Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy. Volné ruční kování Bakalářská práce

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy

Volné ruční kování Bakalářská práce

Vedoucí práce: doc. Ing. Josef Filípek, CSc. Brno 2008

Vypracoval: Tomáš Rudolf

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma VOLNÉ RUČNÍ KOVÁNÍ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.

dne………………………

podpis diplomanta……………………….

Abstrakt Tato práce se zabývá volným ručním kováním. Je to jeden z nejzákladnějších a nejstarších způsobů zpracování kovů, patří do tvářecích procesů a jako takové je beztřískové. Při volném ručním kování se materiál tváří za tepla a to údery nebo klidným tlakem. Kování zlepšuje nevýhodné vlastnosti oceli způsobené litou strukturou. Pomocí metalografických výbrusů byla zkoumána struktura damaškové oceli pod mikroskopem a za použití tvrdoměrů byla změřena tvrdost různě tepelně zpracovaných vzorků. V práci je uvedeno množství obrázků nářadí a metalografických výbrusů. Pomocí zjištěných hodnot se provedlo zhodnocení z materiálového a technologického hlediska

Klíčová slova: struktura oceli, deformace, mikrostruktura, kování, kovářské svařování

This essay is about the smith hand forging. It is one of the basest and oldest ways of the treatment of metal. It belongs to a former processes and it is chipless-machining. With the smith hand forging material is hot-formed by strokes or an easy pressure. The forging improves an inconvenient characteristic of steel caused by a cast structure. By force of the scratch pattern was researched a structure of the damask steel under the microscope and with using of a scleroscope was measured a hardness of diferently hot treated samples. The essay includes a lot of pictures of a tools and the scratch patterns. By force of the findings calibres was performed an appreciation from a material and technological aspect.

Key words: forging, hammer welding, structure of steel, deformation, microstructure

Poděkování: Na tomto místě bych rád poděkoval doc. Ing. Josefu Filípkovi, CSc.,vedoucímu práce za cenné rady a odbornou pomoc. Dále bych rád poděkoval Radimu Toporovi za pomoc při výrobě výkovků a svařování paketů.

1 ÚVOD ...................................................................................................................... 7 2 FYZIKÁLNĚ METALURGICKÉ ZÁKLADY TVÁŘENÍ ............................................ 7 2.1 Strukturní změny při ohřevu ............................................................................................ 9 2.1.1 Zotavení......................................................................................................................... 9 2.1.2 Rekrystalizace ............................................................................................................... 9 2.1.3 Růst zrna........................................................................................................................ 9 2.1.4 Stárnutí ........................................................................................................................ 10 2.2 Základní vztahy tvárné deformace ................................................................................. 10 2.2.1 Přetvárný odpor ........................................................................................................... 10 2.2.4 Stav napjatosti ............................................................................................................. 11 2.2.5 Deformace ................................................................................................................... 12 2.2.6 Teplota......................................................................................................................... 14 2.2.7 Rychlost deformace..................................................................................................... 14 2.2.8 Vnější tření .................................................................................................................. 15 3 CHARAKTERISTIKA DRUHŮ TVÁŘENÍ.............................................................. 15 3.1 Rozdělení tváření.............................................................................................................. 15 3.1.1Válcování ..................................................................................................................... 15 3.1.1.1 Způsoby válcování ............................................................................................... 15 3.2.1 Objemové tváření ........................................................................................................ 16 3.2.1.1 Způsoby objemového tváření ............................................................................... 16 4 OBJEMOVÉ TVÁŘENÍ.......................................................................................... 17 4.1 Volné ruční kování ........................................................................................................... 17 4.1.1 Nářadí .......................................................................................................................... 17 4.1.1.1 Kladiva ................................................................................................................. 17 4.1.1.2 Kovadlina ............................................................................................................. 18 4.1.1.6 Prorážecí kladivo.................................................................................................. 20 4.1.1.7 Kleště.................................................................................................................... 20 4.1.1.8 Výheň ................................................................................................................... 21 4.1.2 Základní postupy ......................................................................................................... 21 4.1.2.1 Prodlužování......................................................................................................... 21 4.1.2.2 Hlazení ................................................................................................................. 21 4.1.2.3 Rozšiřování........................................................................................................... 21 4.1.2.4 Osazování ............................................................................................................. 21 4.1.2.5 Ohýbání ................................................................................................................ 22 4.1.2.6 Sekání ................................................................................................................... 22 4.1.2.7 Děrování ............................................................................................................... 22 4.1.2.8 Kovářské svařování .............................................................................................. 22 4.1.3 Popis výroby keltského nože....................................................................................... 24 4.1.4 Příklady výrobků ......................................................................................................... 25 5 CÍL PRÁCE ........................................................................................................... 27

6 METODIKA ........................................................................................................... 27 7 METALOGRAFICKÝ ROZBOR ............................................................................ 27 7.1 Tvorba metalografického výbrusu ................................................................................. 27 7.1.1 Odebírání vzorků a příprava metalografického výbrusu............................................. 28 7.1.2 Broušení metalografického vzorku ............................................................................. 28 7.1.3 Leštění metalografického vzorku ................................................................................ 28 7.1.4 Zviditelnění struktury na povrchu metalografického výbrusu .................................... 29 7.1.5 Metalografický mikroskop .......................................................................................... 30 7.2 Metalografický rozbor ..................................................................................................... 30 7.2.1 Makroskopický rozbor ................................................................................................ 30 7.2.2 Mikroskopický rozbor ................................................................................................. 31 7.2.2.1 Kalený vzorek ...................................................................................................... 32 7.2.2.2 Vzorek vychladlý v peci....................................................................................... 33 7.2.2.3 Vzorek v přírodním stavu..................................................................................... 35 7.2.3 Měření tvrdosti HRC ................................................................................................... 37 8 ZÁVĚR .................................................................................................................. 38 9 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK ....................................................................... 39 10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ..................................................................... 40

1 ÚVOD Volné ruční kování patří do objemového tváření. Zpracování kovů kováním je jedním ze základních a nejstarších technologických způsobů. Kováním dáváme kovu nejen určitý požadovaný tvar, ale hlavně zlepšujeme podstatně jeho mechanické vlastnosti oproti litému stavu. Volným ručním kováním se dají vyrábět s pomocí jednoduchých nástrojů vyrábět velmi rozmanité výrobky viz obr. 1. Obr. 1 Možnosti výroby

Obrázek 1: a) kovářská lopatka na uhlí vykovaná z nízkouhlíkové oceli, b) kleště z pérové oceli, (pravděpodobně 14 260), c) sekáč na sekání za tepla z žáropevné oceli 19 552, d) kleště na čtvercový nebo kulatý materiál z nízkouhlíkové oceli, e) kleště z pérové oceli (pravděpodobně 14 260), f) hřebovnice je vykována z hřídele pogumovaného válce (cementační ocel), g) tepací kladívko je nízkouhlíkové oceli s obloukově navařenou kuličkou z ložiska, h) kladivo na roztahovaní kruhových otvorů je opět z hřídele pogumovaného válce (cementační ocel), i) škrabák je vykován z pilníku, kalen do vody a popuštěn na slámově žlutou, j) kovářská lopatka na uhlí, list je pozohýbaný z plechu a ručka je z nízkouhlíkové oceli, k) nůž z materiálu 19 133, před nanesením kalící pasty

2 FYZIKÁLNĚ METALURGICKÉ ZÁKLADY TVÁŘENÍ Působí-li na kovové těleso vnější síla, mění těleso svůj tvar a při dostatečné velikosti vnější síly dojde k jeho porušení. Účinkem síly vzniká současně v tělese napětí, neboť jeho vnitřní síly změně tvaru brání. Tvarová změna, vyvolaná působením vnější síly se nazývá přetvoření nebo deformace. Při nízkých hodnotách vnější síly a tedy nízkém napětí je deformace pouze pružná a určena Hookovým zákonem. Po odlehčení tato deformace zmizí a těleso nabude původního tvaru. Překročí-li hodnota vnější síly určitou mez, dojde k deformaci trvalé – plastické a po odlehčení zůstává těleso trvale deformováno.

Plastická deformace krystalických materiálů se uskutečňuje pohybem dislokací a to buď kluzem nebo dvojčatěním. V obou případech jde o trvalou změnu tvaru, vyvolanou smykovým napětím dostatečné velikosti. Rychlost pohybu dislokace závisí na působící síle, na typu krystalové mřížky, na vazbě mezi atomy a především na množství poruch v mřížce. Pohybu dislokací je bráněno různými překážkami, jež mohou být např. bodové poruchy, atomy přísad v krystalech tuhého roztoku, částice precipitátu, hranice zrn a hranice bloků, vzájemné protínání dislokací, přítomnost dalších dislokací stejného znaménka apod. Omezování pohybu dislokací se projeví různými důsledky plastické deformace. Mezi ně patří změna struktury a vlastností plastickou deformací. S rostoucím stupněm deformace se mění tvar zrn. Původně polyedrická zrna se prodlužují ve směru převládající deformace, až se z nich stanou značně protažená vlákna s poměrně malými příčnými rozměry. V průběhu plastické deformace se mění také orientace mřížky. Původní náhodná orientace se během deformace mění na usměrněnou. Usměrňování orientace mřížky zrn a někdy též změny tvaru zrn po účinném tváření (např. válcování nebo tažení za studena) se označují jako textura. Vznik textury se projeví významnou anizotropií vlastností polykrystalického materiálu (např. po válcování se sledují vlastnosti plechu ve směru válcování a ve směru kolmém na směr válcování). Charakteristickou

změnou submikroskopické struktury po plastické deformaci je

změna hustoty poruch. Se vzrůstajícím stupněm deformace se zvětšuje hustota poruch, vzrůstá odpor proti další plastické deformaci, zvyšuje se napětí potřebné k další deformaci – zvyšuje se mez kluzu. Podobně jako mez kluzu vzrůstá také pevnost a tvrdost. Mez kluzu vzrůstá rychleji než pevnost a obě hodnoty se s rostoucím stupněm deformace k sobě přibližují. Poměr Re/Rm se blíží k jedné. Tvárné vlastnosti se zhoršují a také klesá houževnatost. Dochází ke změně mechanických vlastností, jež je obecně označována jako zpevnění. Zvýšení pevnostních hodnot tvářených těles je v mnoha případech v technické praxi nežádoucí, zejména ve víceoperačních tvářecích procesech, avšak na druhé straně se poměrně často využívá. Vedle vyžíhaných materiálů se dodávají také materiály nebo hotové výrobky zpevněné tvářením za studena. Jsou to např. dráty, tyče, pásy, plechy, trubky apod., u kterých se podle stupně deformace rozlišují stavy; polotvrdý, tvrdý, pružinově tvrdý atd. Kromě změny mechanických vlastností způsobuje deformační zpevnění také snížení elektrické a tepelné vodivosti, snížení odolnosti proti korozi, chemickým vlivům apod. což může být rozhodujícím faktorem pro určitý výrobek.

2.1 Strukturní změny při ohřevu Návrat z deformovaného stavu struktury do struktury stabilní nemůže nastat samovolným způsobem, ale při vyšších teplotách, kde dochází k teplotně aktivovaným dějům. 2.1.1 Zotavení Je-li za ze studena deformovaný kov zahřát na dostatečně vysokou teplotu, dochází v jeho vnitřní stavbě ke změnám, které se projevují postupným zmenšováním zpevnění. Struktura deformovaná

předchozím

tvářením

se nemění

a celý proces

probíhá

v submikrostrutuře. Zotavení je charakterizováno především změnou uspořádání dislokací, spojenou se zmenšením energie mřížky. Jedním nejdůležitějších zotavovacích procesů, který mění uspořádání dislokací a snižuje deformační energii, je polygonizace. Pro technickou praxi má zotavování velký význam. U výrobků, u nichž došlo po tváření za studena k zotavení, je možno využít zvýšené pevnosti a tvrdosti, získané v důsledku zpevňovacího procesu při dostatečné houževnatosti. Zotavovací proces je procesem nevratným, probíhá za nízkých teplot dlouhou dobu. Zvyšování teploty má za následek zkracování zotavovacího procesu a za určité teploty přechází v nový děj – rekrystalizaci. 2.1.2 Rekrystalizace Rekrystalizace představuje obdobně jako zotavování nevratný, technicky důležitý proces, který je provázen soustavnou změnou mechanických a fyzikálních vlastností materiálu. Při určitých podmínkách rekrystalizace získává materiál výrobku, zpevněný vlivem tváření, své původní vlastnosti, v některých případech v důsledku rovnoměrnější struktury získané tvářením, dokonce vlastnosti lepší oproti výchozím hodnotám. 2.1.3 Růst zrna Po dokončení primární rekrystalizace tj. v okamžiku, kdy rostoucí krystaly spotřebovaly deformovaný materiál, může nastat proces dalšího snižování energie kovu v důsledku snižování úhrnné plochu povrchu zrna. V praxi často např. při dlouhém žíhání za studena tvářené součásti, lze pozorovat napřimování hranicí zrn. Malá zrna se zmenšují a větší rostou. Tento proces, jehož řídicím mechanismem je povrchové napětí hranic zrn, nazýváme růstem zrn. Rychlost růstu zrn může být ovlivněna určitými podmínkami, jako např. kritický stupeň deformace (obvykle malé stupně deformace cca 8-10%) s následným žíháním nebo sekundární rekrystalizace, kdy výrobek primárně rekrystalizovaný při nízké teplotě je zahřát na teplotu vyšší, čímž dochází k abnormálně rychlému růstu několika zrn. Hrubozrnně rekrystalizovaný materiál lze regenerovat dvojím způsobem:

-

ohřevem na teplotu fázové přeměny s následujícím volným ochlazováním na vzduchu

-

dalším tvářením v těch případech, kdy je to technicky možné

2.1.4 Stárnutí Je křehnutí oceli, způsobené vyloučením nitridů, tj. sloučenin dusíku s kovy na hranicích zrn a v kluzných rovinách. Při stárnutí oceli tvářená za studena blokují se volné dislokace atomy uhlíku nebo dusíku rozpuštěnými ve feritu. Tento proces je provázen změnou mechanických vlastností ocelí. Ocel se zpevňuje za současného křehnutí, klesá vrubová houževnatost, zvyšuje se mez kluzu a zhoršuje se tvárnost za studena. Ke stárnutí jsou náchylné oceli nízkouhlíkové, obsahující dusík. Samovolně probíhá stárnutí při normální teplotě okolí řádově měsíce a roky. Tvářením za studena a následným ohřevem n teploty 200 – 250°C se urychluje.

2.2 Základní vztahy tvárné deformace Na plastické přetvoření kovových materiálů v průběhu tvářecích procesů působí celá řada faktorů. Nejdůležitější z nich jsou: stav napjatosti, teplota, rychlost tváření a vnější tření. Uvedené faktory dále ovlivňují velikost přetvárného odporu tvářeného materiálu, síly a práci. 2.2.1 Přetvárný odpor Přetvárný odpor se v technické praxi rozlišuje jako základní přetvárný odpor σs [MPa], tj. napětí ve směru pohybu tvářeného nástroje na jeho tlačnou plochu, překonávající odpor tvářeného kovu proti plastickému přetvoření. Je základní jednotkou, vyjádřenou v MPa, pro určování sil potřebných pro tváření kovů. Není pro určitý kov konstantou, ale je závislý na stupni přetvoření, poměrné rychlosti tváření a na teplotě tvářeného kovu (základní přetvárný odpor se zjišťuje experimentálně nejčastěji zkouškou tahem nebo tlakem). Technologický přetvárný odpor σte [MPa] odpovídá základnímu přetvárnému odporu, zvětšenému o pasivní odpory při určité výrobní technologii. Pasivní odpory jsou závislé na tření mezi nástrojem a kovem, na tečení kovu v zápustce, na velikosti a geometrii tvářeného tělesa, na způsobu tváření (např. válcování, protlačování, tažení apod.)

2.2.2 Přetvárná síla Je to síla, kterou musíme působit na nástroj ve směru jeho pohybu, abychom dosáhli požadované změny tvaru tvářeného kovu. Velikost přetvárné síly lze stanovit ze vztahu: F = σte . S,

kde F - přetvárná síla [N]

σte - přetvárný odpor [MPa] S - styčná plocha nástroje s tvářeným kovem [mm2]

2.2.3 Přetvárná práce Přetvárnou práci lze stanovit ze vztahu: A = σte . V . φ, kde V - přetvárný objem [mm3] σte - přetvárný odpor [MPa] φ - logaritmická deformace 2.2.4 Stav napjatosti V mechanice tvářecích procesů se používá k usnadnění výpočtů nahrazování a rozklad sil. Stav napjatosti v libovolném bodě tělesa je charakterizován elementární krychlí s příslušnými hlavními napětími – tahovým nebo tlakovým – jež v tomto bodě působí. Při hodnocení stavu napjatosti rozlišujeme celkem tři druhy základních schémat napjatosti tvářeného tělesa, jež dávají celkem devět možných schémat napjatosti viz. obrázek 1. Schéma napjatosti má vliv na tvárnost deformovaného tělesa. Čím více převládají ve schématu napjatosti napětí v tlaku, tím je materiál tvárnější. Na obrázku 1 jsou schémata napjatosti očíslována podle schopnosti k plastické deformaci čísly 1 – 9, přičemž č. 1 (všestranný tlak) vykazuje největší tvárnost. Při plastické deformaci materiálu dojde nejpozději k jeho porušení. Číslo 9 (všestranný tah) vykazuje nejmenší tvárnost, kdy při plastické deformaci dojde nejdříve k poškození materiálu. Obr. 2 Schéma napjatosti

Všechna znázorněná schémata napjatosti nemají pro tváření stejný význam. Kromě malého počtu výjimek jde při tváření převážně o napjatosti některým ze schémat označených č. 1, 4, 7 a 5. Uspořádání schémat také charakterizuje vliv schémat napjatosti na odpor proti deformaci. Největší odpor je u schémat č. 1, 9, nejmenší pak u schématu č. 5.

2.2.5 Deformace Podobně jako schémata napjatosti umožňují vyhodnotit stav napjatosti také schéma hlavních deformací, dávající představu o stavu deformace v uvažovaném bodě. Stav deformace je charakterizován elementární krychlí s třemi složkami hlavních deformací, které označujeme jako hlavní deformace ε1, ε2, ε3. Hlavní deformace opět jsou udávány směrem a smyslem, velikost se neudává. Existují jen tři druhy schémat deformace viz. obrázek 3. Obr. 3 Deformace

Závislost mezi hlavními deformacemi se stanoví z podmínky stálosti objemu tělesa před a po tváření, tj. V0 = V1 [m3]. Při tváření např. hranolu (obr. 4) dostaneme vztahy: Obr. 4 Rozměrové změny

V0 = h0 . b0 . l0 = h1 . b1 . l1 = V1 neboli

h1 b1 l1 . . = 1 při čemž jednotlivé poměry h0 b0 l 0

charakterizují rozměrové změny tělesa v příslušném směru. Logaritmováním uvedené rovnice dostaneme:

ln

h1 b l + ln 1 + ln 1 = 0 . Hodnoty uvedených logaritmů charakterizujících h0 b0 l0

deformace v příslušných směrech se nazývají logaritmickými deformacemi a označují se písmenem φ, takže platí : φh + φb + φl = 0.

Z doposud uvedeného vyplývá, že deformací se rozumí poměrná změna rozměrů tělesa ve vztahu k výchozím rozměrům. Celkem se rozlišují tyto deformace: a) smluvní - poměrné prodloužení ε l = -

poměrné rozšíření ε b =

-

poměrné stlačení ε h =

l1 − l 0 l0

b1 − b0 b0

h0 − h1 h0

b) logaritmické - poměrné prodloužení ϕ l = ln -

poměrné stlačení ϕ b = ln

b1 , b0

-

poměrné stlačení ϕ h = ln

h1 h0

l1 l0

Při tváření součástí různých tvarů je nutno počítat se změnou průřezů, pak bude:

S1 − S 0 S0

-

smluvní změna průřezu ε s =

-

logaritmická změna průřezu ϕ s = ln

S1 S0

Z výše uvedených rovnic vyplývá, že součet deformací ve třech hlavních směrech se rovná nule: ϕ h + ϕ b + ϕ l = 0 nebo ε 1 + ε 2 + ε 3 = 0 a tudíž jedna ze tří deformací se vždy rovná součtu ostatních dvou a má opačné znaménko. Jestliže se jedna deformace rovná nule, pak druhé dvě zbývající deformace se sobě rovnají a mají opačné znaménko ε 1 + ε 2 = 0 . Je třeba si uvědomit, že zatím co napjatost může být např. jednoosá, bude deformace vždy víceosá, tj. rovinná nebo prostorová. Mechanická schémata deformace jsou souhrnem schémat hlavních napětí a deformací a jsou základním ukazatelem při hodnocení a rozboru tvářecích pochodů. Charakterizují působení vnějších sil, průběh deformace a kromě toho ukazují i na ostatní vlivy provázející plastickou deformaci, jako např. deformační odpor, usměrnění vláken, orientaci a velikost zrn apod. Tvářecí pochody mohou mít stejná schémata hlavních napětí při určitých způsobech tváření, avšak schémata deformací jsou různá nebo naopak.

Jestliže tedy tváříme stejný materiál za stejných podmínek deformace dvěma různými způsoby, pak lze dosáhnout i různých stupňů deformace. Je např. známo, že při protlačování kovu se mnohem více projeví prostorová tlaková napjatost než při pěchování, což se projeví ve vyšším stupni deformace u materiálu protlačovaného. 2.2.6 Teplota Tvářeného materiálu podstatně ovlivňuje hodnotu přetvárného odporu a tím i stupeň přetvoření. Vzrůstající teplotou nastává změna mechanických vlastností kovů, klesá pevnost a zvětšuje se tažnost. V důsledku toho klesá i síla potřebná ke tváření. Tváření za tepla je provázeno zotavením a rekrystalizací. Výsledná struktura po tváření závisí na poměru rychlosti deformace a rychlosti rekrystalizace. Je-li rychlost rekrystalizace větší než rychlost deformace, skládá se výsledná struktura z nedeformovaných zrn bez zpevnění. Je-li tomu naopak, vzniká po deformaci struktura se zpevněním. 2.2.7 Rychlost deformace Všeobecně platí pravidlo, že s rostoucí rychlostí deformace se zvětšuje odpor materiálu proti deformaci a zmenšuje se tvárnost. Vliv deformační rychlosti na deformační odpor potvrzují výsledky např. pěchovacích zkoušek, kdy za jinak stejných podmínek tváření pod bucharem se deformační odpor zvětšuje vlivem větší deformační rychlosti ve srovnání s deformací na lisech. Při tváření je třeba odlišovat od sebe rychlost pohybu nástroje, danou rychlostí beranu stroje a rychlostí deformační. Deformační rychlost je definována jako přírůstek deformace za jednotku času. Např. při pěchování tělesa mezi rovnoběžnými rovinami lze stanovit deformační rychlost následujícím způsobem: v d =

dh 1 dh 1 v ⋅ = ⋅ = h dt dt h h

[s-1]. Deformační rychlost závisí na výšce součásti h [m] a na rychlosti pohybu nástroje v [m.s1

]. Deformační rychlost není totožná s rychlostí nástroje. Porovnání hodnot deformační

rychlosti vd a rychlosti v jsou uvedeny v tabulce 1.

Tab. 1 Příklady rychlostí Tvářecí stroj

Rychlost nástroje v [m.s-1]

Deformační rychlost vd [s-1]

Hydraulické lisy

0,01 – 0,2

0,01 – 10

Klikové a vřetenové lisy

0,3 – 0,6

4 – 25

Buchary

5 - 25

40 - 160

2.2.8 Vnější tření Je průvodním jevem všech tvářecích pochodů. Síly tření způsobují nerovnoměrné rozdělení napětí i nerovnoměrnost deformace v tvářeném tělese. Vlivem tření se zvětšuje deformační odpor a zmenšuje trvanlivost tvářecích nástrojů. Vznikají vnitřní pnutí, jež způsobují snížení tvárnosti. Tření zvětšuje také velikost energie potřebné k deformaci. Tření má však také v některých případech i kladný účinek. Některé tvářecí procesy, jako např. válcování, by bez vnějšího tření se nemohly vůbec uskutečnit. Na velikost vnějšího tření má vliv celá řada činitelů, jako např. chemické složení a fyzikální stav tvářeného materiálu i materiálu funkčních částí nástroje, rychlost deformace, teplota tváření, měrný tlak, druh použitého maziva a další.

3 CHARAKTERISTIKA DRUHŮ TVÁŘENÍ Tváření je beztřískové obrábění, tzn. že při změně tvaru se části materiálu přesunují v tvárném stavu, při tom nevzniká tříska, to ovšem neznamená že nevzniká žádný odpad, např. při stříhání vznikají odstřižky, při tváření za tepla okuje (popř. jiné oxidy).

3.1 Rozdělení tváření 3.1.1Válcování Podstata válcování spočívá v deformaci válcovaného materiálu mezi dvěma otáčejícími se válci, které jej postupně deformují tak, že dochází k jeho rozměrovým změnám, tj. prodlužování, rozšiřování a zeslabování. Toto se může dít jak za tepla, tak za studena. Platí zde zákon stálosti objemu před a po tváření V0 = V1. Vtahování materiálu je umožněno třením mezi válci a válcovaným materiálem. 3.1.1.1 Způsoby válcování a) podélné válcování, kde se vývalek deformuje ve směru podélném. Válcují se tak plechy, tyče kolejnice apod. b) příčné válcování spočívá v postupném tváření vývalků kruhového průřezu ve směru radiálním – příčném. Lze tak vyrábět válcováním hřídele, které mají různé osazení podél osy.

c) kosé válcování vyvolává postupné tváření kruhového vývalku mezi dvěma válci, jejichž osy jsou mimoběžné. Tento způsob válcování se nejvíce uplatňuje při válcování trub.

3.2.1 Objemové tváření Výroba strojních dílů objemovým tvářením se nejčastěji provádí volným a zápustkovým kováním za použití bucharů a lisů nebo na tvářecích strojích s hlavním pohybem rotačním. Pro snížení tvářecí síly a zvýšení tvárnosti je materiál obvykle ohřát na tvářecí teplotu. Objemové tváření se uskutečňuje však také různými způsoby, kdy se tvářený materiál nachází ve studeném stavu. 3.2.1.1 Způsoby objemového tváření a) volné ruční kování – používá se k výrobě malých výkovků v kusové výrobě (v dnešní době především umělecká tvorba), ohřev materiálu je prováděn v kovářské výhni, materiál je tvářen ručními kladivy na kovadlině, popřípadě pod bucharem. b) volné strojní kování – používá se při výrobě volně kovaných výkovků od nejmenší hmotnosti až po hmotnost několika tun. Slouží pro zhotovení předkovků pro zápustkové kování v sériové a hromadné výrobě, nebo hotových výkovků v kusové výrobě. Tváření ohřátého výchozího polotovaru se provádí jednoduchými nástroji – kovadly, upevněnými na beranu a šabotě stroje. c) zápustkové kování – tvoří rozsáhlý obor tváření. Je charakteristické řízeným tečením ohřátého kovu dle tvaru dutiny zápustky. Zápustkovým kováním se vyrábí rozmanité výkovky v rozmezí hmotnosti od několika gramů do 300kg. Zápustka je v podstatě dvoudílná ocelová forma, v níž ohřátý kov dutinu zápustky působením rázů nebo tlaku úplně vyplní. d) protlačování kovů za studena – je tváření polotovarů (špalíků, kalot, rondelů) na tělesa různého převážně rotačního a symetrického tvaru. Je to technologie vysoce hospodárná, produktivní a výrobky dosahují velmi dobré jakosti. Polotovar je tvářen v průtlačnici tlakem průtlačníku a uvedením do velmi tvárného stavu se vytlačuje do otvoru v průtlačnici nebo do mezery mezi průtlačníkem a průtlačnicí. Způsoby protlačování: zpětné, dopředné plné, dopředné duté, kombinované. e) stříhání – dělení materiálu stříháním, jako přípravná operace pro další zpracování polotovarů, je nejrozšířenější ve strojírenské výrobě. Při stříhání se materiál odděluje pomocí dvou nožů, které nohou být rovnoběžné, skloněné, rotační.

f) plošné tváření -

zpracování plechů tvářením na hotové výrobky je nedílnou

součástí průmyslové výroby. Výrobky mají uplatnění v široké oblasti lidského působení a potřeb (např. ve výrobě automobilů, v letectví, v konstrukci strojů apod.) Rozličnými způsoby tváření plechu lze dosáhnout poměrně jednoduchými nástroji a zařízením i velmi složitých tvarů výrobků, jež z konstrukčního hlediska jsou lehké avšak velmi tuhé a při tom rychle a levně vyrobitelné. Druhy: výroby ve střihadlech (stříhání probíhá po uzavřeném obvodu), ohýbání, zakružování, rovnání, hluboké tažení plechů, stříhání a tažení pryží, tváření vysokou deformační rychlostí (výbuchové tváření) g) lisování práškových kovů – práškovou metalurgií se nazývá výrobní metoda, která se zabývá výrobou předmětů z kovových i nekovových prášků, jež se lisují v kovových formách a potom se spékají. Zvláštností této metody je, že při spékání nedochází k úplnému roztavení prášku. Množství tekuté fáze obvykle nepřesahuje několik procent z celkového objemu spékané součásti.

4 OBJEMOVÉ TVÁŘENÍ 4.1 Volné ruční kování 4.1.1 Nářadí 4.1.1.1 Kladiva Kladiva slouží k objemovému tváření materiálu. Vyrábějí se z houževnaté nástrojové oceli třídy 19 083 a 19 132, kalí se pouze ploska a nos. Toporo se dělá z houževnatého pružného dřeva (jasan, akát, buk). Kladiva se dělí se na:

-

jednoruční, váha 0,75-2kg, ploska vypouklá, toporo má délku 350-400mm

-

dvouruční přitloukací, váha 3-20kg, délka topora 600-900mm

-

dvouruční křížové, nos je rovnoběžný s toporem, viz obr. 5 a)

-

perlík, váha 4-5kg, toporo stejné jako u přitloukacích, viz obr. 5 b)

Obr. 5 Přitloukací kladiva

Obr. 6 Kladiva

Na obrázku 6 se na nachází různá kladiva: a) tepací půlkulaté kladívko, b) kladivo (trn) na roztahování kruhových otvorů, c) 0,5kg zámečnické kladívko s ploskou vybroušenou do kulata, toto se používá obdobně jako tepací kladívko, d) tepací půlkulaté kladívko, e) kilové zámečnické kladivo používané na svařování menších paketů, f) dvoukilové zámečnické kladivo, g) tříkilová palička používaná jako přitloukací na různé nářadí, h, i) sedlíky, j) kulaté prosekávací kladivo.

4.1.1.2 Kovadlina Na kovadlině se provádí vlastní kování materiálu. Tato se vyrábí z lité nebo kované oceli, v hmotnostech 50-250kg. Dráha kovadliny je tvrdá (kalená), kovadlina se usazuje na špalek nebo na desku položenou na sudu s pískem. Kovadlina se podkládá kůží aby nezvonila. Výška dráhy kovadliny se volí tak aby když si pracovník stoupne těsně ke kovadlině, měl by se připaženou a v pěst zavřenou rukou dotýkat dráhy. Kovadlina je na obr. 7.

Obr. 7 Kovadlina

4.1.1.3 Sekáč Sekáče slouží k dělení materiálu, a to buď za studena nebo za tepla. Pro sekání za studena se používají sekáče s úhlem břitu 30-45°, pro sekání za tepla je výhodnější menší úhel (pokud možno má být materiál sekáče žárupevný). Toporo se dělá ze stejného dřeva jako pro kladivo. Na obr. 8 a) sekáč z cementační oceli, b) sekáč z žáropevné oceli 19 552.

Obr. 8 Sekáče

4.1.1.4 Utínka Slouží taktéž k dělení materiálu, ale na rozdíl od sekáče mají na spodní části vypracovaný čtyřhran kterým se umísťují do čtyřhranného otvoru v kovadlině, taktéž můžou být pro sekání za tepla nebo za studena. Na obr. 9 jsou utínky označeny d, e, f).

Obr. 9 Vlčci a utínky

4.1.1.5 Vlček, růžek Používají se při tvarování malých ohybů na obrobku. Stejně jako utínka se umísťují do

čtyřhranného otvoru v kovadlině. Na obrázku 9 jsou vlčci pod označením a, b, c). 4.1.1.6 Prorážecí kladivo Používá se k prorážení otvorů v materiálu, je-li např. potřeba nýtovat nebo provlékat. Vyrábí se z žárupevné oceli. Příklad prorážecího kladiva je na obr. 8 c). 4.1.1.7 Kleště Slouží k uchopení a držení horkého materiálu při opracování. Na obrázku 10 jsou příklady kleští: a) vlčí tlama, b) malé ploché kleště užívané na drobný materiál, c) kleště s hubou vytvarovanou na kulatý materiál, d) ploché kleště, e) hraněné kleště na čtvercový materiál, f) kleště hákové používané při kovaní kladiv, kladivo se jimi drží „za díru“, g) kleště na kulatý nebo čtvercový materiál, h) kleště mající široké použití, především jsou na rozměrnější kusy.

Obr. 10 Kleště

4.1.1.8 Výheň Slouží k ohřevu oceli na kovací teplotu. Je stabilní nebo přenosná. Stabilní výhně jsou zděné, s jímkou pro ohniště, zděnou šamotovými cihlami, nebo litinové. Zděné výhně lépe udržují teplo, litinové lze snáze postavit. Ventilátor může být šlapací nebo na elektrický pohon. Ve výhní se topí drobným kamenným a spékavým uhlím, drobným koksem popř. dřevěným uhlím. Na obr. 11 je pod označením a) kusové černé uhlí, v tomto stavu je ve výhni nepoužitelné, musí se roztlouct a prosít, b) kovářské uhlí, c) kovářské uhlí ze staré kovárny, toto se jeví jako nejlepší.

Obr. 11 Uhlí

4.1.2 Základní postupy 4.1.2.1 Prodlužování Označuje se také jako kování do délky nebo vytahování. Provádí se oblíkem (kladivo s v velkým rádiusem na nose), přes hranu kovadliny nebo přes roh kovadliny. Účinnější je však prodlužování pod bucharem. Při prodlužování se materiálem pootáčí o 90°. 4.1.2.2 Hlazení Účelem hlazení je zahladit stopy po předchozím kování. Provádí se sedlíkem na který se přitlouká kladivem. 4.1.2.3 Rozšiřování Při této operaci se materiál rozhání do šířky pomocí nosu kladiva. 4.1.2.4 Osazování Při této operaci se mění průřez tyče v určité délce. Provádí se zaškrcování polotovaru osazovacím kladivem (je podobné sedlíku) nebo oblíkem, a to jednostranně, popř. dvoustranně s následujícím prodloužením osazené části. Materiál se také může pěchovat, to se provádí u kratších kusů na dráze kovadliny u dlouhých kusů na desce (podlaze), při čemž se údery provádí vlastní tyčí.

4.1.2.5 Ohýbání Jedná se o velmi důležitý pracovní postup. Materiál ohýbáme buď přes hranu, nebo přes roh kovadliny. Musíme pamatovat na to aby byl materiál před ohnutím v místě ohybu tlustší a po ohnutí měl správný průřez. 4.1.2.6 Sekání Provádí se údery na sekáč nebo narážením na utínku. Sekáč je nutno během sekání zachlazovat, aby nedošlo k jeho vyhřátí. 4.1.2.7 Děrování Jedná se o prorážení otvorů různých profilů průbojníkem. Průbojní z jedné strany materiálu narazíme a poté jím z druhé strany vyrazíme blánu. Při prácí se využívá otvor v kovadlině nebo v průbojné desce. Proražený otvor se kalibruje kuželovým nebo jehlancovým trnem. 4.1.2.8 Kovářské svařování

Čili svařování v ohni je nestarší způsob svařování. Je to spojování kovu v těstovité stavu stlačováním, klidným tlakem nebo údery kladiva. Kovářské svařování záleží na schopnosti jedné části kovu vytvořit za působení tlaku s druhou částí kovu v těstovité stavu kovovou vazbu, čili takové spojení, které zaručuje, že dělící spára zmizela a kov tvoří souvislý celek. Aby toto spojení mohlo nastat, musí být spojovaný povrch kovu „kovově“

čistý, bez okují a bez strusky. Kovářské svařování oceli provádíme po ohřevu ve výhní na svařovací teplotu nad 1300°C (bílý žár). To je teplota pro normální kování příliš vysoká. Ohřívaný povrch, který má být svařován, chráníme tavidlem. Tavidlo je látka, která je schopna rozpustit okuje, tj. oxidy železa a vytvořit s nimi snadno tavitelnou tekutou strusku. Dnes je nejpoužívanějším tavidlem borax (tetraboritan sodný, Na2B4O7). Jako tavidlo s také požívá křemičitý písek a suspenze jílu ve vodě (šlikr).

Obr. 12 Zatékání boraxu

Obr. 13 Nasekávání

Obr. 14 Svařování

Na obrázku 12 je názorně vidět roztékání a zatékání boraxu do spár paketu. Paket se připravuje z plechů z různých ocelí, toto je vidět na obrázku 15, je zde vidět paket a) ve kterém je použita ocel a´)19 133 a ocel a“) 14 260, dále je zde paket c) na který byly použity oceli c´) 14 260 a c“) 19 418. Tyto plechy se k sobě kvůli pohodlnější manipulaci svaří obloukově. Takový paket se nahřívá ve výhni na oranžovou barvu (950°C) a posypává se boraxem. Takto ošetřený paket se po ohřevu na svařovací teplotu svaří rychlými údery kladiva obr. 14. Většinou se nedá svařit celý paket naráz, proto se musí opakovaně nahřívat a svařovat. Po svaření je nutno paket co nejvíc prokovat, aby se zjemnilo ohřevem zhrublé zrno.

Většinou paket nemá potřebný počet vrstev a proto je nutno paket naseknout (obr. 13), přeložit a opět svařit (obr. 15 b)). Tímto postupem roste počet vrstev geometrickou řadou. Obyčejně stačí 250-350 vrstev.

Obr. 15 Pakety

4.1.3 Popis výroby keltského nože Výchozím polotovarem byla pásovina 50x6x100, z materiálu třídy 19 133. Tato se musí překovat na rozměr 20x8x190. Poté se na jedné straně lehce nasekne ve vzdálenosti 60mm od kraje a jednostranně osadí na rozměr 11x8x120, toto bude později rukojeť. Na širší

části se předkuje špička a začne se tahat ostří, začíná se tahat od osazení, musí se kovat z obou stran kvůli zhruba stejnému počtu úderů na každou stranu, kdyby se např. kovala čepel pouze jednostranně, měla by tato snahu se při kalení prohýbat na jednu stranu. Při kování ostří je nutno pořád srovnávat čepel údery na břit protože má snahu se ohýbat vlivem větší deformace na břitu. Po dokování ostří se prosekne a na vlčku vytvaruje očko na rukojeti. Následuje srovnání čepele (rovnat co nejpečlivěji) a přihnutí rukojeti do mírného rádiusu. Srovnaná

čepel se na nahřeje na oranžovou barvu (950°C) a zahrabe se do popela z výhně (převážně jemný koks, vzniklý z kovářského uhlí), toto se provádí kvůli snazší obrobitelnosti. Vychladnutý polotovar se upne do svěráku, pilníkem se srovná hřbet a dotvaruje linka břitu. Poté se začnou pilovat boky čepele, je vhodné na oškrabání okují použít škrabák (sen), pilník snadněji zabírá a „nevozí se“. Vypilované čepele se nedotýkáme holou rukou, protože by vinou mastnoty z rukou špatně držela kalící pasta. Tato pasta se skládá z jednoho dílu jemného křemičitého písku, jednoho dílu kaolínu a jednoho dílu prachu z dřevěného uhlí. Jednotlivé složky se smíchají s vodou na hustou pastu. Na čepel se pasta nanáší v tloušťce asi

3-4mm. Na břitu se pasta shrne v šíři odpovídající požadovanému prokalení. Tento způsob kalení se provádí za účelem tvrdého břitu a houževnatého zbytku čepele. Polotovar s pastou se nechá důkladně vyschnout. Ideální podmínky na kalení jsou v noci, kvůli snazšímu rozpoznání kalící teploty. Do výhně se naloží dřevěné uhlí a rozfouká se, polotovar se chvíli protahuje pouze v plamenech aby se pasta zbavila zbytkové vody. Poté se polotovar vloží do výhně a protahuje hřbetem nahoru, protahovat se musí kvůli rovnoměrnému prohřátí. Když se břit ohřeje na tmavě červenou barvu (680°C) otočí se čepel směrem břitem dolů a protahuje se dál, dokud nedostane světle třešňovou barvu (810°C) v tu chvíli se čepel vytáhne a svisle se vnoří do oleje, při kalení se musí čepelí silně pohybovat, musí se jí olej jakoby krájet, ne do stran protože by mohlo dojít k prohnutí. Vychladnutý nůž se dochladí ve vodě a oškrábe se kalící pasta. Nůž se zkontroluje, jestli nepopraskal a obrousí se na kov. Nyní se nůž ještě popustí ve výhni

na slámově žlutou barvu. Poté se dochladí ve vodě a přistoupí se

k vlastnímu broušení. Brousí se na kamenech a postupuje se od nejhrubšího k nejjemnějšímu. Při broušení se dá lehce zkorigovat tvar čepele. Broušení končí kamenem s hrubostí asi 240 grit. Poté se nůž přesmirkuje plátny až do zrnitosti 600 grit. Nůž se může přeleptat v roztoku chloridu železitého, kvůli zviditelnění kalící linky (hamon). Rukojeť se ovine kůží a břit se obtáhne na břidlici, poté je nůž hotov (obr. 16,17).

4.1.4 Příklady výrobků Obr. 16 Keltský nůž

Na obr. 16 je keltský nůž, vyroben z materiálu 19 133. Kalen na hamon, tvrdost na břitu je 57HRc a u hřbetu 37HRc. Leptáno FeCl3.

Obr. 17 Keltský nůž

Na obr. 17 je opět keltský nůž s trošku jiným tvarem čepele. Materiál čepele je 19 133, kaleno na hamon, tvrdost na břitu 58HRc, na hřbetu 37Hrc. Leptáno FeCl3.

Obr. 18 Integrovaný nůž

Na obr. 18 je integrovaný nůž z materiálu 19 133, rukojeť je na každé straně podélně naseknutá (kvůli bohatší šroubovici) a torzovaná. Kaleno na hamon. Na obr. 19 je sendvičový nůž . Boky čepele jsou z damašku složeného z pásové pily na ocel a nízkouhlíkové oceli. Břit je z pilníku, kaleno do oleje tato konstrukce čepele se volí kvůli tvrdému břitu a houževnatým bokům čepele.

Obr. 19 Sendvičový nůž

Na obr. 20. a) kovářská zástěra, b) český tesák, c) nedodělaný integrovaný nůž, d) škrabák na čepele vykovaný z pilníku, zakalen do vody a popuštěn na slámově žlutou až hnědou (říká se mu sen), e) polotovar integrovaného nože nachystaný na nanesení kalící

pasty, f) keltský nůž z materiálu 19 133 kalený na hamon, g) svářečské rukavice které jsou při svařování damašku nezbytností.

Obr. 20 Různé

5 CÍL PRÁCE Práce si klade za cíl zhotovení výrobků objemovým tvářením. Především vzorek svářkového damašku. Tento vzorek podrobit základní metalografické analýze a zhodnotit vlastnosti tohoto materiálu.

6 METODIKA Příprava vzorku ze svářkového damašku. Provedení metalografických výbrusů. Prozkoumání

makro

a

mikrostruktury

vzorků,

různě

tepelně

zpracovaných,

na

metalografickém mikroskopu Neophot 2. Změření makrotvrdosti HRC a mikrotvrdosti HV pomocí příslušných tvrdoměrů.

7 METALOGRAFICKÝ ROZBOR 7.1 Tvorba metalografického výbrusu Hlavním úkolem metalografického sledování kovů a slitin je zjistit, které strukturní fáze materiál obsahuje a v jakém jsou množství. Kromě toho praktická metalografie zjišťuje přítomné vady materiálu a nekovové vměstky. Běžně se také metalografickým mikroskopem kontroluje jakost tepelného zpracování. Pro sledování struktury materiálu na metalografickém mikroskopu je nutno provést tři základní druhy operací: 1. Připravíme rovinný, vyleštěný povrch kovového vzorku (metalografický výbrus).

2. Na připravené vyleštěné ploše výbrusu leptáním zviditelníme strukturu. 3. Strukturu pak sledujeme a fotografujeme na metalografickém mikroskopu při vhodném zvětšení.

7.1.1 Odebírání vzorků a příprava metalografického výbrusu Způsob odebírání vzorků z rozměrnějších kovových součástí závisí na povaze zkoušeného materiálu, jeho velikosti a tvaru. Vzorky je možno odebírat stříháním, řezáním, soustružením, frézováním, anebo na anodomechanické pile, popřípadě vodním paprskem. Využíváme vždy co nejmenších rychlostí obrábění se současným intenzivním ochlazováním vzorku. Je-li plocha připraveného výbrusu menší než 1 cm2, vzorek se umisťuje do přípravku, který zajišťuje rovnost broušené plochy vzorku. Způsoby preparace vzorku jsou rozmanité. K nejpoužívanějším patří mechanické upnutí vzorku do objímky, zalití vzorku do zalévací hmoty. U větších vzorků s velkou plochou výbrusu se vzorek již do žádné hmoty nezalévá.

7.1.2 Broušení metalografického vzorku Broušení se provádí na brusných papírech nebo plátnech s brusivem určité zrnitosti, jimiž jsou papíry nebo plátna pokryta. Pro běžné metalografické výbrusy se používají brusné papíry o zrnitosti 120, 220, 320, 500, 800, 1 200 až 2 500. Tyto čísla vyjadřují určitý počet zrn na plochu jednoho čtverečného palce. Při všech druzích broušení se postupně přechází od nejhrubšího papíru až po papír nejjemnější. Celý proces broušení se provádí za mokra, užitou kapalinou je voda. Při broušení, ale i leštění kromě odstraňování materiálu z povrchu vzorku nastává i deformace tohoto vzorku. Materiál je do určité hloubky plasticky tvářen. Na povrchu vzorku vzniká souvislá vrstva deformovaného kovu. Nazývá se Beilbyho vrstva. Popsaný jev je nežádoucí a lze jej odstranit jemným přebroušením vzorku, a odleptáním deformované vrstvy chemickým činidlem.

7.1.3 Leštění metalografického vzorku Na tuto operaci se nejčastěji používá diamantová brusná pasta. Ta se skládá ze syntetického diamantového prášku přesně tříděného sedimentací na určitou zrnitost (od 1 µm do 7 µm) a z vhodného pojiva. Opět i u leštění používáme nejprve nejhrubší frakci 7

µm a postupujeme k té nejjemnější. Leštění se provádí za sucha, jen při přechodu mezi

jednotlivými zrnitostmi brusné pasty vzorek oplachujeme lihem. Leštění je u konce, jakmile ze vzorku zmizí poslední rýhy. Takovéto mechanické leštění nelze ovšem použít ve všech případech. Slitiny náchylné k tvorbě hluboké Beilbyho vrstvy leštíme elektrolyticky. Při elektrolytickém leštění se hmota z povrchu výbrusu odstraňuje elektrochemickým působením.

7.1.4 Zviditelnění struktury na povrchu metalografického výbrusu Díváme-li se na vyleštěný výbrus slitiny na metalografickém mikroskopu při vhodném zvětšení, můžeme na něm pozorovat dutiny, barevně odlišné nekovové vměstky nebo jiné nehomogenity. Vlastní strukturu jako jsou jednotlivá zrna kovových strukturních součástí, nevidíme. Proto je nutno strukturu zviditelnit (naleptat). Nejběžnějším způsobem zviditelnění struktury je chemické leptání vyleštěného povrchu. Leptadly bývají alkoholické roztoky kyselin. Nejužívanějším leptadlem je 2% až 4% roztok kyseliny dusičné v alkoholu, tzv. nital. Leptadlo může působit na plochy jednotlivých zrn, na hranice zrn, nebo působí změnou reflexnosti (difrakce) dopadajícího světelného paprsku. Principům zviditelňování struktury chemickým leptáním se musí věnovat zvýšená pozornost, protože je to závěrečná fáze, která nám odkrývá celý výsledek.

Obr. 21 Povrch vzorku

obr. 21 1. původní plocha výbrusu před leptáním 2. směr dopadajících světelných paprsků 3. směry odražených paprsků

7.1.5 Metalografický mikroskop Nejdůležitějším zařízením v praktické metalografii je metalografický mikroskop. Metalografické mikroskopy pracují na principu dopadajícího světla. Někdy je nazýváme mikroskopy převrácené, protože objektiv je umístěn pod pozorovanou plochou výbrusu. Schéma průchodu paprsku objektivem a okulárem je znázorněn na obr. 22. Pro zhotovení metalografických fotografií byl v našem případě použit metalografický mikroskop Neophot 2.

Obr. 22 Mikroskop

obr. 22 1. objektiv 2. okulár 3. vzorek 4. pracovní stolek mikroskopu 5. hranoly

7.2 Metalografický rozbor 7.2.1 Makroskopický rozbor Vzorek materiálu (19 222 a nízkouhlíková ocel) se při výrobě podařilo přehřát, struktura materiálu je vidět na obr.23. Zhrublá zrna velmi snadno podléhají koroznímu napadení. Na obr. 24 je kresba polotovaru ze svářkového damašku (19 222 a nízkouhlíková ocel). Vzorek byl naleptán nitalem. Na tomto vzorku se nevyskytují žádné nedovařeniny. Vzorek má dle mého názoru velice pěknou kresbu.

Na obr. 25 je paket (19 222 a nízkouhlíková ocel) naleptaný roztokem persíranu amonného. Na tomto vzorku jsou jasně patrné nedovařeniny.

Obr. 23 Spálený vzorek

Obr. 24 Makro

Obr. 25 Makro

7.2.2 Mikroskopický rozbor Ze spáleného paketu byly odříznuty 3 vzorky na přípravu metalografických výbrusů. První vzorek zůstal v přírodním stavu tak jak byl vytažen z výhně. Druhý vzorek byl zakalen

do vody z teploty 900°C (výdrž 20 minut). Třetí vzorek byl ohřát na teplotu 900°C a ponechán vychladnout v peci (24 hodin). Obsahy uhlíku byly odhadnuty podle struktur. Mikrotvrdosti byly naměřeny Hannemannovým mikrotvrdoměrem (F=0,1kp). 7.2.2.1 Kalený vzorek Obr. 26 (400x) ukazuje strukturu kaleného vzorku. V obou vrstvách oceli se vyskytuje deskový martenzit. Na obr. 27 (200x) je ve svaru trhlina, způsobená vysokým pnutím, vzniklým příliš rychlým kalícím prostředím. Detail této trhliny je na obr. 28 (400x). Mikrotvrdost je v tab. 2.

Obr. 26 Martenzitická struktura

Obr. 27 Kalící trhlina

Obr. 28 Detail kalící trhliny

Tab. 2 Mikrotvrdosti Struktura Tvrdá

HV ocel

martenzit Přechodová oblast Měkká ocel martenzit

981

956

932

1007

981

908

932

908

886

908

768

751

734

718

734

7.2.2.2 Vzorek vychladlý v peci Na vzorku je vidět velmi výrazný rozdíl mezi tvrdou a měkkou vrstvou.. Na obr. 29 (400x) je vidět feriticko perlitická struktura nízkouhlíkové oceli

a perlitická struktura

nástrojové oceli. Obr. 30 (400x) ukazuje strukturu ve které je vidět ferit a lamelární perlit. Při překládání paketu dochází k oduhličování vnějších vrstev materiálu a tyto se pak dostávají do středu paketu obr. 31 (200x). V tab. 3 jsou mikrotvrdosti vzorku.

Obr. 29 Vzorek vychladlý v peci

Obr. 30 Feriticko perlitická struktura

Obr. 31 Oduhličení

Tab. 3 Mikrotvrdosti Struktura

HV

Ferit

208

206

211

216

208

Perlit

344

339

334

360

355

7.2.2.3 Vzorek v přírodním stavu V obou vrstvách vzorku se vyskytuje globulární perlit obr. 32 (400x). Na obr. 33 (200x) jsou vidět různé tlušťky jednotlivých vrstev, nízkouhlíková ocel má tenčí vrstvy než ocel nástrojová. Při svařování se do oceli dostávají okuje a místy se nepodaří ocel plně provařit viz obr. 34 (200x). Na obr. 35 (400x) je detail takovéto nesvařeniny. Mikrotvrdosti jsou v tab. 4 a na obr. 36 je měřící vpich.

Obr. 32 Globulární perlit

Obr. 33 Vzorek v přírodním stavu

Obr. 34 Trhlina

Obr. 35 Detail trhliny

Tab. 4 Mikrotvrdosti Struktura

HV

Tvrdá bílá

718

734

702

687

702

425

432

425

418

411

297

301

292

297

310

Perlit v tvrdé oceli Perlit v měkké oceli

Obr. 36 Vpich

7.2.3 Měření tvrdosti HRC Měřící síla byla 150kp. Tvrdosti kaleného vzorku jsou v tab. 5, vzorku vychladnutého v peci v tab. 6 a tvrdosti vzorku v přírodním stavu v tab. 7.

Tab. 5 Tvrdosti HRC Měření

54

55

56

55

55

15

14

16

14

32

29

30

31

Tab. 6 Tvrdosti HRC Měření

14

Tab. 7 Tvrdosti HRC Měření

30

8 ZÁVĚR Makroskopický rozbor vzorků ukázal u uspokojující kvalitu jednoho vzorku (obr. 24) a podstatné vady vzorku druhého (obr. 25). Tyto vady vyřazují vzorek z použití na výrobu

čepele, ale je možné použití např. na okrasné nýty. Mikroskopickým rozborem se zjistily struktury po různém tepelném zpracování. Tvrdost kaleného vzorku je na čepel vhodná, ale mikroskopem byly nalezeny trhliny (obr. 28) které znemožňují použití na čepel, při použití kalícího oleje by pravděpodobně vznik trhlin nenastal, ale poklesla by tvrdost. U tohoto materiálu byly zjištěny vměstky a nesvařená místa, tyto by pravděpodobně snížili houževnatost výsledného výrobku. Opět je možno takovýto materiál použít na nezatěžované součástky. Snížit počet nesvařených míst se dá naseknutím a opětovným přeložením paketu, ale zvyšuje se propal. Vměstky se dají

redukovat poctivým čistěním dráhy kovadliny a

kartáčováním paketu před sypáním boraxu.

9 SEZNAM OBRÁZKŮ A TABULEK

Obr. 1 Možnosti výroby .............................................................................................................. 7 Obr. 2 Schéma napjatosti ......................................................................................................... 11 Obr. 3 Deformace ..................................................................................................................... 12 Obr. 4 Rozměrové změny .......................................................................................................... 12 Obr. 5 Přitloukací kladiva ........................................................................................................ 18 Obr. 6 Kladiva .......................................................................................................................... 18 Obr. 7 Kovadlina ...................................................................................................................... 19 Obr. 8 Sekáče............................................................................................................................ 19 Obr. 9 Vlčci a utínky................................................................................................................. 20 Obr. 10 Kleště ........................................................................................................................... 20 Obr. 11 Uhlí.............................................................................................................................. 21 Obr. 12 Zatékání boraxu .......................................................................................................... 22 Obr. 13 Nasekávání .................................................................................................................. 23 Obr. 14 Svařování .................................................................................................................... 23 Obr. 15 Pakety.......................................................................................................................... 24 Obr. 16 Keltský nůž .................................................................................................................. 25 Obr. 17 Keltský nůž ..................................................................................................................... 26 Obr. 18 Integrovaný nůž........................................................................................................... 26 Obr. 19 Sendvičový nůž ............................................................................................................ 26 Obr. 20 Různé ........................................................................................................................... 27 Obr. 21 Povrch vzorku ............................................................................................................. 29 Obr. 22 Mikroskop.................................................................................................................... 30 Obr. 23 Spálený vzorek............................................................................................................. 31 Obr. 24 Makro .......................................................................................................................... 31 Obr. 25 Makro .......................................................................................................................... 31 Obr. 26 Martenzitická struktura............................................................................................... 32 Obr. 27 Kalící trhlina ............................................................................................................... 32 Obr. 28 Detail kalící trhliny ..................................................................................................... 33 Obr. 29 Vzorek vychladlý v peci............................................................................................... 34 Obr. 30 Feriticko perlitická struktura ...................................................................................... 34 Obr. 31 Oduhličení ................................................................................................................... 34 Obr. 32 Globulární perlit ......................................................................................................... 35 Obr. 33 Vzorek v přírodním stavu ............................................................................................ 35 Obr. 34 Trhlina......................................................................................................................... 36 Obr. 35 Detail trhliny ............................................................................................................... 36 Obr. 36 Vpich ........................................................................................................................... 37 Tab. 1 Příklady rychlostí .......................................................................................................... 14 Tab. 2 Mikrotvrdosti................................................................................................................. 33 Tab. 3 Mikrotvrdosti................................................................................................................. 35 Tab. 4 Mikrotvrdosti................................................................................................................. 36 Tab. 5 Tvrdosti ......................................................................................................................... 37 Tab. 6 Tvrdosti ......................................................................................................................... 37 Tab. 7 Tvrdosti ......................................................................................................................... 37

10 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Prof. Ing. Miroslav Doubravský, CSc., Doc. Ing. Igor Macášek, CSc., Doc. Ing. Zdeněk Macháček, CSc., Doc. Ing. Jan Žák, CSc. Technologie slévání, tváření a svařování. 2. vyd. Brno: Rektorát Vysokého učení technického, září 1985. 246 s. ISBN 55-638-85. [2] Dobrovolný Bohumil. Přehled mechanické technologie. 6. vyd. Praha: Práce, 18.5.1954. 568 s. Sv. 27. ISBN 301-05-48 [3] Dobrovolný B. Ruční obrábění kovů. 6. vyd. Praha: Práce, 1950. 168 s. Člověk a práce – Příručky odborného výcviku Čs. ústavu práce. Sv. 1. [4] Prof. Ing. Dr. František Drastík. Kovářství. 3. vyd. Praha: SNTL, 1971. 116 s. Příruční učební texty. Sv. 23. ISBN 04-204-71 [5] Drastík František, Dobrovolný Bohumil. Kovářská abeceda. 1. vyd. Brno: Práce, 5.10.1952. 176 s. Technické příručky Práce. Sv. 146. DT 621.73:331.86 [6] Ing. Josef Filípek, CSc. Technické materiály (přednášky). 1. vyd. Brno: Vysoká škola zemědělská v Brně, 1988. 196 s. [7] Frolec Ivo. Kovářství. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, a.s. 2003. 156 s.Řemesla tradice technika. ISBN 80-247-0611-3 [8] Karel Goňa, Pavel Révay, Šimon Vondruška. Umělecké kovářství. 1. vyd. Praha: Grada Publishong, a.s. 2005. 204 s. ISBN 80-247-0918-X [9] Akademik František Píšek. Nauka o materiálu II. Zpracovali: Ing. Karel Cíha, Dr Martin

Černohorský, Ing. Dalibor Růžička. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, duben 1959. 672 s. Sv. 2. DT 620.17