Zvyšování kvality výuky technických oborů

Transkript

1 Zvyšování kvality výuky technických oborů Klíčová aktivita V.2 Inovace a zkvalitnění výuky směřující k rozvoji odborných kompetencí žáků středních škol Téma V.2.9 Materiály v automobilovém průmyslu Kapitola 19 Speciální slitiny neželezných kovů a prášková metalurgie Mgr.Josef Grochovský

2 Obsah Ú v o d - anotace..1 1 Speciální slitiny neželezných kovů a prášková metalurgie Doporučená literatura: Použitá literatura a zdroje: Seznam obrázků... 6

3 Ú v o d - anotace Žáci se seznámí se speciálními slitinami neželezných kovů a jejich kompozicemi. Dále se seznámí s principem výroby kovových prášků a jejich základním značením a vývojem některých perspektivních materiálů zvyšujících pevnost, odolnost proti korozi atd. Získají představu, co jsou to inteligentní materiály. Materiál je určen pro výuku technologie v 1. ročníku vzdělávacího oboru L/01 Autotronik, ale umožňuje rozšířit a lépe pochopit obdobné učivo i dalších automobilových oborů. V závěru kapitoly jsou otázky k procvičení učiva. 3

4

5 1 Speciální slitiny neželezných kovů a prášková metalurgie Pro výrobu kluzných ložisek se používají lehkotavitelné ( tzv. cínové a olověné kompozice) a těžkotavitelné slitiny (cínové, olověné a červené bronzy). Cínové kompozice obsahují vždy Sn, Sb a Cu. Olověné kompozice jsou slitiny Pb, Sn, Sb a Cu. Pájky jsou slitiny neželezných kovů, kterých se používá v roztaveném stavu pro vytvoření nerozebíratelného spojení kovů. Rozeznáváme pájky měkké s teplotou tání do 500 C a pájky měkké s teplotou tání nad 500 C. Podle normy rozeznáváme pájky cínové, hliníkové, mosazné, niklové, olověné a stříbrné. Otázky a cvičení k opakování Vyjmenuj technicky nejvýznamnější lehké kovy. Jak rozdělujeme hliník podle obsahu nečistot? Vyjmenujte nejdůležitější slitiny hliníku. Jaké vlastnosti mají odlitky ze slitin hliníku? Vyjmenujte, co se vyrábí z hliníkových slitin v automobilovém průmyslu. Prášková metalurgie - kovové prášky Zabývá se výrobou prášků z čistých kovů, slitin a kovových sloučenin, které se zpracovávají tlakem a teplem bez tavení. Tento druh technologie nazýváme slinování nebo spékání. Vyrábějí se prášky všech technicky důležitých kovů a jejich slitin. Kovové prášky jsou normalizovány, rozdělují se podle chemického složení a označují se podobně jako oceli. První dvojčíslí je 18, další tři čísla určují blíže materiál prášků, např. železné prášky mají třetí číslicí nulu, a doplňková číslice udává druh prášků podle zrnitosti. Také kovový odpad, který důležitou surovinou třídíme na různé druhy (např. ocelové třísky, výseky) a třídy (např. ocelový a litinový). Největší význam má zpracovatelský odpad, který vzniká při zpracování oceli. 1

6 Vývoj perspektivních kovových materiálů Nedostatek surovin, negativní a zvětšující se vliv průmyslové výroby na životní prostřední, snaha o energetické úspory a dosažení větší metalurgické čistoty, zvýšené požadavky na mechanické vlastnosti a konstrukční použitelnost materiálů a jejich zpracovatelnost směřují k tomu, že se vyvíjejí perspektivní materiály, které dosahují vysokých pevností, ale i elastického chování. Důležitým ukazatelem kvality materiálu je proto tzv. měrná pevnost (poměr pevnosti a hustoty materiálu) a měrný model pružnosti (poměr modulu pružnosti a hustoty materiálu). Ve strojírenské výrobě tak dochází ke změnám konstrukčních parametrů materiálu a např. pokles hmotnosti vztažených na jednotku výkonu nastal u osobních aut až o 1/4. Pro karosářské díly byly ve světě vyvinuty hlubokotažné oceli, jejíž plechy jsou pozinkované elektrolyticky ( Evropa) nebo žárově (USA, Japonsko). Tyto oceli s nízkým obsahem C (až0,003 %) mají vyšší hodnoty meze kluzu v tahu. Dosáhlo se toho přidáním fosforu nebo křemíku s manganem. Na pevné nosné plechy karoserie se hlavně používají velmi nízkolegované (mikrolegované) oceli nebo oceli feriticko - martenzitické s obsahem C do 0,13 %. Mezi perspektivní oceli patří tzv. izotropní oceli (vlastnosti jsou ve všech směrech stejné) s obsahem C 0,001 %, Ti 0,02 % s hodnotou meze kluzu v tahu až 265 MPa. Tuto ocel vyrábí německá firma a vyrábí se z ní např. Škoda Fabia. Ocel maraging původně vyráběna v USA má po vytvrzení až 2,5 krát vyšší mez kluzu v tahu, avšak je až 5 krát dražší než austenitická korozivzdorná ocel. Maraging je slitina Fe a Ni (18%) s nízkým obsahem C (0,01-0,03 %) dolegovaná Co, Ti, Mo a AL. Dalšími perspektivními materiály jsou superslitiny na bázi niklu a kobaltu, které dělíme na korozivzdorné a žárupevné. Mezi perspektivní materiály patří i kompozity, které vznikly fyzikální kombinací jednoduchých materiálů. Patří mezi ně např. pěnový hliník. Je to hliníková slitina s póry (matrice), které jsou vyplněny plynem. Vyrábí se odléváním nebo práškovou metalurgií. Velká pozornost je také věnována tvářeným slitinám hliníku s mědí, hořčíkem, zirkonem a skandiem. Skandium je pokládáno za zvlášť perspektivní přísadu. Hlavní snahou u perspektivních hliníkových slitin je zvýšit odolnost proti korozi a houževnatost, zvýšit teplotní odolnost až do 450 C a zvýšit obrobitelnost slitin bez olova (nahradit škodlivé olovo vizmutem, cínem nebo indiem). 2

7 Mezi perspektivní materiály používané i v automobilovém průmyslu paří i tzv. inteligentní materiály - tj. materiály vybavené logikou, která umožňuje změnu materiálových vlastností na základě vnějších podmínek. Patří k nim např. piezomateriály na bázi vláken olovo-zirkon- titan, které pracují na základě piezoelektrického jevu. Tlakem nebo tahem vzniká na ploše materiálu mechanickým namáháním elektrický náboj a piezoelektřina. Tento jev se využívá například u piezoelektrických snímačů (detekce klepání motoru při spalování), piezoelektrických vstřikovačů paliva aj. Obr.27 - Piezoelektrický snímač klepání Obr.28 - Piezoelektrický vstřikovač motoru paliva Mezi důležité úkoly materiálového inženýrství patří vývoj superlehkých slitin s indiem, vývoj slitin NiTi na materiály s tvarovou pamětí, vývoj tvorby matric pro kompozity s vlákny berylia, molybdenu, karbidu křemíku a všeobecně zdokonalování vlastností změnou struktury materiálů při metalurgické procesu apod. Otázky a cvičení k opakování 1. Proč se vyvíjejí tzv. perspektivní materiály? 2. Co jsou to superslitiny? 3. Vysvětli pojem inteligentní materiály a uveď příklady. 4. Co je to pěnový hliník? 5. Jakými způsoby snižují výrobci pokles hmotnosti automobilů? 3

8 1 Doporučená literatura: HLUCHÝ M., KOLOUCH J. - Strojírenská technologie 1. Praha, Scientia 2007, ISBN POŠTA J. A KOLEKTIV - Opravárenství a diagnostika II. Praha, Informatorium 2002,ISBN DOSEDLA Z. - Materiály a technologie Brno: MU, s. VONDRÁČEK F. - Materiály a technologie I a II Praha: SPN,

9 2 Použitá literatura a zdroje: HLUCHÝ M., KOLOUCH J. - Strojírenská technologie 1. Praha, Scientia 2007, ISBN POŠTA J. A KOLEKTIV - Opravárenství a diagnostika II. Praha,Informatorium 2002 ISBN ELEKTRO odborný časopis pro elektrotechniku, ročník 21, duben 2011 AUTOEXPERT odborný časopis pro autoopravárenství, prosinec 2011, leden+únor, 2012, březen 2012, duben 2012, říjen 2012 AUTOBENEX - odborný časopis společnosti Autobenex, č. 2Q/2012 Hodnocení nárazových testů - Hodnocení závad podle autoklubu ADAC - ADAC duben 2011 Hodnocení výskytu závad v % podle stáří vozidel - společnost TÜV (duben 2010) Obrazová dokumentace převzato z nabídkových katalogů autodílů (e- shopy dodavatelských firem). Konzultace s pracovníky firmy Opravy silničních vozidel, Ostrava - Koblov, ul. Hřbitovní 5

10 Seznam obrázků 1 - Obr. 28 Piezoelektrický snímač klepání motoru..3 2 Obr.29 - Piezoelektrický vstřikovač paliva 3 6

11 3 7

12 8