indul és szakadás nélküli, transzlációs, maradó alakváltozást szenved. A kristályok tehát a rácskötés szétszakításához szükséges erőtől jóval kisebb igénybevétel hatására már transzlációs alakváltozás közben szakadnak, és ezért a gyakorlati teherviselés céljára az elméleti rácserőnek csupán töredéke hasznosítható. Ez a kritikus csúsztató feszültség pl. az előbbi alfa-vas esetén 3,1 kp/mm3 értékű. A kritikus csúsztató feszültséget a fém rácsában elhelyezkedő, azzal szilárd oldatot alkotó idegen elemek, az egymás alakváltozását megnehezítő, szorosan egymás mellé illeszkedő krisztalitok, valamint a csúszást megakadályozó szemcsehatárok és kiválások jelentős mértékben növelik. Ennek ellenére az előbbi példánál maradva, a jelenlegi technikai ferrites acélok teherviselésre alkalmas kritikus csúsztató feszültsége még a legkorszerűbb metallurgiai konstrukcióban sem haladja meg az elméleti rácsfeszültség 10%-át. Az elméleti és a tényleges rácsterhelhetőség nagy különbségének magyarázatára, a hibás rácsrészek, a diszlokációk létezésének következtetésére jutottak. A fémkristályok szerkezetének gondos vizsgálatával megállapították, hogy a krisztalitokat a térnek mindhárom irányában mintegy 1000 rácselem méretű, hibátlan mozaik-blokkok alkotják. A rácserővel kapcsolódó blokkok azonban nem illeszkednek pontosan egymáshoz, hanem atomsoraikban illeszkedési hiányosságok keletkeznek. Az illeszkedési hiányosságok eredményeként a blokkokban egy-egy atomsor vége nem kapcsolódik a közvetlenül vele érintkező blokk atomsorához, hanem szabadon, kötés nélkül marad és ezzel rácshibát, diszlokációt alkot. A nem alakított fémkristályokban a diszlokációk száma igen nagy, 106 -10 7 db/cm 2 . A mozaik-blokkokban a terhelés okozta feszültség hatására a diszlokációban végződő atomsorok a mellettük levőhöz kapcsolódva, kiegészülnek, és ezzel egy újabb, de egy atomsorral távolabb keletkező rácshibát képezve a transzláció megindulásának első lépése végbemegy. így a transzláció megindítása nem igényli, egy teljes csúszási sík működtetéséhez szükséges feszültséget, csupán annyit, amely az egy atomtávolságban elhelyezkedő, diszlokációban végződő atomsor mozgásához szükséges. A transzláció végbemeneteléhez a díszlokációnak a teljes csúszási sík atomsorain kell végig vándorolnia, mintegy átrendezve azokat. A diszlokáció ilyen mozgási mechanizmusa a transzláció bekövetkezésénél mint emelő működik közre és ezzel ezredrészére csökkenti annak feszültségigényét. A csökkenés mértéke pontosan olyan arányú, mint amilyen különbség van a rácserőiből számítható elméleti és a tényleges kritikus csúsztató feszültség között. 2
