IRA, ARA, diagramy

Rozpadem austenitu rozumíme přeměnu na ostatní strukturní složky při ochlazování. Kinetiku rozpadu dělíme na Izotermický rozpad austenitu (IRA) nebo Anizotermický rozpad austenitu (ARA). ARA je charakterizován plynulým ochlazováním určitou rychlostí. IRA je prudké zchlazení z teploty na které je austenitizováno (T_a) na teplotu nižší než Ar₃. Rovnovážné strukturní složky vznikají nad teplotou asi 550°C, a to jak anizotermicky, tak izotermicky. Na IRA je dvojice téměř ekvidistantních čar, kde levá udává počátek a pravá konec přeměn. U ARA posun čar k nižším teplotám a delším časům.

55. Přeměny při popouštění

Proces který obvykle následuje po kalení. Ohřevem na teploty převyšující Ac₃ dochází k rozpadu martensitu a přeměně zbytkového austenitu.

Popouštění při nízkých teplotách (do 300-350°C) zmenšuje obsah ZA Popouštění při vyšších teplotách (nad 450 °C) způsobuje úplný rozpad martensitu.

56. Principy tepelného, chemicko-tepelného a tepelně-mechanického zpracování

Tepelné zpracování

Zahrnuje technologické postupy, při nichž dochází k přenosu tepla mezi materiálem v tuhém stavu a okolním prostředím v tepelných cyklech za účelem zlepšení užitných vlastností výrobku. Každý cyklus má tři fáze – ohřátí, výdrž na dané teplotě a ochlazení. Parametry cyklu závisí na účelu i materiálu, včetně jeho tvaru a rozměrů

Tepelně mechanické zpracování

Spojuje fázové přeměny s deformací. Podstatou bývá obvykle rychlé ochlazení tvářeného austenitu. Dělí se dále dle výšky tvářící teploty

Chemicko-tepelné zpracování

Nejen zpevňuje povrchovou vrstvu materiálu, ale i mění její chemickou strukturu. Zlepšování požadovaných vlastností je zde založeno na využívání dílčích pochodů disociace, absorpce, difúze atd…, které probíhají na rozhraní aktivního prostředí a výrobku. Lze je rozdělit podle toho, zda se vlastností dosahuje už v průběhu vzniku difúzní vrstvy, nebo až po tepelném zpracování nasyceného povrchu.

57. Rozdělení hlavních skupin TZ, jejich charakteristika

viz předchozí otázka, fakt nevím, proč ty kydy roztahovat do dvou…

58. Prostředí TZ

Olej, voda, vzduch, vodní roztoky solí a alkalií

59. Druhy žíhání

Cílem bývá snížení zbyt. napětí, zlepšení technologických vl., zmenšení chemické a strukturní heterogenity. Rozhodující je teplota a doba výdrže, ochlazování je velmi pomalé.

- Žíhání na odstranění zbytkových napětí probíhá při teplotě 450-650°C, 2-10 hodin výdrž.

- Rekrystalizační žíhání odstraňuje zpevnění, regeneruje tvárné vlastnosti. 550-700°C. 1-5 hodin. Zjemňuje zrno.

- Žíhání na měkko zlepšuje tvařitelnost za studena a obrobitelnost, příprava na následné kalení. Teplota blízká eutoektoidní. 4-16 hodin dle obsahu uhlíku.

- Protivločkové 650-750°C, desítky až stovky hodin.

- Źíhání pro odstranění křehkosti po moření pro odstranění vodíku, 300-500°C po dobu 1-4 hodiny

- Normalizační žíhání pro jemnozrnnou rovnoměrnou strukturu po odlévaní. Výhradně u podeutektoidních ocelí, 30-50°C nad Ac₃, 1-4 hodiny

- Homogenizační snižuje nehomogenitu chem. složení tlustostěnných odlitků. 1100-1200°C, 5-100 hodin dle tloušťky. Zhrubnutí zrna, pak se žíhá normalizačně.

- Rozpouštěcí rozpouštění karbidů, nitridů, dalších sraček, zvyšuje homogenitu austenitu. Vysokolegované aust. oceli. 1050-1150°C, rychlé ochlazení.

- Žíhání izotermické normalizační, na měkko a odstranění vnitřních napětí v jednom. Normalizační, pak chlazení na 700-650, nakonec zchlazení vzduchem. Pro středně legované oceli blbě žíhatelné na měkko.

60. Princip kalení, prokalitelnost a zakalitelnost

Cílem je zvýšení tvrdosti, pevnosti a odolnosti proti opotřebení. Důležitá je kalící teplota, při které je ocel před ochlazením austenitizována. Kalící teplota 30-50°C nad Ac₃ pro podeutektoidní oceli, pro nadeutektoidní stačí jen o 20°C nad Ac₁. Důležité je intenzivní chlazení, aby se zajistilo vytvoření martenzitu nebo bainitu a aby nezpůsobilo trhliny. Klasickými médii jsou voda, vzduch, olej, vodní roztoky solí a alkalií. Moderní jsou prostředí na bázi polymerů. Záleží i na velikosti, rozměrech, tvaru a hmotnosti materiálu.

Kalitelnost je schopnost oceli dosahovat ochlazování z austenitizační teploty nerovn. stavu.

Zakalitelnost dána max. tvrdostí po kalení, závisí na obsahu uhlíku rozp. v austenitu.

Prokalitelnost informuje o možnosti zakalení součásti do určité hloubky. Za zakalený se považuje materiál se strukturou tvořenou minimálně 50% martensitu. Závisí na složení oceli (IRA, ARA), rychlosti ochlazování, velikosti zrna (čím menší, tím lepší prokalitelnost). Stanovuje se Jominiho zkouškou. Určuje se kritický průměr prokalitelnosti D_k. Stanovuje se pás prokalitelnosti, protože není chem. homogenní. Při požadavku na prokalitelnost se uvádí minimální nebo max. vzdálenost od čela, nebo min/max tvrdost v urč. vzdálenosti.

61. Druhy kalení

(schematicky obr. 4-39 str. 159)

- Základní kalení – nejjednodušší, teplota klesá plynule pod M_s, kdy začne transformace austenitu na martensit. Vznikají velká zbytková napětí – nevhodné pro složité obrobky.

- Lomené kalení –začíná ochlazováním nadkritickou rychlostí k potlačení perlitické přeměny (např ve vodě) a pokračuje ochlazením v mírnějším prostředí (olej). Tím se zmenšuje rozdíl teplot na povrchu a ve středu výrobku a snižují se tepelná napětí.

- Termální kalení – dovoluje vyrovnat teploty v celém objemu kaleného předmětu, snížit tepelná napětí a zmenšit deformaci díky prodlevě nad teplotou M_s. Ochlazení probíhá na vzduchu. Vhodné pro složitější tenkostěnné výrobky z oceli s bainitickou oblastí posunutou dostatečně vpravo.

- Kalení zmrazováním – vyžaduje dochlazení ve zmrazovacích lázních (až –70°C). které má zabránit stabilizaci ZA (zbytkový austenit) u ocelí s nízkými teplotami M_s a M_f. Aplikuje se na výrobky pracující při záporných teplotách, u měřících přístrojů a u ocelí na ložiska, kde se vyžaduje tvarová stabilita.

- Kalení nepřetržité bainitické – provádí se u ocelí s bainitickou oblastí významně posunutou doleva. Výslednou strukturu tvoří směs bainitu, martensitu a zbytkovéjo austenitu,

- Kalení izotermické – je podobné termálnímu. Prodleva však trvá v oblasti bainitické přeměny až do ukončení izotermického rozpadu austenitu. Tepelná i strukturální napští jsou minimální, bez nebezpečí deformace a vzniku trhlin. Výroba drátů s vysokou pevností – tzv. patentování

- Kalení povrchové – plamenem

- indukční

- laserem

62. Popouštění, účel, rozdělení

Následuje po kalení.Ohřevem zakalené oceli na teploty nepřevyšující Ac₁ dochází k rozpadu martensitu a k přeměně zbytkového austenitu. Změny závisí hlavně na vhodně zvolené teplotě.

- popouštění při nízkých teplotách – do 300 až 350 °C, které snižuje zbytková napětí po kalení, zmenšuje obsah ZA a stabilizuje rozměry.

- popouštění při vyšších teplotách – nad 450°C, při kterém dochází k úplnému rozpadu martensitu, což se projevuje znatelným poklesem tvrdosti a pevnosti, ale také růstem plasticity a houževnatosti.

63. Zušlechťování, princip, použití, mechanické vlastnosti

Je to nejdůležitější postup tepelného zpracování konstrukčních ocelí. Skládá se z martensitického kalení a popuštění při vysoké teplotě. Výsledná struktura je sorbitická, charakterizovaná velmi výhodnou kombinací pevnostních a tvárných vlastností. Při výběru ocelí k zušlechťování je třeba respektovat rozměry výrobku a prokalitelnost materiálu.

64. Povrchové kalení, princip rozdělení, použití, mechanické vlastnosti

Zvyšuje tvrdost povrchu součásti při zachovalé houževnatosti jádra, tím zlepšuje odolnost proti dynamickému namáhání i proti opotřebení.

Podle zdroje tepla rozlišujeme

- plamenem

- indukční

- leserem

65. Rozdělení chemicko-tepelného zpracování

Metody zpevňující povrch součásti, při kterých se mění nejen struktura, ale i chemické složení povrchové vrstvy. Používané postupy lze rozdělit podle toho, jestli požadovaného zvýšení vlastností dosahuje v průběhu vzniku difúzní vrstvy nebo až po tepelném zpracování nasyceného povrchu.

Sulfonitridace a boridování – obohacuje povrchovou vrstvu uhlíkem, dusíkem a sírou nebo bórem.Tenká difúzní vrstva zlepšuje kluzné vlastnosti, zvyšuje odolnost proti zadírání a opotřebení. Boridováním se dosahuje vysoké tvrdosti (až 2300 HV) a odolnosti zadírání i při vysokých teplotách.

Další druhy zpracování viz. další kapitoly.

66. Cementování – princip, použití, mechanické vlastnosti

Je to sycení povrchu součásti uhlíkem s následujícím zakalením a popouštěním na nízkou teplotu.

Postup je vhodný pro uhlíkové, nízko i vysokolegované oceli s obsahem uhlíku asi do 0,25 %,

který se cementováním zvyšuje v povrchové vrstvě na eutektoidní či mírně nadeutektoidní koncentraci. Obsah i rozložení uhlíku v této vrstvě závisí na cementačním prostředí, parametrech procesu a na složení oceli.

Může probíhat v tuhém (zásyp dřevěného uhlí a uhličitanu barnatého), kapalném (kyanidové solné lázně) i plynném (směs vzduchu a uhlovodíků) prostředí.

Sycení uhlíkem se vzhledem k jeho rozpustnosti nejsnadněji realizuje v austenitu při teplotách 85 – 1050 °C.

Dosahuje se tím větší tvrdosti a odolnosti proti opotřebení povrchové vrstvy.

67. Nitridování – princip, použití, mechanické vlastnosti

Je to postup, při kterém se zvýší povrchová tvrdost, únavová pevnost, odolnost proti opotřebení a korozi již během sycení dusíkem.

Podstata vysoké tvrdosti nitridační vrstvy spočívá ve vzniku vysoce disperzních nitridů legujících prvků v nitridačních ocelích.

Děj probíhá buď v plynném prostředí atomárního dusíku, který se uvolňuje při štěpení čpavku za vysokých teplot nebo v solných kyanidových lázních, při teplotách 500 až 600°C doba je několik hodin. Dosahuje se jen velmi slaboučké vrstvy (desetiny mm).

Ozubená kola, vačky,….

68. Nitrocementování a karbonitridování – princip, použití, mechanické vlastnosti

Nitrocementování

Rozhodující je sycení uhlíkem buď v plynné atmosféře nebo v kyanidových solných lázních za teplot 800 až 860°C. Pro obě prostředí jsou vhodné nízkouhlíkové oceli, u kterých se nitrocementací vytváří vrstva s 0,9% C a 0,3%N. Vrstva je tenčí (asi 1 mm) než u samotné cementace, ale tvrdší (600 HV). Další zpracování opět představuje kalení a popouštění při 200°C.

Karbonitridování

Vytváří při teplotě 600°C na povrchu slabou vrstvičku karbonitridu.

69. Tepelně mechanické zpracování – princip rozdělení, použití, mechanické vlastnosti

Rozdělení podle výšky tvářecí teploty

- nízkoteplotní tepelně mechanické zpracování (NTMZ) – ohřev do oblasti stabilního austenitu nad Ac₃, výdrž na teplotě austenizace, rychlé ochlazení do oblasti metastabilního austenitu, kde v intervalu teplot 500 až 600°C probíhá deformace, po jejímž ukončení se ocel zakalí a ještě popustí na nízkou teplotu.

Intenzivně deformačně se zpevňuje austenit a při následné martensitické transformaci pak podporuje vznik jemného jehlicového martensitu.

Používá se u ocelí s dostatečně širokou oblastí metastabilního austenitu mezi perlitickou a bainitickou oblastí.

- vysokoteplotní tepelně mechanické zpracování – ocel se intenzivně tváří v oblasti stabilního austenitu, když stupeň deformace bývá v rozmezí 40 až 90%. Probíhá rekrystalizace (zjemňování zrna). Konečnou operací je nízkoteplotní popouštění. Lze to aplikovat na všechny druhy ocelí.

Výsledkem obou operací je zvýšení pevnostních vlastností při zachování nebo dokonce zlepšení plastických vlastností, zlepšení odolnosti proti porušení únavou a proti koroznímu praskání, příznivé ovlivnění vrubové houževnatosti, snížení náchylnosti ke zbržděným lomům

K NTZM se řadí i proces nazývaný isoforming – kombinuje izotermickou perlitickou přeměnu a deformaci. Produktem je částečně sferoidizovaný perlit, jehož mechanické vlastnosti jsou ještě lepší než u perlitu získaného izotermickým žíháním.

70. Rozdělení a označování ocelí

Rozdělení

– legované

– nelegované

Označování je podle ČSN EN 100027 alfanumerické.

Základní symboly u tvářených ocelí tvoří písmeno charakterizující účel použití a tře nebo čtyři číslice udávající min. mez kluzu (např. pro ocelina konstrukce S235 či na strojní součásti E335) nebo mez pevnosti v Mpa (např. pro oceli na kolejnice R0900). V označení oceli na odlitky se vyskytuje písmeno G (např GE335). U ušlechtilých ocelí se vyznačuje obsah uhlíku v setinách % a účel použití (např. C120U značí 1,20% C, nástrojová).

71. Nelegované oceli

Slitiny železa s uhlíkem, v nichž obsah dalších prvků nepřekračuje konvečně stanovené meze a které lte ohřevem zcela austenizovat. Podeutektoidní oceli se obvykle používají ke konstrukčním účelům, nadeutektoidní na nástroje.

Rozdělujeme do tří skupin podle jakosti:

- oceli obvyklé jakosti – nejsou určeny k tepelnému zpracování, ale mohou se žíhat. Mají předepsaný max. obsah C (0,1%), P a S (0,0045%) v tavbě a minimální mechanické vlastnosti(např. R_e=235Mpa)

- jakostní oceli – větší pečlivost při výrobě,nemají předepsanou metalurgickou čistotu a nemusí proto mít rovnoměrnou odezvu na tepelné zpracování. Jsou na ně kladeny dodatečné požadavky na tvařitelnost, mez kluzu při zvýšených teplotách, houževnatost,…

Patří sem oceli - pro ocelové konstrukce(označené S) včetně ocelí pro tlakové nádoby,na ploché výrobky k tažení (H) nebo žáropevné (P), se zvláštními požadavky na tvařitelnost (D) nebo obrobitelnost, pro výztuž do betonu (B) a na kolejnice (R)

- ušlechtilé oceli – mají vyšší stupeň metalurgické čistoty. Oceli jsou většinou určeny k cementování či k zušlechťování nebo povrchovému kalení a mají na tepelné zpracování rovnoměrnou odezvu. Patří sem oceli s požadavky

o na nárazovou práci v zušlechtěném stavu nebo KV_-50°C>27J (podélné vzorky)

o na hloubku zakalené vrstvy nebo na povrchovou tvrdost po kalení

o na zvláště nízký obsah nekovových vměstků

o na maximální obsah P a S < 0,025% v hotovém výrobku

dále pro

o oceli pro jaderné reaktory s vymezením obsahu Cu, Co, a V

o oceli pro řízené válcování, obsahující mikrolegury (V, Ti, Nb)

o oceli pro předpínací výztuž do betonu.

Tabulka (str. 119)

72. Legované oceli

Legované jakostní oceli

Mají úzce vymezené chemické složení na nízkém stupni legování zejména v podskupině svařitelných jemnozrnných ocelí pro ocelové konstrukce a tlakové nádoby. Nejjsou všeobecné určeny k zušlechťování nebo povrchovému kalení, ale mají vyšší minimální mez kluzu 420 nebo 460 Mpa.

Tyto hodnoty se vztahují pouze k malým průměrům, snižují se se zvětšujícími se rozměry.

Ocelové konstrukce vystavené působení nízkých teplot se vyrábějí z normalizačně žíhaných a vysokopopouštěných ocelí, které mají vrubovou houževnatost označenou do –20°C

(v podélném směru KV min. 40J).

Legované ušlechtilé oceli

A jejich zpracování jsou kladeny nejvyšší požadavky. Mají nízký obsah nečistot. Jsou legovány různými kombinacemi prvků. Patří sem oceli k chemicko-tepelnému zpracování,

k zušlechťování, na ocelové konstrukce, korozivzdorné, žáruvzdorné, na valivá ložiska, se zvláštními fyzikálními vlastnostmi a nástrojové včetně rychlořezných.

73. Svařitelné oceli se zvýšenou mezí kluzu a oceli typu Atmofix

viz legované jakostní oceli

Ocelové konstrukce, na které působí znečištěné městské či průmyslové atmosféry, se dělají z jakostních ocelí nízkolegovaných prvky Cr, Cu, Ni, a P, neboť při tomto chemickém složení na sobě za nějaký čas vytvoří ochranou vrstvu. Tím pádem jsou korozní úbytky zanedbatelné (mm za rok). Tyto oceli jsou u nás známé pod označením ATMOFIX, tepelně se buď vůbec nezpracovávají nebo se jen normalizačně žíhají a mají R_e min. 335 až 355 Mpa

74. Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli a slitiny.

Korozivzdorné

Odolávají především elektrochemické korozi v kapalných oxidačních prostředích, ve kterých se jejich povrch pasivuje. Podle chemického složení se dělí na

- chromové – obsahují více než 12% Cr, neboť při tomto složení slitin železa se skokem zvýší standartní elektrochemický potenciál z –0,2 na + 0,6 V.Na fázové složení má však vliv nejen feritotvorný Cr, ale i austenitotvorný C.

- chromoniklové – mají 13 až 25% Cr a 4 až 40% Ni a další feritotvorné (Mo, Nb, Ti) a austenititvorné (Mn, Cu) prvky. Fázové složení lze určit podle Schaefflerova digramu (str. 124 obr 4-17)

Podle fázového složení se dělí na

- feritické a poloferitické – vysoký obsah Cr (13 až 20%) a nízký (0,15%) nebo velmi nízký (0,03%) obsah C.Přidáním feritotvorných prvků Ti a Nb se potlačuje hrubnutí zrna při vysokých teplotách. Jsou nekalitelné, ovlivňují se pouze rekrystalizací a tvářením za studena. V žíhaném stavu mají nízkou mez kluzu (250 – 350 Mpa) a zvýšenou teplotu přechodu ke křehkému lomu. Odolávají působení páry, zředěné HNO₃ a nejsou citlivé ke koroznímu praskání.

- Martensitické a ledeburitické – obsahují 0,1 – 1% C a s C rostoucí obsah Cr (12-18). Nízkouhlíkové oceli se popouštějí na 650 – 750°C, ale už od 0,4% C nejvýše na 200°C. Použití na součásti parních turbín, kompresorů,… Jsou obtížně svařitelné, vyžadují předehřev.

- Austenitické – nejlepší odolnost proti korozi. Legují se niklem. Obsah C musí být malý. Jsou nekalitelné,ale podrobují se krátkodobému rozpouštěcímu žíhání k dosažení homogenity struktury. Mají nízkou mez kluzu, jsou těžko obrobitelné, houževnaté, dobře se svařují, ale svár je náchylný k praskání v horku.

Žáruvzdorné

Odolávají chemické korozi v plynných prostředích při vysokých teplotách (600 – 1200°C). Obsahují 7 – 25% Cr a ještě přísadu do 6% Al nebo Si.

Feritické a poloferitické Cr oceli se používají na součásti odolávající žáru i v redukčním a sirném prostředí do 850 – 1150°C.

Astenitické oceli jsou určeny pro oxidační prostředí a teploty 1000 – 1200 °C v hutním a sklářském průmyslu.

75. Žáropevné oceli a slitiny

Odolávají tečení a relaxaci v rozmez í teplot 450 – 750 °C, čímž navazují na pracovní rozsah feriticko-perlitických a bainitických ocelí pro ocelové konstrukce a vyšší teploty. Podle fázového složení matrice se dělí

- feriticko-bainitické – nízký obsah C (do 0,3%), legující prvky 3% Cr do 1% Mo, V, W. Pracovní teploty nejčestěji do 580 °C. Použití na parní potrubí a součásti parních turbín.

- martensitické oceli – jsou odvozeny od Cr kalitelných nerez. ocelí pomocí karbiditvirných prvků Mo, Nb, Ti, V a W. Pracovní teplota do 625°C.

- austenitické oceli – převážně CrNi kombinace. Pracovní teplota do 650°C odpovídá nerez. stab. oceli typu 18-10 nebo za tepla vytvrzované oceli typu 13-13 a 17-13 s přísadami Mo a W. Vrcholnou ocelí je vytvrzovaný typ 15-35 s přísadami W, Ti, Al a B, použitelný na součásti parních turbín do 750°C.

76. Vysoko pevné oceli (MTZ, Maraging, TRIP)

77. Požadavky na materiály na nástroje

Jsou to legované ušlechtilé oceli obsahují většinou 0,6 – 1,3% C a přísady karbidotvorných prvků (Cr, W, Mo, V), ale i nikl a křemík.

Vysoká prokalitelnost, pomalý pokles tvrdosti s rostoucí teplotou nástroje.

78. Druhy nástrojových ocelí a jejich rozdělení

Dělí se podle legujících prvků

- Chromové nástrojové oceli – obsah Cr odstupňován v řadě do 2%, 5% a 12%. %Cím větší pracovní teplota nástroje, tím musí být menší obsah C. Kalí se při teplotách okolo 850°C a popouští za nízkých teplot, dostáváme HRC 62.

- Niklochromové oceli – (do 5% Ni, do 2% Cr, 0,4-0,6% C), používají se na nejvýše namáhané nástroje pro tváření za studena (ražení, kalibrování),ale i za tepla (zápustkové kování). Zušlechťuj í se na sorbitickou strukturu a pevnost 1300 – 1600 Mpa.

- Wolframované oceli – (do 10% W, 0,4 – 1,4% C), při středním legování 5% W a nižším obsahu C jsou vhodné pro nástroje k ražení a protlačování, při vyšším obsahu C se používají pro práci za tepla (střihadla, kovadla lisů). Kalení 1150°C. Popuštění na 2. tvrdost.

79. Nástrojové oceli nelegované

Určené na řezné nebo tvářící nástroje. Zpravidla nadeutektoidní (perliticko-cementitické). Na ruční nástroje zpravidla podeutektoidní, ekvivalentní ušlechtilým konstrukčním ocelím. Nadeutektoidní se kalí z 740-780 °C do vody, popouštějí se na 100-250°C. Malá prokalitelnost brání snížení houževnatosti jádra. Na obrábění dřeva, nebo méně namáhané nástroje na obrábění za studena.

80. Nástrojové oceli legované

viz otázka 78.

81. Rychlořezné oceli

Vysokolegované, ušlechtilé. 15-30% přísad (W, Mo, Cr, V, Co). 0,8-1,3%, ledeburitické. Mají více variant chemického složení v závislosti na způsobu obrábění a materiálu obrobku. Kalí se z teplot 1200-1300 °C proudem vzduchu, olejem nebo do solné lázně (500°C). Obvykle se popouštějí na druhou tvrdost, čímž dosahují min. 62 HRC. Břity si zachovávají tvrdost asi až do 600°C, což umožňuje vysoké obr. rychlosti – 80 u oceli a až 400 m.min^-1 u hliníku.

82. Zvláštnosti tepelného zpracování nástrojových ocelí a povrch. úpravy

Požadavky na vysokou tvrdost na povrchu, ale ne v celém profilu. Proto je žádoucí ne příliš velká prokalitelnost, aby se neztratila houževnatost jádra. Obvyklé je popouštění na druhou tvrdost, čímž se dosahuje HRC vyšší než 60.

83. Ostatní nástrojové materiály (slinuté karbidy, stellity, keramika)

Obvykle vysoká tvrdost, slinuté karbidy se používají například v podobě vyměnitelných břitových destiček. Dovolují vyšší řezné rychlosti než oceli, nicméně nevýhodou je vysoká cena.

84. Litiny (druhy, jejich stručná charakteristika)

Základní rozdělení je dáno způsobem krystalizace, dělí se na

a) Cementitické

Uhlík je zde přítomen převážně ve formě cementitu

o bílá litina

o litina k temperování

b) Grafitické

Uhlík přítomen převážně ve formě grafitu

o šedá litina s lupínkovým grafitem

o šedá litina s jemným neusměrněným lupínkovým grafitem

o vermikulární litina s červíčkovitým grafitem

o tvárná litina s kuličkovým grafitem

o temperovaná litina

c) Tvrzené

Uhlík v povrchových vrstvách ve formě cementitu, v jádře ve formě grafitu.

85. Způsob krystalizace, struktura a vlastnosti šedé litiny

Množství uhlíku přesahuje 2,1 %. Krystalizace probíhá podle stabilní soustavy železo-grafit. U podeutektických šedých litin začíná vylučováním dendritických krystalů austenitu z taveniny. Při eutektické teplotě se zbylá tavenina přemění v grafitové eutektikum, mající tvar buněk. Množstvím a velikostí buněk je dána velikost a uspořádání graf. tvarů v litině.

Pří malém přehřátí nad likvidickou teplotu vznikají hrubé lupínky grafitu.

Větší přehřátí a rychlé ochlazení vede ke vzniku jemnějších lupínků. Jemnost je ovlivněna i přísadami. Čím jemnější grafit, tím pevnější litina.

Struktura závisí na způsobu eutektektoidní přeměny. V závislosti na rychlosti ochlazení může proběhnout buď podle stabilní, nebo metastabilní soustavy. Probíhá li podle stabilní, je matrice tvořena grafitovým eutektoidem s převahou feritu. Na strukturu mají kromě Fe a C vliv i další složky, například fosfid železa, cementit, sulfidy. Dále ovlivňují i prvky jako Si, Mn, S, P… Pro posouzení vlivu obsahu C, Si, P se určuje stupeň eutektičnosti S_e (do 1 podeutektická, 1 eutektická, nad 1 nadeutektická.)

Mechanické vlastnosti ovlivněny tvarem, velikostí a rozložení grafit. Většinou používána litina s perlitickou základní hmotou. Ve srovnání s ocelí má menší pevnost v tahu, krutu i ohybu (až 2x). Má prakticky nulovou tažnost, rázovou houževnatost a tvařitelnost. Lepší tažnost mají litiny s lupínkovým grafitem. Pevnost v tlaku je asi trojnásobkem pevnosti v tahu. Tvrdost odpovídá oceli (HB=180-270). Dobré kluzné vlastnosti (pro vzájemně se pohybující součásti).

86. Způsob výroby a vlastnosti temperovaných litin

Jde o slitinu železa s uhlíkem a dalšími prvky. V důsledku chem. složení ztuhne jako cementitická litina. Temperováním dojde k rozpadu cementitu na železo a grafit, který je vyloučen buď zčásti, nebo úplně v zrnité nebo vločkovité formě jako temperový. Temperovanou litinu dělíme podle charakteru lomu a mikrostruktury na

o Temperovanou litinu s černým lomem

Feritická nebo perlitická základní hmota, první má nízkou pevnost, ale je houževnatá, druhá je pevnější, ale méně houževnatá

o Temperovanou litinu s bílým lomem

Na povrchu je feritická, ale v jádře perlitická.

Mechanickými, fyzikálními i technologickými vlastnostmi je mezi šedou litinou a ocelí na odlitky. Odlitky jsou lehčí než ocelové, mají lepší obrobitelnost, přídavky na obrábění jsou menší. Minimální tažnost od 1% do 12 % při pevnosti v tahu od 300 do 800 Mpa.

E=140-190 GPa. Horší zabíhavost a větší smrštění než u šedé litiny.

87. Způsob výroby a vlastnosti tvárné litiny

Slitina Fe, C a dalších prvků. Množství uhlíku zde přesahuje maximální hodnotu rozpustnosti v austenitu. Krystalizuje ve stabilní soustavě, většina uhlíku vyloučena jako kuličkový grafit. Obsah uhlíku je obvykle 3,2-3,9 %. Přidáním hořčíku a ferosilicia do roztavené litiny se ovlivní mechanismus krystalizace grafitu. Místo lupínkového je kuličkový, který ovlivňuje základní hmotu méně. Feritická, perlitická, příp. feriticko-perlitická základní hmota. Vlastnostmi tvoří přechod mezi šedou litinou a ocelí. U pelitických pevnost v tahu 450-900 Mpa, tažnost 2-10%. Feritické pevnost 350-400 MPa, tažnost je větší, 15-22%. Malá citlivost na účinky vrubu při rázovém namáhání, vysoká hodnota útlumu. Horší slévatelnost než šedá litina.

88. Tepelné zpracování litin

Grafitické litiny

Nejčastěji je to žíhání, zejména za účelem snížení zbytkových napětí, snížení tvrdosti a normalizační. K docílení vyšší oděruvzdornosti se užívá kalení, někdy i s popouštěním. Martensitická matrice se získává jak přímým kalením, tak i termálním a izotermickým. Časté je i povrchové kalení

Bílá litina

Nejvýznamnější je TEMPEROVÁNÍ. Jde o dlouhodobý ohřev s cílem rozložit ledeburitický a perlitický cementit na železo a grafit. Při temperování v oxidačním prostředí dochází i k oduhličení povrchu. Vhodnou kombinací obou dějů lze získat několik druhů temperované litiny.

Temperování v neutrálním prostředí charakterizuje grafitizace ledeburitického a příp. i perlitického cementitu. Teploty kolem 950-1000°C. V moderních pecích s plynnou atmosférou to trvná kolem 30 hodin, někdy i déle při méně vhodném složení. Výroba perlitické litiny vyžaduje jen 1. stupeň grafitizace, takže ochlazování může být rychlejší.

V oxidačním prostředí se nejprve oduhličí povrchová vrstva, kde dojde k rozpuštění cementitu v austenitu. Následuje difúze uhlíku z jádra na povrch, za současné grafitizace v jádře, takže se oduhličení jádra zpomalí. Teploty 1000-1050°C. U tenkostěnných odlitků asi 60 hodin.

89. Základní vlastnosti a použití technicky nejdůležitějších neželezných kovů

Základními kritérii jsou teplota tavení, měrná hmotnost a chemická stálost. Rozeznáváme

o Lehké kovy (Al, Mg, Ti) s měrnou hmotností do 5000 kg.m^-3

o Kovy s nízkou teplotou tavení (do 500°C), např. Pb, Sn, Zn

o Kovy se střední teplotou tavení (1000-1500°C), např. Cu, Co, Ni

o Kovy s vysokou teplotou tavení (1800-3400°C), např. Cr, Mo, Nb, Ta, V, W

o Ušlechtilé kovy (elchem. potenciál +0,5 až 1,5V) např. Ag, Au, Pt

Světově se jich vyrábí a spotřebuje řádově méně než železných kovů, ale v jistých aplikacích se těžko nahrazují. Hlavními oblastmi použití jsou vysoká tepelná vodivost nebo elektrická vodivost, nízká měrná hmotnost, dobré kluzné vlastnosti výrobku často ve spojení s dobrými pevnostními a plastickými charakteristikami při nízkých nebo naopak vysokých teplotách.

90. Tvářené slitiny mědi (mosazi, bronzy)

Mosazi

Slitiny mědi se zinkem. Zn je v Cu rozpustný do 38%. S rostoucím obsahem Zn se zvyšuje pevnost i tažnost. Jednofázové mosazi mají dobrou tvařitelnost za studena, odolnost proti atmosférické korozi, leštitelnost atd. Tvařitelnost za tepla závisí na dodržení optimálních tvářících podmínek. Mosazi pro tváření za studena obsahují až 37% Zn.

Slitiny s obsahem Zn do 20 % (tombaky) lze tvářením za studena zpevnit až na 600 MPa. Vhodné pro povrchové úpravy. Měřící přístroje, bižuterie.

Hlubokotažné mosazi (30-33% Zn) pro nábojnice, hudební nástroje. Mechanické vlastnosti výrazně závisí na velikosti zrna.

Automatové mosazi(37-42% Zn, 1-4% Pb) dvoufázové. Dobře tvařitelné za tepla. Nevýhodou je citlivost na korozi pod napětím. Výrobky se zvýšeným zbytkovým napětím vystavené koroznímu (především amoniaku) prostředí samovolně praskají. Žíhají se ke snížení napětí 250-300°C po dobu 1-2 hodiny. Vhodné na výkovky na armatury.

Speciální mosazi zahrnují Mosazi s velmi dobrou korozní odolností (trubky pro výměníky a kondenzátory) Mosazi s vynikajícími pružinovými vlastnostmi (vysoce namáhané pružiny) Mosazi pro hydrauliku (pro vysoké tlaky a kluzné rychlosti).

Bronzy

Slitiny mědi s někt. prvky (Sn, Pb, Al, aj.)

Cínové bronzy mají až 8 % Sn k tváření a až 12 % Sn na odlitky. Tvářením za studena se dá zvýšit pevnost až na 800 MPa. Velké teplotní rozmezí mezi likvidem a solidem. Odolávají korozi v atmosféře a mořské vodě, ale jsou citlivé na kys. dusičnou, amoniak a sírovku. Legují se fosforem (lepší pevnost a tvrdost, ale horší tvař. za tepla.) Konektory, pružiny…

Hliníkové bronzy jsou slitiny mědi s hliníkem a dalšími legurami, např. Fe, Ni a Mn. Celkový podíl těchto prvků je 5-12%. Dobře tvařitelné za tepla i slévatelné. Dobrá korozivzdornost v prům. atmosférách. Rozesere je amoniak (praskaj). V převodových mechanizmech a armaturách. Také na nástroje ve výbušných prostředích (doly apod.)

Niklové bronzy 10-30% Ni, na boilery, zásobníky teplé vody, kondenzátory, tlakové nádoby. S rostoucím obsahem niklu klesá konduktivita. Častá povrchová oxidace, aby povrch působil jako izolátor. Konstantan (CuNi45) je typickým materiálem pro výrobu odporů.

Beryliový bronz 2% Be a malé přísady Ni a Co. Vynikající pružiny, skvělá konduktivita. Jedná se o nejiskřivý prvek. Beryllium je zdravotně závadné.

Olověné, cínoolověné a červené Cu-Pb, Cu-Sn-Pb, Cu-Sn-Zn, až 30% Pb nebo až 10% Zn. Dobrá tepelná konduktivita a výborné kluzné vlastnosti, používají se na ložiska pracující ve vyšších teplotách. Červené bronzy jsou výborně slévatelné a mají dobré kluzné vlastnosti.

91. Slévárenské slitiny mědi

Například slévárenské mosazi. Obsahují 25-39% Zn. Nízkolegované Al, Fe, Mn, Ni a Sn, pro zlepšení obrobitelnosti i 1-3% Pb. Podstatně nižší mechanické vlastnosti než tvářené, značně smrštivé a bývají porézní, vhodné hlavně pro armatury. Celkově na slévání docela na piču. Pak ještě cíny, viz přechozí…

92. Tvářené slitiny hliníku

Tvářené vytvrzované slitiny hliníku

Tyto slitiny jsou vícesložkové a tvoří tři hlavní řady

Al-Cu-Mg(Ni) neboli řada 2000. Tyto slitiny se také nazývají Duraly, neboť jsou odvozené od kdysi patentované slitiny. Jsou dobře tvárné za tepla i za studena. Jsou vhodné pro tvářené součásti motorů pracujících při zvýšených teplotách (do 260°C).

Al-Si-Mg neboli řada 6000 má z vytvrzovaých slitin nejmenší pevnost, ale velmi dobrou korozivzdornost a svařitelnost. Používají se pro výrobu dopravních prostředků a v přesné mechanice.

Al-Zn-Mg-(Cu) neboli řada 7000. Bez přísady Cu mají velkou teplotní stabilitu roztoku a, což usnadňuje vytvrzování v etapě rozpouštěcího žíhání. Odolnost proti korozi se zvyšuje dvojitým umělým stárnutím. Při vyšším poměru Zn/Mg jsou dobře lisovatelné za tepla. Přísada mědi dodává slitinám vysokopevnou kvalitu (R­­­­­­­­_p0,2>480 MPa.). po vytvrzení za tepla. V tomto stavu jsou ale náchylné k mezikrystalové korozi a ke koroznímu praskání, proto se plátují, stejně jako Duraly.

Tvářené nevytvrzované slitiny hliníku

Slitiny typu Al-Mn (řada 3000) nebo Al-Mg (řada 5000) se nevytvrzují. Zpevňovat lze jen tvářením za studena. Jsou dobře svařitelné, mají velmi dobrou odolnost proti korozi i mořské vodě. Jsou leštitelné a eloxovatelné. Použití v chemickém a potravinářském průmyslu, dopravě, stavebnictví.

93. Slévárenské slitiny hliníku

Oproti tvářeným mají vyšší obsah přísad, určitý podíl eutektika ve struktuře a horší mechanické vlastnosti. Odlévají se do pískových forem, kokil, nebo tlakově lijí. Způsob odlévání spolu s chemickým složením a tepelným zpracováním ovlivňuje podstatně konečné vlastnosti.

Slitiny typu Al-Si, tzv. siluminy obsahují 5-12% Si, plus další, třeba Mn, který eliminuje nepříznivý vliv příměsí Fe na tažnost, houževnatost a slévárenské vlastnosti. Přidáním Cu zvýšíme tažnost, ale zhoršíme korozivzdornost. Nejlepší jsou 10-12 %. Mají nízkou měrnou hmotnost (2650 kg.m^-3), odolnost proti korozi, malý sklon k zadírání, dobrou zabíhavost, malou smrštivost. Obrobitelnost kapku horší.

Siluminy s přísadou Mg nebo Cu a Ni se vytvrzují za tepla, Rm 250-300 MPa, malá tažnost.

Slitiny typu Al-Mg mají 3-11% Mg, pčísadu Mn eliminující škodlivý vliv Fe a přísadu Si ke zlepšení slévárenských vlastností, ale zhoršuje vzhled povrchu. Vysoká odolnost proti korozi, dobrá leštitelnost. Odlitky které odolávají korozi i mořské vodě. Měrná hmotnost 2500 kg.m^-3.