Uhlík a jeho alotropy

Podobné dokumenty
METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

Fe Fe 3 C. Metastabilní soustava

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

Krystalizace ocelí a litin

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

Metalografie ocelí a litin

Metody studia mechanických vlastností kovů

NTI/USM Úvod do studia materiálů Ocel a slitiny železa

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

FÁZOVÉ PŘEMĚNY. Hlediska: termodynamika (velikost energie k přeměně) kinetika (rychlost nukleace a rychlost růstu = celková rychlost přeměny)

ŽÍHÁNÍ 1. ŽÍHÁNÍ OCELÍ

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

Výroba surového železa, výroba ocelí, výroba litin

12. Struktura a vlastnosti pevných látek

Požadavky na technické materiály

1. přednáška OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB. Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Podéš 1875, éště. Miloš Rieger

Uhlík Ch_025_Uhlovodíky_Uhlík Autor: Ing. Mariana Mrázková

VÝROBA TEMPEROVANÉ LITINY

Minule vazebné síly v látkách

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

Uhlíkové struktury vázající ionty těžkých kovů

ŽELEZO A JEHO SLITINY

LITINY. Slitiny železa na odlitky

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 V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ T E P E L N É Z P R A C O V Á N Í _ P W

MŘÍŽKY A VADY. Vnitřní stavba materiálu

Trvanlivost,obrobitelnost,opotřebení břitu

EU peníze středním školám digitální učební materiál

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

SMA 2. přednáška. Nauka o materiálu NÁVRHY NA OPAKOVÁNÍ

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Fázové přeměny v ocelích

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

Možnosti Impact testu při posuzování správnosti tepelného zpracování ocelí. Ing. Petr Beneš


J.Kubíček 2018 FSI Brno

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

Žíhání druhého druhu. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

Uhlík v elektrotechnice

VÝROBKY PRÁŠKOVÉ METALURGIE

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.1 Konstrukční materiály

GRAFEN VERSUS MWCNT; POROVNÁNÍ DVOU FOREM UHLÍKU V DETEKCI TĚŽKÉHO KOVU. Název: Školitel: Mgr. Dana Fialová. Datum:

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

Povrchové kalení. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

5.0 ZJIŠŤOVÁNÍ FÁZOVÝCH PŘEMĚN

EU peníze středním školám digitální učební materiál

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

Fullereny. Nanomateriály na bázi uhlíku

Tepelné zpracování ocelí. Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D.

Prvky 14. Skupiny (Tetrely)

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

Požadavky na nástroj při stříhání. Charakteristika. Použití STRUKTURA CHIPPER / VIKING

České vysoké učení technické v Praze Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská. Příloha formuláře C OKRUHY

Povrchové kalení. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

Jominiho zkouška prokalitelnosti

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Vnitřní stavba pevných látek přednáška č.1

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

Lasery RTG záření Fyzika pevných látek

HLINÍK A JEHO SLITINY

1 Druhy litiny. 2 Skupina šedých litin. 2.1 Šedá litina

Nauka o materiálu. Přednáška č.10 Difuze v tuhých látkách, fáze a fázové přeměny

Nauka o materiálu. Přednáška č.2 Poruchy krystalické mřížky

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

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Projekt: 1.5, Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Tepelné zpracování

2. Molekulová stavba pevných látek

Úloha 1: Vypočtěte hustotu uhlíku (diamant), křemíku, germania a α-sn (šedý cín) z mřížkové konstanty a hmotnosti jednoho atomu.

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

VY_32_INOVACE_30_HBEN14

Fyzika je přírodní věda, která zkoumá a popisuje zákonitosti přírodních jevů.

Technologie I. Část svařování. Kontakt : michal.vslib@seznam.cz Kancelář : budova E, 2. patro, laboratoře

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

4. KOVOVÉ MATERIÁLY A JEJICH ZPRACOVÁNÍ. 4.1 Technické slitiny železa Slitiny železa s uhlíkem a vliv dalších prvků

K618 - Materiály listopadu 2013

VLIV PARAMETRŮ LASEROVÉHO POVRCHOVÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MIKROSTRUKTURU OCELÍ

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

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

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

Úvod Vlastnosti materiálů a pojmy, které byste měli znát

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

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

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní

Tepelné zpracování ocelí. Kalení a popouštění. Chemicko-tepelné zpracování. Tepelné zpracování litin.

Diagram Fe N a nitridy

Vysoce korozivzdorná specielní ocel, legovaná m.j. dusíkem. Optimální kombinace vysoké korozivzdornosti, tvrdosti a houževnatosti.

Precipitace. Změna rozpustnosti je základním předpokladem pro precipitační proces

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Technické materiály. Surové železo. Části vysoké pece. Suroviny pro vysokou pec

Tajemný uhlík. Od uhlí k diamantu

Kvantová fyzika pevných látek

ŽÍHÁNÍ. Tepelné zpracování kovových materiálů

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

Posouzení stavu rychlořezné oceli protahovacího trnu

MIKROŠTRUKTÚRA OCELÍ

Transkript:

Uhlík

Uhlík a jeho alotropy V přírodě se uhlík nachází zejména v karbonátových usazeninách, naftě, uhlí, a to jako směs grafitu a amorfní formy C. Rozeznáváme dvě základní krystalické formy uhlíku: a) Diamant b) Grafit - tuha

Diamant Ve struktuře jsou atomy vázány pevnými kovalentními vazbami do plošně centrované kubické mřížky diamant je nejtvrdší přírodní látkou. Je průzračný, lesklý, někdy zabarvený příměsemi. Je nevodivý a do teploty 800 C stálý, poté začíná oxidovat na CO2. Při zahřátí (bez přístupu vzduchu) na 1500 C se mění na grafit. Diamant lze (obtížně) vyrobit z grafitu působením vysokých tlaků a teploty.

Grafit (tuha) Struktura grafitu je tvořena vrstvami uhlíkových atomů. Každý uhlíkový atom je spojen s dalšími třemi atomy uhlíku kovalentními vazbami a vytváří tak síť šestiúhelníků. Roviny jsou mezi sebou poutány slabými van der Waalsovými silami, což má za následek výbornou štěpnost a kluznost grafitu ve směru podél rovin. Čtvrtý, nadbytečný elektron má schopnost pohybovat se po uhlíkových vrstvách, takže se vytváří obdoba elektronového plynu u vodičů. Jednotlivé vrstvy jsou vzájemně posunuty o polovinu šestičlenného kruhu. Grafit krystalizuje v hexagonální struktuře. Dobře vede elektrický proud. Lze s ním psát, neboť při psaní se stírají vrstvy atomů uhlíku. Grafit je málo odolný chemicky i mechanicky.

Krystal grafitu

Amorfní uhlík Amorfní uhlík = saze Významná surovina pro řadu průmyslových odvětví, především pro výrobu technické pryže. Primární částice saze je tvořena jednou částicí saze, na jejíž povrchu jsou paralelně uspořádány C do amorfních šestičlenných cyklů, které jsou promíchány s krystalickými grafitickými strukturami. Průměr primární částice saze bývá zhruba mezi 10 až 100 nm.

Částice saze Schématicky znázorněná struktura sazí

Fullereny a uhlíkové nanotrubičky Fullereny jsou látky složené ze sférických molekul uhlíku tvořených jakousi dutou klecí z mnoha atomů C. Shluky molekul C50 i další (C70, C80) vytvářejí krystaly, tzv. fullerity, které mají krychlovou symetrii. Různé typy stabilních fullerenů:a) C28, b)c32, c)c50, d)c60, e)c70 Fulleren C60

Nanotrubice jsou vlastně podobné struktury jako fullereny, s tím rozdílem, že tvar molekuly místo koule připomíná válec, který může být libovolně dlouhý a vnitřní objem nemusí být uzavřený, popř.může být mnohovrstvený. Pro nanotechnologii jsou fullereny a nanotrubice velmi zajímavé, neboť lze tyto látky připravit v různých modifikacích s odlišnými vlastnostmi. U sférických fullerenových molekul lze například ovlivňovat vlastnosti tím, že je uvnitř uvězněn jiný atom. Tak lze změnit třeba hustotu, tepelnou kapacitu, teplotu tání a varu a přitom je látka co do chemických vlastností.

Uhlíková nanopěna Mikrostruktura připomíná vzájemně pospojované sítě uhlíkových trubiček 5 nm dlouhých. Lze považovat za pátou formu uhlíku. Vznik: Uhlíkový terčík vystavený v argonové atmosféře působení pulzního laseru. Uhlíková pěna vykazuje za normálních teplot časově omezené feromagnetické vlastnosti (což je u látky z čistého uhlíku velmi překvapivé!!!). Kontrastní látka pro zviditelnění průtoku krve tkáněmi metodou jaderné magnetické rezonance. Pro léčbu rakoviny: po vstříknutí látky do nádoru je možné jej zničit lokálním zvýšením teploty po pohlcení infračerveného záření nanopěnou, zatímco okolní zdravá tkáň zůstává nepoškozena.

Uhlíková nanopěna

Uhlíková nanopěna

Uhlík v železe Na vlastnosti technických slitin má nejvýznamnější vliv právě uhlík, neboť uhlík nejvýznamnějším způsobem ovlivňuje důležité vlastnosti slitin železa. Uhlík se železem tvoří intersticiální tuhé roztoky s omezenou rozpustností uhlíku. Po překročení rozpustnosti uhlíku v tuhém roztoku se uhlík vylučuje jako samostatná fáze. Při nízkých obsazích tvoří uhlík intersticiální sloučeninu Fe3C. Tato sloučenina není stabilní a může se rozkládat na grafit a železo. Soustava Fe-Fe3C se označuje jako soustava metastabilní a podle této soustavy tuhnou především oceli. Jestliže je uhlík vyloučen jako grafit, jedná se o soustavu stabilní, která má svůj význam zejména pro posuzování změn při tuhnutí litin a surových želez. cementit Fe3C mřížka ortorombická obsah uhlíku: 6,68% Uhlík v železe grafit intermediální fáze

Rozpustnost uhlíku v železe při pokojové teplotě je prakticky nulová. Fázové složení slitin železa s uhlíkem je proto tvořeno feritem a cementitem v případě metastabilní soustavy, případně feritem a grafitem v případě soustavy stabilní. CEMENTIT Cementit je křehká fáze s tvrdostí 700 až 800 HV. S přibývajícím obsahem uhlíku v soustavě přibývá také obsah cementitu tvrdosti a pevnosti, zároveň ale houževnatost a plastické vlastnosti. Houževnatost a plastické vlastnosti ale také kromě obsahu cementitu závisí na způsobu jeho vyloučení: cementit vyloučený po hranicích zrn (tj.sekundární a terciální) je pokles houževnatosti výrazný i při nižších obsazích uhlíku u perlitické struktury se dosahuje vyšší houževnatosti při malé mezilamelární vzdálenosti cementitu. Sferoidizace (sbalení) lamel cementitu v perlitické struktuře vede ke snížení pevnosti a tvrdosti a ke zvýšení houževnatosti.

GRAFIT (V ŽELEZE) Grafit je měkká a křehká fáze. U slitin zchladlých dle stabilní soustavy má při feriticko-grafitické struktuře obsah uhlíku malý vliv na tvrdost. Pevnost, houževnatost a plastické vlastnosti závisí více na způsobu vyloučení grafitu než na jeho množství: slitiny s grafitem vyloučeným ve formě lupínků jsou křehké k porušení dochází obvykle křehkým předčasným lomem grafit vyloučený ve formě kuliček pevnostní vlastnosti těchto slitin jsou úměrné pevnostním vlastnostem feritu; plastické vlastnosti a houževnatost jsou ale nižší než srovnatelné vlastnosti feritu

Změna struktury způsobená ohřevem

Ocel 1.0301 C10 90% feritu, 10% perlitu 0,10% C

Ocel 1.0032 85% feritu, 15% perlitu 0,15% C

Ocel 1.0401 - C15 80% feritu, 20% perlitu 0,12 0,18% C

Ocel 1.1191 C45E 40% feritu, 30% perlitu, 30% sorbitu 0,42 0,5% C

Ocel 1.1563 Cementitické síťoví 1,2 1,35% C

Ocel 19830 primární karbidy, ferit, globulární perlit 0,9% C žíhání na měkko, nekaleno

Prášková ocel Vanadis30 Drobné sekundární karbidy, sorbitická struktura 1,28% C Zakaleno, popuštěno

Vysokolegovaná ocel 19436 popuštěný martenzit, primární a sekundární karbidy chromu 1,5% C, 12,5% Cr kaleno, popuštěno

LITINY

Šedá litina 0,6515 Lupínkový grafit 3,4 3,7% C

Tvárná litina 0,7040 Zrnitý grafit 3,5 3,8% C

Litina GJV-SiMo 30% kuličkový grafit, 70% vermikulární (červíkovitý) grafit 3,0 3,5% C

Litina GJS-SiMo5-1 80-85% feritu, 15-20% perlitu/sorbitu, kuličkový grafit 3,2-3,6% C

OCEL ČSN 11 523

TZ: Ohřev: 1200 C Chlazeno: voda

TZ: Ohřev: 1000 C Chlazeno: voda TZ: Ohřev: 800 C Chlazeno: voda TZ: Ohřev: 900 C Chlazeno: voda

TZ: Ohřev: 1200 C Chlazeno: olej

TZ: ohřev:1000 C, chlazeno:olej TZ: ohřev:900 C, chlazeno:olej TZ:ohřev:800 C, chlazeno:olej

TZ: Ohřev: 1200 C Chlazeno: vzduch TZ: Ohřev: 1200 C Chlazeno: pec

TZ:ohřev:1000 C, chlazeno:pec TZ:ohřev:900 C, chlazeno:pec

TZ: Ohřev: 800 C Chlazeno: pec TZ: Ohřev: 750 C Chlazeno: pec

TZ:ohřev:800 C, chlazeno:vzduch TZ:ohřev:900 C, chlazeno:vzduch TZ:ohřev:750 C, chlazeno:vzduch