NÍZKOUHLÍKOVÉ OCELI Nízkouhlíkové oceli: svařitelné oceli (požadována především vysoká pevnost) oceli hlubokotažné (smíšené pevnostní vlastnosti ve prospěch plastických) Rozdělení svař. ocelí: uhlíkové svařitelné oceli obvyklých jakostí C< 0,22%, ocelí třídy 11 (11523, 11373) dle použití: za normální teploty, za snížené teploty, za zvýšené teploty svařitelné oceli se zvýšenou mezí kluzu Re ≥ 350 MPa dle struktury: F-P; B; F-M; F-B legované oceli feritické a poloferitické ( feritické 18-30% Cr; poloferitické 8-18% Cr) martenzitické oceli (kalitelné) austenické oceli (nemagnetické; 18/8; 18-chrom, 8-nikl C < 0,03%) Hodnoceni svařitelnosti Svařitelnost ocelí závisí především na chem. složení Uhlíkový ekvivalent % Mn % Cr % Ni % Mo % Cu % P Ce %C 0,0024t 0,45 6 5 15 4 13 2 t-tloušťka materiálu te [mm] C ≤ 25 < 0,2 ≤ 37 < 0,2
Ce < 0,45 < 0,41
Stárnutí ocelí Rozpad přesyceného tuhého roztoku feritu ⇒snížení plasticity a zvýšení pevnostních vlastností. -interakce intersticiálních atomů C a N se strukturálními proměnami precipitaci fází bohatých na tyto prvky. o stárnutí po rychlém ochlazení z teplot AC1 v důsledku přesycení feritu uhlíkem a dusíkem o deformační stárnutí (stárnutí po tváření za studena)- po plastické deformaci za studena v důsledku zvýšeného množství pohyblivých dislokací ve struktuře. o dle výšky teploty: stárnutí přirozené - pokojová teplota stárnutí umělé – za zvýšených teplot
KOROZIVZDORNÉ A ŽÁRUVZDORNÉ OCELI Stabilizace Přidání přísad prvků, které se váží na uhlík snáz, než chrom. Ten tím pádem netvoří karbidy a není odčerpaný, čímž nedochází ke ztrátě korozivzdornosti. Rozdělení korozivzdorných a žáruvzdorných ocelí: dle použití: korozivzdorné, žáruvzdorné dle struktury:feritické, martenzitické, austenitické, 2 fázové (kombinace M-A, dle polohy v Schäffl. diagramu) dle chem. složení: VYSOKOLEGOVANNÉ (chrom+ocel)-struktura M a F CHROMNIKLOVÉ (austenit), CrNiMo-(stabilizované, nestabil.) CHROMMANGANOVÉ (Ni extrémně drahý, snaha ho nahradit jiným prvkem), oceli CrMnN, CrMiMnN 2FÁZOVÉ OCELI VYTVRDITELNÉ OCELI Rozdělení dle struktury (obsah legujících prvků, mech. vlast., klady a zápory): Feritické (12-30%Cr; 0,1C): +přijatelná cena, +vysoká žáruvzdornost (1100°C),+dobrá korozivzdornost (v prostředí S); +odolnost proti korozi pod napětím (Cl);-nízká mez kluzu, tranzitní chování, -sklon k popouštěcí křehkosti. Rošty, kotle. Martenzitické (12-18%Cr, 0,1-1%C):+přijatelná cena, +možnost ovlivnění vlast. pomocí TZ. široká oblast pevnostních hodnot, -sklon k popouštěcí křehkosti, -sklon ke korozivnímu praskání pod napětím. Dvoufázové (20-30%C, 2,5-7%Ni, Ti Mo) Precipitačně vytvrditelné (Cu, Ti, Al, Nb, Mo, N) Schäfflerův diagram
Feritotvorné prvky-prvky které zvětšují oblast existence feritu (Cr, Mo, Si, Ti) Austenitotvorné prvky-prvky které zvětšují oblast existence austenitu (Ni,Cu, C)
NÁSTROJOVÉ OCELI Základní požadavky kladené na NO Tvrdost: základní faktor odolnosti proti opotřebení, důležité pro řezné nástroje, měřeno převážně v HRC, HV, tvrdosti je závislá na obsahu C, další zvýšení tvrdosti se dosahuje přidáním legur (chrom, wolfram, vanad, molybden) Pevnost: Rm v tahu je zatížena velkým rozptylem, proto používáme Rm v ohybu Houževnatost: u vysoké tvrdosti nízká houževnatost, kvalitní NO má o řád vyšší houževnatost než SK, nežádoucí struktura s výraznou karbidistickou řádkovostí Prokalitelnost: ovlivňuje chem. složení, důležité pokud požaduji odolné složení na povrchu i v jádře (Mn, Cr, Mo, W), Teplotní stálost (odolnost proti popouštění): nástroje pro práci za tepla-zápustky, zlepšují prvky jako (Mn, Cr, No, W)-tyto prvky zvyšují transformační teploty (AC1, AC3/ACM) Rozměrová stálost: např. u kalibrů, Az (stabilizovaný austenit)M(martenzit) Použití NO Řezné nástroje pro obrábění-tvrdost při současné dobré houževnatosti Nástroje pro tváření za studenta-stříhání, nástroje pro hluboký tah Nástroje pro tváření za tepla-zápustky, kovátka, formy pro tlakové liti, (vysoká odolnost proti def., otěru, tepelné únavě, použití nižšího obsahu C<0,5%) Průběh tepelného zpracování u NO
Zásady ohřevu: Z důvodu velmi špatné tepelné vodivosti používáme stupňovitý ohřev (550°C, 850°C, 1050°C) Výška kalící teploty: Při austenitizaci se musí v austenitu rozpustit dostatečné množství leg. prvků (W, Mo, V). Doba ponoru: Z důvodů vysoké rychlosti hrubnutí zrna je výdrž na kalící teplotě krátká (max. několik minut) Termální kalení: křivky ARA diagramu jsou posunuty k vyšším časům můžeme použít kalící prostředí s vyšší intenzitou-proud vzduchu
Vícenásobné popouštění: V průběhu popouštění se transformuje uhlíkem a přísadami zbytkový austenit na martenzit. Tento martenzit je nutné taky popustit. Velké množství stabilizovaného austenitu po kalení Primární tvrdost – cílem nízkoteplotního popouštění (do 200°C) je přeměna tetragonálního martenzitu na martenzit kubický, přeměna zbytkového austenitu na martenzit kubický. Výsledná tvrdost oceli po popouštění je odvozena od tvrdosti kubického martenzitu. Sekundární tvrdost – zvýšením popouštěcí teploty na 550 – 600°C dochází: - k precipitaci jemné disperze částic speciálních karbidu - vzrůst tvrdosti oceli po popouštění - při ochlazení z popouštěcí teploty dochází k transformaci ochuzeného zbytkového austenitu na martenzit, čímž dochází opět ke zvýšení tvrdosti oceli po popouštění Kalení NO - ohřev na kalící teplotu je pozvolný, často v několika teplotních stupních - kvůli rovnoměrnému ohřevu součásti. Výše kalící teploty závisí na chemickém složení oceli. Doba výdrže na kalící teplotě je zpravidla 10-15 minut, max. 30 minut (neplatí pro rychlořezné oceli). Ochlazovací rychlost nemá být vyšší než je bezpodmínečně nutná, proto jsou jako ochlazovací prostředí používány olej nebo vzduch, voda jen výjimečně
Povrchové úpravy nástrojů pro zlepšení životnosti Nitridování: zvyšuje tvrdost, odolnost proti opotřebení, kluzné vlastnosti, únavové chování Tvrdé chromování: elektrolytická nanášení vrstev chromu (pístnice bagrů) Naprašování vrstvy nitridu titanu TIN: zvýšení životnosti 10x, PVD (nízké teploty), CVD (vysoké teploty >1000°C)=zapovězeno pro NO. Fosfátování: porézní vrstva (dobře se zde zdržuje mazivo)
GRAFITICKÉ LITINY Binární diagram Fe-C-(2%)Si
Vliv Si: zavírá oblast austenitu, je to prvek substituční (nahrazuje atomy v uzlových polohách), významným rozdílem z hlediska litin je nevyskytující se jedna konstantní eutektická teplota nýbrž interval eutektických teploty (tES1, tES2), i eutektoidní přeměna neprobíhá při jedné teplotě, ale v teplotním intervalu (A1,1; A1,2) Stupeň eutektičnosti Sc Znalost Sc má význam pro bezpečné dosažení určité struktury základní matrice a tím i odpovídající rozsah pevnosti v tahu v závislosti na tloušťce stěny odlitku Sc = 1 eutektická litina, < 1 podeutektická litina > 1 nadeutektická litina
SC
%C 4,26 0,31%Si 0,27% P 0,04%S 0,074%Cu 0,063%Cr 0,027%Mn
Základní druhy grafitických litin Lupínkový (šedá l.)
Kuličkový (tvárná l.)
V: cena, tlumí rázy, tep. Vodivost, zabíhavost N: nízká tažnost, houževnatost
Červíkový (vermikulární l.) Mech. vlast. na pomezí mez lupínkovým a kuličkovým grafitem
lepší mech. vlast. oproti lupínkovým
Vločkový V: vyšší pevnost N:špatná zabíhavost, velká smrštivost
Struktura graf. litin je tvořena: grafitem zákl. graf hmotou Na vlastnosti litin (chem., mech., fyz.) má rozhodující vliv: tvar, velikost, obsah a způsob rozložení grafitu a druh matrice Očkování Přidávání slitiny Fe a Si do taveniny, vznikají zárodky uhlíku ve fromě lupínku Modifikace V rozvinutém lupínku dojde ke zvětšení napětí a vytvoří se kuličky, provádí se pomocí Si a Mg Anizotermická krystalizace eutektické litiny Fe-C-Si
Rychlost ochlazování ovlivňuje zda získáme matrici feritickou nebo perlitickou. Pomalé ochlazování – grafitická litina dle stabil. diagramu Fe-C Rychlé ochlazování – zrnitá bílá litina dle metastabilního diag. Fe-Fe3C Střední rychlost ochlazování – maková litina – nežádoucí!
Anizotermický rozpad austenitu (eutektoidní) přeměna litiny Fe-C-Si
Vliv chemického složení legur
NEŽELEZNÉ KOVY A SLITINY Rovnovážný diagram PbSn
Základní požadavky kladené na materiály měkkých pájek -nízký bod tání-přednostně v elektronice vysoká teploty by ovlivnila pájené součásti -male rozmezí teplot solidu a livkidu - vysoká chem. heterogenita, která způsobuje nevhodné chem. vlastnosti -elektrická vodivost - tavení plošných spojů nejnižší? Přechodový odpor -tepelná vodivost-snaha, aby se kov co nejrychleji ohřál -smáčivost a zabíhavost - smáčivost (elevace, deprese), zabíhavost-se zvyšuje např. kalafunou (pryskyřice) -mech. vlastnosti - spoj má vyšší pevnost než pájka (dáno tloušťkou pájeného spoje-kapiláry) -stabilita a vzhled vnějšího obsahu -pro pájky s nejnižší teplotou tavení, heterogenitou a ideal. zabíhavostí volíme obsahy blízké eutektickému složení – elektrotechnické součástky. -pájení pozink. plechů – klempířské aplikace, volí se levné pájky s vyšším obsahem olova -potravinářský průmysl – minimalizace olova (ale díl olova se přidává-příměs olova stabilizuje transformaci mřížky
Výhody-nevýhody měkkých pájek Olovo je toxický prvek, zdraví škodlivý, snažíme se ho v pájkách nahradit. Přechází se na použití tzv. „bezolovnat. pájek“; původní obsah Pf nahrazen Cu, Ag, In, Ga, Bi Sb →nevýhodou těchto pájek je vyšší teplota tavení a vyšší cena. Složení nových pájek Sn 94,5%, Ag 4%, Cu 1,5% Sn 94,5%, Cu 1,5%, In 3,5%, Ga 0,5% Binární rovnovážný diagram Al-PŘÍSADA Rozdělení dle technologie výroby + oblast vytvrditelných a nevytrd. slitin
Základní typy tepelného zpracování slitin hliníku Žíhání rekrystalizační 250-800°C Žíhání stylizační 340-35°C Žíhání ke snížení pnutí 300-400°C – po náročných operacích a svařování Žíhání s částečnou rekrystalizací Precipitační vytvrzování a) rozpouštěcí žíhání – ohřev na rozpouštěcí teplotu, výdrž a rychlé ochlazení, po rychlém ochlazení vznik přesyceného tuhého roztoku α b) stárnutí (přirozené – pokojové teploty; umělé – vyšší teploty) – dochází k rozpadu přesyceného tuhého roztoku – tvorba GP zón (GP zóna- v mřížce se vytvoří podmřížka) Modifikace hliníku a jeho slitin Modifikace se provádí pro změnu eutektika. Do roztavené slitiny se přidá dané množství sodíku, lithia nebo stroncia-ve formě solí. V průběhu času účinek modifikace odeznívá. Příklady hlinku a jeho slitin Dural AlCu4mg1: Rm=500 Mpa, základní průkop. slitina v letectví Hydronalia Al-Mg: odolnost proti mořské vodě, palivové nádrže, potrubí na oleje Siluminy Al-Si: modifikovaný – podřadné součásti nemodifikovaný (zvýšení mech. vlast, lepší slévatelnost, obrobitelnost...se provádí modifikace pomoci Sr nebo Na) – bloky motorů, převodovky
autor: Francek
