Strojírenské materiály - Vypracované otázky - Všichni Všem


Materiál je formátu doc

Vypracované otázky

Detail materiálu

Autor:
Přidáno: 16.09.2010 11:59
Kategorie: Zkoušky
Předmět: Strojírenské materiály
Známka: 1.1
Hodnoceno: 10x
Popis: Vypracované otázky


Stáhnout materiál

Oznámkuj materiál: 1 2 3 4 5

Nahlásit materiál

Doporučit přátelům




Náhled materiálu: Pozor! Náhled nemusí odpovídat skutečnosti. (v náhledu chybí obrázky a formátování se může lišit)


1 Přednáška
Materiály a člověk

a) Popis technologií výroby středověkých mečů.
- zvyšování pevnosti kováním za studena 500-700°C
- Pás kovaného svářkového železa se zkroutil do spirály a pak se vykoval do plochy. Kování se mohlo opakovat, jindy se dvě zploštělé spirály kladly do sebe nebo vedle sebe.
- intenzivní prokování = vyšší čistota a tvrdost

b) Způsoby chemicko tepelného zpracování ve středověku.
Karbonizace a nitridace oceli ve středověku:
- vykované nástroje natřely sádlem, zabalili do pásů kůže a uzavřeli vrstvou jílu
- nějakou dobu se pak vypalovali ve výhni, nakonec se jíl a kůže rychle odstranili a nástroje se zakalili ve studené vodě
- tímto způsobem se povrchová vrstva obohatila uhlíkem z karbonizovaného tuku a dusíkem z kůže
- vznik nitridů lze předpokládat také při kalení v moči a nebo ve hnoji
- využívání popouštěcích barev při tepelném zpracování

c) Proč se oceli z různých rud používali pro různé aplikace.
- lidé nedokázali odstranit nečistoty, které měly vliv na kvalitu oceli..
- proto se ocel z různých rud hodila k různým účelům
- po celý starověk a středověk byl veden čilý obchod s různými ocelemi,jehož střediska byla např. v Insbrucku, Kolíně a v Norimberku.
- o postupu výroby a původu rudy vypovídá složení strusky uzavřené mezi zrny
- nejstraším způsobem zvyšování pevnosti čepelí bylo kování za studena (při 600- 700°C)
- teprve u řeckých nálezů se nachází struktury martenzitu typická pro kalenou ocel


2.Přednáška

Značení ocelí

3. Přednáška
Nikl a jeho slitiny, Titan a jeho slitiny

a) Jakou mřížku má nikl, vliv na strukturu oceli kterou oblast v Fe-Fe3C otevírá?
- mřížka kubická plošně centrovaná ( za zvláštních okolností krystalizuje v hexagonální soustavě- do 300°C nemagnetická- pak feromagnetická kubická
- Curieho bod = 357°C
- vůči působení vzduchu i vody je nikl poměrně STÁLÝ a používá se proto často k povrchové ochraně jiných kovů, především železa.Je také značně stálý vůči působení alkálií a používá se proto k výrobě zařízení pro práci s alkalickými hydroxidy neboli louhy.

b) Jak si vysvětlují geologové obrovské naleziště Niklu v kanadském Sudbury?
- Obvykle se nikl vyskytuje jako oxid ve směsi s železem (laterit a garnierit) nebo jako sulfid nikelnato-železitý-pantlandit
- Geologové předpokládají, že velká část niklu přítomného na Zemi je soustředěna v oblasti jejího středu- v zemském jádře a kůře NiFe. Nikl je také poměrně hojně zastoupeným prvkem v meteoritech, dopadajících na Zemi z kosmického prostoru
- Největším současně těženým nalezištěm niklových rud je kanadský Sudbury v provincii Ontario. Předpokládá se, že původem těchto rud je obrovský meteorický zásah Země v dávných geologických dobách. (další výskyt-Rusko, Austrálie, Kuba, Indonésie..)

c) Co znamená, že nikl je deficitní prvek? Jak probíhá výroba čistého niklu?
- výroba niklu je značně složitá a závisí na použité rudě. V konečné fázi se ale většinou získává oxid nikelnatý (NiO), který se dále redukuje koksem za vzniku elementárního niklu.
NiO + C -> Ni + CO
- Výsledný kov není čistý, tak se přečišťuje elektrolýzou, na anodě je znečistěný nebo surový nikl a na katodě se vylučuje již čistý neboli rafinovaný
Ni0 - 2e- -> Ni2+
Ni2+ + 2e- -> Ni0
- Velmi čistý nikl se vyrábí tzv Mondovým procesem, kde jako meziprodukt vzniká sloučenina tetrakarbonyl nikl [Ni(CO)4] Čistota niklu vyráběná tímto způsobem přesahuje 99,99%

d) Jaký vliv mají na slitiny niklu síra, křemík a uhlík?
Síra
- velmi malá rozpustnost s Ni
- tvorba eutektika při 645°C- křehkost za tepla i za studena. Síra napadá povrch součástí již při malém atmosférickém množství a vytváří povrchové eutektické síťoví (vytváří sirník Ni3S2). Vliv síry se eliminuje pomocí manganu.

Křemík
- působí podobně jako mangan tj váže kyslík a uvolňuje tak mangan pro síru.
- také váže výborně síru
- v niklu se částečně rozpouští

Uhlík
- v tuhém stavu omezeně rozpustný. Nikl je grafitotvorný – změna v rozpustnosti vede k segregaci grafitu na hranicích zrn = ) pevnost, mez tečení

e) Do jakých skupin dělíme slitiny niklu?
- slitiny niklu jsou obecně pevnější, tvrdší a houževnatější než většina slitin neželezných kovů
- rychle se zpěvňují při tváření  častější mezioperační ohřevy
- slitiny niklu dělíme dle použití:
Slitiny konstrukční
Slitiny se zvláštními fyzikálními vlastnostmi
Termočlánkové
Odporové
Magneticky měkké
S paměťovým efektem
Slitiny žáruvzdorné a žárupevné.

f) Co je to paměťový efekt?
- Přechod z jedné krystalické struktury do jiné, snaha slitiny dostat se do krystalové struktury, která je pro ni při dané teplotě energeticky nejvýhodnější.
- SMA(ang.zkratka) – intermediální fáze
- Elastická deformace až 15%
- Tlakem nebo tahem se může mřížka martenzitu orientovat až do 24 různých variant.
- Při zpětné transformaci martenzitu na austenit může vzniknout pouze jedna varianta

g) Jaké znáte konstrukční slitiny niklu. Popiště jejich vlastnosti.
- Ni – Mn – přísada Mn zlepšuje korozní odolnost za vyšších teplot v prostředí se sírou – kontakty zapalovacích svíček.
- Ni - Co – 4,5 %Co zvyšuje magnetické vlastnosti např. permeabilitu – použití v elektronice a ultrazvukových zařízeních
- Ni - Be – do 1% Be lze slitinu precipitačně vytvrzovat až na 1800 MPa. Výroba pružin, forem pro vstřikování plastů a membrán pro teploty až 500°C. Odlitky se používají v letecké výrobě na palivová čerpadla.
- Ni – Al – možnost precip. vytvrzení až na 1350 MPa s 4,5 % Al. Tažené a vytvrzované dráty. Slitina – výroba pump, oběžných kol, hřídelí.
- Ni – Si a Ni – Mo – (cca 10% Si nebo až 35% Mo) slévárenské slitiny. Odolné vůči horké i studené kys. Sírové. Vytvoření silné pasivační vrstvy na povrchu. Použití v chemickém průmyslu
- Ni - Cu – Monel nebo Nicorros (67%Ni + 30%Cu) + malé přísady Si, Al, Fe, Mn – výborná odolnost proti korozi, dobrá pevnost i houževnatost a tepelná vodivost. Použití v energetice, potravinářství, ve farmaceutickém a chemickém průmyslu, námořní aplikace. (tepelné výměníky s moř. v.)

h) Jaké znáte slitiny niklu se zvláštními fyzikálními vlastnostmi.
- termočlánkové
Ni + 10% Cr – chromel
Ni-Al-Mn-Si – alumel
Ni-Cu-Mn – konstantan
Ni-Cu-Mn – kopel
- odporové
- základní slitinou je Ni+20%Cr, homogenní, tvárná, vhodná k výrobě drátů tyčí a
pásů. Čím je vyšší obsah chromu, tím vyšší je žárupevnost a žáruvzdornost.
- Binární slitiny – chromnikl, nichrom, pyrochrom, chronit
- Přísada železa zvyšuje odolnost vůči síře
- magneticky měkké
- binární a ternární slitiny – vysoká a stálá permeabilita
- s paměťovým efektem(Ni-Ti)
- Tvarově-paměťový efekt probíhá přes teploty přeměny Ms, Mf a Af. Jestliže
se vychází ze změn martenzitu pod Mf, kdy jednotlivé martenzitické destičky
rostou nebo se smršťují, začíná nad As přeměna martenzitu na původní
austenit, a až nad Af je úplná přeměna ukončena a je plně znovu dosaženo
dřívější tvarování.

i) Jak je dosaženo vysokých mech vlastností niklových žárupevných slitin?
- Slitiny na bázi Ni-Cr-Co + přísady Al, Ti popřípadě Mo, W, Nb.Vysoké meze tečení se dosahuje precipitačním vytvrzením fáze Ni3Al v níž je rozpuštěn titan. Dalšími vyztužujícími fázemi jsou karbidy a karbonitridy. V některých aplikacích se k náhradě velkého množství niklu používá určité procento Fe. Ke zvýšení korozní odolnosti postačuje Mo.

j) Kde nachází své využití niklové slitiny?
Konstrukční
- kontakty zapalovacích svíček
- elektronika
- palivová čerpadla
- oběžná kola
- farmaceutie
S paměťovým efektem
- spojky potrubí
- Rovnátka
- Košile s tvarovou pamětí
Žáruvzdorné a žárupevné
- Součásti proudových a raketových motorů (raketové nádrže na tuhá paliva, lopatky turbín, hřídele..)
- Součásti extrémně namáhaných spalovacích motorů

k) Z jakých 2 základních rud získáváme titan a jakým způsobem?
- Titan je velmi tvrdý a lehký kov ocelového vzhledu, který je dobře odolný vůči korozi.
- Titan je sedmým nejrozšířenějším kovem v zemské kůře. V malém množství je obsažen ve většině minerálů a mezi jeho nejvýznamnější rudy patří ilmenit - (FeTiO3 oxid železnato-titaničitý) a rutil (TiO2 - oxid titaničitý).
- Běžné hutní metody, které se využívají k výrobě jiných kovů, jsou v případě titanu neúčinné. - Příčina spočívá ve značné ochotě titanu reagovat za zvýšené teploty s kyslíkem, vodíkem, uhlíkem a dusíkem. Nejčastěji se tedy titan vyrábí redukcí par chloridu titaničitého hořčíkem v inertní argonové atmosféře.
TiCl4 + 2Mg -> Ti + 2MgCl2
- Titan vzniklý touto reakcí je tuhá a pórovitá látka, která se po odstranění chloridu hořečnatého a nezreagovaného hořčíku dále čistí.
- Slitiny titanu se přetavují ve vakuových indukčních pecích a stejně tak se ve vakuu odlévají
- Tento proces je finančně nákladný

l) Jaké dvě základní modifikace krystalové mřížky má čistý titan? (umět nakreslit)
- alfa – hexagonální- nejsměstnanější s parametry a=2,9A, c=4,7A


- beta- kubická plošně středěná s parametrem 3,3A
- teplota alotropické přeměny je 882°C.

m) Co je příčinou špatné obrobitelnosti titanových slitin?
- Titan má špatné třecí vlastnosti, zadírá se
- obrobitelnost je horší než u ostatních kovů – povrch obrobku bývá křehký vlivem kyslíku a dusíku. Nízká tepelná vodivost způsobuje nalepování na břit obráběcího nástroje a tím jeho
rychlejší otupení.
- Možnost vznícení titanového prachu a třísek
- tvářením titanu vzniká výrazná textura – anizotropie vlastností

n) Jaké má titan unikátní vlastnosti?
- Nejvyšší poměr mezi pevností a hustotou ze všech kovových materiálů
- Extrémní mechanické vlastnosti a schopnost tepelné zátěže
- Vysoká pevnost v tahu
- Vysoká korozní odolnost
- Vysoká biokompatibilita
- Mínusová vlastnost oproti oceli nižší youngův modul pružnosti v tahu

o) Popište vliv jiných prvků ( O,N,C,H,Fe,Si,Al,V ) na vlastnosti titanu a jeho slitin.
Kyslík,dusík
- Dobře se rozpouštějí v obou krystalových modifikacích
- stabilizují výrazně fázi alfa
- již při malých množstvích ( desetiny % ) výrazně zvyšují pevnost a snižují plasticitu

Uhlík
- rozpouští se v titanu v alfa i beta omezeně
- za normální teploty pod 0,25%. Do tohoto obsahu zvyšuje mechanické vlastnosti
- nad 0,25% vzniká karbid TiC (jeho množství se ve slitinách udržuje pod 0,1%)

Vodík
- způsobuje precipitaci hydridu titanu- pokles houževnatosti
- obsah pod 0,01 %

Železo
- je obvyklou nečistotou v titanových slitinách
- přichází do titanu při jeho výrobě redukcí
- při obsahu pod 0,1% je jeho vliv zanedbatelný


Křemík
- působí negativně na houževnatost
- obsah pod 0,1%

Hliník
- stabilizuje alfa

Vanad
- stabilizuje beta

p) Jaký je základní princip tepelného zpracování Ti slitin?
Žíhání
- na odstranění pnutí, stabilizační, homogenizační, rekrystalizační

Zušlechťování
- polymorfní přeměna je využitelná při tepelném zpracování jen zčásti
- základem tepelného zpracování je eutektoidní rozpad tuhého roztoku

- Alotropická přeměna beta na alfa probíhá za podmínek nerovnovážného ochlazování způsobem podobným martenzitické přeměně. Kubická mřížka se mění v hexagonální bezdifuzně, má jehlicovitou strukturu a orientace jehlice k matrici svědčí o koherentním vztahu. I zde je možno stanovit Ms a Mf. Transformace beta na přesycený tuhý roztok alfa´ však u většiny slitin nezvýší tvrdost. Zvláštnosti tepelného zpracování těchto slitin jsou dány hlevně složitostí přeměny beta na alfa.. při určité rychlosti ochlazování se vedle fází beta a alfa´ objevuje ještě fáze sigma (tvrdá a křehká) Lze se jí vyhnout při izotermické přeměně.
- Tepelným zpracováním slitin s vyšším obsahem přísad se snažíme získat větší podíl nestabilní fáze beta, kterou dalším zpracováním (žíháním)– řízenou reakcí převedeme na stabilní fázi alfa. Je třeba dát pozor na zhrubnutí zrna. Nelze jej zjemnit normalizací jako u ocelí, ale jen tvářením a rekrystalizačním žíháním.

q) Popište vlastnosti slitiny Ti6Al4V
- Al 5.5-6.76%; V 3.5-4.5%; Ti – zbytek
- 70 % všech titanových slitn
- nejběžnější slitina titanu alfa-beta struktura
- teplota změny beta-alfa 999°
- Rm = 1000 MPa
- Rp0,2= 910 MPa
- E = 114 GPa
- Použitelné do 400°C
- Používá se pro součásti v leteckém a kosmickém průmyslu. Nachází také uplatnění v loďařském průmyslu a v medicíně.

r) Kde nachází využití slitiny titanu?
- nákladná výroba--> 1.použití ve zbrojním průmyslu, letectví a raketové technice
- loďařský průmysl
- medicína
- hodinky, šperky
- rámy a ochranné kryty přístrojů – fotoaparáty, mobilní zařízení, notebooky
- sportovní potřeby vyžadující nízkou hmotnost a vysokou pevnost (rakety na tenis,…)

4 Přednáška

Chemicko- tepelné zpracování

a) Princip chemicko tepelného zpracování
- Obecně v reakčním systému (reakční prostředí a zpracovávaný materiál) mohou existovat tři způsoby výměny hmoty:
- látka přechází z reakčního prostředí do předmětu (např. cementace, nitridace)
- látka přechází z předmětu do reakčního prostředí (např. odvodíkování, oduhličování)
- přenos hmoty je v obou směrech stejný (např. zpracování v řízených atmosférách)

Cíle chemicko-tepelného zpracování:
-zvýšení tvrdosti povrchu
-zvýšení odolnosti proti opotřebení,
-zvýšení odolnosti proti cyklickému namáhání (únavě)
A to vše při zachování houževnatého jádra.

b) Objemové chemicko- tepelné zpracování
- na rozdíl od povrchového chemicko- tepelného zpracování, kdy zvyšujeme obsah některého prvku v povrchové vrstvě výrobku, je pro současné postupy objemového chemicko- tepelného zpracování charakteristický požadavek snížení obsahu některého prvku v objemu výrobku
- někdy je tento způsob charakterizován jako difuzní odstraňování příměsí
- obvykle se jedná o snížení obsahu vodíku a uhlíku

c) Nebezpečí vodíku pro oceli
- Vodík se do oceli dostává z těchto zdrojů:
při výrobě oceli (vodní pára v pecní atmosféře, vlhkost kovové vsázky)
při elektrickém svařování
při moření kovů v kyselinách
při elektrolytickém odmašťování apod.
- Rozpustnost vodíku v kapalné oceli (tavenině) je mnohem větší než v tuhé fázi (V tavenině - 25 ppm )
- Rozpustnost vodíku v železe alfa s teplotou klesá - při teplotě 20 °C je 0,002 ppm.
- uvolňování atomárního vodíku a jeho přeměna do molekulární formy je doprovázena silným napětím
- účelem protivločkového žíhání je snížení obsahu vodíku v oceli v celém objemu a tím zabránění vzniku trhlin

d) Princip cementování
- cementování je sycení povrchu uhlíkem v kapalném, plyném nebo tuhém prostředí při teplotě nad AC3
- Ve správně nauhličeném povrchu má být obsah uhlíku 0.85 %.
- hloubka cementované vrstvy je nejčastěji do 1mm, jen zcela ve výjimečných případech víc než 2mm
- Vyšší obsah uhlíku v cementované vrstvě (větší než 1 %C) se projeví vyloučením
nadeutektoidních karbidů, které jsou nebezpečné zejména tehdy, jsou-li rozloženy
po hranicích zrn, neboť velmi snižují houževnatost cementované vrstvy.
Obsah a rozložení uhlíku v cementační vrstvě závisí na:
-použitém cementačním prostředí,
- výši cementační teploty,
-době výdrže na cementační teplotě
-chemickém složení cementované oceli (především na obsahu uhlíku a
karbidotvorných prvků).

e) Jednotlivé druhy a přínosy cementování
Cementování v sypkém prostředí ( v prášku )
- dřevěné uhlí (event. přísada drobného koksu) a aktivátoru
- Poněvadž by se spotřebováním kyslíku uzavřeného v krabici celý proces zpomalil, přidává se potřebný aktivátor, který se za cementační teploty rozkládá a v dalším se regeneruje prostřednictvím CO2
- cementační teplota obvykle 880 až 920°C

Cementování v kapalném prostředí
- vhodné pro drobné a střední výrobky
- hlavními složkami kapalných prostředí jsou uhličitany alkalických kovů a karbid křemíku
- Původně se používaly lázně roztavených chloridových solí (NaCl, KCl, BaCl2) a jako
nositel aktivního uhlíku byly používány kyanidy (NaCN, KCN) – při nižších teplotách
jak 880°C probíhala rovněž nitridace – nitrocementace

Cementování v plynném prostředí
- je moderní technologicky výhodný a produktivní způsob
- plynná prostředí jsou multikomponentní směsy plynů CO, CO2 aj
- k jejich výrobě se používá plynů nebo látek kapalných

Cementování ve vakuu
- výrazné zkrácení doby cementování.
- Teplota 950 – 1050°C a tlak 1-10 Pa
- Po dosažení cementační teploty je do pece vpuštěn čistý uhlovodík pod tlakem 5-50 kPa

Cementační teplota: se pohybuje v rozmezí 850 až 1050 °C, výjimečně až 1 150°C, závisí především na druhu oceli, ale i na složení nauhličujícího prostředí a velikostí výrobku.
Nižších teplot se používá u CrNi ocelí a drobných výrobků.

Proces nauhličování je rozdělen na 2 etapy: sítící- při použití maximálního možného nauhličujícího potenciálu (1,2%C)
difúzní- ve kterém se sníží vysoká povrchová koncentrace uhlíku snížením uhlíkového potenciálu příslušné atmosféry na požadovanou hodnotu (0,8 %C).

f) Tepelné zpracování po cementování
Kalení z cementačních teplot.
- nejjednodušší způsob tepelného zpracování
- uhlíkové oceli se kalí do vody. Legované obvykle do oleje ( nebo solné lázně)
- tato teplota je pro kalení cementační vrstvy příliš vysoká, navíc poměrně dlouhým setrváním na cementační teplotě zhrubne zrno austenitu.
- Proto se po přímém kalení získá hrubá martenzitická struktura s velkým množství zbytkového austenitu.

Kalení s přichlazením
- častější způsob
- nedochází sice k překrystalizaci ( nezjemní se austenitické zrno ) , omezí se však vnitřní pnutí a deformace, sníží se množství zbytkového austenitu
- Tento postup má širší použití i pro více namáhané výrobky.

Kalení s podchlazením pod teplotu AC1
- vlivem zrychlého chlazení dojde k překrystalizaci, takže výsledná struktura je podstatně jemnější
- také podíl zbytkového austenitu a vnitřních pnutí je nižší
- Jádro výrobku obsahuje určitý podíl feritu

Kalení po ochlazení
- Při ohřevu jádra na kalící teplotu 30 až 50°C nad AC3 (D) mluvíme o kalení na jádro.
- Vlivem překrystalizace a následné plné austenitizace jádra se stává jádro pevné a velmi houževnaté.

- Ohřev na teplotu 30 až 50 °C nad AC1 (E) je správnou kalící teplotou cementované
vrstvy (jemnozrnná, tvrdá, houževnatá). Jádro je však podkaleno, má sice jemnou
strukturu, obsahuje však podíl feritu.Tento způsob zpracování býval nazýván tzv. kalení na vrstvu.

- U více namáhaných výrobků se často používalo tzv. dvojité kalení. Prvním kalením z vyšší
teploty nad A C3 se zjemní zrno a rozpustí sekundární cementit povrchové vrstvy. Druhým kalením z teploty nad A C1 se získá v cementované vrstvě jemný martenzit, i když jemné jádro je podkaleno.

g) Karbonitridování, tepelné zpracování, výhody nevýhody, princip
- podstata opět spočívá v sycení povrchu oceli uhlíkem a dusíkem při teplotách nižších než Ac1 obvykle za teplot 560-620°C
- účelem tohoto zpracování je vytvoření homogenní vrstvy karbonitridů (tzv. bílé vrstvy nebo mezivrstvy) , která je relativně tvrdá, má dobré třecí vlastnosti, vysokou odolnost proti zadírání a zlepšené korozní vlastnosti.

- Výhodou je poměrně vysoká efektivnost ( doba depozice 2 až 4 hodiny), deformace výrobku jsou velmi malé, případný nárůst rozměrů je nižší než u nitridace

nevýhody
- technologická náročnost pochodu
- tloušťka nitrocementovaných vrstev je omezena časovou závislostí růstu prakticky na vrstvy do 1mm

h) Nitridování – principy, výhody, nevýhody
- sycení povrchu ocelového předmětu dusíkem v plynném nebo kapalném prostředí při teplotě pod Ac1 obvykle v rozsahu 470-580°C
- na rozdíl od cementování se požadovaných vlastností povrchu dosahuje již během nasycování dusíkem, tzn. bez následujícího tepelného zpracování
- Základní představu o struktuře nitridované vrstvy poskytuje rovnovážný diagram Fe-N. Rovnovážné diagramy soustav Fe-C a Fe-N jsou si v základě podobné.

- Rozpustnost dusíku ve feritu i austenitu je větší
- dochází k eutektoidní přeměně (reakci) za vzniku lamelárního eutektoidu
- Lamelární eutektoid v soustavě Fe-N je tvořen feritem a nitridem Fe4N. Nazývá se braunit.

- Reakcí mezi železem a dusíkem vzniká několik sloučenin - nitridy železa. Ve srovnání s cementitem se nitridy železa vyznačuji mnohem vyšší metastabilností.

Nitridační vrstva se tedy obecně skládá ze dvou částí:
z povrchové vrstvy nitridů(bílá vrstva)- Na metalografickém výbrusu je velmi výrazná a její tloušťka nebývá u běžných způsobů nitridace větší než 0,01mm
z difůzní vrstvy, která leží pod bílou vrstvou. Obsahuje dusík jednak v tuhém roztoku, jednak sloučený se železem a legujícími prvky tvořící síťoví nitridu po hranicích zrn nebo vyloučený ve formě nitridů uvnitř zrn. Tvrdost difúzní vrstvy je nižší než tvrdost bílé vrstvy a klesá směrem k jádru. Tloušťka difúzní vrstvy je od několika setin do desetin milimetru.

i) Iontová nitridace
- při iontové nitridaci je sycení povrchu výrobků dusíkem využíváno částečně ionizovaného plazmatu, který obsahuje kromě iontů a elektronů i značné množství neutrálních částic.

j) Nitrocementování - principy, výhody, nevýhody
- spočívá v nasycování povrchu uhlíkem a dusíkem při teplotách nižších než teploty cementační, ale vyšších než Ac3, nejčastěji do 840-860°C
- vrstva se tedy tvoří současně difuzí dusíku a uhlíku v austenitu
- ochlazujeme z cementační teploty takovou rychlostí, aby nastala přeměna uhlíko-dusíkového austenitu v martenzit

- nižší teplota nitrocementace přispívá ke snížení deformací, prodlužuje životnost pecních zřízení a zejména umožňuje přímé kalení po nitrocementaci i u ocelí, které nemají v podmínkách cementace zaručené jemné austenitické zrno
- Dusík snižuje překrystalizační teploty austenitu
- Přítomnost dusíku v tuhém roztoku zvyšuje stabilitu podchlazeného austenitu.
- Nitrocementované vrstvy mají proto vyšší prokalitelnost než vrstvy cementované.
- Vysoká prokalitelnost vrstev umožňuje kalit nitrocementované výrobky z nelegované
ocele do oleje.
- dusík zvyšuje obsah zbytkového austenitu ve struktuře zakalených nitrocementovaných vrstev a ten zvyšuje únavovou pevnost nitrocementovaných výrobků

Povrchové kalení

a) způsob principy, struktura
- účelem je zvýšit tvrdost pouze povrchové vrstvy a zachovat měkké a houževnaté jádro kaleného výrobku
- s rostoucí rychlostí ohřevu se zvětšuje rychlost nukleace zárodků austenitu
- vzniklé zrno je jemné a následkem krátké doby ohřevu nehrubne
- Zakalením se získá jemnozrnná martenzitická struktura
- její tvrdost je většinou vyšší, než při obvyklých způsobech kalení stejné oceli

- velmi důležitá při povrchovém kalení je výchozí struktura
- Čím jemnější a rovnoměrněji rozložené jsou karbidy ve struktuře, tím snáze se rozpouštějí a austenit se lépe homogenizuje.
- Proto nejvhodnější výchozí strukturou je sorbit a pak jemný lamelární perlit
- je vhodné před kalením výrobky zušlechťovat, nebo alespoň normalizačně žíhat (i vzhledem k mech.hodnotám jádra)
- Zušlechťování na vysoké pevnostní hodnoty však není vhodné, protože pod tvrdou zakalenou vrstvou vzniká nepříznivá mezivrstva, která snižuje mez únavy při cyklickém namáhání.

- Od chemicko-tepelného zpracování se povrchové kalení liší tím, že v tomto případě je chemické složení tvrdé povrchové vrstvy a houževnatého jádra stejné.

- kalicí teplota musí být vzhledem k velkým rychlostem ohřevu a krátké výdrži v podstatě vyšší, než při ohřevu v peci

- Požadovaná hloubka kalené vrstvy je obvykle vyšší než u chemicko-tepelného zpracování (zpravidla 0.5 až 3 mm) a je dána velikostí součásti a účelem jejího použití

b) rozdělení, charakteristika jednotlivých druhů

Druhy povrchového kalení
- jednorázové kalení
- přerušované (integrační) kalení
- postupné kalení přímočaré
- postupné kalení se švem

Podle zdroje způsobu ohřevu
- povrchové kalení plamenem
- povrchové kalení indukčním ohřevem
- povrchové kalení v lázních

- Kalení způsobem O-Ce vytváří rovněž povrchovou vrstvu zakalenou, ale nikoli ohřevem kaleného výrobku do určité hloubky, nýbrž použitím oceli s vyšším obsahem uhlíku a omezenou prokalitelností
- Použitá ocel má obsah uhlíku 0.85 %, obsahem manganu a niklu je určena tloušťka kalené vrstvy podle průměru výrobku nebo modulu ozubených kol

- laserový ohřev
- Část stopy laseru vzniklá v kontinuálním režimu – velké pnutí - trhliny - nežádoucí
- elektronový ohřev
- plazmový ohřev

Korozivzdorné oceli

a) Korozivzdornost, žáruvzdornost, žárupevnost – princip, charakteristika ocelí
- korozivzdornost- schopnost odolávat chemickému působení okolního prostředí
- Žárupevnost- schopnost materiálu přenášet za vysoké teploty dlouhodobě vnější
namáhání, aniž by došlo k nepřípustné deformaci součásti nebo lomu. Dalšími požadavky
často bývají také odolnost proti korozi, odolnost proti únavovému porušování za tepla
- používají se oceli odolávající dobře korozi a oxidaci na vzduchu, ve vodě, v řadě kyselin, solí a louhů
- oceli odolávající korozi v plynech při teplotách 600 – 1300°C jsou označovány jako žáruvzdorné
- žáruvzdornost se zvyšuje také přidáním křemíku a hliníku, které obdobně jako chrom, snadněji oxidují než železo (oba prvky značně ztěžují zpracování oceli, používají se tedy obvykle v obsahu do 2%)
- V žáruvzdorných ocelích jsou dále obsaženy prvky Ni;Mo, které zesilují příznivé účinky vyvolané přísadou chromu.

b) Korozivzdorné oceli, rozdělení dle kritérií, druhy, chemický obsah, vlastnosti jednotlivých ocelí
Korozivzdorné oceli lze dělit dle chemického složení na:
- chromové korozivzdorné oceli
- chromniklové korozivzdorné oceli
- chrommanganové korozivzdorné oceli

dle struktury:
- martenzitické korozivzdorné oceli
- austenitické korozivzdorné oceli
- austeniticko-feritické korozivzdorné oceli

Chromové korozivzdorné oceli
- obsahují 13-15% Cr a 0,15-0,25 %C
- s obsahem 13-15% Cr mají vysokou prokalitelnost
- i velmi pomalé chlazení zajistí martenzitickou strukturu, z tohoto důvodu jsou označovány jako martenzitické
- Vysokochromové oceli slouží k výrobě součástí, které pracují v prostředí páry, vody a kapalin, jež nejsou výrazněji agresivnější než voda
-Martenzitické korozivzdorné chromové oceli mají velmi dobrou odolnost proti kavitaci – využití na součásti vodních turbín.

Chromniklové korozivzdorné oceli
- přísadou niklu se vytvoří podmínky pro stabilizaci austenitu i za normálních teplot
- klasická ocel 18% Cr a 9% Ni
- max. rozpustnost C je při normální teplotě 0,02%
- Je-li více uhlíku, pak vznikají karbidy, které se vylučují na hranicích austenitických zrn – nebezpečí interkrystalické koroze a snížení houževnatosti
- Chromniklové korozivzdorné austenitické oceli jsou nemagnetické, mají vysokou tažnost a houževnatost (i při velmi nízkých teplotách), pevnost v tahu je okolo 650 MPa, avšak mají velmi nízkou mez kluzu (cca 250MPa).

Chrommanganové korozivzdorné oceli
- nikl je nahrazen manganem a dusíkem (z finančních důvodů)
- nikl i mangan rozšiřují oblast gama
- jsou výhodné z hlediska dostupnosti přísad s pevnostních vlastností, mají však nižší tvárnost, houževnatost a svařitelnost za studena, odolnost proti korozi je nižší než Cr-Ni

Dvoufázové austeniticko-feritické oceli
- poskytují další možnost zvýšení meze kluzu austenitických korozivzdorných ocelí, přičemž se zvýší i obrobitelnost
- obsach chromu 20-25% Ni 4.8% C pod 0,03% N 0,1-0,3% Mo 2-3% + Ti, Cu
- Tyto ocele mají navíc zvýšenou odolnost proti koroznímu praskání v roztocích chloridů.

c) Žáruvzdorné oceli
- Oceli jsou opět legovány chromem popř. niklem

Feritické oceli
- s obsahem 17-25% Cr a obsahem do 0,2% C
- neprodělávají při ohřevu či ochlazení žádné fázové přeměny
- Ve srovnání s kalitelnými ocelemi mají tyto feritické (nekalitelné) ocele lepší odolnost proti
korozi a velmi dobrou odolnost proti oxidaci až do teplot 1100°C.
- mají poměrně nízkou houževnatost a ne moc velkou pevnost
- Houževnatost se zlepšuje snížením celkového obsahu uhlíku v oceli pod 0,05%.
- Nízký obsah uhlíku i dusíku je základní podmínkou pro dobrou houževnatost i svařitelnost

Poloferitické oceli
- 17% Cr, 0,15%C
- zajistí při ohřevu částečnou přeměna alfa na gama
- po zakalení se austenit přemění na martenzit a konečná struktura obsahuje martenzit a ferit
- Tyto ocele tvoří přechodnou skupinu mezi korozivzdornými martenzitickými a žáruvzdornými feritickými ocelemi. Většinou se však nekalí a používají se ve stavu žíhaném (800-840°C/pec).
- Používají se k výrobě kuchyňských příborů, chladniček, ale také k výrobě přehřívačů vzduchu, rekuperátorů, ochranných trubek, termočlánků apod.

Chromniklové žáruvzdorné oceli
- 20-27% Cr, 10-40%Ni
- mohou pracovat až do pracovních teplot 1200°C
- Ve srovnání s chromovými žáruvzdornými ocelemi mají lepší plastické vlastnosti, rovněž lépe odolávají změnám teploty
- nejsou odolné v prostředí se sirnými plyny
- používají se pro výrobu součástí na sklářské a keramické pece, na topné odpory …

d) Žárupevné oceli
Žárupevnost ocelí se hodnotí dle:
- meze tečení RT: tahové napětí, jehož trvalé působení za stálé teploty vyvolá po předem
stanovené době určité trvalé poměrné prodloužení zkušebního tělesa,
- mez pevnosti př tečení RmT: tahové napětí, jehož trvalé působení za stálé teploty vede
po dané předem stanovené době k lomu zkušebního tělesa.

Žárupevné oceli lze rozdělit na:
- uhlíkové oceli
- nízkolegované oceli
- vysokolegované chromové oceli
- vysokolegované austenitické oceli

Uhlíkové oceli
- s obsahem C do 0,25% třídy 11 a 12 ve stavu normalizačně žíhaném
- pracovní teplota 300-400°C
- Jsou to především jemnozrnné oceli disoxidované hliníkem příp. Ti, Nb
- na výrobu součástí parních kotlů, kondenzátorů, armatur atd.

Nízkolegované oceli
- C 0,25% s přísadami Cr, Mo, jejichž celkový obsah nepřesáhne 3-4%
- Pracovní teploty do 570°C
- struktura těchto ocelí je pravidla upravena zušlechtěním na sorbitickou, či bainitickou strukturu
- Používají se na lopatky parních turbín, svorníky aj.
- Provádí se u nich austenitizace (ohřev na teplotu 1000°C) a ochlazení takovou rychlostí, aby výsledná struktura byla tvořena převážně horním bainitem, který se dále popouští. Ve srovnání se sorbitickou nebo perlitickou strukturou má popuštěný bainit větší odolnost proti popouštění.

Vysokolegované chromové oceli
- chrom 10-12% a C do 0,25%
- pracovní teplota do 625°C
- výhoda- nižší cena než ty vrchní
- oceli této skupiny se používají v zušlechtěném stavu, kalí se z teploty 1050°C v oleji a popouštějí při teplotě 700-750°C
-použití: parovody, lopatky a rotory parních turbín atd

Vysokolegované austenitické oceli
- slitiny na bázi Cr-Ni s nízkým obsahem uhlíku do 0,15%
- Tepelné zpracování je opět založeno na austenitickém rozpouštěcím žíhání při teplotě 1000-1050°C.
- pracovní teploty 620 – 650°C

 

5 Přednáška
Nástrojové oceli

a) Požadavky na vlastnosti nástrojových ocelí
- Požadavky na vlastnosti nástrojů jsou zajišťovány vhodným druhem oceli a tepelným zpracováním. Nástroje se (až na výjimky) používají v kaleném a popuštěném stavu
- Základní požadavky, kladené na nástrojové oceli, jsou tyto:
• tvrdost a pevnost,
• houževnatost,
• odolnost proti popouštění,
• řezivost a odolnost proti otěru,
• prokalitelnost,
• stálost rozměrů.

Speciální požadavky na vlastnosti nástrojových ocelí:
• odolnost proti tvorbě trhlinek při tepelné únavě,
• odolnost proti korozi roztavenými kovy, popř. jinými agresivními prostředími,
• malá tepelná roztažnost,
• vysoká tepelná vodivost,
• možnost chemicko-tepelné úpravy.


b) Tvrdost a pevnost
- tvrdost závisí především na obsahu uhlíku v oceli, a to jak v základním, tak popuštěném stavu
- vzrůstá se zvyšujícím se obsahem uhlíku do 0,8% pro stejný způsob tepelného zpracování
- při vyšších obsazích se tvrdost téměř nemění, ale vzrůstá množství karbidů, které ovlivňují řezivost a odolnost proti otěru
- Ostatní slitinové přísady ovlivňují tvrdost jen tehdy, tvoří-li s uhlíkem tvrdé karbidy
- Předpokladem pro dosažení optimální tvrdosti je správný postup tepelného zpracování
- Pevnost závisí na obsahu uhlíku a způsobu tepelného zpracování podobně jako tvrdost
- Při vyšších tvrdostech se pevnost v tahu už nezvyšuje úměrně s tvrdostí se zřetelem na křehkost
- Pevnost nástrojových ocelí závisí na pevnosti základní matrice, kterou tvoří obvykle nízkopopuštěný martenzit a malé množství zbytkového austenitu

- Vysoká tvrdost a pevnost zabraňují plastické deformaci funkčních částí a výrazně ovlivňují odolnost materiálu vůči otěru a opotřebení

c) Houževnatost
- u nástrojů se uplatňují kombinovaná (statická a dynamická) mechanická namáhání v tahu, tlaku, ohybu a krutu
- u oceli určitého složení se dosáhne zvýšení houževnatosti jemnozrnou strukturou a minimálním vnitřním pnutí
- ocel musí být správně zakalena a dobře popuštěna, nemá obsahovat větší množství nečistot a vměstků a musí být bez výrobních vad
- Důležité je i rozložení nečistot, vměstků a karbidů. Jejich nerovnoměrné rozložení snižují houževnatost
- nežádoucí je karbidická řádkovitost, která zhoršuje poměr houževnatosti ve směru příčném a podélném

d) odolnost proti popouštění
- vlivem tření se zvyšuje teplota ve funkčních částech
- Při tváření za tepla může být zpracovávaný materiál ohříván až na teploty 1200 °C, tzn. že funkční části nástrojů, především povrch, jsou vyhřáty na poměrně vysoké teploty
- vyhřátí povrchu nástrojů vede ke snížení tvrdosti, pevnosti, odolnosti proti otěru a plastické deformaci, tj. k popuštění, jehož nepříznivým vlivem je snížení odolnosti proti otěru, menší řezivost a tím i menší životnost nástrojů.
- Vyšší stabilitu struktury nástrojových materiálů zajišťují legury Co, W, Mo a V. Čím vyšší je obsah karbidotvorných prvků v oceli, tím je i vyšší odolnost oceli vůči popouštění

e) Prokalitelnost
- schopnost oceli získat požadovanou tvrdost do určité hloubky
- pokud má mít nástroj vyšší tvrdost jen na povrchu a jádro si má zachovat houževnaté, je vhodné použít oceli nelegované, nebo oceli k cementování
- prokalitelnost závisí: na velikosti nástroje
rychlosti ochlazování z austenitizační teploty
na velikosti zrna po výdrži na austenitizační teplotě
na chemickém složení
- u uhlíkových ocelí je prokalitelnost malá
- Podstatně se zvyšuje přídavkem legujících přísad, zejména Mn, Ni, Cr, Mo a W
- Prokalitelnost zaručí vyšší tvrdost a izotropii vlastností

f) Stálost rozměrů
- při tepelném zpracování dochází vlivem tepelných a struktruních pnutí k určité deformaci a změně rozměrů nástrojů
- Nerovnoměrné změny rozměrů nástrojů podporuje zejména řádkovitost oceli
- stálost rozměrů lze u nástrojů zajistit výběrem ocelí a vhodným postupem při tepelném zpracování

g) Vznik karbidů
- karbidy vyskytující se v matrici nástrojových ocelí jsou tvrdší než základní matrice
- zvyšují odolnost proti opotřebení
- jejich vliv je tím větší čím je větší jejich tvrdost a stabilita
- největší tvrdost má karbid vanadu
- Při tváření ocelí se karbidy drtí. Rozdrcené části jsou orientovány přednostně ve směru tváření, takže se tvoří karbidická řádkovitost
- Pokud byly karbidy rozloženy v matrici rovnoměrně, zvýšila se podstatně životnost nástrojů. - karbidická řádkovitost také snižuje mechanické vlastnosti ocelí. Karbidickou řádkovitost je nutno snížit na minimum vhodnou technologií tváření
- Pokud zůstávají po tváření v matrici hrubé karbidy, snižuje se životnost nástrojů

- Primární vanadový karbid obsahující W, Mo, částečně rovněž Cr a Fe
- Jiný typ karbidu obsahující především wolfram, molybden, vanad, chrom a vysoký podíl železa

h) Vliv legujících prvků na vlastnosti nástrojových ocelí
Uhlík
- zvyšuje kalitelnost (tvrdost) a prokalitelnost oceli
- Rostoucí obsah uhlíku v oceli snižuje teploty kalení, snižuje teploty přeměny austenitu na martenzit

Mangan
- v přítomnosti železa tvoří s uhlíkem karbidy
- značně zvyšuje prokalitelnost, ale i obsah zbytkového austenitu
- Při vyšším obsahu podporuje vznik popouštěcí křehkosti
- Při obsahu nad 1 % Mn se zvyšuje množství zbytkového austenitu a tímto způsobem se snižuje napětí a deformace při kalení

Křemík
- mírně zvyšuje prokalitelnost a odolnost proti popouštění
- v železe karbidy s uhlíkem netvoří
- zvyšuje žáruvzdornost a mez únavy
- Protože zvyšuje náchylnost oceli ke grafitizaci, je třeba tento negativní vliv kompenzovat
současně přísadou chrómu

Chrom
- v ocelích tvoří podvojné karbidy
- zvyšuje odolnost proti popouštění
- značně zlepšuje prokalitelnost
- Při větším obsahu zvyšuje ve formě karbidů řezivost a odolnost proti otěru

Wolfram
- podvojné karbidy, a tím podporuje velmi účinně odolnost proti popouštění a vzniku sekundární tvrdosti
- Malé množství zvyšuje prokalitelnost než velké množství
- Větší množství podporuje tvorbu přechodových struktur a zbytkového austenitu, snižuje odolnost oceli proti tvorbě trhlinek při tepelné únavě
- Při větším obsahu snižuje houževnatost a plastické vlastnosti oceli

Molybden
- podobně jako wolfram, pokud jde o tvorbu karbidů a zvyšování prokalitelnosti
- V malém množství zlepšuje houževnatost oceli a zvyšuje odolnost proti vývoji popouštěcí křehkosti. Snižuje teplotu martenzitické přeměny, avšak podporuje tvorbu přechodové struktury i zbytkového austenitu
- Velkou nevýhodou větší přísady molybdenu je snadná tvorba okují, která se při kování nebezpečně rozstřikuje.

Vanad
- tvoří s uhlíkem samostatný karbid, který má velmi vysokou tvrdost
- zvyšuje prokalitelnost, ale hlavně odolnost proti popouštění
- Při malém obsahu zvyšuje jemnozrnnost oceli, a tím příznivě ovlivňuje houževnatost

Titan
- velmi stálý karbid (velká afinita k uhlíku)

Kobalt
- se železem tvoří tuhý roztok, s uhlíkem netvoří karbidy
- značně snižuje prokalitelnost
- Zvyšuje teploty kalení i přeměny martenzitu
Nikl
- rozpouští se v základní hmotě
- s uhlíkem netvoří karbidy
- zvyšuje prokalitelnost

i) Rozdělení podle druhu ochlazovacího prostředí při kalení
- Podle vhodného ochlazovacího prostředí při kalení lze nástrojové oceli rozdělit takto:
• oceli kalitelné do vody,
• oceli kalitelné v oleji,
• oceli kalitelné na vzduchu.
Zopakovat IRA, ARA diagramy

j) Rozdělení podle účelu použití, třídění dle norem
- Podle tohoto hlediska jsou obvykle nástrojové oceli členěny do následujících čtyř hlavních skupin:
• oceli uhlíkové,
• oceli slitinové pro práci za studena,
• oceli slitinové pro práci za tepla,
• oceli rychlořezné.


k) Vliv jednotlivých technologických procesů na konečné vlastnosti
- vliv metalurgického procesu
- vliv tváření- nedokonalé prokování, karbidická řádkovitost
- vliv tepelného zpracování- překročení kalící teploty o 20-30°C způsobí nevhodný růst zrna


Litiny

a) Historický vývoj litin
- V Číně se litina slitina vyráběla již ve 4. století př. n. l. a odlévaly se z ní různé předměty.
- Evropané dospěli k výrobě litiny až ve 14. století n. l! – v Čechách výroba kamen a krbů
- Zpočátku však byla litina důležitější k výrobě koulí do děl, protože bronzové byly příliš drahé. Litinové granáty se začaly vyrábět kolem roku 1450
- Slévalo se do hlíny nebo do písku
- Před koncem 18. a v první polovině 19. století se používalo litiny i ve šperkařství (zdůrazňovali svou odlišnost materiálem i zpracováním)
- konstrukce čerpadel, lisů, tiskařských a textilních strojů, litinová kamna, umývadla, klozetové mísy, splachovací nádoby aj. Z drobnějšího domácího inventáře mlýnky na maso, lisy, žehličky, věšáky na šaty atd.

b) Rozdělení a význam litin
- litiny se nejčastěji taví v šachtových pecích- kuplovnách……Jako palivo slouží slévárenský koks

šedá litina
- uhlík ve formě lupínkového grafitu- ten dodává lomu světle šedou až tmavě šedou barvu
- Podle způsobu výroby je možno rozdělit šedou litinu s lupínkovým grafitem na obyčejnou a očkovanou.
- u litiny očkované ovlivňujeme grafitizaci přísadou ferosilicia do roztavené litiny, čímž se vytvoří pravidelné a jemné lístky grafitu

tvárná
- grafit je vyloučen ve tvaru kulových zrn

bílá litina
- uhlík je přítomen ve formě cementitu
- obvykle slitiny s malým obsahem křemíku
- tuhnou podle metastabilní soustavy Fe-Fe3C
- takové litiny jsou tvrdé a křehké

- žíháním se z bílé litiny získává litina temperovaná, která má menší tvrdost, dobrou pevnost v tahu a houževnatost
- Kombinací litiny šedé a bílé jsou litiny skořepové
- Samostatnou skupinu tvoří litiny legované, které mohou být na lomu šedé nebo bílé podle druhu a obsahu přísad a jejich vlivu na stabilitu cementitu

c) Šedá litina, krystalizace a složení
Poz
...
pokud chcete materiál celý, musíte si jej stáhnout (stažení je zdarma)


 
novinky

Přidat komentář

Ohodnoť materiál Vypracované otázky.


 
typ

Podobné materiály

Podobné materiály k materiálu: Vypracované otázky

lupa
Rychlá navigace
přejdi rychleji k hledaným materiálům


 
statistika
Statistika
Jak jsme na tom?

Studentů: 38999
Materiálů střední školy: 3604
Materiálů vysoké školy: 1593
Středních škol: 806
Vysokých škol: 63



© 2010 - 2019 Všichni Všem - Smluvní podmínky | Kde to jsem? | Kontakty | Reklama
Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace