Titan a jeho slitiny

Titan je lehký (4505 kg.m^–3) kov, s velmi dobrými mechanickými vlastnostmi, nízkou tepelnou i elektrickou vodivostí, velmi dobrou odolností proti korozi. Z technologických vlastností vykazuje velmi dobrou tvařitelnost za tepla, za studena ale jen dobrou. Svařitelnost je dobrá, ale podmíněná slévatelnost a obrobitelnost je velmi obtížná.

Tvářením za studena se dá intenzivně zpevňovat. Tváří se za tepla v teplotách 800-950°C. Za vysokých teplot se nitriduje, oxiduje, rozpouští vodík. Žíhá se ve vakuu (1MPa) nebo v inertní atmosféře. S rostoucí teplotou ztrácí pevnost. Použitelný asi do 300°C.

Používá se v leteckém průmyslu, na plavidla (díky odolnosti proti korozi), také v chemickém (potrubí…) průmyslu. Používá se i na zdravotnické nástroje a implantáty.

Slitiny titanu

a) Prvky zvyšující teplotu přeměny a zvětšující oblast stability a fáze (Al)

b) Prvky snižující teplotu přeměny a zvětšující oblast beta

c) Prvky, které ovlivňují teplotu jen málo (Zr, Sn)

Tepelně se zpracovávají žíháním (rekrystalizační 750-850, na snížení zbyt. napětí 550-600).

Dvoufázové slitiny se kalí a popouštějí. Kalení z teplot 850-900°C do vody. Zpevňující popouštění.

95. Materiály zpracované práškovou metalurgií

Umožňuje vyrobit metalurgicky nemísitelné materiály, což umožňuje slinování (sintrace) prášků kovů, keramiky i plastů. Téměř 100% využitelnost materiálu, nízká energetická náročnost výroby a plná recyklovatelnost provozu. Mechanické vlastnosti – vysoká tvrdost, oděruvzdornost, které jsou schopné si držet do velmi vysokých teplot. Tvrdost materiálů vzrůstá s jemností prášku. Například pro 0,5 mikrometrové je až 2000 HV.

Základem technologie je výroba prášků a jejich následné zhutňování a spékání. Prášek se vytváří rozesíráním kapající taveniny tryskou.

Používají se například v elektrotechnice, elektronice, kosmonautice, jaderné energetice a výpočetní technice.

96. Členění polymerů, charakteristické vlastnosti základních skupin

Polymery se dělí na dvě základní skupiny

o Termoplasty (lineární polymery)

Mají schopnost opakovaně ohřevem měknout a ochlazováním tuhnout v teplotním intervalu charakteristickém pro daný plast.

o Reaktoplasty (síťované polymery)

Může být převeden účinkem tepla, záření nebo katalyzátoru do netavitelného a nerozpustného stavu. Při tomto pochodu se vytvářejí kovalentní příčné vazby mezi makromolekulami, za vzniku struktury prostorové sítě. Pro síťování reaktoplastů se používá název vytvrzování.

97. Vazebné síly v polymerech, vliv na mechanické a fyzikální vlastnosti

Jednotlivé elementy struktury tvoří dlouhá vlákna (fibrily), což má za následek podstatnou anizotropii mechanických vlastností. V podélném směru vykazují polymery dobrou pevnost, ve směru kolmém na vlákna už to není nic moc. Polymery mohou být základem matrice kompozitů, jinak řečeno přimícháme tam něco jinýho a ono se to zlepší…

98. Teplotní závislost modulu pružnosti v tahu polymerních materiálů

(str.82 obr. 2,2-1- cv. sk., musíme si nakreslit jen plastovou matrici.

S rostoucí teplotou klesá E.

99. Zpracování dlouhodobých zkoušek plastů (izochronní křivky)

100. Deformační chování

101. Pevnost a lom polymerů

pracovní didaram různých druhů plastů na str. 79 – cv. sk

102. Členění kompozitních materiálů

Kompozity jsou materiály složené ze dvou nebo více chemicky odlišných složek (fází). Tvrdší, tužší a pevnější nespojitá složka se nazývá výztuž, spojitá a obvykle poddajnější je pak matrice. Mohou obsahovat výztuže různých rozměrů. Ve strojírenství mají největší význam mikrokompozity. Makrokompozity jsou používány hlavně ve stavebnictví (železobeton s ocelovými pruty, polymerbetony s kamenivy). Nanokompozity obsahují částice, jejichž největší rozměr je v nm.

Dělení mikrokompozitů dle materiálu matrice

o polymerní

o kovová

o uhlíková

o skleněná

o sklokeramická

o keramická

Podle tvaru výztuže

o vláknové kompozity (s kontinuálními či krátkými vlákny)

o částicové (sférické nebo destičkovité)

103. Kompozity s vyztužujícími vlákny

Vlákna se vyrábějí skleněná, uhlíková, kovová, polymerní, keramická. Pro matrice polymerní se dají použít skleněná, uhlíková a polymerní, pro vysokoteplotní aplikace se užívají uhlíková, keramická a kovová vlákna.

Výztuž může být orientována buď jednosměrně, dvouose, víceose nebo nahodile. Potřebná tloušťka stěny kompozitního dílu se obvykle vytváří z elementárních vrstev. Vzniká tak laminát s vlastnostmi závislými na orientaci v jednotlivých vrstvách. Jsou-li orientována jednosměrně v elementární vrstvě, bude laminát téměř izotropní.

Lamináty jsou většinou symetrické kolem střední roviny nebo střední vrstvy. Kompozity mají tu výhodu, že vydrží víc poruch díky více vrstvám a překážkám pro šíření poruch. Oproti homogennímu materiálu mohou být poruchy matrice i vláken četnější a přesto nevedou k lomu.

104. Anizotropie kompozitu – charakteristika orthotopní vrstvy

Mnoho kompozitních struktur je možno považovat za soustavu elementárních vrstev. Pomocí mikromechanických výpočtů lze určit tuhosti a pevnosti elementární vrstvy kompozitu.

Elastické konstanty orthotopní vrstvy jsou

1) modul pružnosti v tahu ve směru vláken E₁.

2) modul pružnosti ve směru kolmém E₂.

3) modul pružnosti ve smyku G₁₂

4) Poissonův poměr v₁₂ určovaný při jednoosém tahovém zatížení jako poměr příčné poměrné deformace

Modul pružnosti vrstvy lze určit ze vztahu E₁=E_fv_f+E_m(1-v_f), kde E_fa E_m jsou moduly pružnosti vláken, respektive matrice. Další vztahy jsou celkem zbytečná záležitost J

105. Konstrukční keramika

Splňuje požadavky na vysoké hodnoty vybraných mechanických vlastností. Jde hlavně o pevnost, modul pružnosti, tvrdost, zejména pak za vysokých teplot a v korozivním prostředí.

Oxidová keramika na bázi Al₂O₃ se podle minerálu korundu nazývá také keramikou korundovou. Vysoká energie vazby mezi hliníkovými a kyslíkovými atomy je příčinou vysoké teploty tání (2050°C) vysoké tvrdosti a vysoké pevnosti v ohybu, která se výrazně zmenší až při teplotě 1000 °C.

Zirkončitá oxidová keramika má mnohem menší význam, objemové změny při transformaci tetragonální mřížky se projeví zvětšením lomové houževnatosti.

Neoxidová keramika

Nejdůležitější je karbid křemíku Si-C a nitrid křemíku Si₃N₄.

Karbid křemíku má kubickou krystalovou strukturu diamantového typu, ve které je polovina atomů uhlíku nahrazena atomy křemíku. Vazby mají převážně kovalentní charakter. Patří mezi nejpevnější keramiku, komerčně se však využívá hlavně pro vysokou tvrdost. Elektricky se chová jako polovodič. Má malou tepelnou vodivost při malé teplotní roztažnosti, což má za následek dobrou odolnost proti teplotním šokům.

Nitrid křemíku má také převažující kovalentní charakter vazeb mezi atomy. Má hexagonální strukturu. Má vyšší pevnost při teplotách nad 1000°C, lepší odolnost proti oxidaci a korozi, než kovy. Celkově se vyznačuje unikátní kombinací vysokoteplotní stability mechanických vlastností, odolností proti oxidaci a teplotním šokům. Mechanické vlastnosti jsou silně závislé na technologii zpracování prášků.