METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

Transkript

1 METALOGRAFIE II Oceli a litiny Slitiny železa, uhlíku a popřípadě dalších prvků se nazývají oceli a litiny. Oceli jsou slitiny železa obsahující do 2,14 hm. % uhlíku, litiny s obsahem uhlíku nad 2,14 hm. %. Pro popis fázového složení těchto materiálů slouží stabilní diagram Fe-C (obr. 1) či metastabilní diagram Fe-Fe 3 C (obr. 2). Stabilní diagram uvažuje výskyt uhlíku pouze ve formě grafitu, zatímco diagram metastabilní uvažuje jeho výskyt pouze ve formě cementitu (Fe 3 C). Pro popis mikrostruktury ocelí a bílých litin se používá metastabilní fázový diagram, pro popis grafitických litin používá diagram stabilní, či kombinace stabilního a metastabilního fázového diagramu. Obr. 1: Stabilní fázový diagram Fe-C. Obr. 2: Metastabilní fázový diagram Fe-Fe 3 C (černě jsou uvedeny fáze, červeně strukturní složky vyskytující se v systému o daném složení). Oceli dále rozdělujeme na: podeutektoidní... do koncentrace 0,765% C - do 0,018% C je struktura tvořena feritem, na hranicích zrn se vyskytuje terciální cementit (FE) - 0,018-0,765% C - ferit a perlit (tmavší zrna po hranicích zrn feritu) (FE-PE) eutektoidní. 0,765% C - čistě perlitická struktura (PE) nadeutektoidní... 0,765 2,14% C- perlit a sekundární cementit, který tvoří síťoví po hranicích zrn perlitu (PE- CE) Na obr. 3 jsou znázorněny mikrostruktury výše zmíněných druhů ocelí.

2 Obr. 3: Schéma mikrostruktur různých typů ocelí. Při vyšším obsahu uhlíku můžeme materiál zpracovávat jen litím, a proto jej nazýváme litinou. Překročí-li obsah uhlíku ve slitině 2,14% C krystaluje soustava Fe- Fe 3 C v oblasti bílé litiny. Litiny podle obsahu uhlíku rozdělujeme na: podeutektické do 4,3% C - struktura je tvořena transformovaným ledeburitem, sek. cementitem a perlitem eutektické.. 4,3% C - strukturu tvoří rozpadlý (trans.) ledeburit, který má v základní bílé cementitické hmotě uloženy tmavé ostrůvky perlitu nadeutektické. nad 4,3% C - strukturu tvoří primární cementit a trans. ledeburit Obr. 4: Schématické znázornění mikrostruktur bílých litin. Kromě bílých litin se v praxi ve velké míře používají též grafitické litiny. Grafitická litina se od bílé liší tím, že část nebo veškeré množství uhlíku je přítomno ve formě grafitu. Tvrdost grafitických litin je

3 nižší než tvrdost bílé litiny, takže grafitické litiny mají dobrou obrobitelnost řeznými nástroji a jsou proto důležitými konstrukčními materiály. Tyto litiny rozdělujeme též na podeutektické, eutektické a nadeutektické. Obr. 5: Schématické znázornění mikrostruktury grafitických litin. Na vlastnosti grafitických litin má velký vliv množství, velikost a tvar vyloučeného grafitu. Grafit se může vylučovat ve formě: lupínků, lamel kuliček, červíků vloček Hrubé částice grafitu porušují celistvost základní kovové hmoty a jsou příčinou místních koncentračních napětí při namáhání součásti. Mechanické vlastnosti šedé litiny lze zlepšit očkováním, či modifikací: křemíkem (očkování)... zvýší se počet krystalizačních míst, ve kterých pak z taveniny přednostně krystaluje grafit ve tvaru jemných lupínků hořčíkem (modifikace) ten ovlivňuje tvar grafitu; ten se díky Mg vylučuje ve tvaru kulových částic a tím se zvýší tvárné vlastnosti a houževnatost litiny SLITINY HLINÍKU Technicky významný je hliník a jeho slitiny. Je to nejdůležitější konstrukční materiál. Pevnost hliníku stoupá s tvářením za studena, přičemž platí zásada, že s vyšší čistotou hliníku se zpevnění zmenšuje. Hliník tvoří s řadou kovů velké množství technicky významných slitin. Přísadové prvky se většinou v hliníku omezeně rozpouštějí a tvoří substituční tuhé roztoky. Nejčastějšími legujícími prvky jsou Si (silumin), Cu (dural), Ni, Mn. Nejznámějšími slévárenskými slitinami Al jsou siluminy: podeutektické. 4,5-10% Si struktura je tvořena primárními krystaly tuhého roztoku α(al) a eutektika α(al)+si eutektické 10-13%Si strukturu tvoří eutektikum (jemná směs α(al)+si) nadeutektické.14-28% Si.ve struktuře vznikají kromě eutektika též primární krystaly Si.

4 Křemík je ve všech slitinách vyloučen za normálních podmínek v podobě tenkých jehlic. Pro zjemnění struktury a tím i zlepšení mechanických vlastností se siluminy očkují (P) nebo modifikují (Na, Sr). Po modifikaci se struktura eutektického siluminu mění z jehličkovitého eutektika na eutektikum globulární obsahující dendrity tuhého roztoku. Fázový diagram siluminu je na Obr. 4. SLITINY MĚDI Obr. 6: Fázový diagram Al-Si. Pro zvýšení pevnosti a jiných mechanických vlastností se Cu leguje přísadovými prvky. Slitiny Cu s jinými kovy se dobře svařují a dobře pájí. Ze slitin Cu používaných v průmyslu jsou nejznámější mosazi a bronzy. Bronzy jsou obecně slitiny Cu s různými prvky. Bronz dostává název podle legujícího prvku, který je k Cu přidán. Cínové bronzy jsou slitiny Cu-Sn. S rostoucím obsahem Sn se barva bronzu rychle mění. Cínové bronzy do 5 % Sn jsou červené, 5-10%Sn jsou zlaté, do 30%Sn jsou bílé. Již malé množství Sn zvyšuje pevnost. Největší pevnost cínové bronzy dosahují při obsahu 10-15% Sn. Cín také snižuje teplotu počátku tání cínových bronzů a usnadňuje tak jejich výrobu. Pro technickou praxi jsou významné slitiny od 10 do 20 % Sn. Slitina Cu-Zn do 45 % Zn je mosaz. Při malém množství Zn je mosaz zbarvena do červena, při vyšším obsahu Zn do žluta. Kolem 45 % Zn je zbarvení světle žluté. Rovnovážný diagram je složitý a pro technickou praxi má význam pouze oblast v rozmezí koncentrací 0-50% Zn. Při vyšších koncentracích jsou slitiny křehké.

5 Obr. 5 Fázový diagram Cu- Zn 2. Cíl práce Seznámit se s mikrostrukturami nejznámějších a v technické praxi nejvíce využívaných kovů a slitin a na základě získaných znalostí popsat mikrostruktury zadaných vzorků. 3. Potřebná zařízení + materiál snímky mikrostruktury významných kovů a slitin fázové diagramy metalografický atlas 4. Postup práce 1. Na základě znalosti a porozumění fázových diagramů zhodnoťte mikrostrukturu (počet, druh a charakter strukturních složek, stav vzorku (po odlití nebo po mechanickém či tepelném zpracování)) známých čistých kovů a slitin. 2. Zhodnoťte mikrostrukturu neznámého vzorku a určete typ slitiny, přibližné složení, popř. stav zpracování. 5. Vyhodnocení naměřených dat Snímky pořízené metalografickým mikroskopem budou v protokolu doplněny komentářem v textu. Strukturní složky budou v obrázcích vhodně označeny. Snímky budou v protokolu uvedeny při různých zvětšeních. 6. Protokol obsahuje cíl práce snímky metalografických výbrusů zadaných materiálů a příslušné fázové diagramy identifikaci mikrostruktur zadaných materiálů

6 závěr 7. Kontrolní otázky Jaký je rozdíl mezi ocelí a litinou? Vyjmenujte nejdůležitější slitiny mědi. Co je to silumin?