AUTOR: ING. JAN NOŽIČKA SOŠ A SOU ČESKÁ LÍPA V Y _ 3 2 _ I N O VA C E _ 1 3 0 1 _ Ž E L E Z N É K O V Y _ P W P
Název školy:
STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA a STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ, Česká Lípa, 28. října 2707, příspěvková organizace
Číslo a název projektu:
CZ.1.07/1.5.00/34.0880 Digitální učební materiály – www.skolalipa.cz
Číslo a název šablony klíčové aktivity: Označení materiálu:
III/ 2 – Technologie obrábění
Typ materiálu:
PowerPointová prezentace
Předmět, ročník, obor:
Technologie – 1. až 3. ročník učebního oboru Obráběč kovů
Číslo a název sady:
sada č. 66 - Technologie obrábění
Téma:
Železné kovy, výroba oceli
Jméno a příjmení autora: Datum vytvoření:
Ing. Jan Nožička
Anotace:
Materiál slouží k objasnění výroby oceli, k zvládnutí rozdělení, značení, vlastností oceli.
VY_32_INOVACE_1301_Železné kovy, výroba oceli_PWP
1. 10.2012
Technický materiál
Kovy
Železné kovy ocel litina
Spojovací materiál
Neželezné kovy těžké kovy lehké kovy
Nekovy
Přírodní látky organické anorganické
Plastické hmoty termoplasty reaktoplasty elastomery
Pomocný materiál
Chladící a mazací látky
Paliva
Brusné a leštící prostředky
Ostatní
Všeobecné vlastnosti materiálů
Fyzikální vlastnosti
Určují: • Vnější stav (skupenství, hustota, …) • Změna stavu (tvar, délka, objem, ...) • Vlastnosti – tepelná, elektrická vodivost
Chemické vlastnosti
Určují: • Strukturu látek (struktura a stavba atomů, vazba atomů) • Látkové sloučeniny s kyslíkem, odolnost proti korozi, … • Látková přeměna (při spalování, …)
Mechanické vlastnosti
Určují: • Pevnost, tažnost, křehkost, tvrdost • Vlastnosti pro změnu tvaru (pružnost, plastičnost) • Chování při vnějším namáhání (tah, tlak, ohyb, střih, krut, …)
Technologické vlastnosti
Určují: • Chování materiálu při opracování a tváření (přetváření, tváření, obrábění, spojování, …)
Materiály se posuzují podle svých fyzikálních, chemických, mechanických a technologických vlastností
Železné kovy – ocel, litina Kovy se získávají z tzv. kovových rud. Jsou to minerály (horniny). Kov je zde chemicky vázán. Železo je v přírodě 4. nejčastějším prvkem. Čisté železo se pro technické využití nepoužívá, je příliš měkké. Technologicky se železo používá jen jako sloučenina s uhlíkem a jinými prvky, jako nikl (ni), molybden (Mo) chrom (Cr) a jiné.
Sloučeniny železa: 1. Jenom s uhlíkem (Fe+C), zde mluvíme pouze o nelegovaných železných materiálech – nelegovaná ocel, nelegovaná litina 2. S uhlíkem a ostatními prvky (Fe+C+Cr+Ni+…), zde potom mluvíme o legovaných železných materiálech – legovaná ocel, legovaná olelolitina, legovaná litina
Legovací přísady: Jsou to prvky jako je chrom, nikl, molybden, hliník, aj. Tyto prvky dodávají železu požadované vlastnosti jaký jsou houževnatost, pevnost, odolnost proti korozi, kyselinám apod. Uhlík: Má rozhodující vliv na tvrdost, křehkost, houževnatost a dobrou tavitelnost (svařitelnost) železného materiálu
Proto rozlišujeme: 1. Kujné sloučeniny (Fe-C) (s 0,05-2,14% obsahem C)… OCEL 2. Nekujné sloučeniny (Fe-C) (2,14-6,67% obsahem C)… LITINA Železná ruda: Zde se železo chemicky váže převážně s kyslíkem, sírou a uhlíkem. Hutnicky se zpracovává železná ruda s obsahem 25-75% železa
Získávání surového železa V technické oblasti se používá železo a litina. Nebo jej nazýváme ocel, ocelolitina a litina. Všechny tyto matriály vycházejí z jednoho a to je surové železo. Surové železo se získává z železných rud. Výroba surového železa probíhá ve vysoké peci. Vysoká pec: Vysoká pec se podobá dvěma kuželům postavených na sebe. Horní část pece (ŠACHTA) je vysoká cca 28-32m a průměr cca 10-12m. Celá pec má žáruvzdornou vyzdívku (šamotové cihly). Celá koncepce pece umožňuje nepřetržitý provoz (10 i více let). V peci dochází k tavení železné rudy a k redukčním procesům pomoci koksu a kyslíku. Tímto procesem se získá surové železo. Vsázka vysoké pece:
Takto nazýváme směs železné rudy, struskotvorných přísad a palivo. Do pece se vsázka dostává průběžně a to pomoci šikmého výtahu až na vrchol pece, kde se vyklopí. Protože dochází k prohořívání od spodu, můžeme zavážet směs nepřetržitě. Dole se schromažďuje surové železo a struska.
Postup ve vysoké peci Ve vysoké peci se vsázka pod vlastní tíhou sune směrem dolu (železná ruda, koks a vápno). Vháněný teplý vzduch stoupá ze spodní části nahoru. Tímto mechanismem postupně dochází k sušení směsi a postupnému prohřívání. Znázornění postupu: 1. V předsušícím pásmu se směs zbavuje přebytečné vody, síry a jiných nežádoucích prvků 2. V redukčním pásmu se železo, obsažené v železné rudě, redukuje pomoci kysličníku uhalnatého na kysličník železitý 3. V naduhličovacím pásmu dochází k další redukci a zde přijímá železo uhlík, mangan, křemík, síru a fosfor. 4. V tavícím pásmu se železná ruda taví, nečistoty jsou vázány na vápno a vytváří se tekutá struska a tekuté surové železo. Tekutá struska je lehčí než tekuté železo a tím plave na jeho povrchu. Obě se ukládají v tzv. nístěji. 5. Z této části se pak obě vrstvy postupně vypouštějí a to tzv. odpichem.
Schéma vysoké pece
Slitiny železa a uhlíku Surové železo z vysoké pece má velký obsah uhlíku, síry, fosforu a jiných prvků. Proto se nehodí pro přímou výrobu výrobků. Pomoci dalších tepelných úprav (přetavením) se získá materiál, který je již vhodný pro výrobu obrobků a odlitků. Rozdělení slitin železo-uhlík jejich použití: 1. Sloučeniny Fe/C o obsahu C do 2,14% je materiál vhodný pro výrobu stavební oceli, nástrojové oceli, ocelolitin. Výroba těchto materiálu se prování tepelným zpracováním žíháním. Tyto materiály se dobře tváří, tak jsou obráběny válcováním, tažením kováním a pod. 2. Sloučeniny Fe/C o obsahu C nad 2,14% je materiál kterému říkáme litina. Tento materiál má v sobě uhlík v podobě šupin, vloček, lupínků. Uhlík může bát z materiálu odstraněn žíháním. Litiny (už podle názvu) se dobře odlévají, ale jsou tvrdé a křehké.
Výroba oceli Ocel se vyrábí v ocelárnách z tekutého surového železa. Tekuté surové železo máme přímo po odpichu z vysoké pece, nebo jej musíme získat roztavením ingotů surového železa. To protože technologicky a hlavně množstevně nelze zpracovat všechno tekuté surové železo získané z vysoké pece.
Ocel můžeme mnohostranně použít. Podle čistoty, obsahu legujících přísad (prvků) máme různé vlastnosti materiálu. Např. měkkou a tvárnou, odolnou proti korozi, chemikáliím či teplotě nebo třeba tvrdou na výrobu nástrojů. Všechny tyto vlastnosti se ovlivňují v ocelárnách.
Rozdělení slitin železo-uhlík jejich použití:
1. Částečné snižování obsahu uhlíku(C), síry(S), fosforu(P), plynů(H2O, N,..) 2. Snižování obsahu uhlíku(C) na vhodnou (potřebnou) úroveň 3. Přimíchávání legovacích prvků ke zlepšení nebo změně vlastností
Výroba ze surového železa: Výroba se provádí z ocelárenského surového železa, z železného odpadu a legujících látek v pecích a konvertorech. Pece jsou: • Martinské pece • Elektrické pece • Plynové pece Konvertory jsou: • Thomasův konvertor • Bessemerův konvertor • Kyslíkový konvertor Konvertory: 1. Thomasův konvertor – teplo vzniká spalováním fosforu, které roztavené surové železo musí obsahovat alespoň 1,7%. 2. Bessemerův konvertor – teplo vzniká spalováním křemíku, které roztavené surové železo musí obshovat 1-2%. U Thomasova i Bessemerova konvertoru se vhání stlačený vzduch nebo kyslík dnem do taveniny. 3. Kyslíkový konvertor – teplo vzniká spalováním uhlíku, fosforu a síry. Zde se tryskou vhání kyslík na povrch lázně. Je zde nutno intenzivního chlazení vodou. Výhoda je že ocel obsahuje minimální obsah vodní pýry a dusíku(N).
Konvertory: Objem konvertorů se pohybuje od 30 do 300 tun vsázky. Doba výroby oceli v konvertorech trvá cca 20-40 min. Legující prvky na změnu vlastností vyráběné oceli se vkládají na konci tavby, nebo přímo při odpichu. Hlavní legující prvky a jejich vliv: 1. Křemík (Si): • Zvyšuje - pevnost, tvrdost, prokalitelnost, pružnost, odolnost proti opotřebení, teplu, korozi • Snižuje – tažnost, tvárnost , svařitelnost 2. Mangan (Mn): • Zvyšuje – pevnost, tvrdost, houževnatost, pevnost při tváření • Snižuje – obrobitelnost 3. Chrom (Cr): • Zvyšuje – tvrdost, pevnost, odolnost proti teplu, korozi, kyselinám a leštidlům • Snižuje – nepatrně roztažnost 4. Nikl (Ni): • Zvyšuje – houževnatost, pevnost, prokalitelnost, odolnost proti korozi, elektrický odpor (topné dráty) • Snižuje – rychlost ochlazování a tepelnou roztažnost
Hlavní legující prvky a jejich vliv: 5. Molybden (Mo): • Zvyšuje – pevnost v tahu mez průtažnosti, houževnatost • Snižuje – citlivost proti přehřívání 6. Vanad (V): • Zvyšuje – pevnost, mez kluzu, houževnatost, tepelnou odolnost • Snižuje – citlivost proti přehřátí u tepelného zpracování 7. Wolfram (W): • Zvyšuje – tvrdost, pevnost, mez průtažnosti, žáruvzdornost, stálost břitu • Snižuje – v nepatrné míře rotražnost 8. Kobalt (Co): • Zvyšuje – tvrdost, odolnost proti opotřebení, teplu a korozi, elektrickou vodivost a magnetické vlastnosti
Číselné označování ocelí Ocel se podle ČR norem značí číselně a to 5_místným číslem. Toto základní označování je doplněno dvojčíslím na konci po tečce. První dvě čísla jsou od ostatních oddělena mezerou. Př. 11 353.11 Význam jednotlivých čísel označení oceli: • • • • •
První číslice – 1 (jednička) znamená, že jde o ocel Druhá číslice – ve spojení s první číslicí označuje třídu (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19) vynecháno číslo 18 Třetí číslice – udává informace podle třídy oceli Čtvrtá číslice – udává informace podle třídy oceli Pátá číslice – s výjimkou oceli pro výztuž betonu má význam pořadový
Význam doplňkových číslic: • •
První číslice – stav oceli v závislosti na tepelném zpracování Druhá číslice – stav přetváření
Třídy oceli a charakteristika: Třída oceli 10: Ocel konstrukční nelegovaná, s předepsanými mechanickými vlastnostmi, zpravidla nezaručené chemické složení Třída oceli 11: Ocel konstrukční nelegovaná, předepsané mechanické vlastnosti a předepsaný obsah C, P, S. Třída oceli 12: Ocel ušlechtilá uhlíková, předepsaný obsah C, Mn, Si, P, S a dalších Třída oceli 13: Ocel ušlechtilá slitinová, nízkolegované prvky (Mn, Si, Mn+Si, Mn+V) Třída oceli 14: Ocel ušlechtilá slitinová, nízkolegované prvky (Cr, Cr+Al, Cr+Mn, Cr+Si, Cr+Mn+Si)
Třída oceli 15: Ocel ušlechtilá slitinová, nízkolegované prvky (Mo, Cr+Mo, Cr+V, Cr+W, Mn+Mo, Cr+V+W, Cr+Si+Mo+V) Třída oceli 16: Ocel ušlechtilé slitinové, nízko a středně legované prvky (Ni, Cr+Mo, Ni+V, Cr+Ni+V, Cr+Ni+W, Cr+Ni+Mn, Ni+V+W, Cr+Ni+V+W) Třída oceli 17: Ocel ušlechtilé slitinové, středně a vysoce legované prvky (Cr, Ni, Cr+Mn, Cr+Si, Cr+Ni+Ti+Al, Cr+Ni+V+W+Mn) Třída oceli 19: Ocel nástrojová uhlíková a slitinová • Uhlíková-nelegovaná, předepsaný obsah C, Mn, Si, P, S • Slitinová-nízko, středně a vysoce legovaná prvky (Cr, V, W, Mo, Ni, Co, Si v různých kombinacích) • Rychlořezná, přelegovaná W
Polotovary (tvar a velikost) Z oceli se vyrábějí v prvé řade polotovary, jsou to oceli normalizované tyčové a tvarové, široké, pásové, plechy, trubky, válcované dráty, výkovky a části lisované za tepla. Profily: • • • • • • •
Tyčové oceli – U, T a I profily s výškou do 80 mm Tvarové oceli – U, T a I profily s výškou nad 80 mm Široké oceli – hranaté a kulaté profily nad 150 mm šířky při minimální tloušťce 5 mm (pásy a pruhy z oceli) Pásové oceli – hranaté a kulaté profily o tloušťce 8 mm a šířce do 500 mm Tyčové oceli – se dodávají z oceláren ve svazcích, vždy podle profilu, v délkách 2-6m Tvarové oceli – se dodávají v normálních délkách 4-12m Pásové oceli – jsou buď plošně navinuty, délky svazků 2m, nebo navinuty do svitku se světlým průměrem 400, 500, 600 nebo 650 mm
Literatura: 1. Technologie zpracování kovů, Základní poznatky,Ing. Adolf Frischherz, Ing. Paul Skop, České vydání 1993, Správa přípravy učňů, nakladatelství Wahlberrg Praha 2. Moderní strojírenství pro školu a praxi. Josef Dilinger a kolektiv, Europa – Sobotáles cz. Praha 2007 3. Základy strojnictví. Ulrich Fischer a kolektiv, Europa – Sobotáles cs. Praha 2004
Vytvořeno v MS Office PowerPoint 2010. Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. "Škola vlastní licence k software, pomocí kterých byl zpracován tento digitální učební materiál." Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora/autorky.
