SMA – 2. přednáška
Nauka o materiálu NÁVRHY NA OPAKOVÁNÍ
Millerovy indexy rovin (h k l) – nesoudělné převrácené hodnoty úseků, které vytíná rovina na osách x, y, z
Millerovy indexy této roviny jsou :
(1 1 2) skluzové roviny – roviny nejhustěji obsazené atomy
Difuze Několik principiálních postřehů ●
Difuze je děj spojený s přenosem částic hmoty a změnou její koncentrace
●
Během difuze se snižuje koncentrační rozdíl
●
Difuze prvků A do B může probíhat, jen tvoří-li oba prvky tuhé roztoky
●
Difuze prvků, které mají různý difuzní tok je doprovázena tokem vakancí.
●
Počet vakancí a teplota mají podstatný vliv na průběh („snadnost“) difuze
Zdroj: [1]
Stavba látek vliv vazby mezi atomy na vlastnosti látek – specifika kovové vazby
➔
Digram Fe - Fe3C - jednotlivé fáze – struktury, vlastnosti litin – tvárná x bílá
➔
(temperovaná) Fáze v tepelném zpracování – austenit (i zbytkový), bainit, martenzit, troostit,
➔
sorbit, perlit Vliv prvků na oblast -
gama – austenitotvorné (Ni, Mn, Cu) rozšiřují (otevírají) oblast železa gama (austenitu). -
alfa – feritotvorné – Cr, Si, Mo, W (otevírají) oblast železa alfa (feritu)
Matení pojmů - Překrystalizace x rekrystalizace
Tepelné zpracování – vytvrzování – využití změny rozpustnosti přísady • Precipitační vytvrzování – k získání vysokých pevnostních vlastností je u některých hliníkových slitin využíváno tepelné zpracování. • Postup tohoto tepelného zpracování je podobný kalení a popouštění ocelí, avšak mechanismus vytvrzení je poněkud odlišný. • Základním předpokladem je, aby daný legující prvek měl dostatečnou rozpustnost v tuhém roztoku α(Al) a aby tato rozpustnost vykazovala výraznou závislost na teplotě. • Závislost rozpustnosti mědi na teplotě je ukázána v pravé části obr. Za pokojové teploty je rozpustnost nižší, než je celkový obsah legujícího prvku ve slitině, to znamená, že mikrostruktura takové slitiny je heterogenní (obsahuje vedle tuhého roztoku α(Al) rovněž intermediální fázi CuAl2). • Precipitační vytvrzování má následující tři kroky: 1. rozpouštěcí žíhání 2. rychlé ochlazení 3. umělé stárnutí Zdroj: [2]
Tepelné zpracování – vytvrzování –využití změny rozpustnosti přísady
Zdroj: [2]
• Rozpouštěcí žíhání je třeba provádět při teplotě (T1) v oblasti homogenního tuhého roztoku α(Al). Při tomto žíhání dojde k rozpuštění fáze CuAl2 v tuhém roztoku. • U hliníkových slitin leží teploty rozpouštěcího žíhání v okolí 500°C. Po rozpouštěcím žíhání následuje rychlé ochlazení, např. do vody. Podle teplotní závislosti rozpustnosti by se při ochlazení měla znovu vyloučit fáze CuAl2. • Je-li však chlazení dostatečně rychlé, tato fáze se vyloučit v mikrostruktuře nestačí a vznikne tzv. přesycený tuhý roztok (Al), u něhož je obsah legujícího prvku vyšší v porovnání s rovnovážnou rozpustností. • Po rychlém ochlazení následuje umělé stárnutí, což je ohřev a potřebná výdrž při zvýšené teplotě (T2 = 160-200°C). V tomto kroku dochází k rozpadu přesyceného tuhého roztoku, který je spojen s procesem, který se nazývá precipitace. • V tuhém roztoku dochází k vylučování velice jemných (desítky nm) částic intermediálních fází – tzv. precipitátů. • Díky tomu, že tyto precipitáty představují účinnou překážku pro skluz dislokací, je jejich vznik spojen s výrazným vytvrzením (nárůst tvrdosti HV) a zpevněním (nárůst pevnosti Rm) slitiny. • Pokud stárnutí provádíme příliš dlouho, dojde k nadměrnému zhrubnutí precipitátů, a celkové vytvrzení klesá (přestárnutí). Zdroj: [2]
• Ze skupiny slitin pro tváření, které lze vytvrzovat, jsou nejznámější slitiny Al-Cu, případně Al-Cu-Mg (obsahy legujících prvků: Cu 1-6 %, Mg max.2%), které mají název duraly. Jedná se o materiály, které mezi hliníkovými slitinami dosahují po vytvrzení jedny z nejvyšších pevnostních vlastností (mez pevnosti v tahu až 450 MPa). Široké využití nacházejí zejména v leteckém průmyslu v konstrukcích draků letounů, dále v automobilovém průmyslu, při výrobě sportovního náčiní atd. • Poměrně rozšířenými hliníkovými slitinami jsou rovněž slitiny Al- Mg-Si (Mg, Si max. 1,5 %). • Široké použití nacházejí ve stavebnictví (profily) a v automobilovém průmyslu (hliníkové karosérie). • Mezi vytvrditelné patří rovněž slitiny Al-Zn-Mg-Cu (Zn 3- 8 %, Mg 1-3 %, Cu max. 2 %), které dosahují vůbec nejvyšších pevností (až 600 MPa), a proto se používají na vysoce namáhané součástky v leteckém a automobilovém průmyslu. • Z vytvrditelných slitin lze ještě zmínit špičkové slitiny Al-Li-Cu-Mg s vynikající kombinací nízké hustoty a vysoké pevnosti, jejichž hlavní využití je soustředěno do výroby letadel.
Zdroj: [2]
Chladnutí - Krystalizace kovů a slitin - dendritická segregace Dendrity – stromečkovité útvary – tvorba vznikem hlavních os a dalších na ně kolmých. Kostra dendritu je bohatší na složku s vyšší teplotou tavení. Pro dosažení rovnovážného stavu - difúzní rychlost kovu s vyšší teplotou tavení tak velká, aby se složení během krystalizace a ochlazování mohlo vyrovnávat. Dojde pokud nejsou rozdíly v chemickém složení příliš velké, pomalé chladnutí. V praxi – častěji se rovnovážného stavu nedosáhne - osy dendritů zůstanou bohatší na kov s vyšší teplotou tavení, kdežto meziosové prostory jsou o tento kov chudší. Ztuhlá tavenina je sice tvořena krystaly jediné fáze, ale uvnitř každého krystalu je složení nestejnorodé = DENDRITICKÉ ODMÍŠENÍ <= lze odstranit žíháním – difúzí dojde k vyrovnání složení. Zdroj: [1]
LITERATURA [1] Skálová J., Koutský J., Motyčka V.: Nauka o materiálech. ZČU Plzeň. 1999. [2] Kratochvíl B., Švorčík V., Vojtěch D. Úvod do studia materiálů. 1. vydání. ISBN 80-7080-568-4. 2005.
