NAUKA O MATERIÁLU I Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II (vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení) Autor přednášky: Ing. Daniela Odehnalová Pracoviště: TUL FS, Katedra materiálu
Mechanické vlastnosti Vyjadřují chování materiálu při působení vnějších sil. Základní jsou: pružnost pevnost houževnatost plasticita Odvozené: odolnost proti opotřebení tvrdost další
Pevnost odolnost materiálu proti trvalému porušení soudržnosti jeho částic vnějšími silami Podle způsobu namáhání mluvíme o pevnosti v tahu, tlaku, ohybu Známe tři druhy pevnosti: skutečnou, ideální a konvenční (smluvní). Pevnost, zjišťovaná mechanickými zkouškami je vždy pevností smluvní, tj. nebere v úvahu změnu průřezu zkušebního tělesa v průběhu zatěžování.
Pružnost = elasticita Schopnost materiálu před porušením se pružně deformovat Změna stavu materiálu při působení mechanických sil, která se projevuje deformací objemu Pokud napětí nepřekročí určitou hodnotu rozměry se obnovují vratný proces (makro) K vyhodnocení se používá modul pružnosti a mez pružnosti
Modul pružnosti v tahu E, ve smyku - G Vyjadřují odpor materiálu proti pružné deformaci čím modul pružnosti, tím napětí je nutné k vyvolání deformace Mezi pružnou deformací a napětím existuje lineární závislost Hookův zákon R = E. e Pro většinu kovů je G = 0,373 E Př.: pro uhlíkovou ocel E = 210 GPa legované oceli E = 185 215 GPa litiny E = 80 180 Gpa uhlíkové nanotrubičky s jednoduchou stěnou E = 1000-5000 GPa
Mez pružnosti - R e nejvyšší napětí, při kterém ještě nevzniká plastická deformace technicky přesné měření je nemožné nelze určit přesný přechod mezi elastickou a plastickou deformací prakticky se určuje přechod mezi pružnou a plastickou deformací mezí kluzu
Plasticita schopnost materiálu měnit působením vnějších sil v tuhém stavu trvale svůj tvar bez porušení, tzn. plasticky se před porušením deformovat Plastická deformace = trvalá změna stavu začínající, když napětí překročí odpor materiálu proti plastické deformaci (tj. mez pružnosti, resp. mez kluzu) mechanická vlastnost, která má význam při technologickém zpracování pro tváření se definuje jako tvářitelnost
Důsledky plastické deformace při plastické deformaci materiál zpevňuje, vzniká deformační zpevnění Projeví se zvýšením meze kluzu, pevnosti, tvrdosti a snížením tažnosti Ve struktuře se projeví textura a s ní výrazná anizotropie vlastností
Důsledky plastické deformace Plasticky deformovaný kov je charakterizován zvýšenou hustotou poruch (v žíhaném stavu asi 10 6 10 8 cm -2, v deformovaném stavu vzroste o 4 6 řádů)
Odpevňovací pochody - rekrystalizace Následky deformačního zpevnění se odstraňují zotavením a rekrystalizací Zotavení nízkoteplotní oblast uvolňování energie, zotavení bodových poruch, při vyšší teplotě pak dislokací, konečná fáze - polygonizace
Odpevňovací pochody - rekrystalizace U čistých kovů se teplota zotavení pohybuje kolem 0,1 0,35 teploty tání. Rekrystalizace navazuje na zotavení při vyšších teplotách vznikají nová zrna stejné mřížky Teplota rekrystalizace u čistých kovů cca 0,4 teploty tání Nejde o fázovou přeměnu
Technologické vlastnosti soubor vlastností materiálů, umožňující za definovaných podmínek určitý způsob zpracování materiálu velmi úzce souvisí s používanou technologií a se změnou technologie se mohou měnit Mezi nejdůležitější technolog. vl. patří: tvárnost (tvářitelnost) svařitelnost slévatelnost obrobitelnost
Tvárnost resp. tvářitelnost Tvárnost materiálu je schopnost materiálu vytvořit požadovaný jakostní výrobek plastickou deformací za tepla nebo za studena, aniž by došlo k porušení materiálu. Úzce souvisí s vnitřní stavbou materiálu. Je ovlivněna jejich chemickým složením, teplotou a druhem napjatosti během tvářecího procesu.
Svařitelnost schopnost materiálu vytvořit kvalitní svarový spoj Dělení svařitelnosti: technologická závislá na technologii a parametrech svařování metalurgická závislá na složení, struktuře svařovaného materiálu, dilatacích a pnutích vzniklých v procesu svařování konstrukční závisí na tvarovém vyřešení svarového spoje
Slévatelnost schopnost kovu tvořit jakostní odlitek dána především dvěma základními vlastnostmi: zabíhavostí - schopnost různých kovů a slitin dokonale vyplňovat formu smrštěním kovu - zmenšení rozměrů odlitku, vznik staženin, tvarové zborcení odlitku, vznik vnitřního napětí a vznik trhlin a prasklin v odlitcích
Obrobitelnost souhrnná vlastnost určující: jak snadno a s jakým výsledkem se daný materiál obrábí s jakou intenzitou se otupuje břit nástroje jakou práci musíme vynaložit na oddělení třísky příp. jaké dosáhneme drsnosti povrchu.
Odolnost proti povrchovému opotřebení Druhy opotřebení: ADHEZIVNÍ ABRAZIVNÍ EROZIVNÍ KAVITAČNÍ ÚNAVOVÉ (kontaktní) VIBRAČNÍ většinou kombinace a spolupůsobení teploty nebo koroze
Odolnost proti povrchovému opotřebení Faktory rozhodující fyzikálně-chemická nestabilita povrchu mechanické vlastnosti povrchu geometrie povrchu Faktory spolupůsobící při opotřebení mechanické fyzikálně-chemické (teplota, vlhkost, koroze, )
Adheziv. opotřebení o Adhezivní mikrospoje vzájemným třením dochází k jejich porušení nebo deformacím o Zlepšení zvýším tvrdost snížím tření Abraziv. opotřebení o Opotřebení účinkem tvrdých a drsných povrchů těles resp. částic mezi tělesy o Závisí na: velikosti částic teplotě povrchu přítlačné síle o Zk.: brusný kotouč + vzorek hm. úbytek Hodnocení úbytkem objemu nebo hmotnosti
Erozivní opotřebení o Poškození povrchu nerovnoměrné částicemi nesenými proudícími médii (kapalina, plyn) o Rýhování ploch, oddělení částic dál fungují jako abrazivo o Kavitační opotřebení V důsledku proudění kapaliny vznik a zánik kavitačních bublin při změně podmínek proudění Zánik kavit imploze hydrodynamické nárazy na stěny materiálu oddělování částic, poškození povrchu Jsou i případy kdy dojde ke zpevnění povrchu
Kontaktní únava Vibrační opotřebení o o Při kmitavém namáhání dvou těles v kontaktu Následek: malá plastická deformace a její hromadění trhliny, jamky PITTING konec funkčnosti jamky se chovají jako vruby o o Poškození povrchu na styčných plochách dvou pevně spojených těles Při velkém tlaku a slabém kmitavém pohybu FRETTING výrazně snižuje mez únavy c a životnost