1) PRINCIP VÝROBY SUROVÉHO ŽELEZA (ZÁKLADNÍ SUROVINY, VYSOKÁ PEC)

Transkript

1 1) PRINCIP VÝROBY SUROVÉHO ŽELEZA (ZÁKLADNÍ SUROVINY, VYSOKÁ PEC) výroba ze železných rud v hutích rudy obsahují: magnetovec (magnetit) Fe3O4 (55 56% Fe) hematit (krevel) FeO3 (30 65% Fe) limonit (hnědel) Fe 2 O 3 H 2 O (30 40% Fe) siderit (ocelek) FeCO3 (25 40% Fe) palivo je metalurgický koks (obsahuje asi 90% C) struskotvorné látky: vápenec (CaCO 3 ) dolomitický vápenec - CaMg(CO3)2 do spodní části se vhání předehřátý vzduch na C struska a roztavené železo se vypouštějí každé 2 hodiny v pásmu nižších teplot se železné rudy redukují CO nepřímou redukcí 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 FeO + CO Fe + CO 2 (CO2 se ihned redukuje uhlíkem na CO, který znova redukuje rudu) v omezené míře přímou redukcí uhlíkem (stoupá spotřeba koksu) FeO + C = Fe + CO CO a C v koksu jsou základní redukční látky ve vysoké peci mimo nerosty obsahují rudy příměsi hlušiny při výrobě reagují oxidy železa s CO a uhlíkem ve vysoké peci. Vysoká pec se nepřetržitě automaticky plní vrstvami koksu, železné rudy a vápence. Spalováním koksu se v dolní části vysoké pece dosahuje teploty C. Struska i roztavené železo se z vysoké pece vypouštějí zvlášť, přibližně každé 2 h. Hutníci mluví o odpichu železa a strusky. Surové železo (litina) obsahuje různé přísady (C, Si, P, Mn, ), vyznačuje se velkou pevností a stálostí na vzduchu, je však křehké a není kujné. (odlévají se z něj potrubí, kotle, topná tělesa) 2) VÝROBA OCELI ZE SUROVÉHO ŽELEZA (VYSVĚTLIT POJMY: ZKUJŇOVÁNÍ, DESOXIDACE A ROZDĚLENÍ OCELÍ DLE ZPŮSOBU DESOXIDACE) surové železo se dále zpracovává v kyslíkovém konvertoru. Mění se chem. sl. sur. Fe snižuje se obsah C, Si, P, S a upravuje obsah Mn Zkujňování: cíl procesu: odstranit ze surového železa a ocelového odpadu nežádoucí příměsové prvky (C, Mn, Si, P, S) v takové míře, aby vyrobená ocel měla požadované mechanické a technické vlastnosti Odstranění nežádoucích prvků ze vsázky se děje jejich oxidací. Oxidačním činidlem je FeO (přidává se ve formě rudy do vsázky, nebo vzniká oxidací vsázky během tavení). Produkty oxidace jsou buď plynné (CO), nebo jako oxidy přecházejí do strusky a se struskou jsou odstraněny. FeO oxiduje nežádoucí součásti vsázky: uhlík: FeO + C Fe + CO (CO probublává = uhlíkový var) křemík: 2FeO + Si 2Fe + SiO2 do strusky mangan: FeO + Mn Fe + MnO do strusky Desoxidace

2 děj, při kterém zastavujeme uhlíkový var prostřednictvím přidání prvků. které mají vyšší příbuznost k O než má Fe (Pokud nesnížíme desoxidací obsah FeO dostatečně hluboko, proběhne při poklesu teploty reakce: FeO + C Fe + CO uhlíkový var) uskutečňuje se přidáním FeMn (feromangan), FeSi (ferosilicium) a Al do lázně konečné složení oceli se v tavícím procesu dále upravuje přísadou legujících prvků ve formě feroslitin CO v tuhnoucí tavenině probublává v počátku tuhnutí do atmosféry. Po ztuhnutí zůstává uzavřen v oceli a tvoří bubliny. Podle toho, jak hluboko je snížen v oceli obsah FeO, rozdělujeme tvářené oceli na: uklidněné zcela zastavena uhlíková reakce neuklidněné vyrábí se bez desoxidace nebo jen s velmi omezenou desoxidací polouklidněné desoxidační činidlo není dostatečně silné (vzniknou přerušením varu před ukončením reakce uhlíku s kyslíkem (mechanicky zvýšením tlaku, nebo chemicky přísadou silnějších dezoxidačních prvků, popř. oběma těmito postupy)) 3) DEFINUJTE OCEL ocel dle ČSN EN slitina Fe a C, která obsahuje maximálně 2% C hmotnostní podíl Fe je větší, jak kteréhokoliv jiného prvku slitina obsahuje i jiné prvky (ocel je polykomponentní) 4) KRITÉRIA ROZDĚLENÍ PRVKŮ VE SLITINÁCH Fe + C prvky doprovodné ze surovin používaných k výrobě (přecházejí do ocelí a litin v různých fázích výroby) prospěšné: Mn, Si, Al škodlivé (nečistoty): P, S, H, O, N prvky přísadové (legury) záměrně přidáváme: Cr, Mn, Ni, Si, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, základní kritérium rozdělení chemické složení: nelegované legované obsah přísadových prvků: Mn > 1,65% Si > 0,50% Cr, Ni > 0,3%, (W,V, Al, Mo, > 0,1% (příp. 0,08%); Cu, Pb > 0,4%) nižší obsahy prvků nejsou v ocelích považovány za přísady 5) DOPROVODNÉ PRVKY PROSPĚŠNÉ CHARAKTERISTIKA, OBSAHY Mn v každé oceli pozitivní vliv na pevnostní charakteristiky (zvyšuje mez kluzu a pevnosti) u legovaných ocelí 2 12%; grafitické litiny (hl. s lupínkovým grafitem) do 1% austenitotvorný prvek (stabilizuje austenit), karbidotvorný (má schopnost tvořit karbidy) Si v každé oceli (do 0,5%) křemíkové oceli (okolo 2,5%) jádro transformátoru feritotvorný, netvoří karbidy zvyšuje tažnost a pevnost feritu X při vyšších obsazích snižuje houževnatost P 6) DOPROVODNÉ PRVKY ŠKODLIVÉ CHARAKTERISTIKA, OBSAHY

3 vždy, obtížně se ho zbavuje do cca 0,03% zvyšuje tvrdost a pevnost X zvyšuje křehkost po TZ umělecká litina až 1% - schopnost odlévání složitých konstrukcí S z rudy a koksu v tisícinových koncentracích; u litin desetiny váže se: FeS, MnS, (Fe, Mn)S zhoršuje mechanické vlastnosti, zhoršuje svařitelnost N je absorbován z atmosféry H zdroj je vodní pára přítomen jako: molekulární nebo methan negativní: vodíková koroze, praskání 7) VZNIK PŘESYCENÉHO TUHÉHO ROZTOKU A JEHO PRECIPITAČNÍ ROZPAD Přesycený roztok vzniká: buď rychlým ochlazením u slitin, jejichž koncentrace leží v rozmezí křivky poklesu rozpustnosti nebo bezdifuzní přeměnou tuhého roztoku s vyšší rozpustností přísady na tuhý roztok s nižší rozpustností přísady Důvody a průběh rozpadu přesyceného tuhého roztoku: přesycený tuhý roztok je nerovnovážný soustavy (slitiny) mají snahu existovat v rovnovážném stavu rozpad posouvá přesycený tuhý roztok směrem k rovnováze Precipitace (kontinuální) proces, při němž probíhá: difuze atomů přísadového prvku mřížkou přesyceného tuhého roztoku hromadění atomů přísad ve vhodných místech (např. v okolí poruch mřížky) vznik drobných částic příslušné intermediální fáze (tj. vznik precipitátů) 8) STÁRNUTÍ FERITU V POLYMORFNÍCH OCELÍCH polymorfní ocel ferit ve smíšené struktuře, např. ferit+ terciální cementit, ferit+ terciální cementit+perlit po rychlém ochlazení ferit přesycen C a N (vliv křivky poklesu rozpustnosti C v αfe) přesycení tím větší, čím větší je obsah C a N a čím vyšší je rychlost ochlazování atomy C a N umístěny náhodně není výrazná Re proces stárnutí přesyceného feritu: už za pokojové teploty atomy C a N k poruchám (dislokacím) Cottrellovy atmosféry výrazná Re při vyšší teplotě a delší době - další hromadění atomů C a N nehomogenní tuhý roztok vznik přechodných koherentních precipitátů Fe2,4C a Fe16N2 růst Rm, Re, HB; pokles A, Z při dalším zvýšení teploty a doby - ztráta koherence, vznik stabilních precipitátů Fe3C, Fe4N opačná tendence změny vlastností stárnutí feritu = nepříznivý jev, zvláště u ocelí do 0,2% C stárnutí po zakalení; deformační stárnutí 9) ROZPAD FERITU A AUSTENITU V NEPOLYMORFNÍCH OCELÍCH nepolymorfní oceli vysokolegované oceli (např. Cr, Ni) struktura je tvořena buď jen feritem, nebo jen austenitem, z nichž precipitují karbidy a nitridy negativní dopad: tvorba karbidů a nitridů v matrici zvýšení křehkosti

4 odčerpání legur z matrice snížení zvláštních vlastností, např. korozivzdornosti mezikrystalová koroze pozitivní dopad: vytvrditelné austenitické oceli Ni, Cr; W, Mo, V, Ti, B, Al rozpouštěcí žíhání a stárnutí výrazné zpevnění důvodem přesycení feritu je zde větší rozpustnost C a N v austenitu než ve feritu přeměna bez difuze všechen C a N, který byl rozpuštěn v austenitu, zůstane uzavřen ve feritu 10) KINETIKA AUSTENITIZACE, AUSTENITIZAČNÍ DIAGRAMY Homogenizace austenitu proces závislý na teplotě a na čase; také na výchozí struktuře: austenitizační diagram izotermický za dané teploty doba začátku austenitizace (ve struktuře se objeví 0,5% A) doba ukončení austenitizačního procesu (99,5% A) dokončení austenitizace až při homogenním A anizotermický austenit + zbytky perlitického cementitu (oblast mezi 1. a 2. křivkou) chemicky nehomogenní austenit místní rozdíly v obsahu uhlíku a ostatních prvků homogenní austenit po difuzních přesunech atomů přísad, určující je difuzivita substitučních prvků 11) MARTENZITICKÁ PŘEMĚNA bezdifuzní přeměna nízká teplota přeměny (mezi teplotami Ms a Mf) = velké přechlazení pod Ac1 kritická rychlost ochlazování A(c) T M(c) + zba(c) fcc tetragonální fcc mřížka martenzitu: prostorově středěná tetragonální; tetragonalita způsobená přesycujícím uhlíkem jeho atomy v jedné ze tří oktaedrických intersticiálních poloh mřížky alfa Fe nedojde ke změně chem. složení, změna mřížky (hromadné přeskupení atomů Fe a přísad) martenzit = nerovnovážný přesycený tuhý roztok uhlíku v αfe tvrdost a teplotní pásmo Ms a Mf závisí na obsahu C

5 12) DIAGRAMY IRA transformační diagram rozpadu přechlazeného austenitu izotermický rozpad austenitu (při konst. teplotě) křivky začátku (s-start) a konce (f-finish) perlitické a bainitické přeměny = C křivky vlevo od křivek začátku přeměny (s) je austenit, vpravo od křivek konce přeměny (f) jsou produkty příslušné přeměny, mezi křivkami (s) a (f) přeměna postupně probíhá martenzitická přeměna pod teplotou Ms vliv přísad na diagramy IRA: přísady (kromě Al a Co) posouvají křivky (s) a (f) doprava karbidotvorné prvky mění tvar křivek oddělují od sebe perlitickou a bainitickou přeměnu 13) DIAGRAMY ARA transformační diagram rozpadu přechlazeného austenitu anizotermický rozpad austenitu (při plynule proměnné teplotě) křivky začátku a konce přeměn s podobným významem jako v diagramu IRA křivky rychlosti ochlazování v jejich směru se sleduje průběh přeměn rychlost 1 hrubý perlit rychlost 2 jemný perlit rychlost 3 jemný perlit, horní a dolní bainit rychlost 4 horní a dolní bainit rychlost 5 kritická rychlost martenzitické přeměny martenzit a zbytkový austenit rychlost 6 martemzit a zbytkový austenit v k kritická rychlost ochlazování nejnižší rychlost ochlazování, při které dojde k transformaci A M bez vzniku dalších fází čím rychleji, tím vyšší pnutí 14) ČTYŘI STADIA POPOUŠTĚNÍ VLIV NA STRUKTURU A VLASTNOSTI I. do asi 200 C

6 rozpad tetragonálního martenzitu na kubický martenzit a přechodový ε-karbid Fe2,4C zmenšení měrného objemu, mírné snížení tvrdosti II. (200 až 300) C rozpad zbytkového austenitu na strukturu bainitického typu přeměna značí vzrůst tvrdosti, který se ve změně tvrdosti celé struktury objeví více nebo méně výrazně podle původního množství zbytkového austenitu relaxace vnitřního pnutí III. (nad 300 C) přeměna (kubický martenzit+ e-karbid) (ferit+cementit) = sorbit změna tvaru feritu z jehlic na polyedrická zrna (zotavování, rekrystalizace) změna tvaru cementitu z tyčinek na zrna, jejich růst TZ = zušlechťování pokles pevnostních charakteristik, růst deformačních charakteristik a houževnatosti IV. (nad 500 až 600 C) uhlíkové oceli rekrystalizace a hrubnutí zrn feritu, hrubnutí částic cementitu hrubý sorbid snižování pevnostních a růst deformačních charakteristik nízkolegované oceli legování cementitu dalšími prvky (Mn, Cr apod.) legované a vysokolegované oceli vznik speciálních karbidů s mřížkou odlišnou od cementitu zvýšení trdosti = sekundární tvrdost 15) POPOUŠTĚCÍ KŘEHKOST I) nízkoteplotní popouštěcí křehkost NTPK II) vysokoteplotní popouštěcí křehkost VTPK III) anizotermická složka VTPK popouštěcí křehkost odchylka od teoretického průběhu hodnot nárazové práce KV v určitých teplotních rozmezí směrem dolů (k nižším hodnotám ). Největší odchylka v oblasti nízkých teplot okolo C. NTPK. Souvisí se změnami na hranicích původního austenitického zrna. Příčinou poklesu houževnatosti jsou vyloučené částice cementitu, zejména ty které jsou vyloučeny podél hranic austenitického zrna. Tato popouštěcí křehkost způsobuje mezikrystalový rázový lom (interkrystalický) zkřehnutí po hranicích zrn. Tato křehkost je neodstranitelná je to proces nevratný. Důsledek: Tomuto teplotnímu rozmezí ( C ) se vyhýbáme. VTPK II izotermická, má maximum při teplotě 550 C a souvisí s výdrží na teplotě 550 C odstraním přidáním určitých prvků, zejména Mo případně Wo III anizotermická při pomalém ochlazování z vyšších popouštěcích teplot Příčina: Fosfor segreguje na hranicích zrn, kromě toho se v oceli nachází i další nečistoty jako Sn, An, B oslabují hranici vazebné síly na hranici austenitického zrna (vytváří samostatné fáze) tato popouštěcí křehkost je vratná a je odstranitelná 16) ZÁKLADNÍ TYPY ŽÍHÁNÍ U OCELÍ, NORMALIZAČNÍ ŽÍHÁNÍ

7 s překrystalizací homogenizační rozpouštěcí normalizační bez překrystalizace naměkko rekrystalizační ke snížení pnutí normalizační žíhání u podeutektoidních ocelí (u nade. bychom rozpustili CemII, což nechceme) ohřev nad A c3 a ochlazení na vzduchu zjemnění austenitického zrna zrovnoměrnění sekundární struktury k odstranění Widmannstättenovy struktury. 17) DEFINICE KALENÍ, ROZDĚLENÍ, KALÍCÍ PROSTŘEDÍ způsob TZ, při kterém se kov ohřeje na tzv. kalící teplotu a po té se prudce ochlazuje v případě oceli vznik přesyceného tuhého roztoku uhlíku v železe (martenzitu) kalíme proto, abychom dosáhli vyšší, případně maximální tvrdosti výrobku nebo jeho pracovní plochy kalená součást má vyšší tvrdost X nižší houževnatost čím má ocel méně uhlíku, tím rychleji musí být ochlazena s přibývajícím uhlíkem rychlost chlazení zpomalujeme a nejpomalejší je u vysoce legovaných ocelí (legury jsou špatným vodičem tepla, ocel se nedokáže naráz ochladit a popraská) při kalení potřebujeme ocel ochlazovat kritickou rychlostí, volba kalícího prostředí závisí na kalitelnosti a prokalitelnosti: voda nenáročné, levné, nejintenzivnější dosahuje se zde nadkritických rychlostí ochlazování, které jsou nutné pro vznik martenzitické struktury během ochlazování součásti ve vodní lázni dochází k vytvoření tzv. parního polštáře na povrchu kalené součásti, který značně omezuje účinnost ochlazování, proto je doporučeno součástí ve vodní lázni pohybovat, aby byl negativní účinek parního polštáře omezován další možností, jak předcházet vzniku parního polštáře je vhodnou přísadou prvků, které vznik parního polštáře omezují (kyseliny, soli, hydroxidy) nevýhodou tohoto kalícího prostředí je vznik velkých pnutí v zakalené součásti pokud součást při kalení do vody praskne, znamená to, že ochlazování je přílíš rychlé a kalíme pak do oleje. olej mírnější kalicí prostředí ochlazování, 10x menší než voda, minerální oleje teplota 50 C, za provozu olej stárne, proto se filtruje či vyměňuje

8 roztavené solné lázně plynulé ochlazování, dosáhne se nejmenšího vnitřního pnutí vzduch pouze samokalitelné oceli tř. 19, pro zvýšení se vzduch dmýchá pod tlakem 10kPa roztavené kovové lázně používáme jen v některých případech, podobné vlastnosti jako solné lázně 18) MARTENZITICKÉ KALENÍ, PÁSMO KALÍCÍCH TEPLOT, VLIV OBSAHU UHLÍKU vždy ARA diagram; C nad Ac3 (podeutektoidní ocel) Schéma martenzitického kalení podeutektoidní oceli Pásmo kalících teplot způsoby martenzitického kalení: nepřetržité (přímé) podle ARA diagramu lomené do určité teploty ochladím v razantním ochlazovacím prostředí (voda), pak se to dá do mírnějšího termální v termální fázi, jejíž teplota leží nad Ms, se vyrovná teplota na povrchu a středu, poté se provede kalení se zmrazením provede se kalení na 20 C pro snížení zbytkového austenitu zmrazím tyto pochody se provádí pro snížení vnitřních tepelných pnutí (lomené a termální kalení) Vliv obsahu uhlíku rozpuštěného v austenitu na tvrdost uhlíkových ocelí 1 max. hodnoty tvrdosti po kalení (100% martenzitu) 2 po kalení z teploty nad Ac1 3 po kalení z teploty A c % martenzitu ve struktuře 5 po normalizačním žíhání 6 po žíhání naměkko (zrnitý perlit) 19) PROKALITELNOST, PÁS PROKALITELNOSTI

9 prokalitelnost je schopnost materiálu dosáhnout určité tvrdosti do určité hloubky pod povrchem pro určení se používá Jominiho zkouška váleček o stanovených rozměrech se ohřeje na austenitizační teplotu, poté se osadí a na čelo válečku z trysky stříká voda o daném tlaku a teplotě tak dlouho, dokud celý nevychladne, pak se obrousí ve vodní lázni a vzniknou dvě plošky, na kterých měříme tvrdost po celé délce (HV, HRC) vznikne graf závislosti HV na a (vzdálenost od čela) 3 křivka prokalitelnosti 1 nejvyšší možná prokalitelnost pro ocel dané jakosti 2 nejnižší možná prokalitelnost pro ocel dané jakosti záleží na rozsahu chem. složení pro danou jakost (hlavně C) [1,2 hranice pásu prokalitelnosti] diagram Fe-Fe3C a FeC 20) CHARAKTERISTIKA SOUSTAV Fe-Fe 3 C A Fe-C GRAF S OHLEDEM NA MOŽNOSTI TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ OCELÍ A LITIN 21) IZOTERMICKÉ ZPŮSOBY ZPRACOVÁNÍ, TEPELNĚ-MECHANICKÉ ZPRACOVÁNÍ Tepelně-mechanické zpracování kombinovaný účinek tváření a tepelného zpracování používá se zejména ke zvyšování mechanických vlastností legovaných konstrukčních ocelí nejdříve musíme zjemnit zrno A (intenzivní tváření) mechanické zpracování následuje TZ kalení a nízkoteplotní popouštění základní způsoby tepelně-mechanického zpracování: 1 vysokoteplotní tepelně-mechanické zpracování 2 nízkoteplotní tepelně-mechanické zpracování

10 22) POŽADOVANÉ VLASTNOSTI OCELÍ PRO OCELOVÉ KONSTRUKCE vysoká R e, R p 0,2 úspora materiálu Rm méně vyžadováno vysoký modul pružnosti E dobré plastické vlastnosti A, Z dobrá houževnatost nárazová práce KV, KU mez únavy σ C odolnost proti porušení křehkým lomem tranzitní teplota odolnost proti opotřebení dobré kluzné vlastnosti odolnost proti korozi nízká hmotnost a další 23) VLASTNOSTI SVAŘITELNÝCH OCELÍ, ZPŮSOBY ZVYŠOVÁNÍ MEZE KLUZU Vlastnosti svařitelných oceli požadovaná hodnota meze kluzu (běžné oceli mají Re < 350 MPa) dobrá svařitelnost dobrá houževnatost i za teplot -20 C až -30 C odolnost proti porušení křehkým lomem odolnost proti změnám vlastností za provozu stárnutí Zvýšení Re nad 350 MPa se dosahuje: řízeným válcováním (řídím proces do dané teploty) a termomechanickým zpracováním substitučním zpevněním feritu (Mn, Si do 0,5%) = náhradou intersticiálního zpevnění C (místo Fe jsou v mřížce Mn) mikropřísadami Al, Mo, Nb, V, Ti (setiny %) vážou C a N (karbidy, nitridy) potlačení stárnutí zábrana růstu zrna + snížení C ekv přidání přísad desetiny % vyloučení karbidů uvnitř feritu vytvrzení zpevněním bainickou nebo martenzitickou přeměnou 24) POŽADOVANÉ VLASTNOSTI OCELÍ NA HLUBOKÝ TAH hluboký tah = plastická deformace za studena, při které dojde ke značnému přetvoření (tvar i struktura (jednosměrná orientace zrn)) u ocelí se požaduje co nejnižší mez kluzu (okolo 160 MPa) poměr (R e /R m ) % tažnost min. 45% matrici tvoří ferit s malým množstvím perlitu bez vyloučeného Fe3C III po hranicích (snižuje plastické vl., křehká a tvrdá fáze) je požadována odolnost proti stárnutí zabránění stárnutí: přítomnost 0,02% Al (nejintenzivněji váže N) 25) CHARAKTERISTIKA OCELÍ K CEMENTOVÁNÍ (NELEGOVANÝCH I LEGOVANÝCH) Charakteristika ocelí mají nízký obsah uhlíku po cementování se kalí a nízkoteplotně popouští po TZ mají díly vysokou tvrdost povrchové vrstvy a houževnaté jádro prokalitelnost u uhlíkových ocelí se prokalitelnost nezaručuje

11 u nelegovaných je nízká, legury ji zvyšují je dána polohou ARA diagramu (posunut doprava dobrá prokalitelnost, doleva špatná) velikost zrna oceli musí být jemnozrnné volba oceli je závislá na požadované tvrdosti cementační vrstvy a pevnosti a houževnatosti jádra součásti po tepelném zpracování Nelegované (uhlíkové) oceli Cmax. od 0,14 do 0,24% použitelné pro méně namáhané a méně rozměrné součásti malá prokalitelnost, nižší Rm jádra, nesnáší větší měrné tlaky kalí se do vody velké vnitřní pnutí, nerovnoměrná tvrdost povrchové vrstvy Legované cementační oceli vyšší pevnost a houževnatost jádra při větších měrných tlacích větší prokalitelnost, větší tvrdost a odolnost proti opotřebení používají se pro součásti větších průřezů a pro součásti tvarově složité kalí se převážně do oleje nižší vnitřní pnutí 26) CHARAKTERISTIKA OCELÍ K ZUŠLECHŤOVÁNÍ jsou určeny k výrobě strojních součástí, které se tepelně zpracovávají převážně zušlechťováním některé izotermickým zušlechtěním (bainit) případně jsou používány ve stavu normalizačně žíhaném základní požadovaná vlastnost prokalitelnost Nelegované uhlíkové oceli k zušlechtění jsou vhodné jen oceli třídy 12 použití je omezeno na méně namáhané součásti (malá prokalitelnost), kalí se do vody Legované oceli (třídy 13 16) volí se především z důvodu prokalitelnosti oceli jsou legovány komplexně a mají celkový obsah přísad obvykle do 3% přísadovými prvky se dosahuje dalších specifických vlastností ocelí: potlačení sklonu k popouštěcí křehkosti (Mo, W) malé deformace při kalení (Ni) pozvolný pokles houževnatosti s klesající teplotou (Ni) snížení přechodové teploty (Ni) zjemnění zrna a necitlivost na přehřátí při austenitizaci (Ti, Nb, V) apod. 27) DEFINICE KOROZIVZDORNOSTI A ŽÁRUVZDORNOSTI A JAK SE U OCELÍ DOSAHUJE Koroze chemická koroze v oxidačně působících plynech (vzduch, O2, CO2, SO, SO2, H2S) koroze v redukčně působících plynech (H2, CH4, NH4) je to chemická reakce probíhající mezi povrchem součásti a elektricky nevodivým prostředím (nejčastěji plynem) za normálních, ale hlavně za vysokých teplot elektrochemická koroze probíhající ve vodivých prostředích, tj. v elektrolytech (i v půdách)

12 při elektrochemické korozi je součást ve vodivém prostředí, tzn. v elektrolytu. Tento děj probíhá při normální teplotě. Materiál koroduje, když se vytvoří galvanický článek Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli mají zvýšenou odolnost proti korozi za normální i zvýšené teploty. i tyto oceli postupně korodují, avšak mnohem pomaleji, takže zvýšená životnost vyváží vyšší cenu volba korozivzdorné oceli je obtížná, nezáleží jen na požadovaných mechanických vlastnostech, ale i na druhu prostředí, teplotě a tlaku Korozivzdornost odolnost vůči korozi (elektrochemické) za normálních teplot (20 C) oceli schopné pasivování podmínka pasivace oceli je min. 11,74 % Cr rozpuštěného v tuhém roztoku Žáruvzdornost odolnost vůči korozi (chemické) za zvýšených teplot (nad 600 C). žáruvzdornost ocelí způsobuje chrom, nikoliv však pasivací tuhého roztoku, ale ochranným povlakem oxidů (dalšími pozitivně působícími přísadovými prvky jsou hlavně Al a Si) 28) ROZDĚLENÍ KOROZIVZDORNÝCH A ŽÁRUVZDORNÝCH OCELÍ + STRUČNÁ CHARAKTERISTIKA Podle chemického složení chromové oceli s přísadou %Cr chrom-niklové společnou přísadou Cr a Ni se dosahuje větší korozní odolnosti a vyšší houževnatosti a plasticity než u chromových ocelí Chrom-manganové Cr-Mn oceli využívají k úplné nebo částečné náhradě drahého niklu obdobně působící prvek, a to mangan nevýhodou je nižší korozivzdornost a žáruvzdornost oproti Cr-Ni ocelím Podle struktury martenzitické (0,15-1,5 %C, %Cr) feritické (zpravidla 0,1 %C, %Cr) austenitické ( 0,1 %C, %Cr, 8-30 %Ni nebo 0,1 %C, %Cr, %Mn) dvoufázové austeniticko-feritické (20 30 %Cr, 2,5 7 %Ni, Ti, Mo) feriticko-martenzitické (0,1 0,4 %C, 7 18 %Cr) vytvrditelné (Cr-Ni základ + Mo, Cu, Al, Ti, Nb, V) Podle nutnosti tepelného zpracování tepelně zpracovávané martenzitické oceli žíhání naměkko, kalení a popouštění, příp. žíhání ke snížení pnutí feritické oceli homogenizační žíhání ( C) s rychlým ochlazením austenitické oceli rozpouštěcí žíhání ( C) s rychlým ochlazením dvoufázové A-F oceli rozpouštěcí žíhání ( C) s rychlým ochlazením a následně stárnutí (450 C) vytvrditelné oceli rozpouštěcí žíhání ( C) s rychlým ochlazením a následné precipitační vytvrzování bez tepelného zpracování některé feritické oceli se tepelně nezpracovávají

13 29) AUSTENITICKÉ KOROZIVZDORNÉ A ŽÁRUVZDORNÉ OCELI klady: výborná svařitelnost vysoká houževnatost vysoká žáruvzdornost (až do 1150 C) žáropevnou (=zaručená Re při vysokých teplotách) (až do 750 C) zápory: vysoká cena (vysoké množství Ni) nižší mez kluzu špatná tepelná vodivost obtížná obrobitelnost nejsou feromagnetické, jen paramagnetické sklon ke koroznímu praskání pod napětím použití: v chemickém průmyslu (bez přítomnosti síry) součásti sklářských a keramických pecí topné odpory kuchyňské náčiní 30) DEFINICE A ROZDĚLENÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ Podle chemického složení Podle ČSN EN nástrojové oceli nelegované nástrojové oceli legované rychlořezné oceli Podle ČSN nelegované nástrojové oceli nízkouhlíkové (0,3 0,6 % C) středněuhlíkové (0,5 1,1 % C) vysokouhlíkové (1,0 1,5 % C) legované nástrojové oceli nízkolegované (do 5% legur) střednělegované (5 10% legur) vysokolegované (nad 10% legur) rychlořezné oceli oceli pro běžné použití výkonné oceli vysoce výkonné oceli (+ Co) Podle použití NA na řezné nástroje NB na nástroje pro střihání NC na nástroje pro tváření (NCS za studena, NCT za tepla) ND na formy NE na nástroje pro drcení a mletí NF na ruční nástroje a nářadí NG na měřidla NH na upínací nářadí Podle druhu ochlazovacího prostředí při TZ kalitelné do vody kalitelné do oleje kalitelné na vzduchu

14 31) POŽADAVKY NA VLASTNOSTI NÁSTROJOVÝCH OCELÍ tvrdost čím je tvrdost vyšší, tím je vyšší odolnost vůči opotřebení závislá na obsahu uhlíku u nelegovaných výrazně narůstá do 0,8%C a pak se téměř nemění zvýšení tvrdosti lze dosáhnout přísadou karbidotvorných prvků (Cr, V, W, Mo, Ti) důležitá hlavně pro řezné nástroje vysoká pevnost hlavně pevnost v ohybu, protože lépe vystihuje způsob namáhání součásti při provozu závisí především na obsahu uhlíku (vzrůstá s jeho zvyšujícím se obsahem) a způsobu tepelného zpracování houževnatost závisí na chemickém složení oceli, tepelném zpracování, struktuře (nežádoucí je struktura s výraznou karbidickou hádkovitostí, která způsobuje anizotropii vlastností) určuje odolnost nástrojů vůči mechanickým rázům (tj. proti tvorbě trhlin a jejich šíření) houževnatost je důležitá hlavně u materiálů na nástroje pro stříhání a tváření zvýšení houževnatosti lze dosáhnout: zjemněním zrna rovnoměrným rozložením jemných karbidů minimalizováním vnitřních pnutí kalitelnost a prokalitelnost bývá obvykle požadováno prokalení celého průřezu prokalitelnost závisí hlavně na chem. složení oceli, velikosti nástroje a rychlosti ochlazování při kalení podstatně se zvyšuje zejména přísadou Mn, Cr, Mo a W teplotní stálost (odolnost vůči popouštění) NO si musí zachovat mechanické vlastnosti (hlavně tvrdost) i při práci za vyšších teplot, aby se nesnížila odolnost proti otěru a řezivost, tedy životnost nástroje odolnost proti popouštění zvyšují hlavně W, Mo, V, Co (karbidotvorné prvky) odolnost proti otěru a otupení otěr ovlivňuje velikost opotřebení a tím i řezivost (odolnost proti otupení) nástrojů odolnost proti otěru je výrazně ovlivňována množstvím, typem a rozložením karbidů ve struktuře rozměrová stálost u většiny nástrojů je požadováno, aby měly po TZ minimální rozměrové změny, neboť další opracování (broušení) je velice drahé u přesných nástrojů (měřidla) musí být zaručena rozměrová stálost i po dlouhých dobách používání 32) TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ NÁSTROJOVÝCH OCELÍ NA PRIMÁRNÍ A SEKUNDÁRNÍ TVRDOST souvislost mezi popouštěcí křivkou a vrstevnicovým diagramem popouštěcí křivku můžeme získat jako řez vrstevnicovým diagramem pro danou teplotu kalení primární tvrdost u nelegovaných NO je cílem nízkoteplotního popouštění (200 C) přeměna tetragonálního martenzitu na martenzit kubický a přeměna zbytkového austenitu na martenzit kubický výsledná tvrdost oceli po popouštění je odvozena od tvrdosti kubického martenzitu

15 u vysokolegovaných ocelí se MT transformuje na MK, ale legury zabrání přeměně zbytkového austenitu sekundární tvrdost jen u vysokolegovaných ocelí zvýšením popouštěcí teploty na C dochází k precipitaci speciálních karbidů (V 4 C 3, W 2 C, Mo 2 C) v martenzitu i ve zbytkovém austenitu precipitace těchto karbidů ve zbytkovém austenitu vede k ochuzení této fáze o uhlík a přísady, což vede ke snížení stability zbytkového austenitu a zvýšení teplot MS a Mf při ochlazení z popouštěcí teploty dochází k transformaci ochuzeného zbytkového austenitu na martenzit důsledkem růstu podílu martenzitu na zbytkovém austenitu dochází ke zvýšení tvrdosti ocelí po popouštění 33) TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ RYCHLOŘEZNÝCH OCELÍ Polotovary se před vlastní výrobou nástroje žíhají naměkko. Smyslem tohoto žíhání je získat strukturu vhodnou pro zpracování oceli s nízkou tvrdostí a dobrou obrobitelností. Nástroje získávají výsledné vlastnosti dalším tepelným zpracováním, a to obvykle martenzitickým kalením a popouštěním. Ohřev na kalící teplotu je pozvolný, často v několika teplotních stupních kvůli rovnoměrnému ohřevu součásti Ochlazovací rychlost nemá být vyšší než je bezpodmínečně nutná, proto jsou jako ochlazovací prostředí používány olej nebo vzduch, voda jen výjimečně ohřev vzhledem k nízké teplotě vodivosti je nutný stupňovitý ohřev v neutrálních solných lázních, aby nedošlo k prohřátí celého průřezu výška kalící teploty při austenitizaci se musí rozpustit v austenitu dostatečné množství legur, které zpomalují rozpad martenzitu (W, Mo, V) chrom, který se také zcela rozpustí, zpomaluje rozpad martenzitu mírně, ale zvyšuje prokalitelnost (vzhledem k tomu, že se karbidy těchto prvků rozpouští až při vysokých teplotách, pohybují se kalící teploty v rozsahu C doba ponoru

16 při těchto teplotách rychle hrubne zrno, proto je výdrž na kalící teplotě krátká (podle průřezu součásti se pohybuje v rozmezí desítek sekund až několik minut) nutnost vícenásobného popouštění zakalená NO se popouští při teplotě C a ochlazuje se na vzduchu při ochlazování z popouštěcí teploty transformuje zb A ochuzený uhlíkem a legurami na M (tzv. sekundární kalení), tento martenzit je však nutné popustit, proto se musí popouštění opakovat dalším důvodem je vysoký podíl zb A ve struktuře po zakalení jediné popuštění by nestačilo k přeměně značného množství zba na M, proto, zvláště oceli s vysokým obsahem W a Co, se popouštějí 3x 4x 34) BÍLÁ LITINA CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, VLASTNOSTI charakteristika: grafit se nevyloučí, zůstane v litině vázán na železo a vznikne karbid železa eutektická krystalizace probíhá v podmínkách metastabilní rovnováhy a jejich produktem je ledeburit strukturu pak tvoří cementit a perlit, a proto mají litiny bílý lom, vysokou tvrdost a dobrou odolnost vůči opotřebení velmi křehké, mají relativně malou pevnost a špatně se obrábí vlastnosti: tvrdé ( HB) křehké odolné proti opotřebení (odolnost se dále zvyšuje legováním a tepelným zpracováním) použití: odlitky odolné proti opotřebení výchozí materiál pro temperovanou litinu 35) ZPŮSOB VÝROBY A VLASTNOSTI LITIN S KULIČKOVÝM GRAFITEM dříve tvárná litina vlastnosti je nutné očkování a modifikace nejkvalitnější litina vyšší pevnost, modul pružnosti, tvrdost (perlitické matrice) dobrá tažnost a nárazová práce (feritická matrice) odolnost vůči oxidaci se zvýší přidáním Si do 4 % maximálních pevností při zachování dobré houževnatosti lze dosáhnout bainitickým zušlechťováním tj. matrice bainit ADI litiny 36) TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ LITIN Žíhání Kalení ke snížení vnitřních pnutí a) izotermické kalení ke snížení tvrdosti d) povrchové kalení sferoidizační b) kalení a popouštění feritizační c) normalizační e)

17 37) SYSTÉM OZNAČOVÁNÍ LITIN DLE ČSN A ČSN EN Systém označování litin dle EN EN-GJ X X X X G materiál pro odlévání J vyjadřuje litinu 3. pozice typ grafitu 4. pozice označení litiny podle mikrostruktury nebo makrostruktury (není nutné) 5. pozice mechanické vl. (Rm[MPa]-A[%]-tvrdost-KV-RT/LT) nebo chemické vl. 6. pozice dodatkové požadavk Systém zkráceného označování EN-JX n n n n X tvar grafitu 3. pozice hlavní vlastnost litiny 4. a 5. pozice dvojmístné pořadové číslo 6. pozice zvláštní požadavky Systém označování litin dle ČSN ČSN 42 2Xyy.ab X 3 Litina s kuličkovým grafitem 4 Litina s lupínkovým grafitem 5 Temperovaná litina yy pevnost Rm v tahu v desítkách MPa a druh tepelného zpracování b způsob odlévání 38) KOVY A SLITINY S NÍZKOU TEPLOTOU TÁNÍ Čisté kovy (Pb, Sn, Zn, Bi, Sb) Slitiny s nízkou teplotou tání: měkké pájky do roku 2006 základem většiny měkkých pájek binární soustava Pb-Sn v dnešní době jsou však olovnaté pájky nahrazovány bezolovnatými mezi bezolovnaté měkké pájky se řadí slitiny typu Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Zn, tvrdé olovo slitiny soustavy Pb-Sb s obsahem antimonu od 0,5 do 10 hm.% nižším obsahu Sb jsou slitiny vhodné ke tváření (např. pláště kabelů, lovecké broky, ) slitiny s vyšším obsahem Sb jsou vhodné ke slévání (např. desky kyselých akumulátorů) vzhledem k ekologické závadnosti olova však jsou snahy tyto slitiny nahrazovat jinými materiály kompozice materiály pro výstelky kluzných ložisek pro menší zatížení, vys. rychlosti a provozní teploty do 150 C nejvíce se používají kompozice na bázi Sn a Pb olověné kompozice jsou slitiny na bázi Pb-Sn-Sb

18 cínové kompozice jsou slitiny soustavy Sn-Sb přísada mědi u obou typů slitin způsobuje vznik jehlicovité intermediární fáze Cu 6 Sn 5, která zvyšuje tvrdost kompozic slitiny zinku používají se téměř výhradně ke slévárenským účelům výborná slévatelnost a lepší pevnostní charakteristiky než zinek slitiny s velmi nízkou teplotou tání slitiny blízké eutektickému složení některé slitiny mají teplotu tání i pod 100 C jejich složkami jsou kovy s nízkou teplotou tání (Sn, Pb, Cd, Bi, ) použití: teploměrné látky, tepelné pojistky, 39) SLÉVÁRENSKÉ SLITINY HLINÍKU určeny k výrobě tvarových odlitků litím do písku, do kovových forem nebo tlakově hodnoty mechanických vlastností odlitků značně závisí na způsobu odlévání, max. pevnost bývá asi 250 MPa nejdůležitější skupinou slévárenských slitin hliníku jsou litiny typu Al-Si, tzv. siluminy Binární siluminy velmi dobrá odolnost proti korozi špatné mechanické vlastnosti způsobené křehkými krystaly křemíku ke zlepšení mechanických vlastností siluminů slouží modifikace (nejčastěji sodíkem), která má za následek tvorbu jemných krystalků křemíku Speciální siluminy siluminy s přísadami dalších prvků, hlavně Mg, Cu, příp. Mn, Zn, Ni, Ti, lze je vytvrzovat a tím zvyšovat hodnoty pevnostních charakteristik z těchto slitin jsou odlévány tvarově složité a tenkostěnné odlitky Slitiny Al-Cu oproti siluminům mají horší slévárenské vlastnosti používají se na namáhané odlitky pro vyšší teploty (např. hlavy válců) Slitiny Al-Mg mají nejvyšší měrnou pevnost a houževnatost ze slévárenských slitin hliníku, oproti siluminům mají rovněž lepší obrobitelnost, avšak horší slévárenské vlastnosti a větší pórovitost přísada Si zlepšuje zabíhavost, s přísadou Zn mají slitiny lepší odolnost proti korozi mechanicky namáhané odlitky za vyšších teplot nebo odlitky vystavené povětrnostním vlivům Slitiny Al-Zn-Mg Slitiny Al-Li 40) MĚĎ A JEJÍ SLITINY (STRUČNÁ CHARAKTERISTIKA, ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ, POUŽITÍ) kov načervenalé barvy výborná tepelná i elektrická vodivost, velmi dobrá tvárnost za tepla i za studena dobrá korozní odolnost (atmosférické i mnoho chemických vlivů), dobrá obrobitelnost a svařitelnost X horší slévatelnost třetí nejpoužívanější kov (1. Fe, 2. Al) technicky čistá měď elektrotechnika vynikající vodivost pro zařízení vystavená nízkým teplotám střešní krytina, okapové žlaby a svody potravinářský průmysl nádoby slitiny: Mosazi slitiny mědi a zinku Bronzy veškeré slitiny mědi s vyjímkou soustavy Cu-Zn (tzn. kromě mosazí) cínový bronz (Cu-Sn), hliníkový bronz (Cu-Al), beriliový bronz (Cu-Be)

19 41) MOSAZI základem mosazí je binární soustava Cu-Zn Mosazi k tváření tvoří převážnou část výroby mosazí rozdělují se na: tombaky (nad 80 % Cu) vysokotažné mosazi (68-70 % Cu) mosazi s vyšším obsahem Zn (63% Cu) kujné mosazi (59-60 % Cu) šroubová mosaz (58 % Cu) s přísadou Sn výborné akustické vlastnosti s Ni vysoká pevnost a odolnost vůči korozi používají se na strojní součásti, nábojnice, armatury, hudební nástroje, bižuterii atd Slévárenské mosazi heterogenní slitiny s obsahem Cu 58-63% často s přísadou Pb ke zlepšení obrobitelnosti používají se na armatury, ventily, atd 42) BRONZY cínové bronzy (Cu Sn) nejstarší používaný druh bronzů s obsahem Sn vzrůstá pevnost i tažnost lepší odolnost vůči korozi než u mosazí tvářené cínové bronzy homogenní slitiny s obsahem Sn do 9% s malým obsahem Sn se používají v elektrotechnice namáhaná kluzná ložiska, pružiny slévárenské cínové bronzy heterogenní slitiny s 10-12% Sn dobrá pevnost, houževnatost, odolnost proti korozi a kluzné vlastnosti na velmi namáhaná kluzná ložiska, namáhané armatury speciální cínové bronzy zvonovina (20-22% Sn) pružný a velmi tvrdý bronz pro výrobu zvonů zrcadlovina (30-33% Sn) vysoce leštitelný bronz pro optická zrcadla červené bronzy (Cu Sn Zn) jsou méně ušlechtilé a levnější slitiny, ve kterých je část Sn nahrazena Zn používají se na méně namáhané odlitky armatur nebo jako umělecké (sochy) hliníkové bronzy (Cu-Al) dobrou odolnost proti korozi, únavovému namáhání, proti otěru i dobré kluzné vlastnosti vhodné pro výrobu součástí silně namáhaných na otěr křemíkové bronzy (Cu-Si) dobře tvárné za studena i za tepla, dobře odolávají korozi a mají příznivé kluzné vlastnosti poměrně špatná obrobitelnost, kterou lze ale zlepšit přísadou asi 0,5 % Pb slouží jako náhrada za drahé cínové bronzy beryliové bronzy (Cu-Be) mají výborné mechanické vlastnosti, jsou to nejpevnější slitiny na bázi Cu používají se na pružiny, nejiskřící nástroje, zápustky pro tváření, ložiska, lodní šrouby sportovních člunů, olověné bronzy (Cu-Pb) dobrá tepelná vodivost používají se na kluzná ložiska pro vysoké tlaky a značné obvodové rychlosti niklové a manganové bronzy mají nejčastěji ternární bázi Cu-Ni-Mn s menším množstvím dalších přísad, zejména Si, Al a Fe. odolávají korozi

20 používají se v chemickém průmyslu, na lékařské nástroje, mince, termočlánky 43) NIKL A JEHO SLITINY drahý feromagnetický kov dobrá korozní odolnost (kromě prostředí obsahujících síru), stálost na vzduchu, dobré mechanické vlastnosti vysoká houževnatost i při nízkých teplotách Konstrukční slitiny niklu slitiny Ni-Cu (monely) výbornou odolností proti korozi, po vytvrzení mají vysokou pevnost za normální i zvýšené teploty slitiny Ni-Be obsah berilia bývá do 2% (obdoba beriliových bronzů) po vytvrzení dosahují pevnosti až 1800 MPa jsou použitelné do 500 C, např. na pružiny, membrány, trysky, slitiny Ni-Mn výborně odolávají korozi i za vyšších teplot i v prostředí obsahujících síru používají se na elektrody zapalovacích svíček slitiny Ni-Mo vhodné pro odlitky odolávající koroznímu působení kyseliny solné a chloridů Slitiny niklu se zvláštními fyzikálními vlastnostmi termočlánkové slitiny Ni-Cr (chromely) odporové slitiny Ni-Cr (nichrom, chromnikl, pyrochrom) magneticky měkké slitiny (permalloy) používají se jako materiály pro jádra transformátorů měřících zařízení slitiny s malou tepelnou roztažností (invar, elinvar, kovar) Žáruvzdorné a žáropevné slitiny (Nimonic, Inconel, Udiment, Hastelloy, ) jde o komplexní slitiny na bázi Ni-Cr s přísadou precipitačně zpevňujících prvků (Ti, Al) a dalších prvků jako W, Mo, Co, Nb, Ta, Zr, používají se na nejnamáhanější součásti parních a spalovacích turbín, 44) VYSVĚTLETE, PROČ SE O PLASTECH ŘÍKÁ, ŽE MAJÍ VISKOELASTICKÝ CHARAKTER polymery kombinují vlastnosti ideálně elastických (kovy) a ideálně viskózních (kapaliny) materiálů jsou viskoelastické 45) JAKÝ JE ROZDÍL MEZI REGENERACÍ A RECYKLACÍ MATERIÁLU regenerace navrácení původních užitných vlastností materiály využívány k původním účelům recyklace ČSN požadavky na značení obalů druhem použitého materiálu usnadňuje třídění odpadů a informuje o druhu použitého materiálu přepracování odpadů druhotné suroviny (drahé technologie, sekundární mat. horší vl.) recyklační trojúhelník opatřený číslem nebo slovním popisem druh použitého materiálu 46) ZNAČENÍ POLYMERNÍCH MATERIÁLŮ Z HLEDISKA TŘÍDĚNÍ ODPADU A RECYKLACE

21 značení není normalizováno názvy materiálů jsou záležitostí výrobních firem nemusí vyjadřovat chemickou podstatu materiálů Polymery: PET, PE-HD, PVC, PE-LD, PP, PS, Papír: Pap vlnitá lepenka, Pap hladká lepenka, Pap papír, Sklo: GL bílé sklo, GL zelené sklo, 47) DEFINICE A TYPY KERAMICKÝCH MATERIÁLŮ keramika = z řeckého keramikos = vypálený předmět požadované vlastnosti materiálu jsou dosahovány pomocí vysokoteplotního tepelného zpracování nazývaného vypalování (slinování) keramika = anorganický a nekovový materiál většinou jsou to směsi kovových a nekovových prvků vázaných iontovými vazbami (úplně) nebo převážně iontovými s podílem kovalentních vazeb keramika iontová = interakce kovových (kationty) a nekovových (anionty) materiálů iontově-kovalentní Keramika na bázi křemíku Si + O (dva nejčastější prvky v zemské kůře), kovalentní charakter vazby Si O výstavbovou jednotkou je čtyřstěn amorfní struktura sklo Uhlík I grafit stabilní struktura, atomy uspořádané v šesterečné mřížce (3 kovalentní + 1 van der Waalsova vazba) oxidačním prostředí vysoká tepelná vodivost malá tepelná roztažnost odolnost vůči teplotním šokům dobrá obrobitelnost použití: topná tělesa elektrických pecí elektrody pro obloukové svařování chemické reaktory elektrické kontakty a odpory raketové trysky filtry vzduchu Uhlík II - diamant metastabilní forma, každý atom je vázán kovalentní vazbou na další tři atomy extrémně tvrdý velmi nízká elektrická vodivost na nekovový materiál neobvykle vysoká tepelná vodivost transparentní v oblasti viditelného a infračerveného světla použití: šperkařství průmyslové diamanty na řezání a broušené měkčích materiálů Uhlík III fuleren kulovitý útvar obsahující 60 atomů C tvořících 6-hrany nebo 5-hrany (žádná hrana pentagonu není sdílená dalším pentagonem) jedna molekula je tvořena 20 hexagony a 12 pentagony čistá krystalická forma FCC má malou hustotu, je relativně měkká a má nízkou elektrickou vodivost při 18K se stává supravodivým

22 48) ZÁKLADNÍ VLASTNOSTI KERAMIKY Přednosti: vysoká teplota tání pevnost v tlaku tvrdost střední a nízká hustota chemická odolnost Omezení křehké chování (příčina křehkosti: omezený pohyb dislokací) citlivost na teplotní šoky složitá příprava nákladné opracování

23 49) ZVÝŠENÍ HOUŽEVNATOSTI KERAMIKY příklad: zhouževnatění pomocí fázové transformace v ZrO 2 metastabilní forma ZrO2 je tetragonální, musí být stabilizována pomocí např. CaO, MgO, Y2O3, CeO stabilní forma ZrO2 je monoklinická v napěťovém poli kolem rostoucí trhliny dochází k transformaci metastabilního tetragonálního ZrO2 na stabilní monoklinický, který má větší objem výsledkem je vznik tlakových pnutí, která zavírají trhlinu a omezují její růst. zvýšení houževnatosti je možno dosáhnout i přidáním sekundární fáze kompozity s keramickou matricí 50) POUŽITÍ KERAMIKY porézní keramika: filtry pro plyny i kapaliny filtrace iontů těžkých kovů z vody plynové hořáky chromatografie chemické a biologické reaktory trubky z Al2O3 a SiC extremně dobrá odolnost vůči: korozi chemickým vlivům (i při vysokých teplotách) v kyselém i alkalickém prostředí vysokým teplotám teplotním šokům tuhost a rozměrová stabilita Keramický papír vyroben z nehořlavých vláknových materiálů obvykle ve formě 1 až 2 mm tlustých desek aplikace: tepelná izolace tepelná bariera ve spojení s vysokoteplotními barvami ochrana vůči korozi a erozi horkými plyny nebo jinými materiály ve spojení s vysokoteplotními lepidly teplotně odolné lamináty