Základní pojmy Katedra materiálu, Strojní fakulta Technická univerzita v Liberci Základy materiálového inženýrství pro 1. r. Fakulty architektury © Doc. Ing. Karel Daďourek, 2010
Rozdělení materiálů
Požadavky na technické materiály
Tuhost - hustota Specifická tuhost – tuhost vztažená na hustotu - E/s Čára konstantní specifické tuhosti
Pevnost materiálů
1500 MPa – mez superpevných materiálů
Relativní pevnost materiálů
Struktura technických materiálů Technické materiály
Amorfní (sklo, plasty)
Polykrystalické (kovy, keramika)
Částečně krystalické (plasty)
Látky krystalické Polykrystalické látky jsou tvořeny více krystalky (zrny) (kovy, keramika) Monokrystaly jsou tvořeny jen jedním krystalem (drahokamy)
ROVNOVÁŽNÝ STAV Soustava – určitý objem nebo množství látky. Příklad – slitina kovů. Fáze – homogenní část soustavy, ohraničená rozhraním, na kterém se vlastnosti mění skokem Složka – chemicky čistá látka – prvek, chemická sloučenina
Fáze v pevných látkách Čistý kov - prvek Chemická sloučenina – popsána vzorcem, pevné chemické složení - Fe3C Tuhý roztok – obdoba roztoku líh – voda nebo sůl – voda. Tuhý roztok zinku v mědi – mosaz V chemické sloučenině – např. titan v nitridu titanu. Pak již není pevné chemické složení. Ne TiN, ale Ti0,4N až Ti1,2N
Vlastnosti tuhých roztoků Jsou homogenní – tvořeny jednou fází, ale nejméně dvěma složkami – binární homogenní soustava Jejich chemické složení se může měnit např. v závislosti na teplotě Označují se písmeny řecké abecedy, při změně s teplotou od pokojové teploty nahoru : α, β, γ atd. Mohou být s neomezenou nebo omezenou rozpustností.
Směs dvou látek s neomezenou rozpustností v tuhém stavu
Eutektikum – omezená rozpustnost
Polymorfizmus – typická vlastnost kovů Železo - polymorfní kov Za normální teploty feromagnetické Mřížka kubická – překrystalizace viz obr. Uhlík,zinek - i jiný vzhled
Zkouška tahem Princip: přetržení zkušební tyče statickým tahem Zkouškou zjistíme čtyři normované vlastnosti: MEZ PEVNOSTI Rm [MPa] MEZ KLUZU Re [MPa] TAŽNOST A [%] KONTRAKCE Z [%] kromě toho: MODUL PRUŽNOSTI V TAHU E, [GPa] SMLUVNÍ MEZ PRUŽNOSTI Rp [MPa]
Diagram zkoušky v tahu (pracovní diagram) Mez pevnosti
Mez kluzu
Základní údaj pro tažnost
Deformační charakteristikyTAŽNOST
Tažnost – poměrné trvalé prodloužení zkušební tyče po přetržení. Tažnost je poměrná deformace do roztržení εu vyjádřená v %
kde L0 je počáteční měřená délka zkušební tyče (před zkouškou) LU je délka tyče po přetržení
Deformační charakteristikyKONTRAKCE
Kontrakce – největší poměrné trvalé zúžení průřezu zkušební tyče. Kontrakce je poměrná trvalá deformace ψu vyjádřená v %.
kde S0 = π.d02/4 - plocha počátečního průřezu tyče SU = π.dU2/4 - plocha nejmenšího průřezu tyče po přetržení v místě lomu
Ukázka různých pracovních diagramů A – běžná ocel B – měkká ocel C – křehký materiál D, E – velmi tažné materiály bez výrazné meze kluzu
Tvrdost Odpor proti deformaci povrchu tělesa vyvolaný působením geometricky definovaného tělesa Zkušební metody na měření tvrdosti výhodné; v praxi velmi rozšířené → jednoduché a i tam, kde se jiné zkoušky použít nedají (např. velké a těžké kusy přímo na místě) materiál se neporuší → měřením tvrdosti se ovlivní jen velmi malý objem na povrchu Známé vztahy tvrdosti k mechanickým vlastnostem → lze zjistit jejich hodnoty (mez pevnosti) Tvrdost rozhoduje o opotřebení povrchu součásti
BRINELLOVA METODA Vnikací tělísko (identor) – kalená ocelová kulička vtlačuje se silou F do povrchu zkoušeného materiálu. Po odlehčení se změří průměr vtisku d, tvrdost je poměr síly a plochy vytlačeného vrchlíku koule Hodnoty se mohou počítat podle vzorce, ale v praxi se odečítají z tabulek. Síla a průměr kuličky zpravidla normalizovány – v rozumném rozmezí na nich tvrdost nezávisí. Obvykle ∅ D=10 mm, F=30 000N
VICKERSOVA METODA Stejný princip jako Brinell. Identor – diamantový čtyřboký jehlan s vrcholovým úhlem stěn 136°. Po odlehčení se měří velikost úhlopříček ⇒ střední hodnota v μm. Tvrdost je opět poměr zatížení a plochy vtisku. Jedná se především o laboratorní metodu, je ale nejuniverzálnější
ROCKWELLOVA METODA Principem se liší od předchozích metod tvrdost je daná hloubkou vtisku předzatížení pro odstranění vlivu povrchové vrstvy (zpevnění, oduhličení, …)
Identor – podle modifikace metody: diamantový kužel se zaobleným hrotem o vrcholovém úhlu 120° → HRC Tato modifikace je nejběžnější pro kalené oceli
Ukázka tvrdoměru
Mohsova metoda - vrypy
