1. Technické materiály Vlastnosti technických materiálů Fyzikální a chemické vlastnosti Mechanické vlastnosti...

Transkript

1 1. Technické materiály Vlastnosti technických materiálů Fyzikální a chemické vlastnosti Mechanické vlastnosti Technologické vlastnosti Technické železo Výroba surového železa Výroba oceli Rozdělení ocelí Značení ocelí Slitiny železa na odlitky Výroba litin Kuplovna Princip tavení v kuplovnách Rozdělení litiny Neželezné kovy Značení neželezných kovů Hliník a jeho slitiny Hořčík a jeho slitiny Měď a její slitiny Prášková metalurgie Užití technologie práškové metalurgie Výroba prášků Lisování prášků Spékání (slinování) prášků Konečná úprava slinutých výlisků Výrobky práškové metalurgie Technické materiály nekovové Plasty Rozdělení plastů Zpracování plastů Vlastnosti plastů Technická pryž, kůže a textilie Technická pryž Technická kůže Technické textilie Dřevo Vlastnosti a stavba dřeva Vlastnosti jednotlivých druhů dřev Technické sklo a keramika Technické sklo Technická keramika Brusivo a mazivo Mazací prostředky Brousící prostředky Elektrotechnické materiály Základní charakteristické vlastnosti Vodivé materiály Materiály pro elektrické vodiče Odporové materiály

2 4.4 Materiály pro kontakty Magnetické materiály Izolační materiály Polovodičové materiály Elektrochemická koroze

3 1. Technické materiály Technické materiály jsou všechny materiály, které se vyskytují ve strojírenské nebo jiné výrobě. Mohou se získávat chemickými ději, fyzikálními postupy nebo mohou být přírodní. Technické materiály se mohou dělit na: Železné kovy čisté železo se v přírodě téměř nevyskytuje, ale je obsaženo ve sloučeninách v rudách. Z těchto rud se ve vysoké peci vytavuje surové železo, které se dále zpracovává na ocel nebo litinu. Ocel se od litiny odlišuje množstvím uhlíku a to do 2,14 %C se jedná o ocel (je kujná) a nad 2,14 %C obsahuje litina. Neželezné kovy jsou kovy, které neobsahují železo. Základní dělení neželezných kovů je podle jejich hustoty. Do 5 kg/dm 3 se jedná o kovy lehké (hliník, hořčík jejich slitiny apod.) a nad 5 kg/dm 3 se jedná o kovy těžké (olovo, měď, cín a jejich slitiny apod.). Mezi ostatní technické materiály řadíme především v poslední době stále více uplatňované plasty, dále sem patří dřevo, sklo, keramika, ale také mazací a chladící prostředky apod. 1.1 Vlastnosti technických materiálů Technické materiály se posuzují podle svých vlastností. Vlastnosti můžeme rozdělit na fyzikální, chemické, mechanické a technologické Fyzikální a chemické vlastnosti Mezi fyzikální vlastnosti technických materiálů patří: 1. Hustota je to podíl hmotnosti a objemu. Označuje se ρ (ró) a jednotkou je k[g/m 3 ]. m Vypočítá se ρ =, kde m je hmotnost a V objem. V 2. Teplota tavení a teplota tuhnutí jsou to teplota, při kterých látky mění své skupenství. Vyjadřuje se ve [ C]. Je to důležitá vlastnost z hlediska slévárenství. 3

4 3. Délková a objemová roztažnost označuje se α (alfa) délková roztažnost a γ (gama) objemová roztažnost. Jednotkou je [K -1 ] (kelvin na -1). S rostoucí teplotou se kovy roztahují a tato roztažnost nám určuje velikost roztažení. Naopak s klesající teplotou se kovy smršťují. Toto je velmi důležité při odlévání, kdy do formy odléváme kov, který má vysokou teplotu (ocel má teplotu tavení C, tzn. Že licí teplota je vyšší a vychladlý odlitek má teplotu cca 20 C). Je zde vysoký rozdíl teplot a s tím souvisí i větší změna objemu odlitku při odlití a po vychladnutí. 4. Měrná tepelná kapacita je to množství tepla, které je potřeba k ohřátí 1 kg látky o 1 K. Obvykle se označuje c a jednotkou je [J/kg].K (joul na kilogram a Kelvin). 5. Tepelná vodivost je schopnost přenášet tepelnou energii. Ohřejí-li se atomy v jednom místě, zvětší se jejich rozkmit, narážejí do ostatních atomů a tím také zvětšují jejich rozkmit a to se projevuje jako vedení tepla. Tepelná vodivost se značí λ, jednotkou je [W/K] (Watt na Kelvin) a vyjadřuje, kolik tepla projde stěnou za jednotku času, je-li rozdíl teplot mezi vstupní a výstupní plochou stěny 1K. 6. Elektrická vodivost označuje se G, jednotkou je [S] (Siemens) a vyjadřuje schopnost látky vést elektrický proud. Vodič s odporem 1 Ω má vodivost 1 S. Podle vodivosti se materiály dělí na vodiče a nevodiče a mezi nimi je zvláštní skupina materiálů, které se označují jako polovodiče (vedou proud pouze v jednom směru). 7. Magnetické vlastnosti zjišťují chování materiálů v magnetickém poli. Podle jejich chování se látky dělí na diamagnetické (zesilují účinek vnějšího magnetického pole měď, zlato, stříbro, rtuť apod.), paramagnetické (zesilují účinek magnetického pole pouze nepatrně hliník, platina apod.) a feromagnetické. Feromagnetické látky se dělí ještě na magneticky měkké (snadno se zmagnetizují a po zániku magnetického pole mizí i magnetizace těchto látek) a magneticky tvrdé (ponechávají si magnetické účinky i po zániku vnějšího magnetického pole). Mezi nejvýznamnější chemické vlastnosti patří: 1. Odolnost proti korozi je to chemická nebo elektrochemická reakce na povrchu kovu, který oxiduje. Oxidace je obecně každá reakce, při které kov ztrácí elektrony. Rychlost koroze se posuzuje hmotnostním úbytkem kovu na 1 cm 2 plochy za určitý čas. 2. Žáruvzdornost je schopnost materiálu odolávat opalu, tj. oxidaci za vyšších teplot. 3. Žárupevnost - je schopnost materiálu odolávat opalu při zachování si určitých mechanických vlastností Mechanické vlastnosti Patří mezi rozhodující vlastnosti při návrhu materiálů pro dané výrobky. Lze jimi určit chování materiálů za působení vnějších sil. Mezi mechanické vlastnosti patří: 1. Pevnost je maximální napětí, které je třeba pro porušení materiálu. Označuje se R m F a jednotkou je Pa (pascal), což je kg/m 2. Pevnost se spočítá jako R m =. kde F je S maximální síla potřebná pro porušení materiálu a S je plocha průřezu. 2. Pružnost je taková vlastnost materiálu, kdy materiál se působením vnějších sil deformuje a po zániku působení vnějších sil se vrací do původního stavu. 3. Tvrdost je definována jako odolnost materiálu proti vnikání cizích částic. 4. Houževnatost je definována jako množství práce potřebné k rozdělení zkušebního vzorku na dvě části. 4

5 5. Plastičnost ( plasticita) - schopnost trvale se nevratně deformovat účinkem vnější síly. Podle způsobu namáhání rozlišujeme pak různé druhy pevností. Namáhání můžeme mít v tahu, tlaku, ohybu, smyku (střihu) nebo v krutu. Zvláštním druhem namáhání je vzpěr, což je v podstatě kombinace tlaku a ohybu a vyskytuje se u štíhlých a dlouhých součástí Technologické vlastnosti Obr. 1 Druhy namáhání Technologickými vlastnostmi nazýváme obvykle vlastnosti, které nám určují možnosti dalšího zpracování materiálu. Mezi nejdůležitější technologické vlastnosti patří: 1. Svařitelnost je schopnost materiálu vytvořit ze dvou částí nerozebíratelný celek některým způsobem tavného, tlakového nebo jiného svařování. Obtížná svařitelnost materiálu se projevuje nečistým, málo pevným svarem nebo křehnutím materiálu v okolí svaru. Svařitelnost zkoušíme mnoha způsoby. Zkoušený materiál svaříme tak, jak tomu bude v praxi, a svar sám i jeho okolí podrobíme zkouškám pevnosti, vrubové houževnatosti apod.na svařování má vliv především svařovaný materiál (jeho chemické složení), dále přídavný materiál, technologie svařování apod. 2. Slévatelnost je technologická vlastnost, kterou musí mít kov určený k odlévání. 3. Obrobitelnost je to vlastnost, kdy zjišťujeme chování materiálu při obrábění řeznými nástroji. Obrobitelnost posuzujeme nejen podle mechanických vlastností materiálu, ale i podle snadnosti oddělování třísky, podle chování třísky k materiálu nástroje (ulpívání třísky na nástroji, tvoření nárůstku na ostří apod.) a podle řezného odporu. Zkoušíme ji normalizovaným nástrojem na měřicích suportech při různých rychlostech a konstantních řezných podmínkách. 4. Kovatelnost je to vlastnost, kdy zjišťujeme kujnost oceli. Na předkované ocelové tyči provedeme zkoušku děrovací, rozšiřovací, rozštěpení a rozkování. Úlohou všech těchto zkoušek je zjistit zpracovatelnost oceli za tepla. Rozsah kujnosti oceli je tím větší, čím vzniknou větší deformace bez vzniku trhlinek. Na dobré kovatelné oceli nesmějí po těchto zkouškách vzniknout na hranách ani plochách žádné trhlinky. 5

6 5. Zkouška pěchováním za studena se zjišťuje povrchová čistota polotovaru určeného k výrobě nýtů, hřebíků apod. Materiál vyhovuje, jestliže při zkoušce na pěchovaném vzorku nevznikly trhliny. Dále jsou zde zařazeny zkoušky pro zpracování různých výrobků, např. zkouška rozšiřování trubek, zkouška plechů a pásů hloubením apod. 1. Technické železo Čisté železo je lesklý bílý kov s hustotou 7,84 kg/dm 3. Teplota tavení čistého železa je 1539 C. V přírodě se vyskytuje v železných rudách. Čisté železo se jako materiál téměř nepoužívá, největší význam má jako sloučenina s uhlíkem a dalšími prvky. Uhlík mění podstatně vlastnosti železa. Podle obsahu uhlíku se technická železa rozdělují na kujná a nekujná Výroba surového železa Surové železo se vyrábí ve vysokých pecích redukcí železných rud a je výchozí surovinou pro výrobu ocelí nebo litin. Vysoká pec má tvar dvou komolých kuželů postavených na sebe základnami. Horní část pece zvaná šachta je kuželovitá. Nejširší číst pece se nazývá rozpor. Vysoká pec je vysoká okolo 40 m a v nejširším místě má průměr až 12 m. Železné rudy jsou horniny, ve kterých je obsaženo železo ve formě oxidů železa. Pro zpracování ve vysoké peci jsou nejvýznamnější tyto železné rudy: Magnetovec obsahuje železo v podobě oxidu železnato-železitého (Fe 3 O 4 ). Je šedé až černé barvy, je magnetický a patří mezi nejbohatší rudy na železo, obsahuje 40 až 70 % Fe. Krevel je v podstatě oxidem železitým (Fe 2 O 3 ), má červenou barvu a obsahuje 35 až 60% Fe, málo fosforu a manganu. Hnědel obsahuje železo ve formě oxidu železa s různým obsahem vody. Obsahuje 30 až 45 % Fe, má hnědou až žlutohnědou barvu. Ocelek je to v podstatě uhličitan železnatý (FeCO 3 ), bývá bílé až žluté barvy a obsahuje 25 až 40 % Fe, málo fosforu a manganu. Surové železo se vyrábí ve vysoké peci, kde se dále zpracovávají i další vedlejší produkty železáren například okuje, kovový šrot, svářková struska apod. Pro zvýšení výkonnosti a účinnosti redukčních pochodů ve vysoké peci se musí železné rudy upravovat. Železná ruda se před zavezení do vysoké pece drtí, spéká, praží a zbavuje se hlušiny. Železné ruda se nejprve drtí na zrna o velikosti asi 75 mm. K tomu se používají drtiče čelisťové, kuželové nebo válcové. Součástí těchto drtičů jsou i třídící rošty, kde se nadrcená ruda třídí podle velikosti zrn na kusovou, drobnou a prachovou. Prachová 6

7 železná ruda se před zpracováním ve vysoké peci musí ještě zpracovat a to spékáním na větší kusy. Prach se spéká při vysoké teplotě bez předchozího slisování. Železné rudy, které jsou chudší na obsah železa se zbavují hlušiny, což jsou částice, které neobsahují železo. Hlušina se odděluje mokrou cestou, což znamená, že se železná ruda pere v tzv. pračkách, kde se hlušina vyplavuje nebo suchou cestou, kde hlušina se od částic s obsahem železa odděluje pomocí magnetického třídiče. Dále se železná ruda praží, čímž se z železné rudy odstraňuje chemicky vázaná voda, oxid uhličitý a části škodlivých příměsí jako je síra, fosfor apod.ruda se zahřívá v pecích na teplotu 550 až 650 C za přístupu vzduchu. Pražením ruda ztrácí 25 až 30 % své hmotnosti, přeměňuje se v oxidy, zkypřuje se a stává se pórovitější. Jako palivo se ve vysoké peci používá hutnický koks, který se vyrábí z určitých druhů kamenného uhlí, jehož částečky se spékají ve větší kusy. Koks se vyrábí tzv. vysokopecní karbonizací, což je asi zahřívání při teplotě C bez přístupu vzduchu. Tím se z uhlí oddestilují kapalné a plynné látky a zůstává spečený koks, který obsahuje kolem 90 %C. Vysoká pec, ve které se vyrábí surové železo je vysoká šachtovitá pec, vyzděná žáruvzdornou vyzdívkou. Z vnější strany je chráněna ocelovým pláštěm a ocelovými pásy. Průřez pece bývá kruhový a výška pece dosahuje až 60 m. Vysoké pece pracují kontinuálně (nepřetržitě) po dobu životnosti žáruvzdorné vyzdívky. Vysoká pec se skládá ze sazebny s kychtovým uzávěrem, kudy se zaváží střídavě koks a železná ruda. Kychtový uzávěr slouží k zamezení vznikajícího vysokopecního plynu. Je zde také potrubí, které odvádí vznikající velmi výhřevný vysokopecní plyn.pod touto sazebnou je největší část vysoké pece šachta. Šachta je vyzděna šamotovými cihlami. Šachta se směrem dolů rozšiřuje a je zakončena nejširším místem vysoké pece, které se nazývá rozpor. Pod rozporem je umístěno sedlo, které se naopak směrem dolů zužuje. Kolem sedla je umístěn prstenec s vývody do vysoké pece. Jsou to tzv. dmyšny a je jimi dmýchán předehřátý vzduch do vysoké pece, který podporuje hoření. Pod sedlem je umístěna válcovitá část, ve které se shromažďuje roztavené železo. Tato část se nazývá nístěj a je umístěna na podstavě. Do vysoké pece se střídavě zaváží železná ruda a hutnický koks. Železná ruda se do pece zaváží společně se struskotvornými přísadami, které jsou lehčí než železo, plavou na roztaveném železe a chrání jej, aby surové železo mělo požadované chemické složení. Při odpichu vysoké pece se oddělí struska od surového železa. Produkty vysoké pece jsou: Surové železo je to sloučenina železa s uhlíkem a dalšími prvky a může být slévárenské nebo ocelárenské. Vysokopecní plyn používá se k předehřívání vháněného vzduchu do vysoké pece a dále jako topný plyn pro koksárny, kde probíhá výroba koksu. Vysokopecní struska používá se jako stavební materiál. 7

8 Obr. 2 Vysoká pec 2.2 Výroba oceli Ocel se získá přetavování surového železa a snižováním obsahu uhlíku. Přetavování se provádí v ocelárnách při teplotách nad C. Při výrobě oceli se do roztaveného surového železa vhání kyslík nebo vzduch obohacený kyslíkem, tím dochází k chemické reakci a surové železo se zbavuje nežádoucích prvků jako jsou síra a fosfor a zároveň dochází ke snižování obsahu uhlíku (pod 2,14 %C). Tento proces se nazývá zkujňování železa. Ocel se vyrábí převážně těchto pecích: 1. Konvertor princip spočívá v tom, že se do roztaveného surového železa vhání kyslík, který snižuje nežádoucí prvky obsažené v surovém železe. Tato pec nevyžaduje další palivo. Je vybavena naklápěcím zařízením, které umožňuje naklopení při odpichu. Dále mohou být konvertory se šikmou osou nebo s dmýcháním kyslíku shora těsně nad hladinu. Obr. 3 Konvertor kyslík 8

9 2. Siemens Martinské pece princip výroby spočívá v tom, že surové železo a ocelový odpad se zkujňuje v SM pecích, kde zdrojem tepla jsou především předehřáté plyny. SM pec (obr 3.) se skládá z tavící komory (1), předehřívače plynu (2), předhřívače vzduchu (3) a odtahu spalin (4, 5). Obr.4 Siemens Martinská pec 3. Elektrické obloukové pece zde se vyrábějí velmi kvalitní oceli. Teplo se zde získává hořením elektrického oblouku mezi elektrodami a vsázkou materiálu, čímž dochází k natavování vsázky. Elektrická oblouková pec (obr. 4) se skládá z natavovacích elektrod (1), kde hoří elektrický oblouk mezi nimi a taveninou (2), dále z odpichového žlábku (3) a naklápěcího zařízení, které nám umožňuje odpich vyrobené oceli. Obr. 5 Elektrická oblouková pec 9

10 2.3 Rozdělení ocelí Členění ocelí je možné z několika hledisek, například podle: výrobního pochodu rozlišujeme ocel martinskou, elektroocel, kyslíkovou ocel, účelu použití máme ocel konstrukční a nástrojovou, zpracování máme ocel k tváření a na odlitky, chemického složení máme ocel uhlíkovou (nelegovanou) nebo slitinovou (legovanou). Oceli se dělí podle chemického složení na oceli uhlíkové a slitinové (legované). Legování je přidávání různých prvků, za účelem získání požadovaných vlastností dané oceli. Uhlíková ocel je slitina železa s uhlíkem, jehož je méně než 2,14%. Má obvyklý obsah doprovodných prvků bez úmyslného přidávání dalších prvků. Vlastnosti této oceli jsou dány především obsahem uhlíku. Doprovodné prvky jsou především mangan (do 0,9%), křemík, nikl (do 0,5%), chrom (do 0,3%), wolfram, kobalt (do 0,2%), molybden, vanad, titan, hliník (do 0,1%). Slitinové oceli mají pro zlepšení svých vlastností úmyslně přidané prvky např. chrom, wolfram, vanad, nikl, molybden apod. a to nad hranici uvedenou výše. Tyto prvky pak upravují dále některé vlastnosti těchto ocelí. Obr. 6 Rozdělení ocelí Podle účelu se oceli rozdělují na dva základní druhy a to: 1. Konstrukční oceli používají se na stavební i strojní součásti, které musí být pevné, dostatečně houževnaté a odolné proti různým druhům namáhání, otřesům, rázům apod. Mohou být buď nelegované (oceli třídy 10, 11, 12) nebo legované (oceli třídy 13, 14, 15, 16, 17). 2. Nástrojové oceli oceli třídy 19 jsou také buď nelegované nebo legované a používají se především pro výrobu nástrojů. Musí splňovat požadavky kladené na nástroje a to jak ruční, tak i strojní. 10

11 2.3.1 Značení ocelí Oceli se značí podle ČSN číselnou značkou. Základní značka je pětimístné číslo, k němuž se mohou po oddělení tečkou přidat dvě doplňkové číslice. První číslice je vždy 1 a vyjadřuje, že se jedná o ocel k tváření. Schéma značení ocelí k tváření je uvedeno na obr. 7. Obr. 7 Schéma číselného značení ocelí k tváření Značení ocelí třídy 10 základní značka: Značení ocelí třídy 11 základní značka: 11

12 Značení ocelí třídy 12 až 16 základní značka: Třetí číslice udává u ušlechtilých uhlíkových a nízkolegovaných ocelí součet průměrného obsahu přísad jednotlivých přísadových prvků kromě uhlíku v procentech zaokrouhlený na celé číslo. U ocelí třídy 12 (jsou uhlíkové) je tedy třetí číslice 0. Čtvrtá číslice udává průměrný obsah uhlíku v desetinách procent, je-li obsah uhlíku větší než 0,9%, je čtvrtá číslice 0. Oceli třídy 17 jsou oceli vysokolegované. Třetí číslice udává přísadovou skupinu, např. číslo 2 značí, že se jedná o oceli chrómniklové. Čtvrtá číslice vyjadřuje obsah přísadových prvků. Pátá číslice je pořadová. 17 0xx oceli chromové 17 1xx oceli chromové s dalšími přísadovými prvky (Al, Mo, Ni) 17 2xx oceli chromniklové, případně stabilizované Ti, Nb 17 3xx oceli chromniklové, případně stabilizované Ti, Nb s dalšími přísadovými prvky Mo, V, W, 17 4xx oceli manganochromové a manganochromniklové 17 5xx oceli niklové 17 6xx oceli manganové 17 7xx, 17 8xx, 17 9xx volné Oceli třídy 19 u této třídy rozlišujeme oceli uhlíkové a legované. Legované dále mohou být nízkolegované, střednělegované a vysokolegované. Slitinové přísady dávají ocelím určité vlastnosti. Základní značení je na obr

13 Obr. 8 značení ocelí třídy 19 Nástrojové uhlíkové oceli obsah uhlíku je podle požadované pevnosti oceli a pohybuje se od 0,5 do 1,5 %C. Kalením se u těchto ocelí dosahuje vysoké tvrdosti. Kalení se provádí ve vrstvě 2 až 3 mm, jádro zůstává houževnaté. To je výhoda proti ocelím slitinovým, kde přidáním určitých prvků se sice zvyšuje tvrdost oceli, ale zároveň je ocel křehká. Nástrojové oceli nízkolegované obsahují obvykle karbidotvorné prvky např. Cr nebo W a to kolem 1 až 2 %. Tyto prvky vytvářejí sloučením s C karbidy, které zvyšují řezivost oceli. Jako karbidotvorné prvky se mohou dále použít Mn, Si apod. Pro zjemnění zrna se přidává do oceli 0,5% vanadu. Vysokolegované oceli obsahují kolem 10 % slitinových prvků, někdy i více. Slitinové přísady odpovídají požadovaným vlastnostem. 2.4 Slitiny železa na odlitky Slitiny železa na odlitky se dělí především podle vylučování uhlíku. Jedná se o tyto druhy slitin železa na odlitky: - temperovaná litina - tvárná litina - ocel na odlitky - šedá litina Slitiny železa na odlitky se značí šestimístnou základní značkou a případně dvěma doplňkovými číslicemi. První dvojčíslí je vždy 42 a značí třídu norem hutnictví. Druhé dvojčíslí určuje druh slitiny železa na odlitky dle obr. 9. Obr. 9 Značení slitin na odlitky 13

14 Třetí dvojčíslí slitiny určuje přesněji vlastnosti slitin železa na odlitky a to: u nelegované šedé litiny, u litiny temperované, u nelegované tvárné litiny a u uhlíkové oceli na odlitky udává přibližnou pevnost v tahu v 10 MPa u ostatních slitin železa na odlitky charakterizuje typ slitiny, zejména vlastnosti a chemické složení. První doplňková číslice za tečkou označuje stav slitiny tepelné zpracování viz tab. 1. První doplňková číslice za číselnou značkou 1x xxx.0 1x xxx.1 1x xxx.2 1x xxx.3 1x xxx.4 1x xxx.5 1x xxx.6 1x xxx.7 1x xxx.8 Konečný stav oceli druh tepelného zpracování tepelně nezpracovaný normalizačně žíhaný žíhaný s uvedením druhu žíhání žíhaný na měkko kalený nebo kalený a nízko popouštěný normalizačně žíhaný a popouštěný zušlechtěný na dolní pevnost obvyklou u příslušné oceli zušlechtěný na střední pevnost obvyklou u příslušné oceli zušlechtěný na horní pevnost obvyklou u příslušné oceli 1x xxx.9 Stavy po tepelném zpracování, které nelze označit čísly 1 až 8 Tab. 1 Význam první doplňkové číslice za číselnou značkou oceli Druhá doplňková číslice určuje technologii odlévání a to: 0 do pískových forem 1 staticky do kovových forem (kokil) 2 odstředivé lití 3 skořepinové lití 4 přesné lití 5 podle zvláštních ujednání 2.5 Výroba litin Kuplovna Litina je sloučenina železa s uhlíkem a dalšími prvky, kde obsah uhlíku je větší než 2,14%. Svými vlastnostmi jsou litiny vhodné pro výrobu odlitků. Litina se vyrábí ve zvláštních pecích kuplovnách (obr. 10). Kuplovna se skládá z komínu (1), ve kterém je umístěn lapač popílku, dále jsou zde zavážecí dvířka (2) pro zavážení vsázky po zavážecí plošině (3). Pod zavážecím prostorem je šachta (4), ve spodní části šachty se nachází větrovod (5) a trysky (6). Z šachta se natavená litina dostává do tzv. předpecí (7) a odtud se provádí odpich po odpichovém kanálku (8). 14

15 Obr. 10 Kuplovna Podle vyloučení uhlíku rozlišujeme litinu bílou, šedou, tvárnou, temperovanou a tvrzenou. Šedou litinu lze vyrábět téměř ve všech ocelárenských pecích, ale v současné době se vyrábí v kuplovnách. Pro výrobu šedé litiny se používají tyto základní suroviny: - kovová vsázka, palivo a struskotvorné přísady (tavidla). Kovová vsázka je tvořena především surovým železem slévárenským, dále s epoužívá litinový odpad a to především pro zlevnění výroby a ocelový odpad (šrot), který se přidává do litiny za účelem snížení obsahu uhlíku. Abychom získali litinu požadovaných vlastností a chemického složení, je nutné míšení jednotlivých druhů kovové vsázky druhování. Prvky, které ve vsázce chybí, se do litin doplňují pomocí různých feroslitin. Palivem v kuplovnách je slévárenský koks, který má na rozdíl od vysokopecního koksu větší čistotu. Struskotvorné přísady mají význam při výrobě litin ten, že upravují tekutost a složení strusky, která při tavení litiny vzniká ze vsázky a z vyzdívky pece Princip tavení v kuplovnách Na dno kuplovny se zavážecím otvorem nasype vrstva základového koksu, a to do výšky asi 1 1,3 m nad úroveň dmyšen. Po zapálení a dobrém rozhoření se do šachty nasypává vsázkovým otvorem vsázka složená střídavě z kovové vsázky vsázkového koksu se struskotvornými přísadami. Dmyšnami se do šachty přivádí spalovací vzduch, který podporuje hoření. Vzniklé spaliny o vysoké teplotě proudí vsázkou do komína a předávají ji své teplo. Kovová vsázka i struskotvorné přísady se postupně předehřívají, taví a vzniklé kapičky taveného kovu a strusky prokapávají rozžhaveným koksem a shromažďují se v nístěji kuplovny. 15

16 Tavba litiny v kuplovně se ukončuje tak, že se roztaví všechna kovová vsázka, roztavená litina a struska se odpichovými otvory vypustí a otevře se kovové dno kuplovny Rozdělení litiny Šedá litina je pro své dobré vlastnosti a jednoduchou výrobu nejrozšířenější slévárenskou litinou. Má dobrou zabíhavost, malé smrštění (1%), nízkou teplotu tavení (asi 1 250ºC), a tím i nízkou teplotu lití, která neklade zvláštní požadavky na formovací směsi a umožňuje hladký povrch odlitků. Šedá litina se skládá ze základní kovové hmoty, prostoupené četnými lupínky grafitu, který tím porušuje strukturu. Má proto menší hodnoty mechanických vlastností než ocel a nedá se tvářet. Obsahuje přibližně 2,8 až 3,ř % uhlíku a 1,5 až 2,5 % křemíku, který má rozhodující vliv na vylučování uhlíku. Na vlastnosti litiny působí i uspořádání grafitových lupínků. Čím jsou lupínky jemnější, tím kvalitnější je litina. Na velikost grafitových lupínků má podstatný vliv rychlost chladnutí litiny. Tenkostěnné odlitky chladnou rychleji než odlitky silnostěnné a lupínky vyloučeného grafitu jsou jemnější. Nalije se šedá litina do kovové formy, dojde rychle k vytvrzení povrchu odlitku, uhlík je ne povrchu vázán jako Fe 3 C, tzn. Že na povrchu je litina ve struktuře bílé a uvnitř odlitku je litina šedá. Této litině se pak říká litina tvrzená. V současné době se používají tzv. očkované litiny. Do roztavené litiny s nižším obsahem uhlíku se těsně před litím přidává určité množství tzv. očkovadel (např. ferosilicium), které podporují grafitizaci a zjemňují strukturu litiny. Očkovaná látka je pak méně náchylná na rychlost tuhnutí litiny a proto lze očkovadla používat jak pro velké odlitky, tak i pro odlitky tenkostěnné. Tvárná litina je litina, která se stále více využívá a jedná se o litinu s kuličkovým grafitem. K očkování těchto litin se používají speciální pánve a očkování se provádí pomocí hořčíkových slitin s niklem nebo s mědí, ferosiliciem. Natavená litina se nejprve odsiřuje speciálními přísadami v pánvích a teprve potom se očkuje hořčíkem za zvýšeného tlaku v autoklávu. Po očkování hořčíkem se ještě očkuje ferosiliciem, aby se zabránilo vzniku bílé litiny v rychletuhnoucích částech odlitku. Po odlití je základní kovová hmota perlitická, v níž je jemný zrnitý grafit v podobě kuliček, které strukturun základní hmoty neporušují tak, jako lupínkový grafit. Temperovaná litina se získává žíháním odlitků z bílé litiny. Bílá litina je vlivem uhlíku vyloučeného jako cementit velmi tvrdá, křehká a obrobitelná pouze broušením. Bílá litina se používá pouze na mlecí tělesa, desky, rošty a hlavní význam má pro zpracování na litinu temperovanou. Žíhání spočívá v ohřevu odlitku z bílé litiny na teplotu 900 až 1000ºC bez přístupu vzduchu. Při této teplotě dochází k rozpadu cementitu a z křehké bílé litiny se stává litina houževnatá, snadno obrobitelná. 2.6 Neželezné kovy Neželezné kovy jsou kovy, které neobsahují železo. Čisté se v praxi využívají vyjímečně, častěji se používají jako slitiny. Neželezné kovy lze rozdělit podle jejich vlastností. 1. Podle hustoty se dělí na lehké a těžké. Mezní hranice je 5 kg/dm 3. 16

17 Mezi lehké kovy patří např. hořčík, hliník a jejich slitiny, ale také sem patří např. titan, berylium apod. Těžké kovy jsou např. měď, nikl, cín a jejich slitiny, ale také zlato, stříbro, platina apod. 2. Podle teploty tavení se dělí na vysokotavitelné a nízkotavitelné. Mezi vysokotavitelné kovy patří wolfram, molybden, tantal apod. Mezi nízkotavitelné kovy patří zinek, cín olovo apod. 3. Podle elektrické vodivosti se kovy dělí na vodiče, izolanty a polovodiče. Značení neželezných kovů Číselné značení neželezných kovů vychází z ČSN: Obr. 11 Značení neželezných kovů Hliník a jeho slitiny Hliník má chemickou značku Al a je nejrozšířenějším kovem v přírodě. Čistý hliník se v přírodě nevyskytuje, vyskytuje se pouze ve sloučeninách, ze kterých se získává. Hliník se vyrábí z bauxitu a to ve dvou fázích. Nejprve se chemickou cestou z bauxitu získá čistý oxid hlinitý Al 2 O 3 a z něho se pak elektrolýzou vyrobí hliník o čistotě asi 99,5% (může se získat i hliník o čistotě 99,8%). Tento hliník se odlévá do tvaru housek, bloků, ingotů nebo desek. Hustota hliníku je 2,7 kg/dm 3, smrštění při tuhnutí je 1,7%, teplota tavení 660 ºC. Pevnost v tahu je asi 40 až 70 MPa, tvrdost 15 až 23 HB. Čistý hliník má omezenou slévatelnost, dobrou hájitelnost a velmi dobrou odolnost proti korozi a povětrnostním vlivům. Obrobitelnost hliníku je špatná, neboť se maže. Nejčastěji se používají slitiny hliníku. Nejrozšířenější tvářenou hliníkovou slitinou je dural (Al Cu4 Mg číselné značení ). Používá se jako konstrukční materiál při stavbě letadel, kolejových vozidel, automobilů apod. Požadujeme-li větší pevnost, používá se dural s vyšším obsahem hořčíku. Jedná se pak o superdural (Al Cu4 Mg1 číselné značení ). 17

18 Z konstrukčních tvářených vytvrzovaných slitin má největší pevnost slitina Al Zn6 Mg Cu číselné značení Hliníkové slitiny slévárenské se zpracovávají litím do pískových forem, kokil a odléváním na licích strojích, např. pod tlakem, apod. Slitiny hliníku s mědí se používají s obsahem mědi 8 až 13 %. Měď zvyšuje slévatelnost slitin, pevnost, tažnost a tvrdost. Velmi používanou slévárenskou slitinou je silumin, což je slitina Al Si13 číselné značení , taví se při teplotě 577 ºC. Těsně před litím je třeba slitinu očkovat 0,1 % kovového sodíku, aby se zjemnila struktura a odlitek nebyl křehký. Zlepšení mechanických vlastností siluminu se dosáhne přísadou hořčíku, který umožní vytvrzování slitiny. Tato slitina se používá na skříně leteckých a vznětových motorů, součásti v automobilovém a leteckém průmyslu apod Hořčík a jeho slitiny Hořčík je stříbrobílý až šedý kov, tažný, slévatelný, v suchém prostředí stálý, ve vlhkém prostředí se pokrývá vrstvou oxidu. Snadno podléhá chemickým vlivům. Vyznačuje se snadnou zápalností a slučivostí s kyslíkem. Teplota tavení je 650 ºC, hoří oslnivě bílým plamenem. Slitiny hořčíku patří mezi nejlehčí slitiny neželezných kovů. Nejznámější hořčíkovou slitinou je elektron (slitina hořčíku se 4 až 11 % Al, 1,5% Zn a 0,5 % Mn, s malým množstvím Si. Elektron se používá jak k tváření, tak i k výrobě odlitků litím do pískových forem, kokil a k tlakovému lití na slévacích strojích. Pevnost těchto slitin je až 300 MPa. Smrštění je 1,4 %. Elektron se velmi dobře obrábí, ale při zahřátí se snadno vzněcuje. Ochranu proti korozi lze zvýšit mořením, chromátováním nebo lakováním Měď a její slitiny Měď se vyrábí ze sirných rud sulfidů. Měď se zpracovává hlavně tvářením nad teplotou 650 ºC. Při odlévání se z mědi uvolňují plyny, takže odlitek je pórovitý. Měď také špatně teče a tím i špatně vyplňuje formu. Měď má hustotu 8,96 kg/dm 3, teplotu tavení ºC, pevnost 220 MPa a tvrdost 50 HB. Obrábí se špatně, neboť se maže. Lze ji dobře pájet a svařovat. Slitiny mědi se v podstatě rozdělují do dvou hlavních skupin a to: 1. bronzy slitiny mědi s cínem a jinými kovy, 2. mosazi slitiny mědi se zinkem. Bronzy jsou především čisté slitiny mědi s cínem, nebo s jinými kovy, např. s hliníkem, křemíkem, niklem, olovem apod. Podle toho se pak označují jako bronzy cínové, hliníkové atd. Cínové bronzy se používají k tváření i odlévání. Tvářením lze zpracovat jen čistou slitinu mědi s maximálně 8 % cínu. Vyšší obsah cínu mají bronzy lité. Nejběžnější jsou bronzy s 10 až 14 % cínu a používají se na odlitky armatur a ložiska, bronz s obsahem 20 % cínu je vhodný na součásti, které jsou vystaveny otěru. Při tavení je nutno chránit bronz před oxidací. 18

19 Hliníkové bronzy jsou slitiny mědi se 4 až 12 % hliníku a popřípadě s dalšími prvky. Přísada hliníku zvyšuje pevnost a tvrdost bronzu. Je to slitina pevná, tvárná i slévatelná, odolná proti opotřebení, nárazům a chemickým vlivům. Mosazi jsou slitiny mědi a zinku. S 10 až 20 % zinku je slitina velmi dobře tvárná a zpracovává se na plechy, dráty apod. Mosaz s 28 až 35 % zinku je pevná a dobře tvárná i za studena, odolná proti korozi a proto se používá na lopatky turbín, lodích strojů apod. Pro zlepšení obrobitelnosti se do bronzů přidává asi 1 % olova. Mosazi k odlévání obsahují 63 až 67 % mědi, 1 až 3 % olova a zbytek je zinek. Smrštění je až 2 %. Tyto mosazi se používají hlavně na odlitky armatur. 2.7 Prášková metalurgie Prášková metalurgie je technologie, při které jsou zhotovovány polotovary nebo hotové výrobky spojováním kovů nebo kovů s nekovy ve formě prášků působením tlaku a tepla při teplotách nižších než je teplota tavení alespoň jedné ze spojovaných složek Užití technologie práškové metalurgie Tato technologie se používá v případech, kdy - není možno dané materiály zpracovat jinou technologií, jako například v případech spojování komponent, které se spolu neslévají - je tato technologie hospodárnější než jiné, jako například při zpracování materiálů s vysokým bodem tavení nebo při sériové výrobě drobných součástí - tato technologie dává lepší výsledky než technologie ostatní, jako například při požadavku vysoké čistoty materiálů, požadavku dosažení přesného chemického složení nebo potřeby dosažení zvláštní struktury (poréznost). Nevýhodami práškové metalurgie jsou - menší hutnost a tím i pevnost a houževnatost vyrobených materiálů - vysoké náklady na nástroje. Výrobní postup se skládá z několika etap: - výroba prášků - úprava prášků - lisování prášků - spékání čili slinování výlisků z prášků - konečná úprava výrobků. 19

20 2.7.2 Výroba prášků Prášky je možno vyrábět způsoby - fyzikálními - drcením a mletím, které se užívají zejména u Cu, Fe, Al, Cr, Mn - rozprašováním tekutého kovu vzduchem nebo vodou, které se užívá zejména u Pb, Zn, Sn, Al, Fe - kondenzací par, která se užívá zejména u Zn, Cd - chemickými, založenými na redukci rud, které se užívají zejména u Cu, Ag, Fe, Ni, Co, W, Mo, Ti. Úprava prášků navazuje na jejich výrobu a způsoby úpravy závisejí na dalším zpracování. Nejčastěji se jedná o - redukci prášků po jejich výrobě rozprašováním vzduchem - sušení prášků po jejich výrobě rozprašováním vodou - prosévání a třídění prášků podle velikosti částic - míchání prášků podle žádaného složení výrobků - přidávání dalších složek podle zvláštních požadavků, například přidávání maziva pro zlepšení lisovatelnosti Lisování prášků Účelem lisování prášků je dosažení částečně zhutněného základního tvaru budoucího výrobku před jeho spékáním. Způsob lisování, druh lisovacích nástrojů a lisovací tlak závisejí na spékaném materiálu, rozměrech, tvaru a účelu výrobků. Tlaky se proto pohybují v širokém rozmezí od 200 do MPa. Lisovací nástroje mohou pracovat Obr. 12 Lisování prášků - přímočaré - přímočarým pohybem, tedy lisováním v užším smyslu slova - rotačně, tedy válcováním - vytlačováním kalibrovaným otvorem. Přímočaré lisování může probíhat - z jedné strany (obr. a) - z obou stran (obr. b) - ze všech stran. (obr. c) 20

21 Obr. 13 Lisování prášků - vytlačování Jednostranné lisování se užívá u výlisků z dobře lisovatelných prášků a u nízkých výlisků, protože u lisovníku je zhutnění největší, ve vzdálenějších místech je zhutnění menší. Oboustranné lisování se užívá u vyšších výlisků. Zhutnění v místech přímého působení lisovníků je větší než zhutnění uprostřed výlisku. Lisování ze všech stran se užívá u tvarově složitějších výlisků. Výlisek se nejdříve předlisuje jednostranně nebo oboustranně do přibližného tvaru. Pak se vloží do válce s kapalinou, nejčastěji olejem, na kterou tlačí píst. Tlak v kapalině působí rovnoměrně ze všech stran výlisku. Tímto postupem je dosahováno nejvyššího zhutnění ve všech směrech. Při válcování prášek ze zásobníku vstupuje mezi válce, které ho stlačují a zhutňují. Výrobkem jsou tyče nebo pásy. Pokud dosažené zhutnění nepostačuje, může být opakováno. Při vytlačování kalibrovaným otvorem jsou vytvářeny polotovary tyčového tvaru Spékání (slinování) prášků Spékáním se rozumí tepelné působení na polotovar zhotovený předchozím lisováním, obecněji zhutněním. Teplota slinování závisí na druhu spojovaného materiálu a na jeho složení. V případě slinování polotovarů vytvořených z jednoho prášku, tj. prášku vyrobeného z jediného materiálu, se volí teplota slinování ve výši asi 80 % teploty jeho tavení. Ke spojování částic prášku dochází difusí. U polotovarů vytvořených ze směsi prášků může dojít ke spojení prachových částic dvojím způsobem. V prvním případě je teplota slinování nižší než teplota tavení všech složek směsi a ke spojení dochází difusí. Ve druhém případě je teplota slinování vyšší než teplota tavení některé nebo některých složek, přičemž alespoň jedna ze složek zůstává v tuhém stavu. Pak dochází ke spojení tuhých částic jejich smáčením kapalnou fází a následující difusí (podobně jako při pájení). V případě nebezpečí oxidace prášků nebo jejich jiného nežádoucího chemického ovlivnění se slinování provádí v ochranné atmosféře nebo ve vakuu. 21

22 2.7.5 Konečná úprava slinutých výlisků Slinuté výrobky často ještě nevyhovují na ně kladeným požadavkům. Proto se u nich provádí konečná úprava, která závisí na druhu spékaného materiálu a účelu výrobků. Nejčastějšími konečnými úpravami jsou - opakované lisování a slinování s cílem zvýšení hutnosti a tím i pevnosti a houževnatosti - kalibrování, což je dolisování za studena pro dosažení přesného tvaru a rozměrů - nauhličení, které se provádí u ocelových výrobků, které mají být za účelem zvýšení tvrdosti kaleny - zaplnění pórů kovem s nižší teplotou tavení, například mědí nebo niklem, za účelem odstranění poréznosti - sycení mazivem u výrobků, které mají mít nízký součinitel tření (samomazná ložiska). - povrchová ochrana proti korozi Výrobky práškové metalurgie Výrobky zhotovené technologií práškové metalurgie mohou být vytvořeny z různých materiálů a sloužit různým účelům. Proto je při snaze o systematické uspořádání jejich výčtu možno sestavit přehledy podle různých hledisek. V následujícím přehledu bylo zvoleno hledisko použití výrobků v hlavních technických oborech. Konstrukční (strojní) součásti Mechanicky namáhané součásti Do této skupiny patří zpravidla menší sériově vyráběné součásti, u nichž nejsou kladeny vyšší nároky na pevnost houževnatost. Příkladem mohou být součástky pro motorová vozidla, do kancelářských strojů, šicích strojů, kuchyňských strojků a dalších jako různé páčky, ozubená a řetězová kola, pístní kroužky. Materiálem je ocel, ocel s grafitem, ocel s mědí, bronz. Kluzná ložiska vyráběná práškovou metalurgií jsou trojího typu: - tlustostěnná samomazná ložiska - tenkostěnná ložiska tlakově mazaná - tenkostěnná ložiska nemazaná. Obr. 14 Kluzné ložisko - výroba U tlustostěnných ložisek se využívá poréznosti jejich struktury k získání dlouhodobé samočinné mazací schopnosti. Ložisko se vyrobí s 10 až 25 % porézností tak, aby póry byly propojené a na vnitřním povrchu ložiska otevřené. Před montáží do stroje se ložiska sytí olejem. V provozu olej z pórů vzlíná do místa styku ložiska s čepem a maže. Tato ložiska se užívají v případech, kdy je přístup k ložisku omezen nebo kdy není možno během provozu zařízení spoléhat na kvalifikovanou obsluhu. Příkladem mohou být malé elektromotorky, kuchyňské strojky, textilní stroje, některá zařízení automobilů. Nejčastějším materiálem je ocel, ocel s grafitem, bronz, bronz s grafitem. Tenkostěnná ložiska tlakově mazaná vyrobená práškovou metalurgií mají stejný tvar a funkci jako tentýž typ ložisek vyráběný obráběním. Prášková metalurgie ale při jejich výrobě umožňuje významnou úsporu materiálu. Konstrukce ložiska je dvouvrstvá, 22

23 kovový prášek je v potřebné tloušťce vrstvy zevnitř nalisován na ocelový podklad (plášť). Po slinutí se jemně obrábí pouze vnitřní povrch ložiska. Nejčastějším materiálem je olověný bronz. Tenkostěnná ložiska nemazaná jsou vyrobena ze směsi cínového bronzu a plastu s nízkým součinitelem tření, nejčastěji teflonu. Tato ložiska nevyžadují žádné mazaní. Nejsou ale vhodná pro vyšší rychlosti otáčení. Konstrukce ložiska je podobná jako u tenkostěnných tlakově mazaných ložisek. Třecí materiály U některých strojních součástí je požadován vysoký součinitel tření. Příkladem jsou obložení brzd a spojek. Prášková metalurgie umožňuje výrobu takových materiálů spojením kovu a keramické složky, zvyšující tření. Kovovou složku tvoří ocel nebo bronz, přidává se křemenný prach, karbid křemíku nebo asbest. Pro dosažení zvláštních vlastností, například měkkého záběru nebo zamezení blokování, se přidává grafit a olovo. Takto zhotovené materiály mají součinitel suchého tření 0,25 až 0,5 (litina má 0,1 až 0,2). Pórovité materiály (kovové filtry) Kovové filtry jsou destičky zhotovené s velikostí pórů odpovídající velikosti oddělovaných částic. Materiálem je ocel, bronz, nikl, stříbro, ale také karbid wolframu nebo karbid křemíku. Prášek se lisuje do tvaru destiček nebo se válcuje do tvaru pásu a následně spéká. Někdy se prášek spéká bez stlačení ve volně nasypané vrstvě. Kovové filtry se užívají k jemnému filtrování kapalin a vzdušin, například benzinu, nafty, technických plynů. Někdy se užívají jako tlumicí element v hydraulických a pneumatických systémech. Žárovzdorné a žáropevné materiály Žárovzdornými materiály se rozumí takové, které odolávají vysokým teplotám a nebortí se, žáropevnými takové. které jsou schopny při vysokých teplotách přenášet silové zatížení. V současné technice jsou zmíněné vlastnosti často požadovány. Příkladem mohou být tepelné motory nebo měřicí technika. Do této skupiny patří - vysokotavitelné kovy, jako wolfram (3 410 C), tantal (2 996 C), molybden (2 610 C), niob (2 486 C), vanad (1 890 C), chrom (1 875 C), titan (1 668 C ) - kysličníky, především Al2O3, a jejich spojení s kovy; například pro výrobu hořáků, pyrometrů a tepelně namáhaných forem se užívá slinutina složená z 30 % Al2O3 a 70 % chromu - karbidy některých kovů (wolframu, titanu a dalších); například na lopatky spalovacích turbin se užívá slinutina TiC+Ni+Cr - silicidy, tj. sloučeniny křemíku s některými kovy spojené s dalšími složkami; například pro výrobu tavicích kelímků a trysek raket se užívá slinutina MoSi2 + Al2O3 - boridy, tj. sloučeniny bóru s některými kovy (zirkonem, titanem, chromem, molybdenem); příkladem užití jsou hořáky tryskových a raketových motorů nebo ventilová sedla pístových spalovacích motorů. Elektrotechnické součásti Magnetické materiály se vyrábějí z kovů nebo jejich kysličníků. Podle magnetických vlastností, které je možno ovlivnit složením, se rozdělují na materiály magneticky měkké a magneticky tvrdé. 23

24 Kovové magnety se vyrábějí ze železa nebo ze směsi železa s hliníkem, niklem, kobaltem či molybdenem. Známé jsou magnety označované Alniko, zhotovené z Fe, Al, Ni a Co. Někdy se přidávají i nekovové složky, například křemík. Nekovové magnety se vyrábějí z kysličníků železa FeO nebo Fe 2 O 3 jejich slučováním s kysličníky jiných kovů (zinek, mangan). Pro jejich označení se užívá názvu ferity. Nejvýznamnější jsou sloučeniny MnO Fe 2 O 3 a ZnO Fe 2 O 3. Žádný z těchto kysličníků sám není magnetický, jejich sloučenina je feromagnetická. Kontakty Elektrické kontakty jsou součásti, od nichž jsou požadovány vysoká elektrická vodivost, vysoká tepelná vodivost, tvrdost a odolnost proti erozi elektrickým obloukem. Tyto vlastnosti jsou do určité míry protichůdné a zpravidla jich není možno dosáhnout použitím jediného kovu. Pro velká napětí, malé proudy a častá přerušení se užívá wolfram. Pro velká napětí a velké proudy se užívá wolfram s mědí nebo stříbrem. Pro nižší napětí a velké proudy se užívá stříbro s niklem nebo kysličníkem kadmia. Kartáče Od kartáčů točivých elektrických strojů je požadována vysoká elektrická vodivost a dobré kluzné vlastnosti. Pro malé proudy se užívá kartáčů grafitových. Pro velké proudy se kartáče vyrábějí práškovou metalurgií z mědi a grafitu, kterého obsahují až 50 %. Vlákna Elektrická vlákna vedou proud při vysokých teplotách. Proto se nejčastěji zhotovují z wolframu nebo molybdenu. Tyto kovy jsou pro svoji vysokou teplotu tavení (wolfram C, molybden C) klasickými postupy velmi obtížně zpracovatelné. Nástrojové materiály Do této skupiny jsou zařazeny materiály na obráběcí a tvářecí nástroje, kterých je pro jejich vlastnosti někdy užíváno i v jiných případech. Slinuté karbidy Slinuté karbidy se vyrábějí se z karbidů wolframu, titanu, chromu, molybdenu, tantalu, niobu a dalších. Ke karbidovým práškům se jako pojivo přidává kobalt. Keramické řezné materiály Základní složkou keramických řezných materiálů je umělý korund, kysličník hlinitý Al2O3. Pro zvýšení houževnatosti se přidává karbid wolframu nebo karbid molybdenu. Brusné materiály Práškové metalurgie se užívá při také výrobě speciálních brusných kotoučů. Těleso kotouče je zpravidla z hliníku. Na jeho funkčním povrchu se pak nalisováním a spékáním vytváří vrstva diamantových brusných zrn s kovovým pojivem. Nitridy a boridy K novějším nástrojovým materiálům patří různé sloučeniny dusíku a sloučeniny boru, nitridy a boridy. Nejznámějším materiálem této skupiny je nitrid bóru, uváděný pod obchodním označením borazon. 24

25 3. Technické materiály nekovové 3.1 Plasty Rozdělení plastů Dnes se vyrábí velké množství plastů. Můžeme hovořit o chemii plastů. Abychom se mohli orientovat v plastech, musíme si je rozdělit. Nejčastěji se plasty dělí podle chování při zahřívání. Z tohoto hlediska dělíme plasty na termoplasty a reaktroplasty. Skupina Změna vlastností Příklad plastů Využití Termoplasty (tepelně tvárné) Působením tepla měknou a působením chladu opět tuhnou, mění se vratně Polystyren PVC Organické sklo Spotřební průmysl Reaktoplasty (tepelně tvrditelné) Působením tepla dochází k chemické reakci a plasty se vytvrzují, mění se nevratně do netavitelného a nerozpustného stavu Kartit Umakart Epoxidy Skleněné lamináty Polyestery Strojírenství Doprava Chemický průmysl Při svém vzniku jsou plasty tekuté a dají se lehce formovat. V konečné podobě jsou za teploty 20ºC až + 39ºC pevné. Většinu plastů můžeme opracovávat jako dřevo. Tohoto využíváme při výrobě v průmyslu Zpracování plastů V továrnách se plastické hmoty zpracovávají nejčastěji tvářením (lisování, vytlačování, válcování, vyfukování a tvarování). Uplatňuje se působení tlaku a tepla, popřípadě obojího. Lisování - vyrábí se za působení tlaku a tepla. Nejčastěji se používá přímé lisování termoplastů v lisovacích formách. Forma je celá vyhřívaná. Tvárnice (1) se naplní plastickou hmotou (3). Potom se zavede tvárník (2), hmota se zalisuje. K vytvrzení dojde buď ohřevem (reaktoplast) nebo ochlazením (termoplast). 25

26 Obr. 15 Lisování plastů Válcování - zpracování termoplastů. Vyrábíme takto fólie, desky, podlahové krytiny, ubrusy apod. Plastická hmota je unášena válci, které jsou vyhřívány. Hmota teplem měkne, stává se stejnorodou a válcuje se na tloušťku, která je daná vzdáleností válců. Obr. 16 Válcování, vstřikování a vytlačování plastů 26

27 Vytlačování - zpracování termoplastů. Vyrábíme tyče, trubky a oplášťované vodiče. Z násypky (1) se přivádí termoplast (2) do vyhřívané tlakové komory (3). V ní měkne a je šnekem (4) dopravován k vytlačovací hlavě (5), jejímž otvorem vystupuje do volného prostoru, ochlazuje se a tuhne. Na konstrukčním řešení vytlačovací hlavy a na tvaru otvoru závisí druh technického polotovaru obr. 17. Obr. 17 Vytlačování Vyfukování - zpracování termoplastů. Vyrábíme takto polyethylenové fólie. Z hlavy (1) vytlačovacího stroje vychází měkká tenkostěnná trubka z termoset, do které vyúsťuje trubice (2) napojená na zdroj tlakového vzduchu. Tlakový vzduch vyfoukne trubku do tvaru neuzavřeného pytle (3), jehož obvod (šířka fólie) je vymezena kalibračním zařízením (4). Plastická hmota se vstupem do volného prostoru a proudem tlakového vzduchu ochlazuje a tuhne. Přes soustavu válečků se fólie odtahuje a navíjí do svitku. 27

28 Obr. 18 Vyfukování Tažení - zpracování termoplastů. Vyrábíme mělké misky z polyethylenu, polystyrénu, PVC apod. Zahřátý list termoplastu (3) je pohyblivým tvárníkem (1) tažen do dutiny tvárnice (2). Nabývá tvaru tvárníku a po ochlazení si tento tvar ponechává. Obr. 19 Tažení Variantou tažení je vyfukování ze dvou fólií ve formě. Vyrábíme takto různé výrobky zejména z polyethylenu ( dětské hračky, láhve apod. ). Fólie (3) se ve formě nejprve 28

29 prohřejí, čímž změknou, a pak se mezi ně foukne vzduch z čelní trysky (2). Tlakem vzduchu získávají fólie tvar formy (1). Po ochlazení si výrobek ponechá získaný tvar Vlastnosti plastů Obr. 20 Vyfukování ve formě Vlastnosti jsou rozhodující pro upotřebení plastů. Cennými vlastnosti plastů jsou především: tvrdost, pevnost, pružnost, lomivost, životnost a tvarová paměť. Další cennou vlastností je hmotnost plastů. Většina technických materiálů (kromě dřeva) je několikanásobně těžší než voda (železo 7,8krát, olovo 11,3krát). Plastické hmoty jsou pouze nepatrně těžší než voda ( 1,05krát až 1,5krát ). Můžeme ale vyrobit i plastické hmoty, které jsou lehčí než voda. Jedná se o tzv. lehčené plastické hmoty ( pěnový polystyrén ). Další zajímavou vlastností plastů je odolnost proti různým chemikáliím, mořské vodě a povětrnostním vlivům. Plasty ale mají i své záporné vlastnosti. Nejzákladnější je znečištění životního prostředí. Toto souvisí s odolností plastů. Plastické hmoty se sami nerozkládají a proto je jejich odstraňování velmi problematické. Základní vlastnosti termoplastů a reaktoplastů se velmi liší. Podle jednoho zástupce z každé skupina popíšeme vlastnosti. Termoplast PVC - jde o polvinylchlorid. Výrobky z PVC jsou známy pod jmény Novodur (neměkčené PVC) a Novoplast (měkčené PVC). Novodur je pevný, dosti křehký plast, použitelný do teplot 60ºC. Při teplotách nad 80ºC měkne a přechází do plastického stavu. Můžeme ho tedy tvarovat. Po vychladnutí zachovává tvar. Novoplast je ohebný, pod bodem mrazu křehne. Reaktoplast bakelit - vyroben ze syntetické pryskyřice. Plnidlem je dřevní moučka. Má tmavou barvu a je výborným elektroizolátorem. Teplem neměkne, je křehký, lze jej používat i při teplotách okolo 100 ºC. Základní tvary a formy se kterými se setkáme : - vlákna, struny, vlasce - fólie - desky, trubky, profily, bloky - technické pryskyřice - lehčené hmoty - lisovací a vstřikovací hmoty 29

30 3.2 Technická pryž, kůže a textilie Technická pryž Pryž je materiál vyrobený vulkanizováním kaučuku. Kaučuk přírodní materiál vyrobený srážením kaučukového mléka. Vulkanizováním, tj. nejčastěji zahříváním na vyšší teplotu, přechází kaučuk působením síry do elastického stavu, stává se méně citlivým na změny teploty a na rozpustila. Většina pryžových výrobků se vyrábí tvářením kaučukové směsi za současné vulkanizace. Vlastnosti pryže závisí na druhu, množství plniv a přísad a na způsobu zpracování. Značení pryže se provádí dle ČSN. Obr. 21 Značení pryží Pryž se používá jako těsnící materiál v automobilovém a leteckém průmyslu, na výrobu pneumatik, dopravních pásů, řemenů, hadic, manžet apod. Starou pryž lze regenerovat a získává se tím cenná surovina, která se přidává do nové pryže, nebo se používá na podřadnější součástky Technická kůže Kůže zvířat je surovinou pro výrobu usně. Surová kůže je tvrdá, lámavá, málo pevná a snadno podléhá hnilobě. Proto se musí vyčinit, promastit a různě upravit, aby získala požadované vlastnosti a tím se dala využít v průmyslu. Vyčiněná kůže se nazývá useň. Kvalitní useň je houževnatá, pružná, pevná, ohebná a snadno tvárná. Ve strojírenství se používá nejkvalitnější useň, která se vyrábí ze hřbetů a ramen. Usně se používají na výrobu hnacích řemenů (ploché, klínové a profilové). K pohonu malých strojků se používají i usně kruhových průřezů. Dále se z ní vyrábějí membrány, těsnící podložky a další součásti Technické textilie Základní surovinou pro výrobu textilu jsou vlákna a to přírodní rostlinná nebo živočišná a umělá. Mezi rostlinná vlákna patří len, konopí, juta, lýko, bavlna atd. V přírodě se vyskytují jako součást rostlinného těla. Živočišná vlákna tvoří buď srst savců, nebo ztuhlý bílkovinný 30