Bányászati és Kohászati Lapok

150 éve jelent meg J. W. Gibbs főműve a heterogén anyagok egyensúlyáról, amelynek alapja R. Clausius 160 éve megjelent mechanikai hőelmélete és az általa bevezetett entrópia fogalma

György Kaptay — 2024-12-18

A cikk röviden bemutatja Josiah Willard Gibbs (1839–1903) életét, az 1875–1878 között publikált főművének lényegét és annak hatását. Ismertetésre kerül a többkomponensű, többfázisú anyagi rendszerek fázisegyensúlyának számítására kidolgozott módszere és annak kulcselemei: a moláris Gibbs-energia képlete, az egyensúly alapvető feltétele (a rendszer átlagos moláris Gibbs-energiájának minimuma), a heterogén egyensúlyok feltétele (minden egyes komponens parciális moláris Gibbs-energiája azonos kell, hogy legyen a rendszer minden fázisában), és a fázisszabály (a rendszerben maximum C + 2 fázis lehet egymással egyidejűleg egyensúlyban, ahol C a független komponensek (elemek) száma, a 2 pedig a két nem összetétel jellegű állapothatározóra, a nyomásra és a hőmérsékletre utal). Bemutatásra kerül, hogy Gibbs kémiai termodinamikája Clausius mechanikai termodinamikájára (és a termodinamika első két főtételére) épül, és elképzelhetetlen lenne az általa bevezetett entrópia nélkül (1865).
Említésre kerül, hogy a gyakorlati számításokhoz szükség volt Nernst 1905-ben bevezetett harmadik főtételére is, miszerint a tökéletes, egykomponensű szilárd kristályok entrópiája a nullához tart, ahogy a hőmérséklet a 0 K-hez közelít. Végül bemutatásra kerül, hogy a gyakorlati számításokhoz számítógépekre van szükség, amelyek az 1970-es években jelentek meg; a számításokhoz szükséges gyakorlati modelleket a Calphad-közösség hozta létre. A metallurgiai fejlesztések ma
már elképzelhetetlenek Calphad szoftverek nélkül, melyek elméleti alapjait Gibbs rakta le, még a XIX. század második felében.

A szekunder dendritág durvulás dinamikus és empirikus szimulációjának összehasonlítása

András Roósz — 2024-12-18

A dendritesen kristályosodott ötvözet fizikai és mechanikai tulajdonságai jelentős mértékben függenek a szekunder dendritág távolságtól (Secondary Dendrite Arm Spacing, SDAS). Az öntészeti gyakorlatban a kristályosodás szimulációjához használható, de egyszerű módszerre van szükség az SDAS kiszámításához a kristályosodás alatt és a végén a lehűlési sebesség függvényében. Számos kristályosodási kísérlet alapján az SDAS kiszámítására szolgáló egyszerű egyenlet (empirikus
módszer) a helyi kristályosodási időt használja (a likvidusz és szolidusz hőmérsékletek között eltelt idő), amely a mért lehűlési görbékből számítható nem irányított kristályosodás esetében, vagy kiszámítható a hőmérsékleti gradiensből és az olvadék/szilárd front sebességéből egyirányú kristályosodás esetében. Ez az egyenlet nem használható az SDAS kiszámításához a kristályosodás során. Kirkwood kidolgozott egy félempirikus módszert az ötvöző elemnek az olvadékfázisban
végbemenő diffúziójára alapozva, amely a fizikai paraméterek mellett csak egy geometriai tényezőt tartalmaz, ami állandónak tűnik a különböző ötvözeteknél. A fizikai paraméterek a hőmérséklettől függenek, ezért az egyenletet nem lehet zárt formában integrálni, ezért csak a kristályosodás végén kialakuló SDAS számítható az egyenlettel. Ebben a cikkben először a szilárd/olvadék határfelület görbületének az egyensúlyi koncentrációkra gyakorolt hatását, majd a szekunder dendritág
(SDA) durvulásának különböző folyamatait mutatjuk be. Korábbi cikkünkben leírtuk, hogy empirikus módszerrel a végső SDAS elfogadható pontossággal kiszámítható Al-7wt%Si-ötvözet esetében egyirányú kristályosítási kísérlet esetén. Ebben a cikkben azt mutatjuk meg, hogy a kísérletekből ismert lehűlési görbét használva a Kirkwood-egyenletet numerikusan integrálva az SDAS kiszámítható a kristályosodás közben és a végén, jó egyezésben a kísérleti eredményekkel. A két számítási módszert összehasonlítva megállapítottuk, hogy a módszerek pontossága hasonló a kristályosodás végén kialakuló SDAS esetében, de a kristályosodási szimuláció eredménye (a mikrodúsulás mértéke) pontosabb lesz a dinamikus módszer alkalmazásával. Azt is bemutatjuk, hogy a dinamikus módszerrel az SDAS bármilyen típusú lehűlési görbéből kiszámítható. A dinamikus módszert használva azt is bebizonyítottuk, hogy különböző SDAS-ok tartozhatnak ugyanahhoz a helyi kristályosodási időhöz.

A kritikus és stratégiai nyersanyagok Európai Uniós szakpolitikai áttekintése

Ildikó Fóris — 2024-12-18

Napjaink egyik legégetőbb problémája a nyersanyagellátással függ össze, azon belül is az egyes nyersanyagokhoz, főleg fémekhez való hozzáférés kiemelt jelentőségű az EU, vagy az USA gazdasága számára. A technológiai fejlődés révén kulcsfontosságú szereppel bírnak ezek az anyagok, azonban az EU számos kritikus fontosságú nyersanyag esetében kizárólagos, vagy igen jelentős behozatalra szorul, ami a jövőre nézve jelentős ellátási kockázat jelent. A kritikus nyersanyagok
folyamatos figyelmet igényelnek a kormány, az ipar és a tudományos közösség részéről. Az Európai Unió 2007-ben felismerte a kritikus nyersanyagok értékláncának kitettségét és az elmúlt lassan két évtizedben sikerült némi eredményt elérni, elsősorban az ellátási források biztosítása és az újra hasznosítás területén. Az utóbbi évek komoly eseményei – COVID–19, háborús konfliktusok – egy újabb fontos lépést hoztak ezen a területen: a kritikus nyersanyagokról szóló EU-s rendelet
társadalmi vitáját, majd elfogadását. A tanulmány az Európai Unió helyzetét vizsgálja a kritikus nyersanyagok tekintetében az elmúlt évek során létrehozott kimutatások és a 2023 májusában elfogadásra került kritikus fontosságú nyersanyagokról szóló európai jogszabály kibontásának segítségével.

Az oxidzárványok eltávolításának jelentősége a modern rotoröntészet tématerületén

Kristóf Imre Bodnár — 2024-12-18

Az oxidok eltávolításának lehetőségei a rotor öntése során egy nagyobb kutatási terület, a nagy fordulatszámú alumínium rotorok fejlesztésének témakörébe tartozik. A kutatást az iparban régóta taglalt, ugyanakkor eddig még nem megoldott probléma hívta életre. Ezért ez a tanulmány hiánypótló, valamint kísérleti eredményei megoldási kiindulópontot nyújtanak a gyártók és felhasználók számára egyaránt.
Az üzemi körülmények között gyűjtött mérési eredményekhez egy speciálisan tervezett elektromos olvasztókemence és mérőberendezések együttes fejlesztésére és használatára volt szükség, amelyek lehetővé tették a kísérletek eredményeinek értékelését. A vizsgált alapanyag sajátos tulajdonságai pedig egy új, az általánostól eltérő elemzési módszer alkalmazását igényelték. Az iparban a nyomásos öntéshez általánosságban használt Al-Si rendszerekkel ellentétben a tanulmányozott alapanyag tiszta, kvázi ötvözetlen alumínium (Al 99,7), amely a kalickás rotorgyártás legfontosabb alapanyaga. Ez a két anyagcsoport nemcsak kémiai összetételében, hanem mechanikai és elektromos tulajdonságaiban is jelentősen eltér egymástól. A tiszta alumínium (Al 99,7) kiváló elektromos vezetőképességét a homogén, szennyeződésektől és idegen fázisoktól mentes, fémes szerkezete biztosítja. Bármilyen inhomogenitás, például levegőbezáródás, anyagfolytonossági hiány vagy idegen fázis, jelentős mértékben rontja a mechanikai tulajdonságokat és az elektromos vezetőképességet a szennyező jellegének megfelelően.
Ezen kutatás célja, az inert gázzal (nitrogén vagy argon) végzett rotoros olvadék-kezelés következtében lecsökkentett oldott hidrogén tartalom, és a sókeveréses olvadékkezelés hatására az olvadékban lévő oxid zárványok koncentrációváltozásának hatása a nyomásosan öntött kalickás rotor-öntvény tulajdonságaira. További cél volt egy olyan alumíniumkezelő anyagcsoport optimális kombinációjának megalkotása, amelynek használata számottevően nem befolyásolja az elektromos vezetőképességet.
Szakirodalom-kutatás és üzemi kísérletek alapján sikerült kidolgozni egy olyan komplex módszert, amely a gáz- és zárványtalanítás során javítja a technológiai jellemzőket, konstans elektromos vezetőképesség mellett.
Ez a tanulmány arra keresi a választ, hogy milyen hatást gyakorol a nyomásos öntéssel készült alumínium rotorok villamos vezetőképességére az olvadékban oldott hidrogén és az alumínium-oxid. Emellett vizsgálja, hogy mennyire fontos a hidrogén eltávolítása és az oxid mennyiségének csökkentése a gyártási folyamat során.

Gáztömör öntvény impregnálásának modellezése

Mihály Réger — 2024-12-18

Számos nyomásosan öntött alumíniumöntvény alkatrész esetében fontos a gáztömörség, de az így gyártott alumíniumötvözet öntvényekben kialakuló porozitás a megmunkálásoknak köszönhetően több öntvényfelületet összekötő átmenő üregrendszerré alakulhat. Az így létrejött potenciális szivárgási útvonal folytonossági hiányok sorozataként fogható fel, amelyek mérete tág határok között változik, és ahol különböző térfogatú üregeket kisebb keresztmetszetű csatornák kötnek
össze. Bár a gáztömörség biztosítására alkalmazott vákuumimpregnálás robusztus technológia, az átmenő üregrendszerek az impregnálást követően is okozhatnak szivárgást. A dolgozat az összetett geometriájú folytonossági hiányok impregnálhatósági kérdéseivel foglalkozik. Az összetett üreggeometria elemi része egy üregből és egy kapilláriscsatornából áll. A kapillárisszakasz korlátozott áteresztőképességét a Hagen–Poiseuille-egyenletre épülő matematikai modellel
becsültük. A számítási eredmények azt bizonyítják, hogy a kapillárisszakaszt is tartalmazó üreg feltöltésének mértéke alapvetően az üreg geometriai jellemzőinek, ezen belül is elsősorban a kapilláris sugarának függvénye. Ha az üregrendszer 28 μm alatti átmérőjű szakaszt is tartalmaz, akkor az impregnálás nem feltétlenül biztosítja az öntvény gáztömörségét. Egy adott térfogatú, a felülethez adott hosszúságú kapillárisszakaszon keresztül kapcsolódó üreg impregnálása a kapilláris
sugara függvényében háromféle eredménnyel zárulhat: bizonyos kapillárissugár felett teljes telítés történik, egy adott határérték alatti kapillárissugárnál csak maga a kapilláris fog gyantát tartalmazni, a két határérték között pedig az üreg részleges impregnálódása várható a kapillárisszakasz kitöltése nélkül.