2. Metalografie - zabývá se pozorováním a zkoumáním vnitřní stavby neboli struktury (slohu) kovů a slitin
Vnitřní stavba kovů a slitin ATOM • •
protony, neutrony – v jádře elektrony – v obalu atomu ve vrstvách
Jednotlivé atomy se slučují v MOLEKULY, kde jsou na sebe vázány chemickou vazbou.
Krystalové mřížky Všechny kovy (kromě rtuti) jsou za běžné teploty krystalickými látkami. Uspořádání atomů (molekul) v látce je dáno prostorovou (krystalickou) mřížkou.
1. Krystalická mřížka prostorově středěná Základním tvarem je krychle, v jejíchž rozích jsou atomy. Vzdálenost mezi atomy označujeme jako mřížkovou konstantu „a“. V této mřížce krystalizuje 13 kovů, většinou jde o kovy, které jsou za studena málo plastické (např. železo α a δ, Cr, W, atd. …)
2. Krystalická mřížka plošně středěná Má těsnější uspořádání atomů než prostorově středěná mřížka. V této soustavě krystalizují kovy, které jsou za studena velmi tvárné (např. Ca α, Fe γ, Ni, Ag, Au, Pb)
3. Šesterečná mřížka Má tvar šestibokého hranolu. Krystalizuje v ní např. Zn, Mg.
¨
Nedokonalosti v krystalové mřížce Struktura všech kovů je polykrystalická – skládá se z většího počtu krystalů. Při krystalizaci nevznikají pravidelné krystaly, vznikají tzv. zrna. Růst zrn začíná v tzv. krystalizačních centrech. Zrna se od sebe liší hlavně rozdílnou prostorovou orientací mřížek.
Bodové poruchy mřížek
Čárové poruchy mřížek Dislokace – v mřížce se vyskytuje nadbytečná vrstva atomů.
Díky poruchám v krystalických mřížkách můžeme kovy zpracovávat (tvářet, slévat, …).
Kovy a jejich slitiny Vlastnosti kovů • • • •
Lesklé Mají vysokou tažnost a kujnost Mají vysokou tepelnou a elektrickou vodivost Mají elektropozitivní (zásaditý) charakter
3 základní skupiny kovů A – alkalické kovy – Na, K, Ca T – technicky cenné nejcennější kovy – Cr, Fe, Co, Ni, … B – kovy s některými vlastnostmi nekovů – C, B, Si, As, …
Způsoby vznikání slitin 1. Slití dvou nebo více roztavených kovů 2. Rozpuštění malých kousků tuhého přisazovaného kovu či nekovu ve velkém množství roztaveného základního kovu. 3. Difůze – žíhání nebo působení vyšších teplot Dělení slitin podle složek: • Podvojné (binární) • Potrojné (ternální) • Počtverné (kvarternální) • Komplexní
Všechny slitiny krystalizují.
Chladnutí a ohřev kovů Nepolymorfní kov
I – teplota kovu klesá II – v okamžiku vzniku prvních krystalů se pokles zastaví a teplota se namění během celé krystalizace III – po ztuhnutí křivka stále klesá Tepelná hysteréze – je vyvolána vnitřními odpory ve vnitřní stavbě kovů a skutečností, že každá fáze si svůj stav chce podržet co nejdéle.
Polymorfní kov
U polymorfních kovů dochází během tuhnutí (tavení) k překrystalizaci – původní krystaly se přemění na krystaly s jinou krystalickou mřížkou a jinými vlastnostmi – alotropické změny. U jednoho kovu může existovat i několik alotropických modifikací, každá však existuje v jiném teplotním rozmezí.
Stav, v němž se vyskytuje volně chlazený kov (krystaly α), je stav stabilní, ostatní modifikace jsou metastabilní. Polymorfní kovy jsou např. Fe, Mn, Co, Sn, Ti, … Polymorfie železa
• • • • • •
do 911 °C – stabilní modifikace α – krychlová mřížka, prostorově sředěná 911°C až 1392°C – metastabilní modifikace γ – krychlová mřížka, plošně středěná 1392°C až 1539°C – metastabilní modifikace α (může být označeno i jako δ, protože je metastabilní) Nad 1539°C – tavenina 760°C – Curieho bod – železo ztrácí feromagnetické vlastnosti a stává se paramagnetickým (nemagnetickým) 760°C – 911°C – může být označeno jako β, protože je paramagnetické
Základní binární slitiny a jejich rovnovážné digramy Dva kovy A a B jsou v tuhém i tekutém stavu úplně rozpustné I – 80% A, 20% B II – 50% A, 50% B III – 20% A, 80% B LIKVIDUS – křivka, která vznikne spojením bodů počátků krystalizace SOLIDUS – křivka, která vznikne spojením bodů konců krystalizace Tuhý roztok – krystal, který obsahuje atomy obou složek
• •
Substituční tuhý roztok – atomy přísadového kovu obsazují zcela náhodně uzlová místa v mřížce základního kovu. Intersticiální tuhý roztok – atomy přísadového kovu se ukládají v intersticiální (mezimřížkové) poloze
Dva roztoky A a B jsou v tekutém stavu úplně rozpustné, v tuhém stavu nerozpustné EUTEKTIKUM – tvoří ve slitinách strukturu, která je rozeznatelná pod mikroskopem • •
Eutektikum páskové (lemelární) – jemné pásky vytvořené destičkovými krystaly obou kovů, uloženými těsně vedle sebe Eutektikum zrnité (lobulární) – jeden kov tvoří základní hmotu a v ní jsou uloženy krystaly kovu druhého ve tvaru jemných zrníček.
Eutektikum krystalizuje vždy sekundárně. Primárně krystalizují vždy krystaly, které tvoří kostru a eutektikum pak vyplňuje prostor mezi těmito primárně vzniklými krystali.
Dva kovy A a B se změnou rozpustnosti v tuhém stavu Křivky solidu určují oblast vzájemné rozpustnosti obou kovů Eutektická přímka určuje oblast vzájemné nerozpustnosti obou kovů. SEGREGACE – při dostatečně vysoké teplotě rovnovážného stavu nasycení se vylučuje nová fáze přednostně na hranicích zrn. Množství vyloučeného segregátu je velmi malé, takže jeho vylučování není spojeno s žádným teplotním jevem. V praxi se segregace projevuje změnou vlastností kovů (např. zmenšením houževnatosti). PRECIPITACE – vylučování jemných částic nových fází z přesyceného roztoku uvnitř zrn. Podmínkou precipitace je vznik tuhého roztoku, tato podmínka je splněna pouze v soustavě s omezenou rozpustností v tuhém stavu, při čemž s klesající teplotou se rozpustnost musí zmenšovat. Projevuje se zvýšenou tvrdostí a zvýšením meze kluzu.
Metastabilní soustava Fe – Fe3C EUTEKTOID – heterogenní struktura, která vznikne difúzním rozpadem tuhého roztoku ve dvě chemicky a krystalograficky odlišné fáze. FERIT – tuhý roztok C v železe α (max 0,02% C při teplotě 727°C) AUSTENIT – tuhý roztok C v železe γ (max 2,14% C při teplotě 1147°C) PERLIT – eutektoid z lamelek feritu a cementitu v poměru 6:1. Vzniká rozpadem austenitu při teplotě 727°C obsahující 0,764% C. CEMENTIT – karbid železa Fe3C, obsahuje 6,67% C. Je křehký, tvrdý, není tvárný. Nemá alotropické přeměny, při teplotě 217°C ztrácí feromagnetické vlastnosti. LEDEBURIT – eutektikum z lamelek austenitu a cementitu v pomětu 1:1. Vzniká při teplotě 1147°C a obsahuje 4,3% C.
