Materiály a technologie - kovy

1. Materiály a technologie - kovy Kovy a vybrané výrobní technologie

2. Historický vývoj materiálů a technologií

3. Strojírenské materiály Materiály používané v technické praxi: • kovy a jejich slitiny (železné i neželezné), • technická keramika, • polymery (např. teflon), • kompozitní materiály apod.

4. Výroba surového železa Železo se vyrábí z železných rud v hutích. Železné rudy - magnetovec (Fe3O4), krevel (Fe2O3), hnědel (Fe2O3 . n H2O) a ocelek (FeCO3). Těžba probíhá v povrchových nebo hlubinných dolech. Paliva - uhlí, koks, nafta, dehtové oleje apod., plyn zemní, koksový, vysokopecní, elektrická energie. Tavidla a struskotvorné přísady – např. vápenec mají za úkol zlepšit podmínky tavení.

5. ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license. Výroba železa Struska i roztavené železo se z vysoké pece vypouštějí zvlášť, mluví se o odpichu železa a strusky. Vysoká pec pracuje nepřetržitě několik let.

6. Výroba surového železa a oceli Surové železo - obsahuje kromě Fe různé příměsi: uhlík, křemík, fosfor, mangan a další prvky. Výroba oceli Ocel vzniká tepelnou úpravou surového železa, zpracováním např. v kyslíkovém konvertoru - dmýcháním kyslíku (spalováním uhlíku a některých dalších prvků).

7. Slitiny železa Oceli jsou slitiny železa s uhlíkem a dalšími prvky, kde obsah uhlíku je nižší než 2 hm. %. Litiny jsou slitiny železa, uhlíku a doprovodných prvků (žádoucích i nežádoucích), kde obsah uhlíku je vyšší než 2 hm%.

8. Základní rozdělení TZ • Obecný cyklus tepelného zpracování K dosažení požadovaných mechanických vlastností – pevnost, tvrdost, tažnost, je třeba oceli (ale i litiny) tepelně zpracovat. Tepelné zpracování (TZ): • žíhání, • kalení, • popouštění, • zušlechťování (kalení+popouštění). Chemicko-tepelné zpracování (ChTZ): • cementace, • nitridace.

9. Žíhání a kalení Žíhání je tepelné zpracování, při kterém se součásti ochlazují pomalu na vzduchu nebo v peci. Struktura materiálu se blíží rovnovážnému stavu. Příklady použití TZ: Normalizační žíhání - zjemní austenitické zrno a zlepší mechanické vlastnosti. Žíhání ke snížení pnutí - snižuje na minimum pnutí vytvořená v součásti při předchozím tepelném zpracování, mechanickém opracování, svařování nebo odlévání. Kalení (martenzitické) - po zakalení tvoří strukturu ocelí martenzit (struktura v nerovnovážném stavu), který se vyznačuje vysokou tvrdostí.

10. Chemicko-tepelné zpracování V technické praxi se často vyskytuje požadavek na tvrdý povrch součásti a vysokou houževnatost jádra. Tento požadavek je možno splnit chemicko-tepelným zpracováním (ChTZ). Při ChTZ dochází k difúznímu sycení povrchu součásti kovem nebo nekovem za zvýšené teploty – mění se chemické složení a vlastnosti povrchu součásti. Mezi základní ChTZ patří: • cementace při 950°C (sycení povrchu uhlíkem); • nitridace při 550°C (sycení povrchu dusíkem). Zlepší se mechanické vlastnosti povrchu (pevnost, tvrdost) u cementace až po následném TZ!! Po nitridaci se už TZ neprovádí.

11. Konstrukční oceli Konstrukční oceli pro běžné použití je možno rozdělit na: • nízkouhlíkové oceli (svařitelné, hlubokotažné), • středněuhlíkové oceli, • vysokouhlíkové oceli. Středněuhlíkové a vysokouhlíkové oceli (0,25-0,8% C) – použití v konstrukcích a strojních zařízeních, vhodné pro tepelné zpracování. Oceli s 0,2hm.% vhodné k cementování+kalení, nitridaci. Oceli s vyšším obsahem C jsou kalené a popouštěné. Legované oceli se zvýšeným obsahem Mn a Ni (do 2hm.% Mn a 4hm.% Ni) s dobrou houževnatostí. Oceli s Mo, W s dobrou odolností proti opotřebení.

12. Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Korozní odolnost konstrukčních uhlíkových ocelí je velmi nízká, proto k zlepšení korozní odolnosti je třeba povrch pasivovat – pokovit (chromování, niklování apod.) nebo použít oceli korozivzdorné a žáruvzdorné. Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli(i tyto oceli postupně korodují,avšak mnohem pomaleji). Korozivzdornost - odolnost vůči korozi (elektrochemická) za normálních teplot (20°C). Žáruvzdornost - odolnost vůči korozi (chemická) za zvýšených teplot (nad 800°C).

13. Neželezné kovy Kromě Fe, které je primárním kovem v průmyslu, se ostatní technické kovy nazývají neželezné. Řadu neželezných kovů lze označit jako deficitní » vysoká cena • Hliník (Al) a jeho slitiny; • měď (Cu) a slitiny mědi; • hořčík (Mg), Nikl (Ni), Titan (Ti), Kobalt (Co) a jejich slitiny. • Cín (Sn), Olovo (Pb) a jejich slitiny Sn a slitiny (v potravinářství), Pb a slitiny (pájky, Pb-toxické)

14. Hliník a jeho slitiny . Hliník (Al) je stříbrobílý, lehký a tvárný kov, dobrý vodič elektrického proudu a tepla, jde nejrozšířenější kov v zemské kůře a spotřebou druhý nejvýznamnější po Fe Za normálních podmínek je Al velmi stálý, při zahřátí se však stává silně reaktivním, povrchová vrstvička Al2O3 –korozní odolnost. Pro výrobu Al je nejvýznamnější ruda bauxit, což je v podstatě Al2O3 s obsahem vázané vody, Al se získává elektroliticky. Hlavní oblasti použití Al – elektrotechnický průmysl, chemický a potravinářský průmysl, automobilový a letecký průmysl.

15. Měď a její slitiny Měď (Cu) je kov načervenalé barvy (v rudách vázán se sírou) s výbornou tepelnou i elektrickou vodivostí, velmi dobrou tvárností za tepla i za studena. Řazen do skupiny barevných kovů. Vyznačuje se velmi dobrou korozní odolností jak vůči atmosférickým vlivům tak vůči chemikáliím, má dobrou obrobitelnost a svařitelnost. • Mosazi – slitiny mědi a zinku. • Bronzy – slitiny mědi a cínu. Oblasti použití Cu – v elektrotechnice jako elektrovodný materiál, zařízení vystavená nízkým teplotám, střešní krytina, okapové žlaby a svody, nádoby v potravinářském průmyslu.

16. Obrábění kovů Třískové obrábění je technologický proces odebíráním částic kovu pochody mechanickými, elektrickými, chemickými apod. Obrábění materiálů je: ruční (stříhání, řezání, pilování, apod.), strojní (vrtání, soustružení, frézování, hoblování). Řezné nástroje pro ruční opracování (činné nástroje) – nože, nůžky, pilníky .. Ostatní nástroje (nečinné nástroje) – kladivo, svěrák, kleště ..

17. Obrábění kovů Vrtání – obrábění rotačních otvorů např. děr; stroj: vrtačka (ruční, stojanová), nástroj: vrták. Soustružení – obrábění výrobku na požadovaný rotačně souměrný tvar; stroj: soustruh (univerzální, hrotové, revolverové), nástroj: soustružnický nůž. Frézování – obrábění rovinných a tvarových ploch; stroj: frézka (horizontální, vertikální, univerzální).

18. Závěr Literatura: [1] Askeland, D.R. The Science and Engineering of Materials. Chapman & Hall, 1996. [2] Ptáček a kol. Nauka o materiálu I a II. CERM, 2003, 520+396 s. [3] Hluchý, M., Kolouch, J. Strojírenská technologie 1. Scientia, 2007, 266 s. [4] STIBOR, K. a kol. Praktikum materiálu a technologie kovu. Brno: MU, 2003.