FYZIKÁLNA PODSTATA A MECHANIZMUS PLASTICKEJ DEFORMÁCIE Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
CÍLE KAPITOLY • Po prostudování této kapitoly bude mít student znalosti o : • - Fyzikálních a chemických vlastnostech • - Mechanických a technologických vlastnostech • - Struktůrou a průběhem deformací materiálů
FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI • • • • • • • • • • • •
Hustota - poměr hmotnosti m k objemu homogenní látky V při určité teplotě: [ kg/m3] Teplota tavení a tuhnutí T ve [oC, oK] – při této teplotě látka mění skupenství. Délková a objemová roztažnost – je změna délky a objemu s teplotou. Tepelná vodivost λ [Wm-1K-1] – charakterizuje schopnost látky vést teplo Elektrická vodivost G [S] – je schopnost látky vést elektrický proud. Měrný elektrický odpor – je to odpor vodiče o průřezu 1 mm2 a délce 1 m. Magnetické vlastnosti – charakterizují chování kovů v magnetickém poli. diamagnetické látky – mají relativní permeabilitu μ < 1 a nezvyšují účinek vnějšího magnetického pole. paramagnetické látky – mají μ > 1, ale blízké 1. feromagnetické látky – mají vysoké μ závislé na intenzitě magnetického pole. magneticky tvrdé látky – se těžko zmagnetizují, magneticky měkké látky – lehko získají i ztratí magnetizmus.
CHEMICKÉ VLASTNOSTI • Povrch kovů sa často poruší vlivem působení prostředí. • Je to koroze – koroze ročně zničí až 3 % vyrobeného kovu. Zjišťuje se odolnost kovů vůči korozi v určitém prostředí. Zkoušky se provádí v přírodě, nebo v laboratořích. •
Velikost koroze sa udáva úbytkem kovu za 1 hod. v g na plocše cm2 [g cm-2 h-1] .
• Dále se zkoumá odolnost proti vysokým teplotám (nad 600 oC) – tzv. žáruvzdornost. Žáruvzdornost se křemík.
zvyšuje přísadami hliník, chrom,
MECHANICKÉ VLASTNOSTI
• Součástky jsou namáhané tahem, tlakem, krutem, střihem a ohybem. • Aby materiál tomuto namáhání odolával, musí mít vlastnosti jako je pevnost, tvrdost, pružnost, tvárnost a další. • Tyto vlastnosti sa zjišťují zkouškami,
TECHNOLOGICKÉ VLASTNOSTI • Materiál se zpracovává různými způsoby, které vyžadují odpovídající vlastnosti. Nazývají se technologické, protože jimi je určená technologie – způsob zpracování, nebo opačně, technologii se vlastnosti materiálu přizpůsobí. Např. dural (AlCuMg) – slouží k výrobě pevných ale lehkých dílů. • Pro tvarování ale nesmí byt pevný, proto se upravuje tak, aby byl měkký a tvárný, potom se zpracuje a vytvrdí. • Do technologických vlastností patří: tvárnost, obrobitelnost, svařovatelnost, odlévatelnost.
STRUKTÚRA A SCHÉMA DEFORMACÍ MATERIÁLU • V průběhu krystalizace se dějí hlavně strukturální změny. Vznikají nové fáze. • Fáze – je homogenní část soustavy, která je oddělená od ostatních častí soustavy povrchovým rozhraním a má stejné vlastnosti, struktůry a chemické složení ( např. směs obilí a máku je soustava jako celek, mák je jedna fáze, obilíí druhá). Fázi může tvořit homogenní látka, nebo disperze. • Disperze – je soustava, obsahující alespoň dva druhy látek, z kterých jedna je rozptýlená v druhé; je to nerovnorodá soustava dvou, nebo více fází. • Při krystalizaci probíhá transkrystalizace – což je vznik dendritů
–
stromečkovitých krystalitů, vznik krystalizačních os (obr. 6.12a), vznik lunkrů, mikrolunkrů (vznikají mezi krystality a působí jako vryp obr. 6.12b).
(STRUKTÚRY A SCHÉMATA DEFORMACÍ MATERIÁLU)
• Krystalizace
slitin
má
tři
odlišnosti
od
krystalizace čistého kovu: - z homogenní taveniny může zkrystalizovat několik fází, - krystalizace probíhá v určitém rozsahu teplot, - krystalická fáze má jiné složení než původní homogenní tavenina.
(ŠTRUKTÚRY A SCHÉMY DEFORMÁCIÍ MATERIÁLOV)
a
b
Dendrity v liatej oceli – a, kryštality v zliatine Fe-Ni – b
(STRUKTURY A SCHÉMATA DEFORMACÍ MATERIÁLU) • Fázové přeměny – stavové diagramy •
Alotropie kovů a tím i změna jejich vlastností si vyžaduje, abychom poznali kdy změny probíhají a za jakých podmínek. To znamená, zjišťuje se, kdy a za jakých podmínek se uskuteční fázové přeměny. Přeměny, které v materiálu probíhají, jsou doprovázeny tepelným zabarvením a změnou rozměrů. Na základě toho se zhotovují stavové diagramy (nazývají se také rovnovážné diagramy). Získají se z nich údaje, které popisují stav slitiny v závislosti na teplotě a chemickém složení slitiny.
ŠEST ZÁKLADNÍCH KOMBINACÍ SLITIN KOVŮ A V KOLIKA VZNIKÁ EUTEKTIKUM • Eutektoid (eutektoidní slitina), je slitina, v které probíhají strukturální změny při konstantní teplotě (tak jako v eutektiku), ale v tuhém stavu (nie pri zmene tavenina – tuhá fáza). Vzniká šest základních kombinací : Slitina s dokonalou rozpustností v tekutém i tuhém stavu . Slitina s úplnou neprozpustitelností – tzn. nulovou vzájemnou rozpustitelností v tuhém stavu a s eutektikem . Slitina s částečnou, ale konstantní rozpustitelností v tuhém stavu; svislé ohraničení •
Zde je eutektikum složené ze smesi tuhých roztoků: E = α + β.
(ŠESŤ ZÁKLADNÝCH KOMBINÁCIÍ ZLIATIN KOVOV A V KOĽKÝCH VZNIKÁ EUTEKTIKUM) Slitina s částečnou, ale proměnlivou rozpustitelností v tuhém stavu; ohraničená křivkami proměnlivé rozpustnosti (obr. 6.15 b – 4). Vlivem klesající rozpustnosti složky B v A , vylučuje se pod eutektickou teplotou, teda v tuhém stavu nová fáze, sekundární tuhý roztok βII. To je u podeutektických slitin. Na druhé straně podobně, vlivem klesající rozpustnosti zložky A v B, se vylučuje pod eutektickou teplotou, teda v tuhém stavu nová fáze, sekundární tuhý roztok αII. To je u nadeutektických slitin.
Slitina s peritektickým bodem 17 (obr. 6.15 b – 5). Při této teplotě se už vyloučený tuhý roztok β se zbylou taveninou (s chemickým zložením 17´) mění na tuhý roztok α (so zložením 17). Slitina s eutektoidním bodem, přemeny nastane i v tuhej fázi, bod 20 (obr. 6.15 b – 6).
