MATERIÁLY pro učební obor Instalatér a Kominík

Transkript

1 Ing. Jan BRANDA MATERIÁLY pro učební obor Instalatér a Kominík Výukový text pro učební obor Instalatér a Kominík Vzdělávací oblast RVP Technický základ Pardubice

2 Použitá literatura: DUFKA, Jaroslav. Materiály pro učební obor instalatér. Vyd. 1. Praha: Sobotáles, ISBN Dílo smí být dále šířeno pod licencí CC BY-SA ( Výukový text je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Všechna neocitovaná autorská díla jsou dílem autora. OBSAH: Úvod do předmětu Materiály... 6 Základní rozdělení technických materiálů... 9 Železné kovy... 9 Neželezné kovy Nekovové materiály Otázky ke zkoušení: Základní vlastnosti kovů Fyzikální vlastnosti Otázky ke zkoušení: Mechanické vlastnosti Otázky ke zkoušení: Technologické vlastnosti Otázky ke zkoušení: Chemické vlastnosti Otázky ke zkoušení: Tepelně izolační vlastnosti Otázky ke zkoušení: Jednotlivé technické materiály Železné kovy Do železných kovů řadíme: Rozdělení železných kovů: Železo Přehled výroby surového železa Druhy železné rudy: Výroba surového železa ve vysoké peci Vysokou pec lze rozdělit na 6 teplotních zón: Zjednodušená teplotní pásma: Produkty vysoké pece: Otázky ke zkoušení: Ocel Přehled výroby oceli Odlévání oceli Další zpracování oceli Rozdělení ocelí Přehled nového označení ocelí a odpovídajících dřívějších označení Otázky ke zkoušení: Litina Šedá litina Tvárná litina Bílá litina Temperovaná litina Otázky ke zkoušení: Neželezné kovy Hliník - Al

3 Měď-Cu Cín - Sn Olovo - Pb Nikl - Ni Zinek - Zn Hořčík-Mg Titan-Ti Kompozity Pájky Další důležité kovy Otázky ke zkoušení: Prášková metalurgie Nekovové materiály Plasty Termoplasty Reaktoplasty (dříve Termosety) Eleastomery Výroba plastů: Vlastnosti plastů: Výhody plastů: Nevýhody plastů: Otázky ke zkoušení: Spojování plastů: Průměry plastových potrubí: Tlakové řady: Skladování potrubí: Životnost plastových potrubí: Plasty pro instalatéry: Polyetylen - PE Polypropylen PP Polybutylen PB Polyvinylchlorid PVC (novodur) Akrylonitril-butadien-styren ABS Polyvinylidenfluorid PVDF Polyesterová pryskyřice GRP Vícevrstvé trubky Použití plastů Otázky ke zkoušení: Pryž (lidově také guma) Otázky ke zkoušení: Technické textilie Kůže Otázky ke zkoušení: Dřevo Vlastnosti dřeva Použití dřeva Otázky ke zkoušení: Sklo a technická keramika Sklo Technologie výroby skla Použití Technická keramika Otázky ke zkoušení: Stavební materiály Pojiva

4 Cement Vápno Sádra Písek Štěrk Malta Beton Žárobeton Polystyrenbeton Materiál pro zdivo Obvodové zdivo Vnitřní stěny Beton Pálené cihly Tvárnice z pórobetonu Betonové a železobetonové výrobky Otázky ke zkoušení: Těsnící a izolační materiály Těsnící materiály Těsnění hrdlových spojů Těsnění přírubových spojů Těsnění závitových spojů Těsnění pájených spojů Těsnění svařovaných spojů Izolační materiály Tepelně izolační materiály Hydroizolační materiály Zvukově izolační materiály Otázky ke zkoušení: Technické plyny Vzduch Zemní plyn (CH 4 ) Propan Butan (C 3 H 8 C 4 H 10 ) Acetylen (C 2 H 2 ) Kyslík (O 2 ) Dusík (N 2 ) Bioplyn (N 2 ) Vysokopecní plyn (N 2 ) Barevné značení technických plynů Otázky ke zkoušení: Zpracování technických materiálů Odlévání Způsoby odlévání Tváření Kování Ruční kování Strojní kování Kovářské nástroje Kovářské práce Válcování Válcování za studena Válcování za tepla Lisování Vytlačování Dopředné vytlačování

5 Zpětné vytlačování Tažení Obrábění Otázky ke zkoušení: Tepelné zpracování kovů Podstata a základy metalografie Žíhání Žíhání na měkko Žíhání ke snížení vnitřního pnutí Normalizační žíhání Kalení Popouštění Otázky ke zkoušení: Chemicko-tepelné zpracování SYCENÍ POVRCHU NEKOVY CEMENTACE: NITRIDACE: KARBONITRIDACE: NITROCEMENTACE: SULFONITRIDACE: SULFINIZACE: BORIDOVÁNÍ: SYCENÍ POVRCHU KOVY CHROMOVÁNÍ: ZINKOVÁNÍ: NIKLOVÁNÍ: ALITOVÁNÍ: ALUMETOVÁNÍ: INCHROMOVÁNÍ: ŠERARDOVÁNÍ: Otázky ke zkoušení:

6 Úvod do předmětu Materiály Obecný cíl předmětu: - předmět materiály poskytuje žákům na přiměřené úrovni potřebné vědomosti o jednotlivých druzích technických materiálů, jejich zpracování, vlastnostech a použití. - dává ucelený přehled o technických materiálech - poskytuje potřebný základ znalostí pro pochopení učiva odborných předmětů. Učební osnovy dle ŠVP pro učební obor H/01 INSTALATÉR Učební osnovy dle ŠVP pro učební obor H/01 KOMINÍK Ročník: 1. Počet hodin v ročníku: 48 Výsledky vzdělávání Obsah vzdělávání Žák: Rozdělení a vlastnosti zařadí jednotlivé technické technických materiálů materiály do skupiny rozdělení technických materiálů železných a neželezných železné kovy (ocel, litina) kovů, do nekovových neželezné kovy (lehké, těžké) materiálů nekovové materiály (plasty, pryž, popíše fyzikální, magnetické, pomocné hmoty) chemické, mechanické a fyzikální vlastnosti materiálů technologické vlastnosti (hustota, skupenství, technických materiálů roztažnost, vodivost) popíše postup výroby surového magnetické vlastnosti železa a oceli chemické vlastnosti materiálů určí rozdělení ocelí podle (odolnost proti korozi, složení a použití žárovzdornost, žáropevnost) 6

7 používá číselné označování ocelí popíše druhy a použití litiny vysvětlí pojem koroze kovů seznámí se s povrchovou úpravou kovů a slitin Žák: popíše u neželezných kovů a jejich slitiny vlastnosti a použití popíše druhy nekovových materiálů vyjmenuje druhy plastů, zařadí je podle chování za různé teploty seznámí se s vlastnostmi a použitím pryže, textilu, brusiva, paliv a maziv provádí výpisy materiálů dle zadání mechanické vlastnosti materiálů (pružnost, pevnost, tvrdost, tvárnost, houževnatost) technologické vlastnosti materiálů (tvárnost, svařitelnost, slévatelnost, obrobitelnost, odolnost proti opotřebení) zpracování železné rudy, výroba surového železa výroba oceli, rozdělení ocelí, rozdělení litiny označování, užití ocelí a jejich slitin koroze kovů a slitin Druhy technických materiálů neželezné kovy a jejich slitiny (měď, olovo, cín, zinek, mangan, wolfram, rtuť, hliník, hořčík, titan, germanium, křemík, chrom, nikl) technické nekovové materiály (plasty termoplasty, reaktoplasty, elastomery, kompozity; pryž; textil; brusiva; paliva; maziva) těsnící materiály a tmely 7

8 Žák: vysvětlí rozdíl mezi tvářením za tepla a za studena seznámí se s technologickým postupem kování, odlévání, válcováním a lisováním Žák: vysvětlí účel a technologický postup při chemicko tepelném zpracování kovů - žíhání, kalení, popouštění vysvětlí rozdíl mezi tvářením za tepla a za studena seznámí se s technologickým postupem kování, odlévání, válcováním a lisováním Zpracování technických materiálů odlévání tváření odlévání, kování, válcování, lisování, vytlačování, tažení obrábění Tepelné zpracování kovů podstata a základy metalografie žíhání, kalení, popouštění chemicko-tepelné zpracování 8

9 Základní rozdělení technických materiálů. Technické materiály Železné kovy Neželezné kovy Nekovové materiály Železné kovy čisté železo jako chemický prvek (Fe) se na Zemi téměř nevyskytuje, ale je obsaženo ve sloučeninách, tzv. rudách. Z nich se ve vysoké peci taví surové železo, které obsahuje 3 až 4% chemického prvku uhlíku (C) a dalších příměsí, kterými jsou mangan (Mn), křemík (Si), síra (S), fosfor (P). Železné kovy Ocel Litina uhlíková slitinová bílá šedá legovaná Ocel tímto názvem označujeme veškeré kujné železo (měnící svůj tvar kováním), které obsahuje max. 2% uhlíku (C). Podle chemického složení se dále dělí ocel na: a) uhlíková ocel slitina železa a uhlíku 9

10 b) slitinová ocel slitina železa a uhlíku a úmyslně přidaných prvků, kterými jsou Mangan (Mn), Křemík (Si), Nikl (Ni), Chrom (Cr), Wolfram (W), Kobalt (Co), Molybden (Mo), Vanad (V), Titan (Ti), Hliník (Al). (úmyslně přidaným prvkům říkáme legury). Litina je železný materiál s obsahem uhlíku od 2% do 3%, který byl vyroben přetavením surového železa, litinového odpadu a ocelového odpadu s přísadami. Litina se zpracovává obvykle odléváním. Podle chemického složení se dále dělí litina na: a) šedá litina slitina železa, uhlíku a křemíku, v malém množství obsahuje také mangan, fosfor a síru. Může být i legovaná, pak obsahuje chrom, nikl, molybden, vanad. Při pomalém tuhnutí se uhlík vylučuje ve tvaru grafitu, litina je na lomu šedá, měkčí a dobře obrobitelná. Použití: lože strojů (např. soustruhů), radiátory, stojany, kamna, válce motorů. b) bílá litina slitina železa s uhlíkem a dalšími prvky, dále se zpracovává ohřevem na temperovanou litinu. Obsahuje cementit (Fe 3 C karbit železa), který způsobuje, že je bílá litina velmi tvrdá a křehká, obrobitelná jen broušením. Použití: dynamicky namáhané součásti (součást se pohybuje velmi často klikový hřídel, ). c) legovaná litina přidáním legujících prvků se dosahuje požadovaných vlastností, např. odolnost proti korozi, žárovzdornosti apod. 10

11 Neželezné kovy hlavní rozdělení je podle hustoty kovu Neželezné kovy lehké do 5 kg/dm 3 těžké nad 5 kg/dm 3 a) lehké hustota do 5 kg/dm 3. Patří sem hliník (Al) a jeho slitiny, hořčík (Mg) a jeho slitiny, titan (Ti), berylium (Be), lithium (Li) a další. b) těžké hustota nad 5 kg/dm 3. Patří měď (Cu), zinek (Zn), olovo (Pb), nikl (Ni), cín (Sn), jejich slitiny a další. Nekovové materiály dělíme je do tří skupin. a) plasty látky, vznikají spojováním molekul jednoduchých sloučenin na mohutné molekuly (tzv. makromolekuly). b) pryž, sklo, keramika, kůže, textil, dřevo c) pomocné hmoty patří sem maziva, brusiva, těsnící hmoty, nátěrové hmoty, technické plyny, ostatní chemikálie, lepidla, atd. Otázky ke zkoušení: 1) Napiš jaké je základní rozdělení technických materiálů. 2) Co je ocel? Na jaké skupiny se rozdělují oceli? 11

12 3) Co jsou legury, uveď alespoň 3 příklady. 4) Co je litina? Na jaké skupiny se rozděluje litina? 5) Na jaké skupiny rozdělujeme neželezné kovy? Stručně jednotlivé skupiny charakterizuj. 6) Vyjmenuj alespoň 5 nekovových materiálů. Základní vlastnosti kovů Kovy a jejich slitiny mají různé vlastnosti, které jsou dány chemickým složením a strukturou (vnitřní vazby mezi atomy a molekulami). Pro posouzení použitelnosti kovů v technické praxi je obvyklé dělení vlastností na: 1) Fyzikální vlastnosti 2) Mechanické vlastnosti 3) Technologické vlastnosti 4) Chemické vlastnosti Fyzikální vlastnosti a) Měrná hmotnost (hustota) Její velikost závisí na atomové stavbě dané látky, je tedy závislá na poloze prvku v periodické soustavě prvků. Pro výpočet platí vztah: ρ = m / V [kg/m 3 ] Měrná hmotnost je podíl hmotnosti a objemu zkoumané látky (porovnáváme hmotnost s objemem). 12

13 Příklad: Vypočítejte hmotnost ocelového hranolu o rozměrech: a = 80 [mm]; b = 60 [mm]; c = 20 [mm]. Hustota oceli je 7800[kg.m -3 ]. Řešení: b) Teplota tání (tavení) a tuhnutí Je to teplota, při které mění materiál své skupenství z pevného na kapalné. Každý kov má určitou teplotu tání, jejich hodnoty najdeme v tabulkách. 13

14 Čisté kovy tají při konstantní teplotě, slitiny tají při nekonstantní teplotě. Znalost teploty tání a tuhnutí je důležitá pro slévárenství, svařování, pokovování, apod. c) Teplotní (délková a objemová) roztažnost - dilatace Popisuje prodloužení délky nebo zvětšení objemu vlivem zvýšení teploty látky. Prodloužení délky (l) je závislé na původní délce tyčinky a na materiálu, z které je zhotovena. α součinitel délkové roztažnosti [K -1 ] l 0 původní délka t rozdíl teploty Součinitel délkové roztažnosti potrubních materiálů. α ocel měď PVC PP PE PP/AL/PP [mm/m.k] 0,0125 0,017 0,13 0,15 0,19 0,05 PVC polvinylchlorid (novodur) PP polypropylen PE polyethylen PP/AL/PP vícevrstvá polypropylenová trubka s hliníkovou fólií Příklad.: Porovnej roztažení dvou plastových trubek. Jedna je z materiálu PE, druhá z PP/AL/PP. Původní délka obou trubek byla 12 [m]. Trubky se ohřály z 15 C na 50 C. Řešení: materiál PE l = α l 0 t = 0,19 12 (50 15) = 79,8 [mm] materiál PP/AL/PP 0,05 12 (50 15) = 21 [mm] Výsledek: PE (79,8 [mm] ), PP/AL/PP (21 [mm]) 14

15 Tepelná vodivost Vyjadřuje schopnost materiálu přenášet tepelnou energii, tj. kinetickou energii neuspořádaného tepelného pohybu od atomu k atomu vedením (bez přenášení látky). Kovy, které dobře vedou elektrický proud, dobře vedou i teplo. Nejlepším vodičem tepla je stříbro. Tepelná vodivost ostatních kovů se často zjišťuje porovnáním s tepelnou vodivostí stříbra a udává se v procentech. Použití v praxi chladiče, výměníky atd. Látky, které nevedou teplo, se nazývají tepelně izolační materiály (IZOLANTY). značka tepelné vodivosti λ (lambda) [W/K] vyjadřuje kolik tepla Q [J] projde látkou za jednotku času 1[s], je-li rozdíl teploty na vstupu a výstupu 1[K]. d) Elektrická vodivost Schopnost materiálu vést elektrický proud - značka G - jednotka S (Siemens) vodič s odporem 1 [Ω] má vodivost 1 [S]. Rozdělení: 1. Vodiče - Ag, Au, Cu, Al, Fe 2. Polovodiče - Ge, Si, Se 3. Izolanty - dřevo, plast, sklo, porcelán (nejlepším izolantem by bylo dokonalé vakuum) 3. Supravodivost - Vyjadřuje vlastnost některých kovů, u kterých se při velmi nízkých teplotách (blízké absolutní nule 15

16 0 Kelvinů = - 273,15 C) skokem sníží elektrický odpor na nezjistitelnou hodnotu (elektrický proud prochází vodičem prakticky bez odporu). Vyskytuje se u kovů a polovodičů a projevuje se hlavně u stejnosměrného proudu. e) Magnetická vlastnost Popisuje chování materiálu v magnetickém poli (typickou veličinou je permeabilita) Rozdělení: 1. Diamagnetické materiály (zeslabují magnetické pole, do kterého jsou vloženy - jsou z něho slabě vytlačovány měď Cu, stříbro Ag, zlato Au, olovo Pb. 2. Paramagnetické materiály (zesilují magnetické pole, do kterého jsou vloženy - jsou do něho slabě vtahovány hliník Al, platina Pt. 3. Feromagnetické materiály (značně zesilují magnetické pole, do kterého jsou vloženy (jsou do něho silně vtahovány) železo Fe, nikl Ni, kobalt Co. Feromagnetické materiály se dále dělí na: magneticky měkké snadno se zmagnetizují, ale i snadno odmagnetizují (pro stavbu elektrických strojů) magneticky tvrdé obtížně se zmagnetizují, ale své vlastnosti si ponechají i po zániku vnějšího magnetického pole (pro stavbu permanentních magnetů) Otázky ke zkoušení: 1) Vypočítejte hmotnost litinového hranolu o rozměrech: a = 30 [mm]; b = 70 [mm]; c = 50 [mm]. Hustotu si vyhledej v tabulce. 16

17 ρ ocel litina měď hliník plasty voda polystyren plyny [kg/m 3 ] až až 80 0,5 až 2 2) Z jakého materiálu (vypočítej hustotu) je potrubí, pokud hmotnost potrubí je 1350 [kg] a objem potrubí 0,5 [m 3 ]? Vypočítanou hustotu porovnej s hodnotami v tabulce. 3) Porovnej roztažení dvou trubek (vypočítej, o kolik se jednotlivá potrubí prodloužila). Jedna trubka je z materiálu PE, druhá z mědi. Původní délka obou trubek byla 15 [m]. Trubky se ohřály z 13 C na 64 C. α ocel měď PVC PP PE PP/AL/PP [mm/m.k] 0,0125 0,017 0,13 0,15 0,19 0,05 4) Vlastními slovy popiš co je to měrná hmotnost (hustota). 5) Vlastními slovy popiš co, si představuješ pod pojmem teplota tání a tuhnutí. 6) Vlastními slovy popiš co, si představuješ pod pojmem teplotní (délková a objemová) roztažnost. 7) Vlastními slovy popiš, co si představuješ pod pojmem tepelná vodivost. 8) Vlastními slovy popiš, co si představuješ pod pojmem elektrická vodivost. 9) Vlastními slovy popiš co je to permeabilita (magnetická vlastnost). Mechanické vlastnosti a) Pevnost Je největší napětí, které potřebujeme k rozdělení materiálu na dvě části. 17

18 napětí = tlak tlak[pa] = síla[n] / plocha [m 2 ] Druhy pevnosti: a) v tahu b) v tlaku c) ve střihu, ve smyku d) v ohybu e) v krutu b) Tvrdost Je odpor (odolnost) materiálu proti vnikání cizího tělesa. Zjišťuje se vtlačováním tvrdého tělíska (kuličky, kužele nebo jehlanu) určitým tlakem do zkoušeného materiálu a měřením hloubky nebo plochy vtisku. Zkouška tvrdosti podle Brinella otisk kalené ocelové kuličky (označení tvrdosti HB) Zkouška tvrdosti podle Vickerse otisk čtyřbokého diamantového jehlanu (označení tvrdosti HV) Zkouška tvrdosti podle Rockwella otisk diamantového kužele (označení tvrdosti HRA) nebo otisk ocelové kuličky (označení tvrdosti HRB) c) Pružnost Schopnost materiálu se po odlehčení vrátit do původní polohy (rozměru). d) Tvárnost Je vlastnost, kterou musí mít materiál určený ke kování, válcování, lisování apod. Tvárný materiál si zachová tvar, a to i když přestane tváření působit. 18

19 e) Houževnatost Je schopnost materiálu zachovat si původní tvar. Je výrazem velikosti práce, k rozdělení jakéhokoli materiálu na dvě části. Materiály křehké vyžadují práci nepatrnou. Křehkost je protikladem houževnatosti. Otázky ke zkoušení: 1) Mezi mechanické vlastnosti patří Pevnost. Vlastními slovy popiš tuto vlastnost materiálu. 2) Napiš, jaké druhy pevnosti znáš. 3) Vlastními slovy popiš mechanickou vlastnost Tvrdost. 4) Vlastními slovy popiš mechanickou vlastnost Pružnost. 5) Vlastními slovy popiš mechanickou vlastnost Tvárnost. 6) Vlastními slovy popiš mechanickou vlastnost Houževnatost. Technologické vlastnosti Určují, k jakému způsobu opracování je daný materiál vhodný. a) Tvárnost stejný význam jako u mechanické vlastnosti Je vlastnost, kterou musí mít materiál určený ke kování, lisování, válcování apod. Tvárný materiál si zachovává svůj tvar, který získal působením vnějších sil. b) Slévatelnost Je schopnost materiálu dobře zaplnit formu na odlévání (litina, ocel na odlitky, hliník, bronz, mosaz, slitiny zinku, olova, cínu, niklu, hliníku, hořčíku a titanu). Na slévatelnost má vliv: 19

20 tepelná vodivost délková a objemová roztažnost teplota tání a tuhnutí viskozita míra vnitřního tření vlastnosti formy (např. teplota formy) technologický postup c) Svařitelnost Je schopnost ze dvou nebo více materiálů vytvořit nerozebíratelný celek (svařenec). Představuje schopnost svařovaného materiálu vytvořit svarový spoj požadovaných vlastností. Vyjadřuje se ve čtyřech stupních: zaručená podmíněně zaručená dobrá obtížná d) Obrobitelnost Vyjadřuje chování materiálu při obrábění řeznými nástroji (soustružení, frézováni, hoblování, vrtání apod.). Posuzuje se podle: mechanických vlastností materiálu snadného oddělování třísky chování třísky k materiálu nástroje řezného odporu obráběného materiálu e) Odolnost proti opotřebení Odolnost materiálu proti oddělování částeček materiálu, k němuž dochází na povrchu materiálu, působením vnějších sil - nejčastěji 20

21 působením tření mezi tuhými tělesy, ale také i třením mezi tuhou látkou a kapalinou. Základní druhy tření: smykové vzniká při pohybu tělesa smykem (kluzem, vlečením). Působí vždy ve stykové ploše a proti směru pohybu. valivé vzniká při valivém pohybu mezi válcem a podložkou. čepové vzniká v čepu uloženém v ložiskách a působí proti směru rotačního pohybu. vláknové vzniká při smýkání lan a pásů po nehybné válcové ploše. Základní druhy opotřebení: Adhezivní, Abrazivní, Erozivní, Kavitační, Únavové, Vibrační Otázky ke zkoušení: 1) Vlastními slovy popiš technologickou vlastnost Tvárnost. 2) Vlastními slovy popiš technologickou vlastnost Slévatelnost. 21

22 3) Vlastními slovy popiš technologickou vlastnost Svařitelnost. 4) Vlastními slovy popiš technologickou vlastnost Obrobitelnost. 5) Vlastními slovy popiš technologickou vlastnost Odolnost proti opotřebení. Chemické vlastnosti 1) Odolnost proti korozi Různá prostředí nebo chemické účinky kapalin způsobuje porušení povrchu součásti - tento jev se nazývá koroze. příčinou chemické koroze je styk kovu s vlhkým vzduchem. Malé částice železa reagují s vlhkým vzduchem a vzniká oxidační vrstva, která se po čase odděluje od základního materiálu. příčinou elektrochemické koroze je prostředí s povahou elektrolytu. Kovové materiály ponořené do elektrolytu vytvářejí elektrické napětí. Vznikají při tom chemické procesy způsobující korozi. půdní koroze (koroze bludnými proudy) vzniká u potrubí nebo kabelů položených v zemi v blízkosti železniční nebo tramvajové tratě. Je to jev, který se vyskytuje při stejnosměrném napájení obvodů všude tam, kde je buď úmyslně či náhodně jeden pól zdroje uzemněn. příčinou biologické koroze jsou živé organismy (baktérie, některé druhy brouků). Tyto živé organismy svou přítomností podporují vznik chemických sloučenin, které napomáhají vzniku koroze. Ochrana proti korozi: větší použití plastů tam, kde je to vhodné 22

23 správný tvar a konstrukce (bez ostrých hran, velké poloměry) snížení agresivity korozívního prostředí (např. do teplovodních soustav přidání antikorozního činitele) povrchová úprava (nátěrové hmoty, pokovování, galvanizace, smaltování) 2) Slučivost S nekovovými látkami, především s oxidem (kyslíkem). 3) Žárovzdornost Schopnost kovu odolávat vysokým teplotám (odolávat dlouhodobě žáru). 4) Žáropevnost Vlastnost kovu odolávat namáhání při vyšších teplotách (ventily spalovacích motorů, lopatky parních a spalovacích turbín, součásti raket). Otázky ke zkoušení: 1) Napiš, jaké druhy chemických vlastností znáš. 2) Co je příčinou chemické koroze? 3) Co je příčinou elektrochemické koroze? 4) Kde vzniká půdní koroze? 5) Vyjmenuj alespoň 3 způsoby ochrany proti korozi. Tepelně izolační vlastnosti a) Tepelný odpor 23

24 vyjadřuje odpor značka R větší, tím méně b) Součinitel prostupu tepla materiálu proti úniku tepla [m 2 K/W] Čím je hodnota odporu tepla projde materiálem. vyjadřuje množství tepla, které projde materiálem značka k [W /m 2 K] Je to převrácená hodnota tepelného odporu. Čím je hodnota součinitele větší, tím více tepla projde materiálem. 1 m K W 2 m K W = 1 = 1 2 W 2 m K = W 2 m K Běžné druhy izolačního materiálu: EPDM (ethyl-propylen, dien-monomer), skleněná minerální čedičová vata, polyethylen (mirelon), polyuretanová pěna, polystyren 24

25 Otázky ke zkoušení: 1) Mezi tepelně izolační vlastnosti patří Tepelný odpor a Součinitel prostupu tepla. Stručně napiš, co nám vyjadřují. 2) Vyjmenuj alespoň 3 běžné druhy izolačního materiálů. 25

26 Jednotlivé technické materiály Základním materiálem používaným ve strojírenství jsou nejen kovy a jejich slitiny. Materiály v každé skupině mají z části společné, zčásti pro daný materiál specifické vlastnosti. Železné kovy Získávají se zpracováním minerálních rud (hornin), které jsou v přírodě smíchané s hlušinou (hlína, písek, voda, atd.). Do železných kovů řadíme: 1) Čisté železo - chemicky čisté není vhodné jako technický materiál, protože je příliš měkké. 26

27 2) Ocel - slitina Fe+C (uhlíku je maximálně 2,14% + ostatní legující prvky). 3) Litina - Fe+C (uhlíku je od 2,14 do 6,67% + ostatní legující prvky). Legury a jejich vliv na vlastnosti oceli: Prvek Vylepšuje vlastnost Snižuje vlastnost Mangan Pevnost, tvrdost, houževnatost Obrobitelnost Křemík Pevnost, tvrdost, odolnost proti opotřebení Tažnost, tvárnost, svařitelnost Nikl Pevnost, houževnatost Tepelnou roztažnost Chrom Wolfram Odolnost proti teplu, korozi, opotřebení, kyselinám Žáruvzdornost, tvrdost, stálost břitu, pevnost Tepelnou roztažnost Délkovou roztažnost Molybden Pevnost, houževnatost Citlivost proti přehřátí Vanad Pevnost, houževnatost Citlivost proti přehřátí Kobalt Tvrdost, odolnost proti teplu, korozi, opotřebení Rozdělení železných kovů: Citlivost proti přehřátí 1) Kujné železo lze zpracovávat kováním, válcováním, ohýbáním, atd. (většina druhů oceli a s určitým omezením také temperovaná a tvárná litina) 2) Nekujné železo nelze je zpracovávat obvyklým způsobem, mohly by prasknout, zlomit, jinak poškodit (surové železo a šedá litina), odlévají se a brousí. Železo Přehled výroby surového železa Surové železo vyrábíme ve vysokých pecích z železných rud působením paliva, struskotvorných přísad a vzduchu. 27

28 Druhy železné rudy: magnetovec ( 40-70% železa) krevel ( 40-65% železa) hnědel ( 28-45% železa) ocelek ( 44-58% železa) chamosit (asi 35% železa) Tuto rudu upravujeme drcením a pražením (odstraňujeme oxid uhličitý). Výroba surového železa ve vysoké peci Animace schémat chemických výrob Vsázka suroviny pro vysokou pec: železná ruda 28

29 koks (palivo) struskotvorné přísady, které mají čistící účinky - vápenec Všeobecný popis vysoké pece Suroviny vstupují do vysoké pece ze shora (kychta), zatímco produkty (tavenina železa a struska) se odpichují u dna pece (nístěj). Pevná vsázka se pohybuje shora dolů a přitom se setkává se vznikajícím proudem horkého redukčního plynu. Na vrcholu pece se vysokopecní plyn o zbytkové výhřevnosti shromažďuje a odvádí k další úpravě. Vysokou pec lze rozdělit na 6 teplotních zón: Kychta: V kychtě vysoké pece dochází k zavážení vsázky a odvádění vysokopecního plynu Šachta: V šachtě předává horký vysokopecní plyn své teplo pevné vsázce. Teplota vsázky vzrůstá proti teplotě okolí na cca 950 C a oxidy železa se v této zóně částečně redukují. Rozpor vysoké pece: Rozpor připojuje šachtu k sedlu vysoké pece. V této části roste teplota dále z 950 C asi na 1250 C. Nastává další redukce oxidů železa a začíná reakce s koksem. Sedlo: Reakce koksu pokračují v zóně sedla. Tvoří se tavenina železa a strusky. 29

30 Výfučny: Do vysoké pece je třeba přivádět vzduch, aby v ní palivo hořelo a vydávalo potřebný žár. V této zóně se do pece zavádí proud horkého vzduchu pomocí řady výfučen (mezi 16-42). Výfučny jsou umístěny okolo horního obvodu nístěje a jsou propojeny velkou rourou (okružní větrovod) obtočenou okolo pece ve výšce sedla. Teplota tady může přestoupit 2000 C a oxidy se zcela zredukují. (Na 1 tunu vyrobeného surového železa je třeba průměrně 3000 m 3 vzduchu. Vzduch se do pece vhání buď pístovými dmychadly, nebo turbodmychadly. Vzduch se před vpuštěním do vysoké pece ohřívá ve zděných Cowperových ohřívačích.) Nístěj: Nístěj shromažďuje tekuté surové železo a strusku. Okolo nístěje jsou umístěny jeden až čtyři odpichové otvory, při čemž je jeden nebo dva v kteroukoliv dobu v provozu. Zjednodušená teplotní pásma: Předehřívací pásmo: odstraňuje se zde voda a síra Redukční pásmo: železo se zde redukuje na oxid železitý Fe 2 O 3 Nauhličovací pásmo: oxid železitý se obohacuje o uhlík, křemík a další prvky Tavící pásmo: zde dochází k úplnému roztavení železné rudy, která se zde odděluje na surové železo a strusku. Surové železo se taví při teplotě asi 1539 C. Produkty vysoké pece: surové železo vysokopecní struska vysokopecní plyn Surové železo Hlavní produkt vysoké pece, vyrábíme z něj ocel nebo litinu. Obsahuje okolo 3 6% uhlíku a dalších prvků (fosfor a síra zhoršují vlastnosti). Malá část vyrobeného surového železa se používá k výrobě odlitků. Vysokopecní struska Slouží k výrobě některých druhů cementů, cihel, dlažebních kostek, umělých hnojiv nebo se vyváží na odval (násyp) 30

31 Vysokopecní plyn Používá se k předehřívání vzduchu ve vysoké peci. Také jako palivo slouží k výrobě elektrické energie v přidružených ocelárnách, válcovnách apod. Otázky ke zkoušení: 1) Jakým způsobem se získávají železné kovy? 2) Které materiály řadíme do skupiny železných kovů? 3) Popiš co je to kujné a nekujné železo. 4) Surové železo se vyrábí z železných rud, vyjmenuj alespoň 3 druhy. 5) Vyjmenuj produkty vysoké pece. 6) Surové železo se vyrábí ve vysoké peci, na náčrtku vyjmenuj jednotlivé části a dále se pokus vysvětli co znamenají jednotlivá teplotní pásma (Předehřívací pásmo, Redukční pásmo, Nauhličovací pásmo, Tavící pásmo). Ocel 1) Podle zpracování a) Tvářené b) Odlitky 2) Podle složení a) Uhlíkové vlastnost oceli je dána především obsahem uhlíku b) Slitinové Mg 0,9%, Si 0,5%, Ni 0,5%, Cr 0,3%, W 0,2%, Co 0,2%, Mo 0,1%, V 0,1%, Ti 0,1%, Al 0,1%. 3) Podle čistoty a) Obvyklých jakostí b) Ušlechtilé 4) Podle použití a) Konstrukční 31

32 b) Nástrojové Přehled výroby oceli Princip: tekuté surové železo i ocelový odpad zbavujeme pomocí oxidací (spalováním) přebytečného množství uhlíku a jiných prvků. Tento proces nazýváme zkujňováním. C... z 4,25% na 0,5% Mn... z 2,5% na 0,75% Si... z 1,4% na 0,4% P... z 0,3% na 0,1% V současné době se vyrábí ocel v: * kyslíkových konvertorech * elektrických pecí obloukových nebo indukčních * Siemens-Martinových pecích (Martinské pece) a) Výroba oceli v kyslíkových konvertorech Vháníme kyslík na žhavou lázeň, čímž dochází ke spalování uhlíku a tím ke snižování jeho procentuálního obsahu. Vsázku tvoří surové železo a ocelový odpad. Objem KK bývá od 30 do 300 tun vsázky. b) Výroba oceli v elektrických pecích 1) Obloukové pece Elektrický proud z transformátoru přichází do dvou svislých elektrod, mezi elektrodou a vsázkou se uzavírá elektrický oblouk. Náklady jsou 32

33 vyšší, vyrovnají se však vyšší jakosti oceli. 2) Indukční pece Dělíme na vysokofrekvenční a nízkofrekvenční. Pec je tvořena indukční cívkou. Cívka je nejčastěji z měděných trubek, kterými protéká chladicí kapalina. Uvnitř cívky je kelímek, ve kterém je roztavený kov. Výhodou těchto pecí je vysoká rychlost tavení, používá se především pro vysocelegované oceli. c) Martinské pece Kapacita pece je okolo 1000 tun, zkujňovací pochod probíhá kolem 10 hodin při teplotě 1700 C. Výhodou je, že tavenina je chráněna struskou a do oceli nemůže vnikat dusík ze vzduchu. Odlévání oceli Ocel odléváme: a) do kovových forem kokily, v níž tuhne na ingoty b) do pískových, hliněných nebo žárovzdorných forem c) kontinuální lití 33

34 Další zpracování oceli Základem dalšího zpracování oceli je tváření. Tváření Je mechanické zpracování kovů, kde se působení vnějších sil mění tvar předmětu, aniž se poruší materiál. Způsoby tváření: 1. Volné kování 2. Zápustkové kování 3. Válcování 4. Tažení tyčí a drátu 5. Protlačování 6. Tažení plechu Základní zákon tváření 34

35 Zákon stejných objemů objem polotvaru před tvářením se rovná objemu po tváření. Hutní polotovary 1. Tyče různých profilů 2. Plechy 3. Pásoviny 4. Trubky 5. Dráty Rozdělení ocelí Číselné značení ocelí Oceli na technických výkresech označujeme číselnými značkami. V současné době se přechází na evropské normy. 35

36 Oceli třídy 10 Konstrukční ocel obvyklých jakostí. Zaručují se jen mechanické a technologické vlastnosti pro součásti podružného významu stavebnictví armatury do betonu apod. Oceli třídy 11 Konstrukční ocel obvyklých jakostí. Nejměkčí oceli se používají jako hlubokotažné plechy, pásy pruhy, jsou vhodné k obrábění, zaručují dobrou svařitelnost. Nejpoužívanější hutní polotovary. Oceli třídy 12 až 16 36

37 12 ušlechtilé oceli uhlíkové se používají tam, kde jsou větší požadavky na jakost oceli, než může splnit ocel třídy 11. Ušlechtilá, se používá zejména ve stavu tepelně zpracovaném, např. jako ocel zušlechťovaná, cementovaná nebo povrchově kalená. Ušlechtilé slitinové oceli mají vyšší pevnost, proto se používají při vyšších namáhání 13 ušlechtilé oceli slitinové, legované Mn, Si, - lze je zušlechťovat, oceli pružinové, dynamové či transformátorové plechy 14 ušlechtilé oceli slitinové, legované Cr, Mn, Si, Al velmi používané slitinové oceli, kuličková ložiska, pružiny motorových a kolejových vozidel 15 ušlechtilé oceli slitinové, legované Cr, Mo, V, W, Mn, Si vysokotlaké kotle a trubky, součásti parních turbín, jsou žáropevné 16 ušlechtilé oceli slitinové, legované Ni, Cr, W, V, Cr, Mo nejjakostnější oceli na vysoce namáhané strojní součásti houževnaté jádro 17 ušlechtilé oceli slitinové, vysokolegované Cr, Mo, Ni, Mn, V, W oceli korozivzdorné, žárovzdorné a žáropevné Oceli třídy 19 Nástrojové oceli uhlíkové - nelegované Po zakalení mají velkou tvrdost, tu si však udržují, jen při teplotách do 200 C používáme jen pro ruční nástroje a nářadí, nůžky, kleště, pilníky. 37

38 Nástrojové oceli slitinové Tvrdost si udržují, do teplot kolem 250 C. Používáme pro ruční nářadí a nástroje pro obrábění nižšími řeznými rychlostmi závitníky, výstružníky apod. Nástrojové oceli rychlořezné Tvrdost, si udržují do teplot kolem 560 C. Vyrábíme z ní, nástroje pro obrábění vyššími řeznými rychlostmi vrtáky, soustružnické nože, frézy apod. Oceli na odlitky Uhlíkové oceli na odlitky Vyrábějí se z obdobných typů ocelí jako výkovky nebo tvářené polotovary. Jejich pevnost bývá asi 300 až 700 MPa. Slitinové oceli na odlitky Uplatňují se především tam, kde je třeba vytvořit složité tvary. Technologie odlévání klade zvláštní požadavky na vlastnosti kovu, kov musí dobře zaplňovat formu Význam doplňkových číslic: 0 tepelně nezpracováno 1 normalizačně žíháno 2 žíháno s uvedením způsobu 3 žíhání na měkko 4 kaleno nebo kaleno a popouštěno 5 normalizačně žíháno a popouštěno 6 zušlechtěno na dolní pevnost 7 zušlechtěno na střední pevnost 8 zušlechtěno na horní pevnost 9 stavy, jež nelze označit 0 až 8 38

39 Přehled nového označení ocelí a odpovídajících dřívějších označení Označení podle EN :2004 Podle EN 10025:1990+ A1:1993 ) Podle EN 10025: 1990 Německo podle DIN Francie podle NF A Spojené království podle BS 4360 Itálie podle UNI 7070 Švédsko podle SS 14 následuje číslo oceli S S Fe St 33 A 33 Fe S235JR Fe 360 B St 37-2 E 24-2 Fe 360 B S235JRG S235JR S235JRG Fe 360 BFU Fe 360 BFN USt 37-2 Česko podle ČSN RSt B S235J S235J Fe 360 C St 37-3 U E C Fe 360 C S235J2 S235J2G Fe 360 D1 St 37-3 N E D Fe 360 D S235J2G Fe 360 D2 S275JR S275JR Fe 430 B St 44-2 E B Fe 430 B S275J2G Fe 430 D1 St 44-3 N E D Fe 430 D S275J S275J2G Fe 430 D S355JR S355JR Fe 510 B E B Fe 510 B S355J S355J Fe 510 C St 52-3 U E C Fe 510 C S355J2G Fe 510 D1 St 52-3 N 50 D Fe 510 D S355J S355J2G Fe 510 D S355K2G S355K S355K2G Fe 510 DD1 Fe 510 DD2 E DD S450J C E E Fe St 50-2 A 50-2 Fe 490 E E Fe St 60-2 A 60-2 Fe 590 E E Fe St 70-2 A 70-2 Fe 690 Otázky ke zkoušení: ) Popiš co, znamená slovo zkujňování. 2) Vyjmenuj 4 kritéria, podle kterých můžeme rozdělovat ocel. 3) Vyjmenuj zařízení, ve kterých se může vyrábět ocel. 4) Ocel se odlévá a tuhne jako tzv. ingot. Dále se zpracovává ocel tvářením. Vyjmenuj 6 způsobů tváření. 5) Vyjmenuj 5 hutních polotovarů

40 Litina Vyrábí se ze surového železa a odpadových surovin převážně v kuplovnách nebo v elektrických pecích. Taví se při teplotě nižší než ocel, zhruba při teplotě 1200 C. Litina - slitina Fe+C (2,14% až 4%) +Si, Mn, P. Rozdělení litiny: a) Šedá b) Tvárná c) Bílá d) Temperovaná Šedá litina Šedá litina je nejčastěji používaným konstrukčním materiálem k odlévání nosných částí strojů. Kvůli lupínkovému grafitu má omezenou pevnost a její houževnatost je velmi malá. Číselné značení: Označování litin stejně jako ocelí podléhá normalizaci, v ČR se nejvíce používá norma ČSN Litina se značí 42 xx yy 42 je třída norem hutnictví xx - skupina materiálů: 23 - tvárná litina (litina s kuličkovým grafitem) 24 - šedá litina (litina s lupínkovým grafitem) 40

41 25 - temperovaná litina (litina s grafitem o tvaru nepravidelných zrn) 26 ocelolitina (části čerpadel, strojů, turbín, armatur, ozubená kola, skříně motorů atd.) yy - číslo vynásobené 10-ti, udává pevnost v tahu [MPa]. Použití: Kanalizační potrubí, armatury, článková otopná tělesa (radiátory), konzoly, kryty strojů. Tvárná litina Značení 42 23xx Je to litina očkovaná hořčíkem, slitinami hořčíku a ferosiliciem. Grafit je na rozdíl od šedé litiny zrnitý, což se projevuje výrazným zlepšením mechanických vlastností a tím stoupne pevnost až na 900 [MPa]. Je vhodná pro součásti namáhané dynamicky nebo otěrem. Použití: Ozubená kola, klikové hřídele, ložiskové skříně. Bílá litina Chemické složení u bílé litiny je podobné jako u šedé litiny, vzniká při rychlém ochlazování. Je velmi tvrdá, křehká, obrobitelná pouze broušením. Použití: Jako základní surovina pro výrobu temperované litiny (Temperování je vlastně dlouhotrvající žíhání odlitků z bílé litiny). Temperovaná litina Je to houževnatý a dobře obrobitelný materiál, který se vyrábí tepelným zpracováním 41

42 temperováním bílé litiny. Při temperování nastává rozklad cementitu. Použití: Fitinky, skříně strojů, brzdové bubny. Otázky ke zkoušení: 1) Jaký je rozdíl mezi litinou a ocelí? 2) Jakým způsobem se vyrábí litina? 3) Vyjmenuj, do jakých skupin dělíme litinu. 4) Proč se litina nedá ohýbat? 5) Vyjmenuj alespoň 3 výrobky z litiny. Neželezné kovy Získávají se ze sirníkových rud, které se dále upravují: a) Pyrometalurgií suchá žárová cesta, zbavení síry, kyslíku a vody. b) Hydrometalurgií mokrá cesta, rozdrcení rudy až na prach a loužení v kyselinách se získá čistý kov. c) Elektrometalurgií kovy se získávají elektrolýzou taveniny. Rozdělení: 1. Podle hustoty a) Lehké kovy: ρ < 5000 kg /m 3 - Al, Mg, Ti (hliník, mangan, titan) b) Těžké kovy: ρ > 5000 kg /m 3 - Cu, Zn, W, Cr, Pb atd. (měď, zinek, wolfram, chrom, olovo) 2. Podle teploty tání a) Nízkotavitelné - Sn, Zn, Pb (cín, zinek, olovo) b) Vysokotavitelné - W, Mo, Ni (wolfram, molybden, nikl) 3. Drahé kovy - Au, Ag, Pt (zlato, stříbro, platina) 42

43 4. Zvláštní kovy a) Radioaktivní - U, Pu, Ra (uran, plutonium, radium) b) Polovodiče - Ge, Si (germanium, křemík) Hliník - Al Vlastnosti: - stříbřitě bílý kov s našedlým nádechem: - hustota = 2700 kg/m 3 - bod tání = 660 C - elektrická vodivost menší, něž u mědi - tepelně vodivý, nemagnetický - dobře se tváří za tepla i za studena, svařitelný - špatně slévatelný, vhodný na odlitky pro tlakové lití - špatně obrobitelný, protože se tzv. maže - odolný proti korozi - vyrábí se z bauxitu Použití: - instalatérství článková otopná tělesa, hliníková fólie v plastové trubce, izolační fólie 43

44 - v elektrotechnice na vodiče (1,3x větší Ø a o ½ menší hmotnost než u mědi) - stavebnictví střešní krytiny - dále na skříně leteckých a vznětových motorů apod. Slitiny hliníku: dural (Al+Cu+Mg) siluminium (Al+Si+Cu) Měď-Cu Vlastnosti: - červený kov - hustota = 8960 kg/m 3 - bod tání = 1083 C - velmi dobře tvárná za tepla i studena - velmi dobře se pájí a svařuje - dobrá elektrická a tepelná vodivost - odolná proti korozi - obtížně se slévá, špatně vyplňuje formy - špatně obrobitelná, protože se tzv. maže Použití: - instalatérství trubky a tvarovky - v elektrotechnice jako vodiče - ve stavebnictví - v potravinářském průmyslu odolává organickým kyselinám, dnes je nahrazována nerez ocelí. Slitiny bronz = slitina Cu a různého kovu (Sn, Pb, Al, Ni, Mn - cínové,olověné, hliníkové, niklové, manganové) Cínový bronz na ložisková pouzdra, oběžná kola čerpadel, šroubová kola, různé armatury. Olověný bronz na kluzná ložiska 44

45 Hliníkový bronz armatury pro přehřátou páru, výfukové ventily motorů, vysoce namáhané součásti Niklový bronz v elektrotechnice (odpory, kondenzátory) mosaz = slitiny Cu+Zn. Dá se dobře svařovat a pájet, je levnější než bronz, lépe se opracovává (k tváření a slévárenství), v praxi je více rozšířena než bronz. Speciální skupinou jsou mosazi niklové, cínové a hliníkové. Použití mosazi: instalatérství armatury, vodovodní baterie, tyčinky pro tvrdé pájení mědi, dále ve strojírenském průmyslu jako chladiče do automobilů,, šrouby, spojovací díly, součásti čerpadel atd., v elektrotechnice jako objímky žárovek, části vypínačů atd.. Cín - Sn Vlastnosti: - lesklý býlí kov - hustota = 7300 kg/m 3 - bod tání = 232 C - dobře tvárný za tepla i studena - dobře se slévá a pájí, nesvařuje se - odolný proti korozi Získává se redukcí z cínových rud Použití: - k pozinkování kovů, do slitin. Za studena ho lze válcovat na fólie zvané staniol, k výrobě slitin (bronzy, pájky) Olovo - Pb Vlastnosti: - modro šedý kov - hustota = kg/m 3 - bod tání = 327 C - měkký, dobře se odlévá - dobře tvárný za tepla i studena 45

46 - páry a sloučeniny jsou jedovaté - velmi dobře zachycuje rentgenové záření - velmi dobrá svařitelnost a pájitelnost - velmi dobrá odolnost proti korozi Získává se olověné rudy rudy (galenit). Olovo se získává pražením a žárovou redukcí. Použití: - v chemickém průmyslu ke konstrukci komor potřebných k výrobě kyseliny sírové - v automobilových akumulátorech - jako protizávaží, setrvačníky, pro výrobu střeliva - ochranné štíty proti radioaktivnímu záření - k výrobě slitin (pájky, bronzy) Nikl - Ni Vlastnosti: - hustota = 8900 kg/m 3 - bod tání = 1453 C - pevnost = MPa - dobrá tvárnost za i za studena - dobrá slévatelnost a svařitelnost - velmi dobrá odolnost proti korozi - je magnetický do teploty 356 C Použití: - převážná část světové produkce se spotřebuje do slitinových ocelí jako legující prvek - v elektrotechnice, potravinářství, lékařské nástroje - v alkalických akumulátorech Zinek - Zn - hustota = 7130 kg/m 3 - bod tání = 419 C - pevnost = MPa 46

47 - tvrdost HB = 31 - tvárnost za tepla = dobrá - tvárnost za studena = dobrá - slévatelnost = velmi dobrá - svařitelnost = nesvařuje se - pájitelnost = velmi dobrá - odolnost proti korozi = dobrá Vyskytuje se nejčastěji v sulfidech a uhličitanech Použití: K pozinkování kovů, do slitin. Hořčík-Mg Fyzikální vlastnosti: - hustota = 1740 kg/m 3 - bod tání = 650 C Slitiny - elektron = ( Al+Zn+Mg ) Vyrábí se elektrolýzou při 700 až 750 C, pevnost litého hořčíku je 100 a tvářeného 200 MPa. Má menší odolnost proti povětrnostním vlivům než hliník. Při obrábění hoří, chladí se stlačeným vzduchem. Použití: disky na auto. Titan-Ti Fyzikální vlastnosti: - hustota = 4500 kg/m 3 - bod tání = 1665 C Slitiny α plechy, lopatky parních turbín α + β pevnost větší než u α β chemický a farmaceutický průmysl 47

48 Tvárnost titanu za studena je dobrá, v ochranné atmosféře jej lze svařovat, obrobitelnost špatná, odolnost proti korozi dobrá Použití: na stavbu letounů, motorů, rámy kol, nádobí (hrnce, pánve) Kompozity Jsou to slitiny určené k vylévání pánví kluzných ložisek strojů, pracujících při velkých rychlostech a menších tlacích. Jedná se o kompozice cínové a olověné. Pájky Pájka je kov, slitina kovů, tající při nízké teplotě, určená k pevnému spojování materiálů z jiných kovů. Spojování pomocí pájky se nazývá pájení. měkké pájky teplota tavení do 450 C slitiny Pb+Sn tvrdé pájky - teplota tavení nad 450 C slitiny Cu, Ag, Zn, Ni, Al Další důležité kovy Kobalt - Co - hustota = 8900 kg/m 3 - bod tání = 1495 C Slitiny stelit (real) (C + Co + Cr + W + Fe) tvrdá slitina, odolná proti opotřebení a korozi i za vysokých teplot Použití: Je důležitou přísadou do žáropevných a žárovzdorných slitin. Zejména slitiny jsou vhodné pro tryskové a letecké motory. Wolfram W - hustota = kg/m 3 - bod tání = 3380 C - pevnost = 1100 MPa 48

49 - tvrdost HB = dobrá tvárnost za tepla, omezená tvárnost za studena - neodlévá se, obtížná svařitelnost a pájitelnost - dobrá odolnost proti korozi Zpracovává se obtížně, je drahý. Použití: Legující prvek do slitin. U nástrojových ocelí je důležitou karbidotvornou přísadou. Další oblast použití je prášková metalurgie. Molybden - Mo - hustota = kg/m 3 - bod tání = 2630 C - pevnost = 700 MPa - tvrdost HB = dobrá tvárnost za tepla i za studena - neodlévá se, obtížně svařitelný - dobrá pájitelnost - dobrá odolnost proti korozi Je základem důležitých žáropevných slitin. Použití: Legující prvek do slitin především u nástrojových ocelí. Další oblast použití je spolu s wolframem prášková metalurgie. Antimon Sb Podobá se zinku, je však tvrdý a velmi křehký, bod tání 630 C, používá se ho jako přísady do slitin olova kompozic. Vizmut - Bi Má bílou barvu a je křehký, je měkký a křehký, bod tání je 271 C, používá se jako přísada nízkotavitelných slitin a pájek. Berylium - Be Má hustotu 1820 kg/m 3, přitom vysokou teplotu tání 1315 C. Rovněž mechanické a chemické vlastnosti jsou vynikající, elektrická a tepelná vodivost velmi dobrá. 49

50 Používá se při stavbě raket a letadel, je však vzácné a velmi drahé. Kadmium - Cd Podobá se zinku, je bílé a měkké, bod tání 321 C. Je součástí snadno tavitelných slitin a pájek i pájek stříbrných. využívá se v jaderné energetice. Chrom - Cr Bílý lesklý kov, hustota 7140 kg/m 3, bod tání 1910 C, mimořádná odolnost proti korozi, přísady do slitin, pokovování. Vanad V Velmi podobný chromu, používá se jako přísad do slitin (váže nečistoty). Mangan - Mn Bod tání 1245 C, jako legující přísada zlepšuje především mechanické vlastnosti. Otázky ke zkoušení: 1) Neželezné kovy se získávají ze sirníkových rud, které se dále upravují. Napiš, o které 3 způsoby úpravy se jedná? 2) Neželezné kovy rozdělujeme do 4 skupin. Napiš, o jaké skupiny se jedná a stručně popiš jednotlivé skupiny. 3) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má hliník (Al). 4) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má měď (Cu). 5) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má cín (Sn). 6) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má olovo (Pb). 7) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má nikl (Al). 8) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má zinek (Zn). 9) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má hořčík (Mg). 50

51 10) Napiš 3 vlastností a 3 druhy použití, které má titan (Ti). 11) Co je to bronz, vyjmenuj 3 druhy bronzu. 12) Co je to mosaz, napiš 3 způsoby použití. 13) Co jsou to kompozity? 14) K čemu se používá pájka a jaké druhy pájek znáš? 15) Vyjmenuj alespoň 5 z 10-ti dalších druhů neželezných kovů. Prášková metalurgie Také se nazývá výroba slinutých karbidů výroba kovových prášků. Z nich se dále vyrábějí ložiska, filtry, pístní kroužky, břitové destičky řezných nástrojů, vlákna žárovek, další tepelně namáhané součástky, součásti tvářecích nástrojů. Výrobní postup se skládá z několika etap: - výroba prášků (Cr, Ni, Si, Cu, Sn, ocel, atd.) - úprava prášků - lisování prášků - spékání čili slinování výlisků z prášků - konečná úprava výrobků. Prášky z kovů se smíchají v potřebném poměru, směs se nasype do lisovacího stroje a slisuje na požadovaný tvar. Slisovaný polotovar se ohřeje na teplotu několik set C a probíhá jeho spékaní (slinování), dochází ke změně krystalové mřížky 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 51

52 - chemickými, založenými na redukci rud, které se užívají zejména u Cu, Ag, Fe, Ni, Co, W, Mo, Ti. VÝROBKY PRÁŠKOVÉ METALURGIE Kluzné materiály: - nízký koeficient tření, vysoká odolnost vůči opotřebení, dobrý záběh, dynamická a statická pevnost, velká tepelná vodivost, nízká tepelná roztažnost - Samomazná ložiska % pórů (2/3 otevřených) se nasytí olejem - Teflonová ložiska - Pístní kroužky Filtry a porézní materiál - Elektrody NI-Cd akumulátorů - Části pro kostní transplantace Nástrojové materiály - Slinuté karbidy - Keramické řezné nástroje ze slinutého Al 2 O 3, + Cr 2 O 3, MgO,SiO 2,TiO 2, nízká houževnatost (20% rychlořezné oceli) nevhodné pro přerušované řezy, 78 80HRC, vysoká teplotní odolnost - Brusné materiály důraz na pojivo (polymerní, keramická, grafitická, gumová, kovová) - Supertvrdé materiály umělý diamant, syntetický karbid boru, HV, vysoká odolnost vůči opotřebení Elektrokontaktní materiály - Odolnost vůči korozi elektrickým obloukem, vysoká elektrická a tepelná vodivost - Kompozitní materiály na bázi wolframu + Ag, Cu, Ni, Cd Magnetické materiály 52

53 - Magneticky měkké (čisté železo) a tvrdé (Fe-Al-Ni-Co) materiály - Ferity vyrobené z oxidů kovů + Zn, Mn, Vlákna - Vedou proud při vysokých teplotách, kovy o vysoké teplotě tavení (wolfram, molybden) Uhlíkové materiály - Grafit - v metalurgii, slévárenství, v chemickém průmyslu žáruvzdornost, odolnost vůči kapalným kovům, struskám a chemickým látkám - Na 1 tunu hliníku se při výrobě spotřebuje 500 kg uhlíkových elektrod - Tepelná vodivost 5x větší než Cu - Svařovací elektrody, ložiska, těsnění, uhlíky pro obloukové lampy, kartáčky a kluzné kontakty Nekovové materiály Mezi nekovové materiály nejčastěji používané v technické praxi patří: - Plasty - Pryž - Technické textilie a kůže - Dřevo - Sklo a technická keramika Plasty Plasty jsou organické sloučeniny složené z obřích molekul tzv. makromolekul, které obsahují tisíce atomů, především uhlíku [C] a vodíku [H], k nimž přistupují atomy dalších prvků např. chloru [Cl], fluoru [F], kyslíku [O], dusíku [N] aj. Vlastnosti plastů: hustota 900 až 2200 [kg/m 3 ], tepelně odolávají 90 C u termoplastů a 120 C u reaktoplastů, tepelná vodivost až 53

54 200 x menší než u oceli. Výborná odolnost proti korozi, dobré izolační vlastnosti, dají se snadno tvářet. Součástí plastů jsou plniva, změkčovadla, barviva, stabilizátory, nadouvadla a maziva. Výroba plastů: z přírodních látek nebo synteticky (uměle) Plasty obvykle rozdělujeme do 3 skupin: 1. Termoplasty 2. Reaktoplasty (dříve termosety) 3. Elastomery Termoplasty PE - polyetylén, PP - polypropylen, PB - polybutylen, PVC - polyvinylchlorid, ABS akrylonitril butadien styren, PA - polyamid, PFTE - teflon, PVDF polyvinylidenfluorid, PS polystyrén (pěnový polystyrén) Působením teploty změknou a dají se tvarovat. Po ochlazení ztuhnou do nového tvaru. Tento proces lze opakovat bez zásadní změny fyzikálních, chemických či mechanických vlastností. Termoplasty jsou nejrozšířenější. Reaktoplasty (dříve Termosety) PE-X síťovaný polyetylén, GRP polyesterová pryskyřice Jejich vnitřní struktura má velmi silné vazby. Nelze je teplem tvářet ani svařovat, spojují se mechanicky. Eleastomery PUR- polyuretan, silikon Mají slabší vazby mezi molekulami. Při mechanickém namáhání mění svůj tvar. Po odstranění zatěžující síly se vrací do původního tvaru. Nelze je teplem tvářet ani svařovat. Výroba plastů: 54