Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.12 1.část: Neželezné kovy a jejich slitiny

Podobné dokumenty
Nauka o materiálu. Přednáška č.12 Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Nauka o materiálu. Přednáška č.11 Neželezné kovy a jejich slitiny

05 Technické materiály - litina, neželezné kovy

Nauka o materiálu. Přednáška č.14 Kompozity

Neželezné kovy a jejich slitiny. Al, Cu, Ti, Mg, Ni, Mo, Sn, Pb a jejich slitiny

1 NEŽELEZNÉ KOVY A JEJICH SLITINY

VÝROBKY PRÁŠKOVÉ METALURGIE

42 X X X X. X X Hutní skupina. Pořadové číslo slitiny Sudé tvářené Liché - slévárenské

Hlavní skupina. Změna charakteristik. Označení Obráběný materiál Příklad užití a podmínky užití

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Keramika spolu s dřevem, kostmi, kůží a kameny patřila mezi první materiály, které pravěký člověk zpracovával.

CZ.1.07/1.5.00/

Prášková metalurgie. 1 Postup výroby slinutých materiálů. 1.1 Výroba kovových prášků. 1.2 Lisování pórovitého výlisku

Polotovary vyráběné práškovou metalurgií

Zvyšování kvality výuky technických oborů

MMC kompozity s kovovou matricí

V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ N E Ž E L E Z N É K O V Y _ P W P A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A

Vývoj - grafické znázornění

Základy materiálového inženýrství. Křehké materiály Katedra materiálu, Strojní fakulta Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2010

8. Třískové obrábění

HLINÍK. Lehké neželezné kovy a jejich slitiny

Hliník a slitiny hliníku

ROZDĚLENÍ, VLASTNOSTI A POUŽITÍ MATERIÁLŮ

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

42 28XX nízko středně legované oceli na odlitky odlévané jiným způsobem než do pískových forem 42 29XX vysoko legované oceli na odlitky

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Požadavky na technické materiály

Další poznatky o kovových materiálech pro konstruování

Zvyšování kvality výuky technických oborů

MĚĎ A JEJÍ SLITINY. Neželezné kovy a jejich slitiny

Řezné materiály www. www t. u t n u g n a g loy o. y c. z c

NTI/USM Úvod do studia materiálů Slitiny neželezných kovů

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Vlastnosti technických materiálů

PERIODICKÁ TABULKA. Všechny prvky v tabulce můžeme rozdělit na kovy, nekovy a polokovy.

LETECKÉ MATERIÁLY. Úvod do předmětu

NEŽELEZNÉ KOVY A JEJICH SLITINY

NEŽELEZNÉ KOVY A JEJICH SLITINY

Podle vlastností rozdělujeme chemické prvky na. Periodická soustava prvků

Druhy ocelí, legující prvky

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Sostružnické nože- učební materiál

Identifikace zkušebního postupu/metody PP (ČSN ISO 9556, ČSN ISO 4935) PP (ČSN EN , ČSN )

1 Moderní nástrojové materiály

SLITINY NEŽELEZNÝCH KOVŮ A JEJICH VYUŽITÍ V PRAXI NON-FERROUS ALLOYS AND THEIR USE IN PRACTISE

Nikl a jeho slitiny. Ing. David Hrstka, Ph.D. -IWE

VLASTNOSTI KOVŮ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

OTĚRUVZDORNÉ POVLAKY VYTVÁŘENÉ METODAMI ŽÁROVÉHO NÁSTŘIKU

V průmyslu nejužívanější technickou slitinou je ta, ve které převládá železo. Je to slitina železa s uhlíkem a jinými prvky, jenž se nazývají legury.

MATERIÁL ALBROMET PODROBNÉ TECHNICKÉ LISTY

MATERIÁL ALBROMET PODROBNÉ TECHNICKÉ LISTY

Konstrukční, nástrojové

Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Hradec Králové, Vocelova 1338, příspěvková organizace

Kovy a kovové výrobky pro stavebnictví

ŽELEZO A JEHO SLITINY

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Keramika spolu s dřevem, kostmi, kůží a kameny patřila mezi první materiály, které pravěký člověk zpracovával.

KAPITOLA 9: KOVY Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích

Technické materiály. Kovy, slitiny železa - čisté železo - ocel - je slitina Fe+C ( 2,14 % ) - litina - je Fe+C (od 2,14 do 5% )

III/2 - Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Inovace výuky na GSN prostřednictvím ICT

Téma č obor Obráběcí práce, Zámečnické práce a údržba/strojírenská technologie. Neželezné kovy

Vítězslav Bártl. duben 2012

18MTY 1. Ing. Jaroslav Valach, Ph.D.

ALUPLUS 1. MS tyče kruhové MS tyče čtvercové MS tyče šestihranné... 15

Základní požadavky: mechanické a fyzikální vlastnosti materiálu

Triely. Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Zlín

Keramika. Technická univerzita v Liberci Nekovové materiály, 5. MI Doc. Ing. K. Daďourek 2008

Korozivzdorná ocel: uplatnění v oblasti spojovacího materiálu

Minule vazebné síly v látkách

NAUKA O MATERIÁLU I. Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

TEORIE TVÁŘENÍ. Lisování

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.1 Konstrukční materiály

J.Kubíček 2018 FSI Brno

OCELI A LITINY. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

TÜV NORD Czech, s.r.o. Laboratoře a zkušebny Brno Olomoucká 7/9, Brno

1 PÁJENÍ Nerozebíratelné spojení kovů pomocí pájky s nižší teplotou tavení, než je teplota tavení spojovaných kovů.

OK TUBRODUR Typ náplně: speciální rutilová. Ochranný plyn: s vlastní ochranou. Svařovací proud:

Modifikace cínu. α-cín šedý, práškový β-cín bílý cín, obvyklá modifikace stálá nad 13,2 C γ-cín

Nové letecké materiály

Svafiování elektronov m paprskem

CENTRUM VZDĚLÁVÁNÍ PEDAGOGŮ ODBORNÝCH ŠKOL

PRÁŠKOVÁ METALURGIE. Progresivní technologie s velkou úsporou kovové substance a energie

OK TUBRODUR Typ náplně: speciální rutilová. Ochranný plyn: s vlastní ochranou. Svařovací proud:

PÁJENÍ. Nerozebiratelné spojení

Biomateriály na bázi kovů. L. Joska Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství

J. Kubíček FSI Brno 2018

Na Zemi tvoří vodík asi 15 % atomů všech prvků. Chemické slučování je děj, při kterém z látek jednodušších vznikají látky složitější.

TECHNOLOGIE I (slévání a svařování)

CZ.1.07/1.5.00/ Digitální učební materiály III/ 2- Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Katedra materiálu.

Výroba surového železa, výroba ocelí, výroba litin

- zabývá se pozorováním a zkoumáním vnitřní stavby neboli struktury (slohu) kovů a slitin

Prvky 8. B skupiny. FeCoNi. FeCoNi. FeCoNi

Prášková metalurgie. Výrobní operace v práškové metalurgii

Definice keramiky, její varianty, objasnění pojmů tradiční a pokročilá keramika, příklady Keramika je definována jako anorganické nekovové nebo

Katalog barevných kovů

TÜV NOPRD Czech, s.r.o., Laboratoře a zkušebny Seznam akreditovaných zkoušek včetně aktualizovaných norem LPP 1 (ČSN EN 10351) LPP 2 (ČSN EN 14242)

OK AUTROD 347Si (OK AUTROD 16.11)

Transkript:

Vlastnosti a zkoušení materiálů Přednáška č.12 1.část: Neželezné kovy a jejich slitiny

Rozdělení neželezných kovů a slitin Jako kritérium pro rozdělení do skupin se volí teplota tání s př přihlédnutím na další vlastnosti (hustota, chemická stálost..) Neželezné kovy s nízkou teplotou tání se střední tepl. tání s vysokou tepl. tání Lehké kovy Ušlechtilé kovy Bi, Sn, Cd, Pb, Zn, Sb Cu, Ni, Co, Mn Zr, Cr, V, Nb, Mo, Ta, W Mg, Al, Be, Ti Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir 2

Kovy s nízkou teplotou tavení Cín (Sn) polymorfní kov, jehož nízkoteplotní modifikace α (stabilní pod 13,2 C) má podobu šedého prášku (cínový mor). Má dobrou odolnost proti korozi. Olovo (Pb) odolává silným anorganickým kyselinám, je však napadáno organickými kyselinami a destilovanou vodou. Zinek (Zn) dobrá odolnost proti atmosférické korozi, mořské vodě, benzinům a olejům. Špatně odolává destilované vodě, páře, kyselinám a silně silnějším zásadám. Antimon (Sb) křehký kov s malou pevností. Používá se jako přísada do slitin s nízkou teplotou tání, kde zvyšuje tvrdost a odolnost proti opotřebení. 3

Slitiny nízkotavitelných kovů Měkké pájky Slitiny s teplotou tavení do 500 C slitiny Pb-Sn popř. legury (Cd, Ag, Cu), Sn+30% Zn Se zvyšujícím se podílem eutektika se zlepšuje zabíhavost a pevnost. Pájky s vysokým podílem olova se používají pro méně významné spoje. Pájky s převládajícím podílem cínu jsou určeny pro lékařství. Teplota [ C] Pro elektrotechnické účely - přísady Cu, Ag Pb Sn Váhová procenta Sn 4

Hliník a slitiny hliníku Vedle oceli patří k nejpoužívanějším kovovým konstrukčním materiálům. Surovinou k výrobě je bauxit, v čistém stavu oxid hlinitý z taveniny tohoto oxidu ve směsi s kryolitem se získává elektrolyticky čistý hliník (využití v potravinářství či jako elektrovodič). Nízká měrná hmotnost (2470-2890 kg m -3 ) a poměrně dobrá pevnost (90-670 MPa). Dělení hliníkových slitin lze provést podle způsobu zpracování, jiné dělení můžeme provést podle toho, jestli je slitina vytvrditelná či ne, apod. 5

Slitiny hliníku Slitiny hliníku pro tváření 1. Slitiny nízkopevnostní s dobrou odolností proti korozi - slitiny hliníku s hořčíkem a křemíkem, manganem - jsou svařitelné a tvařitelné - používají se v letectví, stavebnictví a bytové architektuře 2. Slitiny s vyšší pevností, s nízkou odolností proti korozi - slitiny na bázi Al-Cu-Mg nejpoužívanější (duraly, např. AlCu4Mg, AlCu4Mg1, AlCu4Mg1Mn) - značné pevnosti se dosahuje vytvrzováním Slitiny hliníku pro odlitky 1. Siluminy (slitiny Al-Si) hliníkové pájky 2. Speciální siluminy (přísady Mg a Cu) - písty, skříně převodovek, 3. Sitiny Al-Zn-Mg dobře svařitelné 6

Slitiny hořčíku Čistý hořčík je jako konstrukční kov nepoužitelný (vzhledem k hořlavosti využití v pyrotechnice). Jeho slitiny s Al, Zn jsou nejvíce používané (známé jako Elektron) zpevňující účinek hliníkem. Slitiny Mg-Zn-Zr mají vyšší hodnoty meze kluzu a pevnosti vlivem zpevňujícího účinku zinku a také zirkonu zjemňujícího zrno. Magnalium je označení slitiny hliníku, obsahující 5-50 % hořčíku. Pro zvýšení tvrdosti slitiny bývají přidávána i stopová množství jiných prvků. Slitiny s menším podílem hořčíku (kolem 5 %) vynikají velkou pevností, odolávají lépe korozi a mají také nižší hustotu než čistý hliník. Dají se lépe obrábět a svářet než hliník. Využívají se v automobilovém a leteckém průmyslu. 7

Slitiny mědi Čistá měď má vysokou el. vodivost, tepelnou vodivost. Tvářená měď se používá pro zařízení vystavená nízkým teplotám, v výměníky tepla, varné nádoby, plechy jsou určeny pro střešní krytinu, okapy Tváříme za studena nebo v rozmezí teplot 800 800-900 C Polovina produkce mědi je určena na slitiny - podle způsobu použití je rozdělujeme na slitiny tvářené a odlévané. Mosazi (Zn) - k tváření (např. 80% Cu tombaky dobrá tvárnost a odolnost proti korozi) - k odlévání (58-63 % Cu - dobrá zabíhavost, ale velké smrštění až 1,5%, využití ložisková pouzdra, ventily) Bronzy (Sn, Pb, Al, ) viz dále 8

Slitiny mědi - bronzy Cínové bronzy Pro tváření 9 % Sn dobré kluzné vlastnosti kluzná ložiska Pro odlitky: 12% Sn dobrá pevnost a houževnatost, odolnost proti korozi, výborné třecí vlastnosti 14-16 % Sn pro díly značně namáhané 20-22 % Sn zvony 30-33 % Sn optická zrcadla Hliníkové bronzy žáruvzdorné Fosforové pájky Beryliové nejpevnější (1400 MPa MPa) ) pružiny s dobrou el. vodivostí, nejiskřící nástroje Olověné kluzná ložiska Niklové a manganové konstantan odpory, tenzometry 9

Slitiny niklu Nikl - feromagnetický kov, drahý - asi 60 % Ni je přísadou do ocelí, 15 % plechy, 25 % slitiny - k povrchovým úpravám ke zvýšení odolnosti proti korozi - slitiny niklu se vyznačují vysokým elektrickým odporem, vysokou odolností proti korozi a opalu, vysokou pevností, žárupevností a houževnatostí. Konstrukční slitiny niklu Ni - Cu monely vysoká odolnost proti korozi, pevnost 500-1200MPa, používají se pro zařízení chemického průmyslu, součásti čerpadel a lopatky turbín Ni - Be (do 2 % Be) po vytvrzení mají pevnost až 1800 MPa při dobré houževnatosti. Použití do 500 C na pružiny, membrány Ni Mn odolávají korozi i za vyšších teplot elektrody zapalovacích svíček 10

Titan a jeho slitiny Titan Klady: nízká měrná hmotnost, vysoká měrná pevnost, použití za nízkých teplot Zápory: vysoké náklady na výrobu a zpracování, nízký modul pružnosti Používá se především v lékařství, letectví, v chemickém, papírenském a textilním průmyslu (je odolný vůči chlóru a jeho sloučeninám) Titan má dvě alotropické modifikace: 1. Ti α s mřížkou hexagonální, do 882,5 C 2. Ti β s mřížkou prostorově středěnou kubickou, do teploty tání 1668 C Přísadové prvky se v obou modifikacích rozpouštějí úplně nebo částečně a tvoří roztoky alfy nebo beta, které zachovávají mřížku dané modifikace Ti. 11

Slitiny titanu Slitiny α Obsahují stabilizátor hliník. Mají velkou tepelnou stabilitu, dobrou pevnost a odolnost proti křehkému porušení i za velmi nízkých teplot. Slitiny pseudo α Do základní báze Ti-Al jsou přidány prvky stabilizující a zpevňující fázi β. Mají vyšší pevnost a tvárnost. Slitiny α+β Nejčastěji používané slitiny, mají lepší tvařitelnost, lepší odolnost proti únavovému namáhání a lze je vytvrdit (mají nižší K IC ). Svařitelnost a odolnost vůči creepu je horší. Pro lopatky turbín a kompresorů, jízdní kola Slitiny β a pseudo β - vysoká odolnost proti korozi, velmi dobrá tvařitelnost, pevnost až 1400 MPa 12

Kovy a slitiny s vysokou teplotou tání W, V, Mo, Ta, Cr, Nb, Zr Obtížná výroba a zpracování Přísadové prvky Využití v práškové metalurgii slinování = hospodárná technologie lisování, bezodpadní Technicky důležité slinuté materiály Slinuté oceli strojírenství, elektrické nástroje.. Slinuté karbidy WC + Co (90/10) tvrdost až 1800 HV (pevnost v ohybu 3000 MPa) Materiály se stanovenou porézností kovové filtry (pórovitost 27 % a více) z Cu90Sn10, kluzná ložiska FeCu, bronzy 13

Superplastické materiály poměrná podélná deformace přes 100%! Při výrobě některých součástek, které mají složitý tvar, dochází při jejich opracování (vrtání, soustružení, frézování) k velkému odpadu materiálu. Navíc je takové opracování energeticky náročné. Proto se ukazuje jako výhodnější převést materiál do superplastické modifikace (tj. zjemnit zrno a ohřát jej na žádanou teplotu), poté jej nalisovat do formy žádaného tvaru, nenáročnou tepelnou úpravou ho rekrystalizovat, aby byl tvrdší a teprve potom ho mechanicky upravit na výsledný tvar. Tímto technologickým postupem jsou v současné době vyráběny nejen některé kovové výrobky komplikovanějšího tvaru (např. automobilové karburátory), ale i výrobky z keramik (Al2O3, ZrO2) a intermetalických sloučenin (Ni3Si). 14

Vlastnosti a zkoušení materiálů Přednáška č.12 2. část: Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Úvod Keramika a nekovová skla jsou ve srovnání s kovy velmi křehké. Jejich pevnost v tahu je nízká a finálnímu lomu nepředchází prakticky žádná deformace. Pevnost v tlaku je však až 15x vyšší než tahová pevnost a u technické keramiky tedy o řád vyšší, než pevnost v tahu u nezpevněných kovů. Ve srovnání s kovy jsou jen velmi málo odolné působení koncentrátorů napětí (defekty, trhliny, póry, ). Z konstrukčního hlediska vykazuje konstrukční keramika ve srovnání s kovy vysokou tuhost a vynikající odolnost proti opotřebení, a to i při vysokých provozních teplotách a tlacích. 16 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Keramické materiály Keramické materiály jsou anorganické nekovové polykrystalické látky, které se vyrábějí z práškových surovin a zpevňují se žárovým slinováním. Dělí se v zásadě na dvě základní skupiny: technická keramika, skelná (porézní) keramika. Technická keramika - anorganické nekovové materiály na bázi: oxidu kovů (oxidická keramika), nitridů, karbidů a boridů (neoxidická keramika) + diamant. Skelná keramika - vyrábí se z přírodních silikátových surovin, cihlářské hlíny a nebo kaolínu. Patří zde: kamenina, porcelán, šamot, cihlářské zboží Do anorganických nekovových skel patří ty materiály vyráběné tavením směsí oxidů, jejichž základní složku tvoří SiO 2. 17 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Keramické materiály Polykrystalická struktura keramických materiálů není zcela kompaktní a na rozdíl od kovů obsahuje póry a mikrotrhliny, které jsou důsledkem technologie jejich výroby. Statická pevnost v tahu keramiky a skel není vysoká a v nejlepším případě, dosahuje jen asi poloviny statické pevnosti v tahu kovových materiálů. Pevnost keramiky v tlaku je však 10 15 násobně vyšší než v tahu. Hlavní příčinou této skutečnosti je to, že zatímco při tahovém namáhání se mikrotrhliny a jiné defekty struktury šíří v keramice a sklech nestabilně, kolmo na směr působícího napětí, při tlakovém namáhání se tyto defekty šíří stabilně ve směru působícího tlaku. Modul pružnosti keramických materiálů je obecně vyšší než u kovů. 18 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Keramické materiály Velkým nedostatkem keramických materiálů a skel je jejich nízká houževnatost. Malá schopnost plastické deformace polykrystalické keramiky dává předpoklady formování jen velmi malé plastické zóny před čelem trhliny, která nedostatečně brání v jejím šíření. Lomová houževnatost keramických materiálů je proto velmi nízká. 19 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Technická keramika Výchozí surovinou pro výrobu keramiky jsou jemné prášky, s velikostí částic menší než 1 µm. Výrobní postupy: sintrováním, izostatickým lisováním za vysokých teplot, slinováním taveninou, reakčním slinováním. Technická keramika oxidická keramika: MgO, ZrO 2, Al 2 O 3, MgAl 2 O 4, Y 2 O 3, CeO 2, atd. neoxidická keramika: WC, SiC, TiC, B 6 C, Si 3 N 4, AlN, TiN, TiB 2, atd. Nejběžnějším typem oxidické keramiky je slinutý Al 2 O 3 (korund). Řezné a obráběcí nástroje. 20 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Skelná keramika Skelné nebo také porézní keramika, mezi kterou patří porcelán, kamenina a cihlářské zboží, se vyrábí z cihlářských hlín, jílů a nebo kaolínu, jejichž základem jsou hydratované hlinitokřemičitany ve formě písků. Mletím těchto surovin a jejich mísením s vodou se získá snadno tvarovatelná hmota, která se po vysušení vypaluje v pecích při teplotách v rozmezí od 800 do 1200 C. Protože skelná keramika je po vypálení velmi porézní, chrání se její povrch u některých výrobku tenkou vrstvu glazury nízkotavitelného skla. Přispívá to rovněž ke zvyšování nejen jejich pevnosti, ale zároveň se mírně zvyšuje i jich houževnatost. Hustota je silně závislá na poréznosti a pohybuje se v rozmezí 2300 až 2500 kg m -3. Modul pružnosti se pohybuje v rozmezí 65 až 72 GPa. 21 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Skelná keramika Pevnost v ohybu je okolo 45 MPa a pevnost v tlaku cca 350 MPa. Houževnatost skelné keramiky je nízká a v nejlepším případě dosahuje jen asi 1 Mpa m 1/2. Použití ve stavebnictví, spotřební zboží, elektrotechnický průmysl (izolátory). 22 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla

Anorganická nekovová skla a skelně krystalické materiály Anorganická nekovová skla se vyrábějí tavením směsí oxidů, z nichž hlavní složku tvoří SiO 2. Vlastnosti skel a skelně krystalických materiálů jsou ve srovnání s technickou keramikou až na tepelnou vodivost horší. Modul pružnosti cca 65 až 74 GPa. Pevnost v ohybu 50 až 70 MPa. Pevnost v tlaku 1000 až 1200 MPa. Houževnatost velmi nízká, nižší než 1 MPa m 1/2. Běžná sodná skla nachází uplatnění v nejrůznějších výrobnách spotřebních předmětů a ve výrobě obalového a tabulového skla. Stejně pro skelně krystalické materiály. Velmi široké uplatnění ve stavebnictví. 23 Přednáška č. 12 - Keramické materiály a anorganická nekovová skla