III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.3 k prezentaci Křivky chladnutí a ohřevu kovů

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.3 k prezentaci Křivky chladnutí a ohřevu kovů"

Bohuslav Matějka
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ Číslo a název šablony klíčové aktivity III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Tematická oblast Strojírenská technologie, vy_32_inovace_ma_22_06 Autor Ing. Martin Sadílek Ročník 2. Obor Nástrojař, Obráběč kovů Datum Anotace Pracovní list č.3 k prezentaci Křivky chladnutí a ohřevu kovů Použité zdroje a odkazy: DORAZIL, Eduard a kol. Nauka o materiálu I. Brno: SNTL, 1986, ISBN ULRICH, Fischer a kol. Základy strojnictví. Praha: Europa-Sobotáles cz, 2004, ISBN HLUCHÝ, Miroslav, Oldřich MODRÁČEK a Rudolf PAŇÁK. Strojírenská technologie 1-2. díl. 3., přeprac. vyd. Praha: Scientia s.r.o., ISBN

2 PRACOVNÍ LIST KŘIVKY CHLADNUTÍ A OHŘEVU KOVŮ Všechny látky mohou existovat ve třech skupenstvích... Každé skupenství je typické uspořádáním a volností pohybu částic... Plynné skupenství: částice... s... volností pohybu, izotropie vlastností Kapalné skupenství: částice vázány..., určitá volnost pohybu zůstává, izotropie vlastností Tuhé skupenství: částice krystalických látek pevně uspořádány v..., kolem kterých..., anizotropie vlastností. Úkol: z předchozí kapitoly víme, co znamená izotropní látka. Vysvětlete vlastními slovy:... Chladnutí čistého kovu V technické praxi a metalurgii má velký význam studium přechodu mezi kapalným a tuhým skupenstvím. Pro popis přeměn se používá několik pojmů: Soustava... Složka... Fáze... Sledujeme-li závislost teploty na čase při ochlazování nebo ohřevu soustavy, můžeme zkonstruovat příslušnou... Jak vidíme na obr.1 ochlazovaný čistý kov v části křivky I existuje v jedné složce a jedné fázi tavenině. Ke skupenské přeměně dochází v ideálním případě při teplotě tuhnutí (théta). Na úsečce II existují spolu tavenina a rostoucí krystaly soustava o jedné složce je... Díky uvolňování skupenského tepla při přeměně zůstává teplota v úseku II přibližně konstantní i při pokračujícím ochlazování taveniny (platí pro velmi pomalé ochlazování). Říkáme, že na křivce vzniká... Zárodky krystalů začínají růst v tavenině v tzv. centrech. Rostou ve všech směrech, dokud nenarazí na hranici dalšího rostoucího krystalu... Počet vznikajících zárodků závisí na... a dalších podmínkách. Výsledkem může být... Obr. 1 - Ideální křivka chladnutí čistého kovu V části křivky III už je opět jen jedna fáze... Při velmi pomalém ohřevu můžeme pozorovat na křivce ohřevu také prodlevu rovnováhu mezi dodávaným teplem a teplem spotřebovávaným na skupenskou přeměnu. Teplota tání je vyšší než teplota tuhnutí jev se nazývá... Skutečné průběhy tání a tuhnutí mají v oblasti prodlevy zvlnění v důsledku přehřátí nebo přechlazení krystalického kovu. Obr. 2 Ideální křivka ohřevu čistého kovu

3 V kapitole o krystalické struktuře bylo pojednáno o zvláštní skupině kovů, které mohou mít v tuhém skupenství více typů krystalové mřížky... s... přeměnou. Z technicky významných můžeme uvést... Opakování: - při alotropické přeměně dochází k...mezi krystalografickými soustavami - fáze s různou mřížkou nazýváme... a označují se pomocí písmen... Pro základní orientaci v metalografii je důležitá polymorfie železa, protože se s ní znovu setkáme např. při tepelném zpracování oceli. V grafu křivek ochlazování a ohřevu čistého železa lze najít několik teplot, kdy se mění skupenství, krystalická struktura nebo vlastnosti kovu. Obr. 3 Křivky chladnutí a ohřevu čistého Fe Fáze v kovových soustavách Zatím jsme studovali křivky v jednosložkových soustavách čistých kovů. Většina technických kovů jsou ale slitiny, které jsou tvořeny dvěma základními skupinami fází: intermediární fáze a) Tuhý roztok vytváří krystaly, které obsahují atomy obou složek. Podle umístění v mřížce základního kovu rozlišujeme - substituční tuhé roztoky oba kovy mají podobnou velikost atomů a podobný typ mřížky, mohou mít až neomezenou vzájemnou rozpustnost - intersticiální tuhé roztoky... atomy přísady jsou výrazně menší a také rozpustnost v základním kovu je omezená b) Intermediární fáze většinou jde o chemické sloučeniny, vytvářející samostatné struktury nejvýznamnější jsou různé karbidy a nitridy kovů. Úkol: vyznačte atomy kovu B v tuhých roztocích Obr. 4 Substituční Obr. 5 Intersticiální tuhý roztok

4 PRACOVNÍ LIST (PRO VYUČUJÍCÍHO) KŘIVKY CHLADNUTÍ A OHŘEVU KOVŮ Všechny látky mohou existovat ve třech skupenstvích plynném, kapalném a tuhém. Každé skupenství je typické uspořádáním a volností pohybu částic molekul, atomů, iontů. Plynné skupenství: částice neuspořádané s velkou volností pohybu, izotropie vlastností Kapalné skupenství: částice vázány přitažlivými silami, určitá volnost pohybu zůstává, izotropie vlastností Tuhé skupenství: částice krystalických látek pevně uspořádány v uzlových bodech, kolem kterých kmitají, anizotropie vlastností. Úkol: z předchozí kapitoly víme, co znamená izotropní látka. Vysvětlete vlastními slovy:... (Látka, která má ve všech směrech stejné vlastnosti plyny, kapaliny, amorfní tuhé látky) Chladnutí čistého kovu V technické praxi a metalurgii má velký význam studium přechodu mezi kapalným a tuhým skupenstvím. Pro popis přeměn se používá několik pojmů: Soustava kovový materiál definovaného složení; např. čistý kov, slitina více kovů. Složka prvek soustavy; např. kov A a kov B slitiny. Fáze forma složky; např. tavenina, krystaly čistého kovu, směs krystalů, tuhý roztok. Sledujeme-li závislost teploty na čase při ochlazování nebo ohřevu soustavy, můžeme zkonstruovat příslušnou teplotní křivku. Jak vidíme na obr.1 ochlazovaný čistý kov v části křivky I existuje v jedné složce a jedné fázi tavenině. Ke skupenské přeměně dochází v ideálním případě při teplotě tuhnutí (théta). Na úsečce II existují spolu tavenina a rostoucí krystaly soustava o jedné složce je dvoufázová. Díky uvolňování skupenského tepla při přeměně zůstává teplota v úseku II přibližně konstantní i při pokračujícím ochlazování taveniny (platí pro velmi pomalé ochlazování). Říkáme, že na křivce vzniká prodleva. Zárodky krystalů začínají růst v tavenině v tzv. centrech. Rostou ve všech směrech, dokud nenarazí na hranici dalšího rostoucího krystalu zrna. Počet vznikajících zárodků závisí na rychlosti ochlazování a dalších podmínkách. Výsledkem může být jemnozrnná nebo hrubozrnná struktura. Obr. 1 - Ideální křivka chladnutí čistého kovu V části křivky III už je opět jen jedna fáze krystaly chladnoucího kovu. Při velmi pomalém ohřevu můžeme pozorovat na křivce ohřevu také prodlevu rovnováhu mezi dodávaným teplem a teplem spotřebovávaným na skupenskou přeměnu. Teplota tání je vyšší než teplota tuhnutí jev se nazývá tepelná hystereze. Skutečné průběhy tání a tuhnutí mají v oblasti prodlevy zvlnění v důsledku přehřátí nebo přechlazení krystalického kovu. Obr. 2 Ideální křivka ohřevu čistého kovu

5 V kapitole o krystalické struktuře bylo pojednáno o zvláštní skupině kovů, které mohou mít v tuhém skupenství více typů krystalové mřížky polymorfní kovy s alotropickou přeměnou. Z technicky významných můžeme uvést železo (Fe), kobalt (Co), mangan (Mn), cín (Sn), titan (Ti). Opakování: - při alotropické přeměně dochází k překrystalizaci mezi krystalografickými soustavami - fáze s různou mřížkou nazýváme modifikace a označují se pomocí písmen řecké abecedy Pro základní orientaci v metalografii je důležitá polymorfie železa, protože se s ní znovu setkáme např. při tepelném zpracování oceli. V grafu křivek ochlazování a ohřevu čistého železa lze najít několik teplot, kdy se mění skupenství, krystalická struktura nebo vlastnosti kovu C teplota tání / tuhnutí Fe, počátek krystalizace vysokoteplotní modifikace Fe 1390 C překrystalizace Fe (prostorově centrovaná m.) na Fe (plošně centrovaná m.) 898 C překrystalizace Fe na modifikaci Feα (prostorově centrovaná m.) Obr. 3 Křivky chladnutí a ohřevu čistého Fe 769 C Curieův bod změna fyzikálních vlastností Fe z paramagnetického se stává feromagnetické železo. Fáze v kovových soustavách Zatím jsme studovali křivky v jednosložkových soustavách čistých kovů. Většina technických kovů jsou ale slitiny, které jsou tvořeny dvěma základními skupinami fází: - tuhé roztoky - intermediární fáze c) Tuhý roztok vytváří krystaly, které obsahují atomy obou složek. Podle umístění v mřížce základního kovu rozlišujeme - substituční tuhé roztoky atomy druhého kovu nahrazují atomy základního kovu v uzlových bodech mřížky oba kovy mají podobnou velikost atomů a podobný typ mřížky, mohou mít až neomezenou vzájemnou rozpustnost - intersticiální tuhé roztoky atomy druhého kovu jsou uloženy ve volných místech mřížky atomy přísady jsou výrazně menší a také rozpustnost v základním kovu je omezená d) Intermediární fáze většinou jde o chemické sloučeniny, vytvářející samostatné struktury nejvýznamnější jsou různé karbidy a nitridy kovů. Úkol: vyznačte atomy kovu B v tuhých roztocích Obr. 4 Substituční tuhý roztok Obr. 5 Intersticiální tuhý roztok

Podobné dokumenty

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0514 Číslo a název šablony klíčové aktivity III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Tematická oblast Strojírenská technologie, vy_32_inovace_ma_22_16 Autor