Slévárenství slitin neželezných kovů

Transkript

1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Slévárenství slitin neželezných kovů (studijní opory) Petr Lichý Vlasta Bednářová Ivana Kroupová Ostrava 2013

2 Název: Slévárenství slitin neželezných kovů Autor: Ing. Petr Lichý, Ph.D., doc. Ing. Vlasta Bednářová, CSc., Ing. Ivana Kroupová Vydání: první, 2013 Počet stran: 57 Náklad: v elektronické podobě Studijní materiály pro studijní obor Moderní metalurgické technologie (studijní program Metalurgické inženýrství) navazujícího magisterského studia Fakulty metalurgie a materiálového inženýrství. Jazyková korektura: nebyla provedena. Určeno pro projekt: Operační program Vzděláváním pro konkurenceschopnost Název: ModIn - Modulární inovace bakalářských a navazujících magisterských programů na Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství VŠB - TU Ostrava Číslo: CZ.1.07/2.2.00/ Realizace: VŠB Technická univerzita Ostrava Projekt je spolufinancován z prostředků ESF a státního rozpočtu ČR Petr Lichý VŠB Technická univerzita Ostrava

3 Obsah Rozdělení slitin neželezných kovů:... 6 Rozdělení neželezných kovů... 6 Způsoby značení slitin NZK... 6 Kovy s nízkou teplotou tavení... 7 Olovo Pb... 7 Cín Sn... 7 Zinek Zn... 7 Lehké kovy... 7 Hliník Al... 8 Titan Ti... 9 Kovy se střední teplotou tání Měď Cu Nikl - Ni Mangan - Mn Ušlechtilé kovy Zlato - Au Stříbro - Ag Platina - Pt Kovy s vysokou teplotou tání Chrom - Cr Molybden - Mo Wolfram - W Porovnání spotřeby kovů Hliník a jeho slitiny Výroba hliníku Vlastnosti hliníku Ovlivnění vlastností Al Použití hliníku Slévárenské slitiny hliníku Označování slitin hliníku na odlitky podle ČSN EN Označování slitin hliníku podle ČSN Dělení slévárenské slitiny hliníku dle ASM... 18

4 Přednosti slévárenských slitin hliníku Faktory pro volbu vhodné slitiny pro vyhotovení požadovaného odlitku Chemické složení slitin hliníku Vliv legujících prvků nebo příměsí Vlastnosti slitin Al Vybrané binární diagramy hliník - příměs Intermetalické fáze ve slitinách Al Nerovnovážné a rovnovážné precipitáty v Al slitinách Slitiny typu Al Cu Slitiny typu Al Cu Si Slitiny typu Al Mg Slitiny typu Al Sn Slitiny Al Si Diagram hliník křemík Rozdělení siluminů podle obsahu křemíku Morfologie eutektika ve slitinách Al-Si Modifikátory slitin Al-Si Kvantitativní hodnocení morfologie eutektického křemíku Modifikátory slitin Al-Si Slitiny Al Očkování Princip očkování slitin Al-Si Vliv očkování na vlastnosti slitin Měď a její slitiny vlastnosti Cu Vliv příměsí na vlastnosti Cu Rozdělení slitin mědi Bronzy Mosazi Hořčík a jeho slitiny Slévárenské slitiny hořčíku Slévárenské slitiny hořčíku Mechanické a fyzikální vlastnosti slitin Mg... 52

5 Tavení slitin Mg Zinek a jeho slitiny Titan a jeho slitiny Vlastnosti titanu Sloučeniny titanu Slitiny titanu Použití slitin Ti Dělení slitin titanu Titanové pěny... 59

6 Rozdělení slitin neželezných kovů: podle základního prvku obvykle více než 50 % podle způsobu zpracování podle technologie (sl. slévárenské a sl. pro tváření) podle hustoty - lehkých (Al, Mg, Ti) - těžkých (Cu, Zn, Ni, Pb, Sn) 4500 kg.m -3 podle tavicí teploty - do 600 C nízkotavitelné (Sn, Pb, Zn) - do 1500 C se střední Ttav (Mg, Al, Cu) - s vysokou Ttav (Ti, Cr, V, Mo, Nb) podle chemické reaktivnosti nebo dalších kritérií Rozdělení neželezných kovů čisté kovy v podstatě představují jednotlivé kovové prvky, proto lze k rozdělení kovů využít periodickou soustavu prvků z technického hlediska je však nejčastější dělení kovů na: 1. kovy s nízkou teplotou tání : Zn, Cd, Hg, Sn, Pb, Bi 2. lehké kovy : Al, Mg, Be, Ti 3. kovy se střední teplotou tání : Cu, Ni, Mn, Co 4. ušlechtilé kovy : Au, Ag, Pt, Rh, Pd, Ir, Os 5. kovy s vysokou teplotou tání : Cr, W, V, Mo, Ta, Nb Způsoby značení slitin NZK číselné značení - příslušné evropské, národní, podnikové nebo jiné normy - obvykle nevyplývá chemické složení slitiny značení chemickými značkami - uvádí střední obsah hlavních prvků v procentech - na prvním místě je značka základního prvku - na dalších pozicích jsou značky přísadových prvků v pořadí jejich obsahu ve slitině

7 - při obsahu nižším než 1 % se obvykle množství prvku neuvádí - např. AlSi10Mg (silumin s 10% křemíku a méně než 1% hořčíku) Kovy s nízkou teplotou tavení Technicky nejvýznamnější: olovo, cín, zinek. Olovo Pb Pb je kov šedé barvy, velmi měkký a dobře tvárný, dobře odolává silným anorganickým kyselinám je to špatný vodič tepla a elektrického proudu, Pb je jedovaté, proto se nesmí používat v potravinářství. Hlavní oblasti použití Pb - ochrana nádob a potrubí při výrobě H2SO4, - ochrana elektrod v autobateriích, - ochrana proti radiaci (RTG, radioizotopy), - slitiny Pb - měkké pájky. Cín Sn Sn je stříbrobílý kov, dobře tvárný, poněkud tvrdší než Pb, ale stále velmi měkký. Sn dobře odolává korozi, je stálý na vzduchu i ve vodě. Hlavní oblasti použití Sn Asi polovina vyrobeného Sn se spotřebovává na povrchovou ochranu předmětů zejména pro potravinářské účely, druhá polovina vyrobeného Sn se spotřebuje na slitiny s nízkou teplotou tání (měkké pájky, cínové kompozice) a spolu s Cu na výrobu bronzů. Zinek Zn Zn je bílý kov s modrošedým odstínem, středně tvrdý a za normální teploty křehký. Dobře odolává atmosférickým vlivům, mořské vodě i organickým látkám. Hlavní oblasti použití Zn - povrchová ochrana zejména ocelí, - významné jsou sloučeniny Zn jako např. oxid zinečnatý ZnO (běloba v malířství) či tzv. bílá skalice (použití v lékařství, při galvanickém pozinkování). Lehké kovy Technicky nejvýznamnější:

8 hliník, hořčík, titan. Hliník Al Al je nejrozšířenější kov v zemské kůře a spotřebou druhý nejvýznamnější po Fe. Za normálních podmínek je Al velmi stálý, při zahřátí se však stává silně reaktivním a tvoří zejména oxidy. Pro výrobu Al je nejvýznamnější ruda bauxit, což je v podstatě Al2O3 s neurčitým obsahem vázané vody. Hlavní oblasti použití Al - elektrotechnický průmysl (elektrovodný materiál, kondenzátory), - chemický a potravinářský průmysl (dobrá tepelná vodivost a odolnost proti korozi v kyselém prostředí), - obaly a ochranné povlaky - velká část Al se spotřebuje při výrobě slitin Al (slitiny k tváření a slévárenské slitiny se širokým použitím zejména v automobilovém a leteckém průmyslu). Použití hliníku a jeho slitin: - strojírenství (odlitky, konstrukční součástky, různé profily, atd.) - stavebnictví (fasádní profily, profily pro výrobu dveří a oken, atd.) - potravinářský průmysl (obalová technika - alobal), - elektrotechnika (kabely, dráty), - letecký průmysl (používají se slitiny na bázi Al-Li), - automobilový průmysl (části motorů, profily pro výplně dveří, pouzdra tlumičů, atd.)

9 SLITINY HLINÍKU Slévárenské slitiny - hlavně slitiny Al-Si (siluminy) - Al-Si-Mg, Al-Si-Cu - Al-Si-Cu-Ni, Al-Cu, Al-Mg. Slitiny určené k tváření podeutektické 4,5-10 % Si vytvrditelné nevytvrditelné eutektické % Si nadeutektické nad 13 % Si Al-Cu-Mg Al-Mg-Si Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg-Cu Al-Mg Al-Mn Titan Ti Ti je nemagnetický polymorfní kov, jehož význam značně vzrostl po II. světové válce. Hlavními výhodami Ti jsou nízká měrná hmotnost a zároveň vysoká pevnost (měrná pevnost je stejná nebo i vyšší než u ocelí), dobrá vrubová houževnatost i za nízkých teplot a dobrá odolnost proti korozi.

10 Hlavní nevýhodou Ti je obtížné zpracování, způsobené hlavně vysokou reaktivitou Ti za teplot nad 700 C, Ti má i horší obrobitelnost, slévatelnost a svařitelnost. Hlavní oblasti použití Ti: chemický, papírenský a textilní průmysl (využívá se zejména odolnost proti Cl a jeho sloučeninám), součásti lodí (využívá se výborná odolnost proti mořské vodě), letecký a automobilový průmysl, zdravotní nezávadnost Ti dovoluje jeho použití v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, v chirurgii (nástroje, šrouby, implantáty), slitiny Ti (používají se zpravidla tehdy, nevyhovují-li slitiny Al). Kovy se střední teplotou tání Technicky nejvýznamnější: měď, nikl, mangan. Měď Cu Cu je kov načervenalé barvy s výbornou tepelnou i elektrickou vodivostí, velmi dobrou tvárností za tepla i za studena tvárnost si zachovává i při záporných teplotách. Vyznačuje se velmi dobrou korozní odolností jak vůči atmosférickým vlivům tak i vůči řadě chemikálií, Cu je po Fe a Al třetí nejpoužívanější kov, k přednostem Cu patří též dobrá obrobitelnost a svařitelnost, naopak špatná je slévatelnost. Hlavní oblasti použití Cu: v elektrotechnice jako elektrovodný materiál, zařízení vystavená nízkým teplotám, střešní krytina, okapové žlaby a svody, nádoby v potravinářském průmyslu, plátování ocelových plechů, asi polovina vyrobené Cu se používá k výrobě slitin, a to buď mosazí, nebo bronzů.

11 Nikl - Ni Ni je drahý feromagnetický kov s velmi dobrou korozní odolností a dobrými mechanickými vlastnostmi. Významnou vlastností Ni je vysoká vrubová houževnatost i při nízkých teplotách. Hlavní oblasti použití Ni: asi 60 % Ni se spotřebuje jako přísada do slitinových ocelí, kde zvyšuje zejména vrubovou houževnatost při nízkých teplotách, v elektrotechnice se Ni využívá pro regulační odpory či odporové teploměry, jako konstrukční materiál se používá pro ventilová sedla či součásti parních armatur, asi 25% spotřeby představují vlastní Ni slitiny (slitiny se zvláštními fyzikálními vlastnostmi a slitiny žárovzdorné a žáropevné). Mangan - Mn Mn je kov šedé barvy, tvrdý a křehký. Na vzduchu poměrně rychle oxiduje, rozpouští se v kyselinách, rozkládá vodu. Hlavní oblasti použití Mn: většina Mn se spotřebuje jako přísada do ocelí jedná se o jednu z nejběžnějších přísad většinou u levných legovaných ocelí, kde působí především na zvýšení pevnosti. Mn bývá často součástí železné rudy, proto se dostává do oceli i jako přirozená příměs podobně jako Si, P či S. Ušlechtilé kovy Technicky nejvýznamnější: zlato, stříbro, platina. Zlato - Au Au je kov žluté barvy je nejznámější z ušlechtilých kovů, zejména proto, že bylo dříve využíváno i jako platidlo a je považováno za nejcennější kov ve šperkařství. Je výborným vodičem elektrického proudu a tepla, není příliš pevné, zato je velmi tvárné (za studena jej lze vytepat na fólii o tloušťce až 0,0001 mm). Má vynikající korozní odolnost po Pt je Au chemicky nejodolnějším kovem. Hlavní oblasti použití Au: elektrotechnický průmysl (vodiče, zlacené kontakty), šperkařství slitiny Au

12 Stříbro - Ag Ag je kov bílé barvy s velmi dobrou korozní odolností. Má nejlepší tepelnou a elektrickou vodivost ze všech kovů. Známá je sloučenina dusičnan stříbrný AgNO3, která se využívá v lékařství a zejména ve fotografickém průmyslu (fotocitlivá vrstva). Hlavní oblasti použití Ag: elektrotechnický průmysl (vodiče, pojistky, kontakty), šperkařství, ochranné vrstvy na součástech pro chemický průmysl, slitiny Ag (využití v elektrotechnickém průmyslu a jako tvrdé pájky). Platina - Pt Je hlavním představitelem skupiny tzv. platinových kovů (Pt, Pd, Rh, Ir, Os). Pt je charakteristická především vysokou chemickou stálostí a odolností proti oxidaci za vysokých teplot je ze všech kovů chemicky nejodolnější. Stejně jako všechny ušlechtilé kovy patří k nejdražším kovovým materiálům. Hlavní oblasti použití Pt: elektrotechnický průmysl (speciální elektronky, kontakty, potenciometry, elektrody zapalovacích svíček), laboratorní kelímky a misky, trysky k výrobě skelných a syntetických vláken, katalyzátor v chemickém či farmaceutickém průmyslu, slitiny Pt (topné spirály, termočlánky). Kovy s vysokou teplotou tání Technicky nejvýznamnější: chrom, molybden, wolfram. Chrom - Cr Cr je bílý kov s nádechem do modra, lesklý a tvrdý, na vzduchu je velmi stálý. Sloučeniny Cr jsou jedovaté a zpravidla výrazně zabarvené, proto se často používají jako barviva. Hlavní oblasti použití Cr: používá se jako přísada do tzv. korozivzdorných ocelí (oceli používané v chemicky agresivním prostředí) aby se však ocel dala označit jako korozivzdorná, musí teoreticky obsahovat více než 11,5% Cr (prakticky více než 14% Cr), v menších množstvích zvyšuje Cr výrazně prokalitelnost ocelí,

13 další významnou oblastí použití Cr je galvanické pokovování různých součástek a předmětů, které jsou takto chráněny před oxidací a mají hladký a lesklý povrch. Molybden - Mo Mo je tvrdý, křehký kov, chemicky stálý, s vysokou teplotou tání. Hlavní oblasti použití Mo: nejvíce Mo se spotřebuje při výrobě ocelí, kde působí na zvýšení žáropevnosti, prokalitelnosti, korozní odolnosti atd., Mo se využívá také k výrobě slinutých karbidů pro řezné nástroje, v elektrotechnice na kontakty, magneticky měkké slitiny, elektronky, rentgenové lampy, odporové materiály ve vakuu pro teploty 1600 až 2000 C, jeho dobrá odolnost proti korozi se využívá při výrobě armatur, míchadel a nádob v chemickém průmyslu. Wolfram - W Má podobné vlastnosti jako Mo, jeho teplota tání je nejvyšší mezi kovy. Tvoří velmi tvrdé a stálé karbidy. Hlavní oblasti použití W: je typickým přísadovým kovem u nástrojových ocelí, zejména pak u tzv. rychlořezných ocelí (zvyšuje odolnost proti otěru a řezivost nástroje), dále se používá u ocelí pro práci za vyšších teplot a u ocelí s vysokou tvrdostí, W se používá rovněž pro kontakty s dobrou odolností proti opotřebení, pro vlákna žárovek, elektronky, speciální lampy, svařovací elektrody, topné odpory vakuových pecí pro vysoké teploty apod. Porovnání spotřeby kovů Z celosvětové roční produkce kovových materiálů tvoří slitiny Fe asi 90%, neželezné kovy a jejich slitiny asi jen 10%. Oceli se dnes ve světě vyrobí za rok kolem 950 milionů tun, z toho asi 98% je tvářená ocel a zbytek je ocel na odlitky, asi 85% tvoří oceli nelegované nebo též uhlíkové, zbytek tvoří oceli legované. Litiny se dnes ročně vyrobí kolem 150 milionů tun.

14 Slitiny Fe představují nejvíce používané materiály ve strojírenství, avšak velká část z celkového množství vyrobené oceli se spotřebuje ve stavebnictví, kde se používají zpravidla nejméně jakostní oceli. Druhým nejrozšířenějším kovem je Al a jeho slitiny, ovšem jeho roční světová produkce je v porovnání se slitinami Fe výrazně nižší dnes se odhaduje asi na 50 milionů tun. Roční světová produkce Cu a jejích slitin je asi 15 milionů tun, Zn asi 7 milionů tun, olova asi 5 milionů tun, výroba u ostatní kovů již nepřesahuje 5 milionů tun za rok. Hliník a jeho slitiny hliník je jedním z nejrozšířenějších kovů v přírodě (asi 8 % v zemské kůře) základní surovinou pro výrobu je bauxit (elektrolýza oxidu hlinitého v roztavených fluoridech) energetická náročnost 14MWh/1t Al

15

16 Výroba hliníku Bayerova metoda pro gibbsitické bauxity: Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2 H2O pro boehmitické bauxity: AlOOH + NaOH NaAlO2 + H2O (T loužení 100 C) (T loužení 200 C) pro diasporické bauxity: AlOOH + NaOH + Ca(OH)2 NaAlO2 + Ca(OH)2+ H2O (T loužení 240 C) Vlastnosti hliníku Fyzikální vlastnosti hustota 2700 kg.m-3 teplota tání 660 C teplota vypařování 2520 C krystalická mřížka kubická plošně centrovaná (K12) mřížková konstanta a = 4, m atomové číslo 13 atomová hmotnost 26,98

17 tepelná vodivost (20 C) 235 W.m-1.K-1 vysoká elektrická vodivost (Al 99,99 % při normální teplotě dosahuje 60% elekt. vodivosti Cu). Chemické vlastnosti hliník tvoří s kyslíkem velmi stabilní oxid Al2O3 (tl. vrstvy za normální teploty asi do 10 nm) v rozmezí ph 4,5 8,5 je chemická odolnost výborná, v zásaditém prostředí jen omezená v přítomnosti již několika setin Mg je oxidická vrstva tvořena spinely Al2O3.MgO a ochranný účinek vrstvy se snižuje. Mechanické vlastnosti mech. hodnoty čistého hliníku jsou špatné - pevnost v tahu pod 100 MPa - tvrdost HB - legováním je možno mech. hodnoty podstatně zvýšit plastické vlastnosti jsou velmi dobré - tažnost nad 20 % jako konstrukční materiál je čistý hliník prakticky nepoužitelný. Ovlivnění vlastností Al pevnostní vlastnosti lze zlepšit např. pomocí Cu a Mg, chemické vlastnosti legováním, např. Ag, se výrazně zlepšuje odolnost některých slitin vůči korozi za napětí, technologické vlastnosti např. Si zlepšuje slévárenské vlastnosti, Sc zlepšuje svařitelnost, fyzikální vlastnosti např. B zlepšuje elektrickou vodivost technicky čistého Al. Použití hliníku Doprava (letecká, lodní, železniční, automobilová) 59,1 % Stavebnictví 18,4 % Strojírenství 10,3 % Elektrotechnický průmysl 7,2 % Potravinářský průmysl 4,3 % Ostatní 0,7 %

18 Slévárenské slitiny hliníku Označování slitin hliníku na odlitky podle ČSN EN 1706 Tato norma platí pro odlitky a stanoví označování písmeny EN AC a pěti číslicemi. Číselné označení lze doplnit i chemickým označením, např. EN AC [AlCu4MgTi]. předpona EN následována mezerou, písmeno A určuje hliník, písmeno C určuje odlitky, spojovací čárka, čtyři číslice označují chemické složení. Číselné označení slitin EN AC-XXXXX X 1 charakterizuje hlavní přísadový prvek ( 2 - Al-Cu, 3 Al-Si, 4 Al-Mg, 5 Al-Zn) X 2 udává skupinu slitin a prakticky se používá jen u slitin Al-Si X 3 je pořadové číslo ve skupině X 4 a X 5 jsou 0 Označování slitin hliníku podle ČSN Dělení slévárenské slitiny hliníku dle ASM Al-Cu Al-Cu-Si Al-Si Al-Mg Al-Zn-Mg Al-Sn Al-Li

19 Přednosti slévárenských slitin hliníku dobrá slévatelnost, která se výrazně zlepšuje se zvyšujícím se podílem příslušného eutektika podle chemického složení, nízká teplota tavení, malý interval krystalizace, obsah vodíku v odlitku, který je jediným rozpustným plynem v hliníku, lze minimalizovat vhodnými technologickými podmínkami, dobrá chemická stabilita (odolnost vůči korozi), dobré povrchové vlastnosti odlitku, u většiny slitin je nízká náchylnost k tvorbě trhlin za tepla.

20 Faktory pro volbu vhodné slitiny pro vyhotovení požadovaného odlitku 1. Slévárenské vlastnosti: slévatelnost, odolnost vůči vzniku trhlin za tepla, malý interval krystalizace, dobré vlastnosti pro tlakové lití. slévatelnost je především ovlivněná teplotním intervalem krystalizace, viskozitou a povrchovým napětím taveniny odolnost vůči vzniku trhlin za tepla je všeobecně tím nižší, čím má slitina větší interval krystalizace a nižší pevnostní vlastnosti za vyšších teplot 2. Požadované mechanické vlastnosti: pevnostní a plastické vlastnosti, tvrdost, možnost zvýšení pevnostních vlastností tepelným zpracováním. 3. Chemické vlastnosti: odolnost vůči korozi (výrazně zhoršována přítomností Cu), možnost povrchové úpravy eloxování. 4. Vlastnosti hotových výrobků: nepropustnost kapalin v odlitku působením tlaku, rozměrová a teplotní stabilita. 5. Ekonomické faktory: náklady na mechanické obrábění, tavení a lití,

21 tepelné zpracování, svařitelnost. Chemické složení slitin hliníku slitiny obsahují: základní prvek určuje druh slitiny (tj. hliník) hlavní přísadový prvek rozhodující pro určení vlastností slitiny (ve slitinách Al Si, Cu,Mg Zn, Mn) vedlejší přísadové prvky prvky jež příznivě ovlivňují některé vlastnosti daného typu slitiny doprovodné prvky prvky, které nebyly do slitiny přidávány záměrně podle počtu přísadových prvků se dělí na: binární (základní a hl. přís. prvek), ternární a vícesložkové Vliv legujících prvků nebo příměsí B - zjemňuje se struktura, zvyšuje se elektrická vodivost u technicky čistého Al v důsledku precipitace V, Ti, Cr, Mo z tuhého roztoku, zvyšuje schopnost Al zachytávat neutrony. Bi - je legován za účelem zlepšení mechanické obrobitelnosti. Sb - zvyšuje odolnost vůči korozi v mořské vodě, snižuje náchylnost Al Mg slitin ke vzniku trhlin za tepla, u ložiskových slitin je legován v množství 4 6 %. Cr snížení náchylnosti k růstu zrn u Al Mg slitin, ztížení procesu rekrystalizace u Al Mg Si a Al Mg Zn slitin, u vytvrditelných slitin zvyšuje kalitelnost. Cu zvýšení pevnostních vlastností vytvrzováním, snižuje odolnost proti korozi, nejčastěji legován spolu s Mg. Co u některých Al Si slitin s přítomností Fe haté na Fe na koulovitou morfolo Fe - běžná nečistota v Al, rozpustnost v tuhém stavu je nízká (~ 0.04 %), ve struktuře přítomen jako intermetalická sloučenina s Al u slitin typu Al Cu vytvořením intermetalické fáze Al7FeCu2 - dochází k ochuzení tuhého roztoku α o měď - snížení pevnostních vlastností blokuje růst zrna v případě disperzně vyloučených bohatých částic na Fe ve struktuře u slitin typu Al Cu Ni zvyšuje pevnostní vlastnosti za zvýšených teplot a creep. Vlastnosti slitin Al Technologické vlastnosti Soubor mechanických a fyzikálních vlastností materiálu, které umožní definovaným způsobem zpracování vyrobit odlitek Mezi nejdůležitější technologické vlastnosti materiálu patří slévatelnost, tvárnost, svařitelnost a obrobitelnost Obrobitelnost - dána kombinací velikosti obráběcích sil, charakteru třísek, kvality obrobeného povrchu a životnosti ostří obráběcích nástrojů (u slitin Al zlepšuje

22 obrobitelnost Cu) - obrobitelnost zhoršují tvrdé fáze (intermetalické sloučeniny přísadových prvků nebo nečistot) vliv Fe Odolnost proti korozi - schopnost odolávat chemickému působení plynných nebo kapalných prostředí - u Al-Si zhoršuje poměrně dobrou odolnost proti korozi Cu Svařitelnost - schopnost spojování různými technologiemi svařování a dosažitelnost pevnosti a kvality spojů Leštitelnost a možnost povrchových úprav - schopnost povrchového zpracování odlitků - u slitin Al je častá anodická oxidace Nepropustnost - schopnost bránit pronikání tlakového media (plynu, kapaliny) skrze stěny odlitku tlakové zkoušky - těsnost souvisí zejména s výskytem mikrostaženin nebo prasklin Slévárenské vlastnosti zabíhavost schopnost tekutého kovu zaplňovat dutinu formy - závisí na šířce intervalu tuhnutí dané slitiny - např. eutektické slitiny (úzký interval tuhnutí) dobrá zabíhavost - vliv povrchového napětí, smáčivosti formy, modifikace sklon ke vzniku staženin - objemový úbytek kovu během tuhnutí a tendenci ke vzniku soustředěných (vnitřních nebo vnějších) staženin a ředin sklon k naplynění - charakterizován rozpustností plynů v tekutém stavu, úroveň naplynění rozhoduje o tvorbě plynových bublin odolnost proti vzniku trhlin a prasklin - schopnost odolávat napětí v oblasti teplot tuhnutí a během ochlazování Mechanické vlastnosti závisí zejména na druhu a vlastnostech základní kovové hmoty, na disperzitě strukturních složek, na přítomnosti a tvaru intermetalických fází a na tepelném zpracování, jemnozrná struktura jednoznačně zlepšuje všechny mechanické a také řadu technologických vlastností slitin, sleduje se zejména: pevnost v tahu při normální teplotě, mez kluzu (mez Rp0,2), tažnost a tvrdost, vlastnosti za vysokých teplot. mez pevnosti Rm - u slitin Al 150 až 250 MPa - po vytvrzení (slitiny s přídavkem Cu, Mg) nárust o 30 až 50% 330 MPa tažnost %, zvýšení je možno dosáhnout modifikací eutektika tvrdost - v litém stavu u Al-Si : HB, po vytvrzení 100 HB index kvality - určuje se z pevnosti v tahu a tažnosti: Q = Rm + k.log A5 (MPa)

23 Vybrané binární diagramy hliník - příměs Např. teplota tání hliníku byla během let postupně upřesňována až na dnešní hodnotu C (pro superčistý hliník % Al), což úzce souvisí s čistotou hliníku. Hliník s obsahem 99.2 až 99.5 % Al má teplotu tání v rozmezí 657 až 658 C. Čistší hliník s obsahem 99.6 % Al se taví při C a hliník o čistotě % Al má teplotu tání C. Pozdější měření pro čistý hliník s obsahem % Al udávají teplotu tání C, tj K. Nejběžnější binární slitiny hliníku: např. Al Cu, Al Mg, Al Mn, Al Si, Al Zn. V těchto systémech tvoří hliník s příslušnými prvky substituční tuhý roztok, který má při dobré tvařitelnosti a houževnatosti lepší mechanické vlastnosti než čistý hliník. Maximální rozpustnost příměsí v tuhém roztoku Al je při eutektické teplotě.

24 S klesající teplotou rozpustnost přísad klesá a při pokojové teplotě bývá malá, nebo i zanedbatelná -možno provádět tepelné zpracování - vytvrzování -slitiny vytvrditelné a nevytvrditelné Rovnovážné binární diagramy jsou na straně hliníku vesměs jednoduchého eutektického nebo peritektického typu. Při vyšších koncentracích přísad jsou diagramy komplikovány tvorbou intermetalických fází (přísady Cu, Mg, Mn) nebo jsou to jednoduché diagramy s omezenou vzájemnou rozpustností obou komponent v tuhém stavu (systém Al - Si). Diagramy jsou rozděleny do čtyř základních typů: Typ P peritektický příměs zvyšuje teplotu tání Al, Typ E1 eutektický příměs snižuje teplotu tání hliníku a v tuhém roztoku Al je dobře rozpustná, Typ E2 eutektický s omezenou rozpustností příměsi v tuhém roztoku hliníku, Typ M monotektický - reakce probíhá při složení blízkém čistému Al.

25 Intermetalické fáze ve slitinách Al T mřížka tetragonální M mřížka monoklinická R mřížka rombická H mřížka hexagonální.

26 Nerovnovážné a rovnovážné precipitáty v Al slitinách Slitiny typu Al Cu Obsah Cu je obvykle v rozmezí 4 5 %. Tepelným zpracováním lze zvýšit jejich pevnostní vlastnosti vůči litému stavu. Vyrábějí se také slitiny s obsahem 9 11 % Cu, vyznačující se dobrými pevnostními vlastnostmi za vyšších teplot a také odolností vůči otěru. Velmi dobrých pevnostních vlastností za vyšších teplot lze docílit přidáním Ni a Mg. Nevýhodou těchto slitin je horší slévatelnost a nízká korozní odolnost. Představitelé v českých normách jsou tyto slitiny: AC AlCu4MgTi ( % Cu, % Mg, % Ti) AlCu4Ni2Mg2 ( %Cu, % Ni, % Mg) Slitiny typu Al Cu Si Jedná se o značně používané slitiny, u kterých se legováním Si, vůči prvnímu typu slitin, zlepšily slévárenské vlastnosti. U těchto slitin je buď v převaze Cu, nebo Si. Slitiny s obsahem Cu nad 3 % jsou tepelně zpracovatelné. Většinou se tepelně zpracují jen slitiny, u kterých je legován také Mg. Slitiny s vysokým obsahem Si (nad 10 %) jsou aplikované tam, kde se vyžaduje nízkýkoeficient teplotní roztažnosti. Vysokou odolnost vi otru vykazují slitiny, kde obsah Si může dosáhnout až 22 %. Dle ČSN jsou k dispozici například slitiny: ČSN slitina AlSi8Cu2Mn ( % Si, 2 3 % Cu, % Mn) ČSN EN slitina AC-AlSi6Cu4 ( % Si, % Cu) ČSN slitina AlSi20Cu2NiMgMn ( % Si, % Cu, % Ni, % Mg, % Mn).

27 Slitiny typu Al Mg Mají velmi dobrou odolnost vůči korozi především v mořské vodě. Nejlepší odolnost vůči korozi vykazují slitiny vyrobené z vysokočistých surovin. Jsou svařovatelné a mají také dobrou mechanickou obrobitelnost. Při aplikaci v architektuře lze u odlitku realizovat eloxování. Nevýhodou těchto slitin je špatná slévatelnost a náchylnost hořčíku k oxidaci v procesu tavení. Představiteli těchto slitin u nás jsou například: ČSN slitina AlMg5Si1Mn ( % Mg, % Si, % Mn) ČSN slitina AlMg10SiCa ( % Mg, % Si, % Ca) Slitiny typu Al Sn Jedná se o slitiny s obsahem cca 6 % Sn a malým množstvím Cu a Ni (s cílem zvýšení pevnostních vlastností) speciálně určenými pro výrobu kluzných ložisek. Ze slévárenského hlediska je hlavním problémem velký interval krystalizace a možnost segregace Sn. V ČSN není k dispozici zástupce tohoto typu slitin. V amerických normách najdeme slitinu s označením AA Sn-1Cu-1Ni. Slitiny Al Si Jsou aplikovány při požadavku na dobrou slévatelnost a odolnost vůči korozi. Obsah Si se u těchto slitin pohybuje většinou mezi 5 až 13 %. Podle obsahu křemíku jsou rozdělovány na podeutektické (méně než 12 % Si), eutektické (kolem 12 % Si) a nadeutektické (nad 12 % Si). V případě nelegování Mg je možnost tepelného zpracování těchto slitin a nejsou legovány mědí. Dle ČSN je k dispozici SN slitina AlSi12Mn ( % Si, % Mn). Průmyslový význam slitin Al Si je podmíněn jejich vysokou zabíhavostí, nízkým sklonem k tvorbě staženin při lití a možností svařování a pájení. Tuhé částice křemíku zvyšují odolnost proti otěru. Modifikované"slitiny (s malými přísadami 0.01 hm.% Na, Sr, příp. P) značně zlepšují mikrostrukturu (zjemnění částic Si v podeutektických slitinách) a mechanické vlastnosti binárních slitin. Do slitin Al Si mohou být přidávány také Cu nebo Mg za účelem vytvrzování stárnutím.

28 Diagram hliník křemík Křemík má v hliníku jen velmi omezenou rozpustnost. Při eutektické teplotě je rozpustnost pouze 1,65 % Si a při poklesu teploty se dále snižuje. Ve slévárenských slitinách je obsah křemíku vždy vyšší, než je maximální rozpustnost v tuhém roztoku α(al), proto vždy obsahují eutektikum α(al)-si. Eutektická koncentrace křemíku je 12,5 % Si (podle některých pramenů jen 11,7 % Si), eutektická teplota je 577 C. Eutektikum je směs α-fáze a eutektického křemíku vznikající eutektickou proměnou. Skládá se z eutektických buněk. Eutektická buňka je krystalizační jednotka vznikající při eutektické proměně. Eutektické fáze jsou v eutektických buňkách vyloučené spojitě. Charakteristickou zvláštností těchto eutektik je neviditelnost rozhraní mezi eutektickými buňkami.

29 Rozdělení siluminů podle obsahu křemíku Podeutektické struktura je tvořena sítí primárních dendritů fáze α(al) a eutektikem, které se vylučuje v mezidendritických prostorech. S rostoucím obsahem Si se zvyšuje obsah eutektika. Podeutektické slitiny obsahují více než 5 % Si, nejčastěji mezi 7 a 11 % Si. Eutektické slitiny obsahují přibližně 11,5 13 % Si. Jejich struktura je tvořena pouze eutektikem, někdy (zejména u modifikovaných slitin) se však vyskytují i jednotlivé fáze α(al). Nadeutektické siluminy obsahují částice primárního křemíku a eutektikum. Obvyklý obsah Si v nadeutektických siluminech je kolem % Si, výjimečně až asi do 25 % Si. Morfologie eutektika ve slitinách Al-Si Druh eutektika souvisí s mechanismem krystalizace eutektického křemíku. Jako krystalizační zárodky Si slouží částice fosfidu hlinitého AlP. Fosfor se do taveniny dostává jako nečistota zejména ze vsázkových surovin, ale také z použitých metalurgických přípravků a solí, nebo z vyzdívkových materiálů. K vytvoření dostatečného množství zárodků stačí jeho obsah v tavenině již řádově několika jednotek ppm fosforu ( 1 ppm = 0,0001 % ). Křemík se ve slitinách Al-Si vylučuje prakticky jako čistý prvek s minimálním obsahem jiných příměsí. Velikost částic eutektického křemíku může být v rozmezí od méně než 1 μm až po více než 2 nm. V eutektiku se může vylučovat ve třech různých podobách. Podle tvaru částic křemíku se nazývá i typ eutektika, které může být: - zrnité - lamelární - modifikované Eutektikum přítomné v nemodifikovaných slitinách Al-Si je dvoufázová struktura tvořená dendrity α-fáze a deskami eutektického křemíku s různou orientací, které se v rovině metalografického výbrusu jeví jako šedé jehlice uložené ve světlé matrici α-fáze. Rozložení desek eutektického křemíku v nemodifikovaném eutektiku může být dvojího typu. První typ rozložení představuje neorientované rozložení desek eutektického křemíku, které zahraniční autoři pojmenovávají jako zrnité eutektikum. Druhý typ rozložení představuje vějířovité (přímé nebo lomené) rozložení desek eutektického křemíku, které zahraniční autoři pojmenovávají jako lamelární eutektikum. Zrnité eutektikum - vzniká při obsahu nad asi 5 10 ppm fosforu - eutektický křemík se vylučuje ve tvaru polyedrických zrn nebo hrubých lamel

30 Prostorový tvar hexagonální desky nemodifikovaného eutektického křemíku ve slitině AlSi10MgMn, hluboce leptáno leptadlem Aachen, REM. neorientované rozložení desek křemíku ve slitině AlSi10MgMn nemodifikovaný eutektický Si Lamelární eutektikum - vzniká v čistých slitinách s velmi nízkým obsahem sodíku a obsahem fosforu pouze asi 1-2 ppm. Podmínky pro nukleaci lamelárního křemíku jsou méně příznivé (menší obsah fosforu dává menší počet zárodků), krystalizuje lamelární eutektikum při větším přechlazení pod rovnovážnou eutektickou teplotou asi 2 5 K. Křemík tvoří jemné lamely, uspořádané vedle sebe víceméně paralelně. Eutektická zrna jsou podstatně menší, než u eutektika zrnitého. Rovněž se tento typ eutektika vyskytuje u slitin modifikovaných prvky arsen, antimon, selen nebo kadmium.

31 vějířovitá lomená orientace desek křemíku ve slitině AlSi10MgMn nemodifikovaný eutektický Si vějířovitá přímá orientace desek křemíku ve slitině AlSi10MgMn nemodifikovaný eutektický Si Strukturu a vlastnosti slévárenských slitin je možné obecně ovlivňovat úpravami tekutého kovu spočívajícími v přidání malého množství vhodně zvolené látky, která ovlivňuje proces krystalizace. Jednou z těchto úprav tekutého kovu je modifikování, kterým se ovlivňuje způsob růstu krystalizačních zárodků a jehož důsledkem jsou morfologické změny vyloučených fází.

32 Modifikované eutektikum - vzniká za přítomnosti modifikačních prvků (zejména Na a Sr), nejsilnější modifikační účinek má sodík, slabší modifikační účinek mají např. kovy vzácných zemin. Efektivita účinku modifikátoru závisí na hustotě dvojčat v částicích křemíku. Nejmenší vzdálenost rovin dvojčatění dává sodík a proto je jeho modifikační účinek nejsilnější. a) vícenásobné dvojčatění v hexagonálním krystalu křemíku b) přednostní růst krystalu křemíku ve směru <211> Povrch krystalů křemíku v modifikované slitině je v důsledku mnoha rovin dvojčatění hrubý. Částice Si jsou krystalicky nedokonalé a každá krystalická vada je potencionálním místem pro další větvení. Schematické znázornění růstového modelu eutektického křemíku a) nemodifikovaný eutektický křemík b) modifikovaný eutektický křemík

33 Stupeň modifikace závisí rovněž na rychlosti ochlazování. Při vysokých rychlostech ochlazování odlitků je snadnější získat jemnou, dobře modifikovanou strukturu i při použití slabších modifikačních prvků (Sr). Při pomalém ochlazování, např. silnostěnných odlitků, odlévaných do pískových forem jsou účinné pouze silné modifikátory, tj. zejména sodík. Slévárenské siluminy obsahují ve struktuře velký podíl eutektika, případně jejich struktura je čistě eutektická. Z tohoto důvodu činiteli majícími vliv na mechanické vlastnosti odlitku jsou vlastnosti α-fáze a množství, morfologie, velikost a rozložení eutektického křemíku. U slitin Al-Si se využívá modifikování na dosažení optimálního tvaru eutektického křemíku. Tvar eutektického křemíku (hexogonální deska, v rovině výbrusu jehlice s ostrým zakončením) v nemodifikovaném eutektiku slitin Al-Si výrazně snižuje mechanické vlastnosti silumin. Z tohoto důvodu se realizuje modifikování těchto slitin způsobující výraznou změnu struktury a vyloučení eutektického křemíku ve formě tyčinek až vláken, které se v rovině metalografického výbrusu jeví jako oblá zrna. Vyloučení eutektického křemíku ve tvaru tyčinek až vláken způsobuje při modifikovaných slitinách Al-Si zvýšení mechanických vlastností v porovnání s nemodifikovanými Al-Si slitinami. Změna tvaru eutektického křemíku modifikováním z desky na tyčinku až vlákno způsobuje zvýšení pevnosti v tahu Rm, plastických mechanických vlastností (A5, Z) a houževnatosti. Změna hodnot meze skluzu Re v závislosti na procesu modifikování nebyla zjištěná. Modifikátory slitin Al-Si Sodík Patří k nejačastěji používaným modifikátorům. Sodík se vsádkuje jako čistý ve form NAVAC patron (firma FOSECO, doba účinnosti 30 min.), nebo ve formě solí, nap. T3 (doba účinnosti 10 až 15 min.), COVERAL Ep 3275 (doba účinnosti 120 až 160 min.) a jiných. Doba účinnosti sodíku se pohybuje v rozmezí minut, výjimečně (jen při některých druzích modifikačních pípravků na bázi sodíku) 1-2 hodiny. Sodík, jako i ostatní povrchově aktivní prvky (např. Sr), způsobuje zpoždní krystalizace eutektického křemíku, v důsledku čehož klesá teplota eutektické proměny na 569 C a eutektická koncentrace se posouvá od 1.3 % Si k 14 % Si. Při praktickém používání sodíku a jeho solí byly zjištěny následující nevýhody: - sodík zvyšuje stupeň naplynění siluminů - slitinu modifikovanou sodíkem není možné odplyňovat, filtrovat apod., protože se tím ztrácí efekt modifikace - sodík zvětšuje koeficient objemové smrštivosti v intervalu tuhnutí slitiny, v důsledku čehož se zvyšuje výskyt rozptýlené porezity - rychlý přepal sodíku při výdrži taveniny v podmínkách sériové výroby komplikuje jeho dávkování.

34 Uvedené nedostatky si vynutily hledání jiných modifikátorů a testování jejich vlivu na strukturu a vlastnosti siluminů. Stroncium je stále častěji používaným modifikátorem v podeutektických a eutektických siluminech jeho modifikační účinek je delší (1 až 2 hod.), čas účinnosti stroncia je možné prodloužit až na 10 hodin přísadou 0.05 % až 0.2 % beryllia, které snižuje rychlost oxidace taveniny, a tím stabilizuje účinek stroncia další výhodou je i menší snížení teploty eutektické proměny stroncium se vsázkuje ve formě předslitiny, např. AlSi13Sr10, AlSi16Sr10, AlSr5, AlSr10, resp. ve formě SrCO3, předslitiny typu AlSr obsahují Sr ve formě částic typu Sr Al4 množství předslitiny se musí přepočítat na optimální množství čistého stroncia, které dosahuje 0.03 až 0.06 % a závisí na rychlosti ochlazování odlitku a na obsahu kemíku ve slitin. Při překročení optimálního množství vznikají křehké fáze typu Al2Si2Sr vyloučené v segregačních oblastech Mechanismus modifikace stronciem se skládá z následujících reakcí - rozpad částic SrAl4 v tavenině - tvorba nových částic fáze Al2Si2Sr - opětovný rozpad částic fáze Al2Si2Sr za vzniku volného Sr - vliv volného Sr na způsob růstu krystalů křemíku v souladu s teorií působení povrchově aktivních prvků - částečná reakce Sr s fosforem (obsaženým ve slitině ve formě nečistoty z výchozích surovin) za vzniku fosfidu stroncia, což vede k tlumení modifikačního účinku stroncia. kinetika těchto reakcí je výrazně ovlivněná rychlostí rozpadu částic SrAl4 a reakcí mezi stronciem a fosforem, rychlost rozpadu částic SrAl4 závisí na jejich velikosti předslitiny obsahujících malé částice SrAl4 s rozměry 1-10 μm je rychlost jejich rozpadu poměrně veliká a optimální modifikační účinek se dosáhne do 2 5 minut po vsázkování předslitiny do taveniny předslitiny obsahujících větší částice SrAl4 s rozměry μm příp μm je rychlost jejich rozpadu menší a optimální modifikační účinek je dosažený do minut reakce mezi stronciem a fosforem způsobuje tlumení modifikačního účinku stroncia a začíná probíhat až po 10 minutách po vsázkování předslitiny obsahující stroncium tato reakce způsobuje navázání části stroncia z předslitiny do fosfidu stroncia, čímž se nedosáhne modifikčaní účinek takového rozsahu, který by byl dosažen v případ, že by tato reakce neproběhla po ukončení reakce mezi stronciem a fosforem může modifikační reakce dále pokračovat se zbytkovým množstvím stroncia, které se nespotřebovalo na vytvoření fosfidu stroncia je potřebné při modifikování předslitinami obsahujícími stroncium zvolit dobu modifikační reakce do 10 minut, kdy ještě nezačne reakce mezi stronciem a fosforem

35 Morfologická škála eutektického křemíku, modifikace stronciem podeutektického siluminu AlSi10MgMn REM 0% Sr 0,01% Sr 0,02% Sr 0,03% Sr

36 0,04% Sr 0,05% Sr Kvantitativní hodnocení morfologie eutektického křemíku Využití mediánu tvarového faktoru M, který se osvědčil jako deskriptor při hodnocení tvaru grafitu v litinách a je definovaný vztahem: M = 4πP/B2 kde P je plocha částice, B je obvod částice Změny hodnot tvarového faktoru M eutektického křemíku plně odpovídají tvarovým změnám eutektického křemíku v celém modifikačním rozsahu a při optimálně modifikovaném stavu (0.4 % Sr) dosahují hodnoty faktoru M maximum.

37 Podmodifikovaný eutektický křemík je charakteristický nedokonalou proměnou hexagonální desky Si na tyčinku až vlákno a v rovině metalografického výbrusu se útvary takovýchto částic eutektického křemíku projevují zaoblováním hran jehlic eutektického křemíku a místním výskytem zrn, které představují řezy rovinou výbrusu přes nedokonale modifikované útvary eutektického křemíku. S narůstajícím množstvím Sr se snižuje podíl jehlic eutektického křemíku se zaoblenými hranami a zvyšuje se podíl zrn, které začínají nabývat oblé tvary. Tyto odpovídají řezu rovinou výbrusu částicemi eutektického křemíku, který se začíná podobat útvarům tyčinek až vláken. Modifikátory slitin Al-Si Fosfor je vhodný jako modifikátor pro nadeutektické siluminy, pro podeutektické a eutektické siluminy se nepoužívá v nemodif. stavu se licí struktura nadeutektických silumin skládá z hrubých krystalů primárního křemíku a eutektika (α+si), ve kterém je křemík vyloučený ve formě hrubých desek, jež se na metalografickém výbrusu jeví jako jehlice fosfor s hliníkem vytváří fosfid hlinitý AlP s vysokým bodem tavení, který slouží jako aktivní podložka při krystalizaci primárního Si fosfor dále zvyšuje pevnost vazebních sil atomů křemíku, čímž napomáhá vytvoření předkrystalizačních seskupení atomů křemíku v tavenině kontrolujících proces krystalizace primárního křemíku přísady fosforu neovlivňují eutektický křemík při současné modifikaci sodíkem a fosforem dochází ke vzniku fosfidu sodíku Na3P, protože afinita fosforu k sodíku je větší než ke hliníku, čímž se navzájem ruší vliv obou prvků a v důsledku toho se nemodifikuje ani primárně vyloučený Si, ani eutekticky vyloučený Si tento problém se řeší dvoustupňovou modifikací, nejdřív se do slitiny přidává NaPO3 a při nižší teplotě sodík výsledek takovéto modifikace se projevuje jemným vyloučením primárního křemíku a změnou morfologie eutektického křemíku, což vede ke zvýšení mech. vlastností fosfor se vsázkuje ve formě předslitiny CuP10, nebo ve formě přísad uvolujících fosfor, nap. NUCLEANT 10 nebo pentachlorid PCl5, který současně uvolňuje Cl2, a tím působí i jako odplyňující činitel Vápník je velice diskutovaný prvek a názory na modifikaci vápníkem se různí někteří autoři tvrdí, že Ca potlačuje modifikační účinek Na a Sr a způsobuje výskyt hrubých částic eutektického křemíku, tyto hrubé částice eutektického křemíku spíše odpovídají přemodifikovanému eutektiku. tuto skutečnost potvrzují názory většiny autorů a dokazují, že Ca má modifikační účinek a že v kombinaci s Na a Sr může zpsobit přemodifikování struktury proto se doporučuje dodržet maximální obsah Ca ve slitin do %

38 Kombinovaný účinek prvků Na, Sr, P, Ca není dostatečně prozkoumán a existují jenom ojedinělé pokusy o vysvětlení vzájemného modifikaního vlivu prvků Sr-P a Ca-Na-Sr, příp. Na-P. Z výsledků těchto prací vyplývá, že při modifikování Al-Si slitin sodíkem, příp. stronciem, je potřebné udržet obsah Ca a P pod hranicí % a prvky Ca a P se běžně jako modifikátory nepoužívají (s výjimkou fosforu pro nadeutektické siluminy). Při kombinovaném použití prvků Na, Sr, P, Ca byl zaznamenán pokles mechanických vlastností (především tažnosti), který může být způsoben přemodifikováním struktury. modifikační vliv na Al-Si slitiny byl zjištěn i u některých dalších prvků: telur v množství 0.04 až 0.4% má trvalý modifikační účinek, ale při slitinách s obsahem křemíku více než 13 % nedochází ke zvýšení mechanických vlastností barium má velice podobný účinek jako stroncium a také jej můžeme stabilizovat malou přísadou beryllia sírou se doporučuje modifikovat v množství 0.01 až 0.02 % antimon v množství 0.1 až 0.2 % má podobný účinek jako sodík (má ale méně výrazný vliv na strukturu a jako modifikátor je vhodný jen pro kokilové lití, přičemž je potřebné dbát na to, aby se do vsázky nedostal sodík) Slitiny Al Očkování Přidání malého množství vhodně zvolené látky, která ovlivňuje proces krystalizace (očkování), kterým se prioritně ovlivňuje počet krystalizačních zárodků a jehož důsledkem je proto zjemnění struktury. Jedním z nejdůležitějších parametrů, které rozhodují o vlastnostech hliníkových slitin je velikost primární fáze. Každé zrno je tvořeno několika dendrity, které rostou z jednoho krystalizačního zárodku. Velikost zrn se obvykle ve slitinách hliníku obvykle pohybuje v rozmezí 1-10 mm. Jedná se tedy zejména o slitiny Al-Cu (které obsahují pouze primární fázi) a Al-Si s nižším obsahem eutektika. S rostoucím obsahem křemíku se zvyšuje obsah eutektika, proto převažuje vliv tvaru eutektického křemíku a vliv disperzity primární fáze je menší. Očkování je zvláště účinné při podeutektických siluminech s vysokým podílem tuhého roztoku α ve struktuře, tj. při slitinách Al-Si s obsahem křemíku do 5-7 %. Při intenzivním ochlazování (tenkostěnné odlitky a odlitky lité do kovových forem) dochází k velkému přechlazení taveniny pod rovnovážnou teplotu krystalizace, při němž se aktivují i méně příznivé nukleační zárodky. Výsledkem je získání jemnozrnné strukturu bez jakýchkoliv metalurgických zásahů. Při odlévání odlitků s většími tloušťkami stěn a zejména při odlévání do pískových forem je intenzita chladnutí podstatně menší a proto má slitina hrubozrnnou strukturu.

39 Existuje několik teorií na vysvětlení příčin zjemnění fáze: teorie zakládající se na peritektické proměně v soustavě hliník přechodný kov teorie zakládající se na vzniku intermetalických sloučenin hliníku a přechodného kovu, příp. karbidu přechodného kovu teorie vycházející z elektronové stavby přechodných kovů, přičemž zjemňující účinek kovu je tím silnější, čím méně elektronů se nachází na d-dráze jeho atomů Princip očkování slitin Al-Si Zjemnění tuhého roztoku se uskutečňuje přídavkem prvků Ti a B, které jsou do taveniny přidávané jednotlivě nebo kombinovaně. Prvky jsou vnášeny do tav. ve formě intermet. sloučenin, které jsou obsažené v příslušných předslitinách. Titan se vnáší do taveniny přidáním předslitin typu AlTi (např. AlTi6), které obsahují intermetal. sloučeninu TiAl3. Bor se vnáší do taveniny přidáním předslitin typu AlB (např. AlB4), které obsahují intermetalickou sloučeninu AlB2. Titan a bor ve vzájemné kombinaci se vnáší do taveniny přidáním předslitin typu AlTiB (např. AlTi5B1, AlTi5B0.2), které obsahují účinné prvky Ti a B ve formě intermetalicckých sloučenin TiB2 a TiAl3. Intermetalická sloučenina TiB2 je nerozpustná v tuhém roztoku, zatímco sloučeniny AlB2 a TiAl3 jsou v tuhém roztoku rozpustné. Tato skutečnost vede k charakteristickým projevům při zjemnění tuhého roztoku s jedním z prvků Ti a B samostatně. Vliv očkování na vlastnosti slitin zvýšení pevnosti a tažnosti, snížení sklonu slitiny ke vzniku trhlin, menší pórovitost odlitků, zvýšení těsnosti odlitků, lepší obrobitelnost, zvýšení vlastností po tepelném zpracování. Měď a její slitiny vlastnosti Cu vysoká elektrická a tepelná vodivost dobré pevnostní vlastnosti vysoký bod tavení nemagnetické vlastnosti rezistence vůči korozi měď a její slitiny jsou velmi atraktivní pro přenos elektrické energie, vodoinstalační materiál, odlitky a výměníky tepla

40 Vliv příměsí na vlastnosti Cu FOSFOR silně desoxidační prvek, velmi intenzivní (již při obsahu 0,05% P částečně rozpustný v mědi (300 C 0,6; 400 C 0,85; 500 C 1,1; 600 C 1,4; 714 C 1,7) obsah fosforu v desoxidované mědi 0,02-0,05% při obsahu 0,05% má měď nejnižší pevnostní a nejvyšší plastické vlastnosti s rostoucím obsahem P nepatrně rostou pevnostní vlastnosti, ale výrezně klesá elektrická vodivost na desoxidační účely se používá měď s obsahem 10-15% P NIKL je dokonale rozpustný v tekutém i tuhém stavu zlepšuje pevnostní vlastnosti snižuje elektrickou vodivost ARZÉN reaguje s mědí za vzniku Cu3As (rozpustnost v mědi v tuhém stavu do 8%) zlepšuje pevnostní vlastnosti (za normální teploty minimálně, výrazně za teplot vyšších) prudce snižuje elektrickou vodivost ANTIMON podobný vliv jako arzén BISMUT v tuhém stavu se v mědi nerozpouští vylučuje se v eutektické morfologii (eutekt. t. 270,6 C) OLOVO v tuhém stavu se v mědi nerozpouští vylučuje se v globulitické formě samostatné částice (eutekt. t. 326 C) ŽELEZO do 0,2% neovlivňuje podstatně mechanické vlastnosti Rozdělení slitin mědi podle hlavního přísadového prvku lze slitiny Cu rozdělit na: mosazi slitiny mědi se zinkem (podle přísadových prvků mosazi manganové, niklové,...) bronzy většina slitin s ostatními prvky

41 Rozdělení slitin podle šířky pásma tuhnutí slitiny s úzkým intervalem tuhnutí do asi 50 K: (žluté mosazi, Mn,Al,Ni-bronz, CuZnNiSnPb, Cr měď) slitiny s intervalem tuhnutí K: (křemíková mosaz, křemíkový bronz, slitiny Cu-Ni) slitiny s intervalem tuhnutí nad 110 K (až do 170 K): (cínový, cíno-olověný, červený a olověný bronz) Vliv intervalu tuhnutí na slévárenské vlastnosti dosazování kovu makro- a mikro- segregace Bronzy podle hlavního přísadového prvku, nebo skupiny přísadových prvků se dělí na: cínové cínoolověné hliníkové olověné méně Cu-Ni, Cu-Cr, Cu-Mn, Cu-Si, Cu-Be Cínové bronzy legující prvek cín (9 13% Sn) nikl se vylučuje jako intermetalická slitina Ni3Sn zvyšuje pevnostní vlastnosti nikl zlepšuje slévárenské vlastnosti a odolnost proti korozi koncentruje se na hranicích zrn a v oblasti tepelné osy zlepšuje obrobitelnost podporuje samomazací schopnost ložisek snižuje pevnostní a plastické vlastnosti fosfor bronz s obsahem 5-10% Sn a do 1% P fosforový bronz (jako ložiskový kov)

42 Diagram Cu-Sn α(cu) substituční tuhý roztok cínu v mědi β a γ jsou vysokoteplotní fáze s poměrně dobrými plastickými vlastnostmi (rychlým ochlazením je možno fázi β stabilizovat až do normální teploty) δ vzniká při ochlazování, při eutektoidní transformaci z β a γ fáze (výborné kluzné vlastnosti) nikl se vylučuje jako intermetalická slitina Ni3Sn zvyšuje pevnostní vlastnosti nikl zlepšuje slévárenské vlastnosti a odolnost proti korozi

43 olovo je v α fázi nerozpustné koncentruje se na hranicích zrn a v oblasti tepelné osy zlepšuje obrobitelnost podporuje samomazací schopnost ložisek snižuje pevnostní a plastické vlastnosti použití: odlitky u kterých se vyžaduje vedle dobré pevnosti i vysoká odolnost proti opotřebení odlitky namáhané kluzným třením, kluzná ložiska, ozubená kola, čepy, armatury, synchronizační kroužky mechanické vlastnosti: Rm MPa Rp0, MPa A % HB Speciální cínové bronzy zvonovina % Sn je tvrdá, má kovově jasný zvuk dělovina (dříve na hlavně děl) % Sn zrcadlovina % Sn dříve na výrobu optických zrcadel pro velmi přesné optické přístroje (lze ji vyleštit do vysokého lesku) bronz pro umělecké lití jako binární slitiny se 7-12 % Sn také červený bronz s obsahem zinku Cíno-olověný bronz slitiny mědi s cínem, zinkem a olovem (červené bronzy) 4 8 % Sn, 2 9 % Zn, 3 8 % Pb např. 5 % Sn, 5 % Zn, 5 % Pb slitiny mědi s cínem a olovem 8-11 % Sn, 8-23 % Pb, max. 2 % Zn

44 použití: červený bronz je používán jako levnější varianta Sn-bronzu (má poněkud nižší mechanické vlastnosti a zejména tvrdost armaturní odlitky, hydraulické komponenty mechanické vlastnosti: Rm MPa Rp0, MPa A % HB použití: cíno-olověný bronz je určen především pro kluzná ložiska pro vysoké namáhání, odlitky těsné za vysokých tlaků odlitky pro prostředí vodní páry, odolné proti korozi,... mechanické vlastnosti: Rm MPa Rp0, MPa HB Hliníkový bronz podle chem. složení hliníkové bronzy binární nebo polykomponentní hlavní legující prvky: Fe, Mn, Ni výborné mechanické vlastnosti, vysoká odolnost proti únavě, opotřebení, korozní odolností a odolností proti kavitaci struktura a dobrá těsnost odlitků struktura: v litém stavu je tvořena směsí α-fáze a eutektoidu (α+γ 2 ), který vznikl rozpadem vysokoteplotní fáze β ve slitinách s obsahem niklu je fáze γ 2 nahrazena vícesložkovou fází κ, obsahující Fe, Ni a Al chemické složení hliníkových bronzů: 5 druhů Al-bronzů EN ČSN % Al (max. 12 %) s rostoucím obsahem Al roste zejména hodnoty Rp0,2 a HB Fe (do 3 %, výjimečně do 6-7 %) zjemňuje strukturu slitiny a precipitačně zpevňuje matrici Mn (obvykle do 2 %, max. do 3 %) zúžuje oblast α-fáze a rovněž zvyšuje pevnost Ni (1 6 %) zvyšuje mechanické vlastnosti (precipitační zpevnění intermetalickou fází CuFeNi, snižuje ale houževnatost

45 mechanické vlastnosti: mimořádně vysoké mechanické vlastnosti Rm (750) MPa Rp0, (380) MPa A (6) HB (180) E GPa tepelné zpracování (slitiny s obsahem nad 10 % Al) rozpouštěcí žíhání (900 C-2 hod., α β) rychlé ochlazení vznik neuspořádaného β - martenzitu popouštění C 1 hod. precipitace fáze α a vznik popuštěného β martenzitu oblasti použití: součástky pro pumpy třecí ložiska pro nejtěžší namáhání ozubená kola, šneková kola součásti do nejiskřivého prostředí součástky odolné proti mořské vodě, solným roztokům, brakické vodě a organickým kyselinám Olověný bronz v tekutém stavu je Pb a Cu částečně rozpustné, v tuhém stavu téměř nerozpustné - struktura je tvořena krystaly téměř čisté mědi a krystaly olova velký rozdíl hustoty a teplot tuhnutí - mimořádně náchylné na segregaci - časté míchání kovu, specielní metalurgické zásahy velmi dobré kluzné vlastnosti - ložiskový kov obsahují až 25 % olova, 0 10 % cínu malé množství Ni, Sn, Zn nebo Mn zjemňuje strukturu a omezuje segregaci olova Manganový bronz EN ČSN slitina 8-15% Mn, 7-9%Al, 2-4% Fe, 1,5-4,5% Ni materiál s vysokou pevností Rm nad 630 MPa tažnost A 18 %, vysoká houževnatost pro výrobu zbraní, turbín, ložisek atd. homogenní jsou slitiny do obsahu 20 % Mn, při rychlém ochlazování pak zůstávají homogenní i slitiny s vyšším obsahem Mn dobré mechanické vlastnosti (do 300 C), dobrá odolnost proti korozi a specifické elektrotechnické vlastnosti ve slévárnách se běžně neodlévá

46 Křemíkový bronz max. rozpustnost křemíku v mědi je 5,3 % Si 5,3 % Si - vznik křehkých fází, omezující jejich technické využití obvykle do 3,5 % Si legovány malými obsahy Mn, Zn, Ni, Sn do 250 C mají dobrou pevnost a vysokou tažnost vhodné pro použití za nízkých teplot až 180 C dobrá chemická odolnost v různých chemických prostředích velmi dobré třecí vlastnosti Niklový bronz (mědinikl) Ni tvrdost a pevnost slitin tažnost dobrá houževnatost, odolnost proti tečení a výborná korozní odolnost Cu-Ni-Zn (pakfong) s obsahem do 20-25% Ni, do 10% Zn, případně s obsahem Pb a Sn. ALPAKA slitina s 55-65% Cu, % Zn a cca 18% Ni Chromová měď použití na odlitky u nichž se vyžaduje dobrá odolnost proti otěru a vysoká elektrická vodivost např. kontakty sběračů pro trolejbusy, elektrody pro odporové svařování, vodou chlazené dmyšny vysokých pecí a kuploven chrom tvoří s mědí slitinu s omezenou rozpustností a se vznikem eutektika eutektická koncentrace je 1,5% Cr, max. rozpustnost Cr v Cu při eutektické teplotě je 0,65 %Cr technické slitiny obsahují 0,4-1,2% Cr chemické složení se volí s ohledem na dosažení požadované elektrické vodivosti

47 Mosazi teplotě 903 C) s klesající teplotou se rozpustnost zinku zvyšuje až na 39% (při teplotě 456 C) fáze α má kubickou plošně centrovanou mřížku a tedy dobré plastické vlastnosti fáze β s kubickou prostorově centrovanou mřížkou se vyskytuje ve slitinách s obsahem Zn nad 38% fáze β tvoří neuspořádaný tuhý roztok na bázi elektronové sloučeniny CuZn a v teplotním intervalu C se transformuje na pravidelně uspořádanou fázi β vysokoteplotní fáze β je houževnatá a umožňuje tváření za tepla fáze β je křehká a způsobuje snížení houževnatosti slitiny tvořené pouze fází β jsou prakticky technicky neupotřebitelné (proto je obsah mědi v mosazi obvykle vyšší než asi 55%) TOMBAK slitiny obsahující více než 80% Cu slévárenské mosazi obsahují kromě Zn řadu přísad i nečistot žlutá mosaz slitiny na bázi prvků CuZn(SnPb) bílá mosaz obsahují vysoký obsah Mn (10 20%) mosazné pájky obsahují 42-54% Zn a mají tavící teplotu C stříbrné pájky pro elektrotechnické účely obsahují 30-50% Cu, 25-52% Zn, 4-45% Ag

48 Vliv některých důležitých prvků v mosazích: železo zjemňuje zrno, působí jako krystalizační zárodky (max. obsah do 0,5% Fe), při obsahu nad 0,35% tvoří ve slitině precipitáty nikl rozpustný v α-fázi, zvyšuje houževnatost a odolnost proti korozi, obvykle do 1%, způsobuje hrubnutí zrna mangan je rozpustný v α-fázi i v β do obsahu 4% Mn (obvyklý obsah do 0,2-0,5% Mn, v legovaných mosazích až do 5%) cín velmi intenzivně zužuje oblast α fáze, zvyšuje zabíhavost taveniny, pevnost slitiny, zlepšuje chemickou odolnost (zvláště proti mořské vodě), obvyklý obsah do 0,5 1% Sn olovo v α fázi je nerozpustné, snižuje houževnatost, zlepšuje obrobitelnost, běžně do 1% Pb, slitiny s obsahem do 3% Pb automatové mosazi křemík, selen, telur, antimon a síra mají na vlastnosti nepříznivý vliv hliník ve slitinách pro kokilové lití zvyšuje odolnost proti korozi (tvorba Al2O3 na povrchu výrobků) armaturních odlitků a zabraňuje zatuhnutí pohyblivých dílů obvyklý obsah je 0,15-0,3% Al, u speciálních mosazí do 3% (při lití do písku obsah pod 0,1%) Struktura mosazí: vliv jednotlivých prvků na oblast tuhého roztoku α je hodnocen dle tzv. ekvivalentního obsahu zinku ekvivalentní koeficienty vybraných prvků: Si 10, Al 6, Mn 0,5, Fe 0,9, Ni (-1,3), Pb 1, Sn 2, Mg 2 pro označení v technické praxi se používá obsah základního prvku tj. mědi (např. Ms 58 znamená, že slitina obsahuje 58 % Cu) Vlastnosti mosazí: - mechanické vlastnosti - Rm MPa (manganová mosaz Rm ) - A 10-20% - HB (legované mosazi až 200) - závisí na hodnotě zinkového ekvivalentu (34 45% Zn ekv ) - klesá podíl fáze α ze 100 % na 0 % - vzrůstá pevnost v tahu přibližně na dvojnásobek, pak pevnost velmi rychle klesá - tvrdost se zvyšuje asi na dvojnásobek - tažnost klesá na méně než polovinu slévárenské vlastnosti: - velmi úzké pásmo tuhnutí - výborné slév. vlastnosti - dobrá zabíhabvost a malý sklon ke vzniku ředin - nevýhoda poměrně značné lineární smrštění asi 1,5 %

49 použití - výroba vodovodních armatur - součásti čerpadel, pouzder, strojní součásti - součásti pracující v prostředí solných roztoků Hořčík a jeho slitiny - krystalizuje v HTU soustavě - nelze jej za normální teploty tvářet, při mechanickém zatížení se deformuje dvojčatěním, - čistý hořčík a konvenčně lité slitiny hořčíku mají sklon ke vzniku křehkých interkrystalických lomů v rovinách dvojčatění nebo v bazálních rovinách {0001}, - při teplotách nad 225 C vznikají nové bazální roviny {1011} a hořčík se stává dobře tvárným materiálem

50 Slévárenské slitiny hořčíku - hlavní přísadový prvek Al (Mg-Al) - Mg-Li superlehké slitiny (1380 až 1480 kg. m-3) označení slitin Mg: - systém značení podle americké normy ASTM - (A hliník, C měď, E kovy vzácných zemin, M mangan, S křemík, Z zinek) Diagram Mg Al

51 - max. rozpustnost Al v Mg 12,7 % při eutektické teplotě 437 C - při ochlazování z eutektické teploty se snižuje rozpustnost Mg - vylučování intermetalické fáze Mg17Al12 na hranicích dendritických zrn - snížení tvárné vlastnosti slitiny Slévárenské slitiny hořčíku - obsah hliníku od 3 do 9 % Al - pro gravitační lití obsah Al nepřesahuje 5 % - s rostoucím obsahem Al se zlepšuje zabíhavost - slitina pro tlakové lití AZ 91 - vysoká pevnost, střední tažnost a rázovou houževnatost - slitina s nižším obsahem hliníku a zinek je nahrazen manganem AM20, AM50, AM60 - vyšší tažnost a houževnatost (volanty aut, sedadla) - slitiny s obsahem křemíku 0,5-1 % - AS21, AS41 - zvýšení mechanických vlastností - vyšší creepová odolnost - vylučování intermetalické fáze Mg2Si (dobrá stabilita za zvýšených teplot) - slitiny legované kovy vzácných zemin - pro aplikace při teplotách nad 200 C - legující prvky Ce, Nd, Th... - zvýšení creepové odolnosti - špatné slévárenské vlastnosti, odlévání gravitačně do pískových nebo kovových forem - AM 60 slitina pro lití pod vysokým tlakem s vynikající plasticitou, používaná pro vrtule a automobilová kola - AS 41 slitina pro lití pod tlakem s dobrými creepovými vlastnostmi do 150 C; používaná pro součásti automobilů - AZ 81 slitiny pro lití do písku nebo do kokily pro všeobecné použití při výrobě - AZ 91 součástí letadel, strojírenských součástek, skříní převodovek - AZ 91 slitina pro lití pod tlakem pro všeobecné použití pro součástky automobilů a počítačů, řetězových pil, sportovních náčiní, kamer, promítacích přístrojů,... - EZ 33 slitina pro lití do písku a do kokily pro použití při vysokých teplotách; výborné slévárenské vlastnosti; odolná proti creepu do 250 C a tlakově těsná; používaná v letectví - AZ 63 slitina pro odlévání do kokil pro tzv. obětované anody (protikorozní ochrana bojlerů, nádrží, potrubí)

52 Mechanické a fyzikální vlastnosti slitin Mg Příklady odlitků z Mg-slitin

53 Tavení slitin Mg - velká afinita hořčíku ke kyslíku - tavení pod vrstvou ochranné strusky nebo v inertní atmosféře - oxidace vznik oxidických vměstků, které z taveniny nevyplouvají - vsázka se přidává do tekutého kovu předehřátá - tavení v elektrických odporových nebo indukčních pecích (výhodnější jsou pece odporové) - tavící kelímky uhlíkatá nebo nízkolegovaná ocel - vyzdívky pecí na bázi oxidů hořčíku - ochrana hladiny kovu pomocí - rafinačních solí (směs chloridů, event. fluoridů vápníku, hořčíku, sodíku a draslíku - rafinace taveniny (vazba vměstků)) - síry - inertních plynů SO 2, SF 6, CO 2, Ar... 0,2-0,3 % SF 6 Mg + SF 6 + vzduch MgO (ochranný film) Zinek a jeho slitiny ρ = 7130 kg/m3 t tav = 419 C t varu = 906 C krystalizace v hexagonální soustavě Slévárenské slitiny zinku - hlavní přísadový prvek hliník - v soustavě Zn-Al má primární fáze jen omezenou rozpustnost - eutektikum je tvořeno fází Zn-ZnAl - eutektická teplota je 381 C při koncentraci 5,5% Al - obsah hliníku v normovaných slitinách (4-27%) Vedlejší přísadové prvky - měď - zmenšuje velikost zrna (jako Al) - zvyšuje mechanické vlastnosti pevnost, tažnost, rázovou houževnatost - zlepšuje zabíhavost slitin 0,7 % Cu zlepšuje odolnost proti korozi - ve slitinách obvykle bývá (0,5-3 % Cu) - hořčík - již v malém množství zvyšuje pevnost - kompenzuje škodlivý vliv cínu, olova a kadmia - obvykle 0,01 0,03 % Mg - ZAMAK

54 Nečistoty ve slitinách Zn - zejména železo, olovo, kadmium a cín - podporují vznik interkrystalické koroze - obsah nesmí překročit řádově tisíciny procenta - při výrobě se musí vycházet z velmi čistého základního kovu s obsahem 99,995 % Zn Chemické složení slitin - obsah hliníku 8, 12 a 27 % Al - pro tlakové lití 4% Al (Z400, Z410, Z430) Vlastnosti slitin Zn-Al při teplotě 20 C

55 Slévárenské vlastnosti - velmi dobré slévárenské vlastnosti (ZnAl8 a ZnAl11 úzké pásmo tuhnutí) - vynikající těsnost - licí teploty: C - vysoká životnost kovových forem - výborná zabíhavost - tenkostěnné a tvarově složité odlitky - tlakové lití - tloušťka stěny od 0,3 mm - předlévání otvorů od průměru 1 mm - vysoká přesnost odlitků (od 0,03 mm) Příklady odlitků ze slitin zinku

56 Příklady odlitků - skříně např. plynoměrů - tělesa tepelných výměníků - pro automobilový průmysl (karburátory, rámy světlometů) - menší ozubená kola - ozdobné předměty Titan a jeho slitiny Vlastnosti titanu - Teplota tání: 1668 C - Teplota varu: 3287 C - Měrná hmotnost: 4,51 g/cm3 - Šedý až stříbřitě bílý. Hojně zastoupený v zemské kůře. - Patří do skupiny těžkotavitelných kovů. - Do teploty 882 C hexagonální mřížka s těsným uspořádáním - stabilní α(ti) modifikace. - Nad 882 C kubická prostorově centrovaná mřížka - stabilní β(ti) modifikace. - Biokompatibilní Zubní protézy a náhrady kyčelních kloubů Sloučeniny titanu - Nejvíce využívanou sloučeninou titanu je čistý TiO2. - Použití při výrobě barev, ve sklářském a keramickém průmyslu, při výrobě kvalitního papíru, jako plnivo při výrobě plastických hmot, někdy přidáván i do zubních past. - Používán i v potravinářském průmyslu k bělení mléka. - Odhaduje se, že TiO2 tvoří více než 90 % celosvětové spotřeby produktů z titanu.

57 Slitiny titanu - Nejvyšším poměr mezi pevností a měrnou hmotností - Výborné antikorozními vlastnosti - Velmi dobrá otěruvzdornost - Biokompatibilita Použití slitin Ti - Použití v leteckém a kosmickém průmyslu - V chemickém průmyslu je titan využíván pro výrobu nebo vystýlku chemických reaktorů. - Materiál pro výrobu náramkových hodinek, brýlí nebo částí šperků. - Kromě těchto aplikací lze titan nalézt i v umění, např. opláštění sochy Matky Ukrajiny, Kyjev. Dělení slitin titanu Slitiny Ti se dělí podle struktury na: - α slitiny - pseudo α-slitiny - dvoufázové slitiny α + β - pseudo β-slitiny - β-slitiny - Intermetalické slitiny

58 Slitiny α - Hlavním přísadovým prvkem hliník. - Mezi základní slitiny patří TiAI5Sn2,5. - Strukturně stabilní a použitelná do 500 až 550 C. - Dobré mechanické vlastnosti při nízkých a velmi nízkých teplotách (-200 C) - kryogenní aplikace. - V podobě plechů se používá na křídla, ocasní plochy, zakrytování motoru i kabiny, na palivové nádrže, zásobníky a jiné části letadel. Binární diagram Ti Al mikrostruktura α slitiny TiAl5Sn2,5; 750x

59 Slitiny α + β - Do této skupiny patří největší počet slitin titanu. - Nejznámější je TiAl6V4, která po TZ může dosáhnout pevnosti až 1100MPa. - Vyrábí se z ní součástky složitějších tvarů s odolností proti vibracím (části motorů, kompresorové lopatky, ad.). - Další slitinou z této skupiny je TiAl6Nb7, která je biokompatibilní a využívá se k výrobě implantátů. TiAl6V4, α + β slitina, 750x Slitiny β - Prvky V, Nb, Ta ad. stabilizují vysokoteplotní modifikaci β i při pokojových teplotách. - Slitina TiV10Fe2Al3 dosahuje pevnosti až 1400MPa. - Používají se v leteckém průmyslu, například na motory, pružiny a další aplikace. Intermetalické slitiny - Slitiny jsou z důvodu vysokého stupně legování tvořeny intermetalickými fázemi. - Ti Ni slitiny s tvarovou pamětí o složení cca 50% Ni a 50% Ti. - Ti Al má nízkou měrnou hmotnost a vysokou stabilitu mechanických hodnot i při vysokých teplotách - pro výrobu součástek leteckých tryskových motorů. Titanové pěny Využití ve zdravotnictví, kde mohou odlehčit implantáty a dát jim vlastnosti podobné lidským kostem, např. útlum nárazů.

60