430 likes | 796 Views
NAUKA O MATERIÁLU II. Přednáší: prof.Ing.Petr Louda,CSc. Ing.Daniela Odehnalová. Co nás čeká. Oceli Litiny Neželezné kovy a jejich slitiny Plasty Sklo a keramika Kompozity Zkouška z látky obou semestrů. Doporučená literatura.
E N D
NAUKA O MATERIÁLU II Přednáší: prof.Ing.Petr Louda,CSc. Ing.Daniela Odehnalová
Co nás čeká • Oceli • Litiny • Neželezné kovy a jejich slitiny • Plasty • Sklo a keramika • Kompozity • Zkouška z látky obou semestrů
Doporučená literatura • PTÁČEK, L. a kol.: Nauka o materiálu II, Akademické nakladatelství CERM s.r.o., 2002 • Řada dalších
Rozdělení ocelí • Dělíme podle různých hledisek • Výrobní pochod – ocel martinská, …. • Stupeň dezoxidace – uklidněná, neuklidněná, polouklidněná • Způsob použití – k tváření, na odlitky • Účel použití – konstrukční, nástrojová • Stupeň legování – uhlíková, slitinová
Rozdělení ocelí • Vhodnost k dalšímu zpracování – ocel cementační, nitridační, k zušlechťování, k hlubokému tažení …. • Podle typického druhu výrobku – pružinová ocel, oceli pro jadernou energetiku, oceli na transformátorové plechy …. • Alfanumerické označení podle norem
Ocel uklidněná • Přídavkem dezoxidovadla (Mn, Si, Al) se zamezí reakci rozpuštěného kyslíku s uhlíkem, při které vznikají bubliny CO
Ocel neuklidněná • Nepřidává se dezoxidační prvek, zůstane velký obsah rozpuštěného FeO. Při krystalizaci v kokile reaguje při ochlazování uhlík s rozpuštěným kyslíkem za vzniku CO a vzniká tzv. uhlíkový var. Bubliny CO z velké části unikají z oceli, zčásti ale zůstávají jako bubliny ve ztuhlém kovu.
Neuklidněná ocel • Neuklidněná ocel má dobrou jakost povrchu, dobrou svařitelnost, je vhodná pro výrobu svařovaných trub a tenkých plechů a pásů. • Nevýhodou je sklon ke stárnutí a silná segregace uhlíku i síry – nevhodná pro namáhané konstrukce
Polouklidněná ocel • Vzniká tehdy, když se uhlíkový var zastaví před ukončením reakce uhlíku s kyslíkem. • Lze to udělat např. zvýšením tlaku (mechanicky) nebo přídavkem silnějšího dezoxidovadla, případně obojím dohromady.
Další dělení ocelí • Podle obsahu uhlíku: • nízkouhlíkové do 0,25 % C • středněuhlíkové 0,25 – 0,60 % C • vysokouhlíkové nad 0,60 %C
Další dělení ocelí • Na odlitky • Ocele k tváření
Ocel na odlitky • Mají nižší plastické vlastnosti než oceli tvářené. • Mechanické vlastnosti oceli na odlitky závisejí na obsahu uhlíku.
Nízkolegované do 5 % Středně legované 5 – 10 % Vysokolegované nad 10 % Nízkolegované do 2,5 % Středně legované 2,5 – 5 % Výše legované 5 – 10 % Vysokolegované nad 10 % Další dělení ocelí – Podle množství legur
Superpevné oceli • Rozhodující je poměr meze kluzu a modulu pružnosti • Martenzitické vytvrditelné oceli –maraging oceli • Oceli s deformačně vyvolanou martenzitickou transformací – TRIP oceli
Maraging oceli • Obsah uhlíku max. 0,03 % • Hlavní přísada Ni 12 až 20% • Další přísady Mo, Co, trochu Ti • Při ochlazení z austenitizační teploty vznikne nízkouhlíkový niklový martenzit s pevností cca 1000MPa, který je houževnatý a obrobitelný a svařitelný • Konečnou fází je precipitační vytvrzení při teplotě 450 až 550°C
TRIP, TWIP oceli (Transformation Inducted Plasticity, Twinning induced plasticity ) • TRIP ocele jsou velmi plastické • Mají feriticko bainitickou strukturu, hlavní legury Cr 9-13%, Ni 8-9%, dále Mo,Mn, Si. Velmi nízký obsah uhlíku.Teplota Ms je po rozpouštěcím žíhání pod nulou. • Pro zvýšení Ms se intenzivně tváří a tím proběhne částečná martenzitická transformace. Dosahují pevnosti až 2000 MPa při tažnosti asi 80%
TWIP ocele(twinning induced plasticity) je skupina uhlíkových ocelí na bázi FeMnAlC (0,5–0,7 % C, 17–24 % Mn, 9 % Al) se zcela austenitickou strukturou při všech teplotách, ve které je základním deformačním mechanismem dvojčatění. Dají se používat k tváření za studena a to i tvarově složitých výrobků jako třeba nádrží, pro kryotechniku, v chemickém průmyslu. Mají také vyšší možnosti absorpce energie. To se nabízí pro použití v automobilovém průmyslu při crashové bezpečnosti.
Další moderní typy ocelí • oceli typu TRIPLEX, lehké oceli charakterizované až o 15 % nižší hustotou pod 7 g.cm–3, vysokou pevností až 1.100 MPa, tažností při lomu až 90 % a vynikající tvařitelností za studena. Skupina ocelí je určena k použití především na lehké konstruování a tváření velkoplošných dílů s náročnou a komplexní geometrií pro automobily a dopravní techniku, stavební stroje a konstrukce. Úspory hmotnosti dosahují až 30 % a použitelnost ocelí s vynikající plasticitou je i při nízkých teplotách do –100 °C. • http://www.konstrukce.cz/clanek/cena-pro-inovace-v-ocelich-2009/
Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli • Korozní odolnost - hlavní legury Cr, Ni (Cr nad 12%), austenitická struktura • Žáruvzdorné – vysoká odolnost proti oxidaci při teplotách nad 600°C • Ochranné vlastnosti mají oxidy Cr2O3 a to tím výraznější, čím ocel obsahuje více Cr ( 6 až 30 %)
Chromové oceli • Podle struktury je dělíme na martenzitické poloferitické a feritické • Martenzitické – obsah Cr výrazně snižuje kritickou kalicí rychlost, jsou samokalitelné • Obsah Cr od 5 %
Cr oceli feritické • vysoký obsah Cr ( 20 až 27% +přísady) • není přeměna alfa – gama (nelze převést do austenitického stavu) • malá houževnatost a nízká pevnost, nelze používat na namáhané součástky • jsou odolné do teplot cca 1300°C, za provozu křehnou • Při obsahu C v tisícinách = superferity, které jsou žáruvzdorné i korozivzdorné
Cr oceli poloferitické • Je u nich možná částečná transformace alfa – gama • Obsahují 0,1 –0,4% C a 10 – 18 % Cr • Korozivzdornost lepší než u martenzitických • Houževnatost nízká jako u feritických
Struktura Cr ocelí • Struktura chromových ocelí v závislosti na obsahu uhlíku a chrómu • Feritické ocele mají nejvyšší žáruvzdornost i korozní odolnost
Korozivzdorné ocele • Legovány kombinací Cr – Ni • Mají austenitickou strukturu (jsou nemagnetické) • Základní typ ocel Cr-Ni 18/8 (17 241) • Zvýšený obsah niklu zajišťuje vyšší stabilitu austenitické struktury • V teplotním intervalu 500 - 800°C náchylné k interkrystalické korozi
Korozivzdorné ocele - pokračování • Koroze důsledkem rozpadu přesyceného austenitu, kdy se uhlík slučuje s Cr na karbidy a ty váží až 70%Cr • Proto se ocele 18/8 tepelně zpracovávají na teplotu asi 1100°C, kdy se rozpustí většina karbidů a rychle ochladí (zabrání se vyloučení karbidů) • Náchylnost ke korozi při zvýšené teplotě však trvá
DIN ČSN Označení Použití Pozn. 1.4000 17 020 X 7 Cr13 příbory, kování nesvařitelná 1.4300 17 240 X 12 CrNi 18 8 potravinářský prům. vyšší obsah C 1.4306 17 249 X 2 CrNi 18 9 potravinářství, chemie kvalita ELC 1.4435 17 350 X 2 CrNiMo 18 12 aparáty, zásobníky Mo zvyšuje chem. odolnost 1.4573 17 347 X 10 CrNiMoTi 18 12 aparáty, zásobníky stabilizace Ti Typické korozivzdorné oceli
Struktura korozivzdorných ocelí • Nahoře mezikrystalická koroze Cr-Ni oceli • Dole austenitická Cr-Ni ocel stabilizovaná Ti • Oba zvětšení 400 x
Mikrolegované oceli • Oceli se zvýšenou mezí kluzu • Přidané prvky nemění vlastnosti matrice, ale vedou k vylučování precipitátu – brzdí pohyb dislokací – zpevnění, ale snížení houževnatosti. • To lze kompenzovat zjemněním zrna, které vede k dalšímu zvýšení pevnosti
Mikrolegované oceli • Jemné zrno lze dosáhnout tepelně mechanickým zpracováním – tváření v oblasti teplot nad A3 a jeho dokončení pod teplotou rekrystalizace austenitu • Rekrystalizace je brzděna precipitátem mikrolegujících prvků, C a N. • K mikrolegování se používají prvky s vysokou afinitou k uhlíku a dusíku, zejména Ti, V, Nb, Zr
Mikrolegované oceli • Karbidy Nb a Ti a nitridy V se při teplotách 1200°C rozpouštějí v austenitu a při doválcování se z přesyceného TR opět vylučují. Nb nejvíce zvyšuje rekrystalizační teplotu • Mikrolegované oceli mají vyšší hodnoty pevnosti, ale zůstávají dobře svařitelné • CE pro tloušťky do 25 mm menší než 0,45 pro tlustší hodnoty klesají
Obsah legur • Mangan až do 2,0% - v závislosti na požadavku adekvátní tvařitelnosti a svařitelnosti • Dále v různých kombinacích malá množství Cr, Ni, Mo, Cu, N, V, Nb, Ti, Zr v množství 0,01 – 0,1% • Z toho název mikrolegované oceli • - nejsou slitinovými ocelemi, třebaže jejich vlastností je dosaženo přidáním malého množství slitinových prvků. http://www.ateam.ic.cz/hsla_prednaska.pdf
Zpracování mikrolegovaných kovaných ocelí • Řídící silou při vývoji je snaha redukovat výrobní náklady. U těchto materiálů to znamená užití zjednodušeného termomechanického zpracování – řízené ochlazování, které následuje po kování. Toto zpracování zajistí požadované vlastnosti bez odděleného kalení a žíhání, které vyžadují konvenční uhlíkové a legované oceli. • Technologické zpracování konvenčních (nahoře) a mikrolegovaných ocelí (dole) http://www.ateam.ic.cz/hsla_prednaska.pdf
Oceli s BH efektem(Bake hardening) • Oceli se vyrábějí řízeným válcováním tak, aby C a N zůstaly po válcování rozpuštěny ve feritu. Plech pak má velmi dobrou tvářitelnost za studena • Během vypalování laku karoserie při teplotě 170°C dochází k precipitaci karbidů a nitridů a mez kluzu se zvýší (o 40 – 70 MPa)
Nástrojové oceli • Podle chemického složení se dělí na: • Nelegované (uhlíkové) • Legované – pro práci za studena • Legované – pro práci za tepla • Rychlořezné
Uhlíkové nástrojové oceli • Liší se obsahem uhlíku • Používají se pro výrobu ručního nářadí a nástrojů používaných v zemědělství • Obsah C 0,4 – 1,1 %, nízký obsah Mn (protože zvyšuje podíl ZA po kalení) • Kalí se a popouští na 160 až 280°C • Oceli s vyšším obsahem C (C80W a výš) se používají na pily na dřevo, nože, závitníky…
Legované pro práci za studena • Mají vyšší prokalitelnost než uhlíkové, vyšší tvrdost (60 až 64 HRC) • Legovány Cr, W, Mo a V – součet zpravidla nepřesahuje 3 až 5% • Použití pro výrobu nástrojů ke tváření (kovadla, razidla, nože,..), formy na lisování plastů • Obvykle se kalí do oleje, popouští na 180°C
Vysokolegované chrómové oceli • Obsahují 11 až 12%Cr a až přes 2%C • Kalí se z vysokých teplot (960°C) na primární, příp.(1030°C) na sekundární tvrdost – ta leží mezi 500 - 520 °C, proto lze tyto oceli nitridovat • Pro nástroje ke tváření za studena, na namáhané nástroje ke stříhání, válcování apod.
Legované pro práci za tepla • Požaduje se vysoká otěruvzdornost, odolnost proti deformaci, tepelné únavě a erozi za pracovních teplot • Nejčastěji 0,28 –0,60%C, do 5,5%Cr, do 3%Mo, do 1,1%V • Př.ocel X40CrMoV51 pro vstřikovací formy pro tlakové lití
Rychlořezné oceli • Vysoká odolnost proti poklesu tvrdosti až do teplot 550°C, vysoce legované • Typické složení – 0,75%C, 4%Cr, 18%W, 1%V - pro nejvyšší výkony do 12%Co • Kalení z teplot 1200 až 1280°C, 3x popouštět – tvrdost 60 až 66 HRC