Štruktúra a vlastnosti materiálov - web.tuke.skweb.tuke.sk/hf-knom/content/studenti/predmety/nom_sjf/struktura_a... · Úvod Obsah predmetu Štruktúra a vlastnosti materiálov

.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V KOŠICIACH

ŠTRUKTÚRA A

VLASTNOSTI MATERIÁLOV

Doc. Ing. Mária Mihaliková, PhD.

Košice 2014

Vydanie I

ISBN 978-80-553-1641-3

OBSAH

Strana

Úvod 4

TÉMA 1 Technologické skúšky 6

TÉMA 2 Defektoskopické skúšky 14

TÉMA 3 Kvantitatívna metalografická analýza 20

TÉMA 4 Metastabilný rovnovážny diagram Fe - Fe3C 27

TÉMA 5 Rovnovážny diagram Fe - grafit 33

TÉMA 6 Žíhanie ocelí 38

TÉMA 7 Zošľachťovanie ocelí 44

TÉMA 8 Chemicko-tepelné spracovanie 48

TÉMA 9 Štruktúra a vlastnosti legovaných ocelí 52

TÉMA 10 Materiálové listy 56

TÉMA 11 Hliník a jeho zliatiny, meď a jej zliatiny 61

TÉMA 12 Titán a jeho zliatiny, nikel a jeho zliatiny 65

TÉMA 13 Plasty 69

Literatúra 72

Zoznam vybraných noriem 73

Úvod

Obsah predmetu Štruktúra a vlastnosti materiálov je veľmi široký, lebo tento vedný odbor je poznačený prudkým vývojom. Návody na cvičenie si kladú za cieľ, aby študent bakalárskeho štúdia sa vo veľmi koncentrovanej forme oboznámil s teoretickými poznatkami a postupmi určovania materiálových charakteristík preberanej časti.

Cieľom predmetu Štruktúra a vlastnosti materiálov je, aby študent získal základné

poznatky o vnútornej stavbe materiálu, jeho vlastnostiach a možnostiach získania požadovaných vlastností materiálu. Poznanie podstaty týchto poznatkov umožňuje konštrukciu vzťahov medzi štruktúrou a vlastnosťami materiálov, medzi štruktúrou a technológiou spracovania materiálov. Bez poznania týchto súvislostí v súčasnosti nie je možné vyrábať konkurencie schopné materiály, prvovýrobky a výrobky.

Nemenej závažnou problematikou je aj osvojenie si metodiky a metód, pomocou

ktorých môžeme analyzovať vnútornú stavbu a vlastnosti materiálov, stanoviť požadované materiálové charakteristiky. Tieto materiálové charakteristiky sú nepostrádateľné pre konštrukciu už uvádzaných súvislostí a pre pevnostný výpočet častí a konštrukčných celkov.

Návody k predmetu boli v predchádzajúcich rokoch niekoľko krát vydané kolektívom viacerých autorov: prof.Ing.Ján Micheľ CSc., prof.Ing.Július Hidvéghy CSc., prof.Ing.Marián Buršák PhD., doc.Ing.Jozef Čech,CSc., doc.Ing.Mária Mihaliková PhD., doc.Ing.Rudolf Mišičko CSc,.

Nakoľko žijeme v stále sa meniacej dobe došlo k znovu prepracovaniu návodov a ich

doplneniu. Nové vydanie je prispôsobené osnovám bakalárskeho štúdia a obohatené o otázky za každou kapitolou tak, aby si študent sám mohol otestovať svoje vedomosti a zistiť či je dostatočne pripravení na cvičenie. Návody majú experimentálne laboratórny charakter a sú prispôsobené vybaveniu Katedry náuky o materiáloch Hutníckej fakulty TU v Košiciach. Väčšina prezentovaných skúšok a skúšobných postupov je predpísaná technickými normami STN, EU, ISO, ČSN a prípadne inými predpismi. Boli rešpektované skúšobné postupy, ktoré sú opísané v súčasnosti v dostupných normách.

Návody na cvičenie sú písané tak, aby študent zvládol problematiku na cvičení, nie sú však postačujúce na to aby študent uspel na skúške. Preto sa odporúča študentom aby podrobne študovali doplnkovú literatúru s ktorou boli oboznámení na začiatku štúdia a navštevovali prednášky. Košice, 2014

4

téma 1 Technologické skúšky

6

TÉMA 1

TECHNOLOGICKÉ SKÚŠKY

1.1 Cieľ Cieľom cvičenia je oboznámiť študentov so základnými technologickými

vlastnosťami materiálov a najviac používanými skúškami, ktoré sú normalizované v STN. Taktiež oboznámiť študentov s prístrojovou technikou, so skúšobnými postupmi a praktickým vykonávaním týchto skúšok. 1.2 Základné teoretické poznatky

Súbor fyzikálnych a mechanických vlastností materiálu, ktoré umožňujú pri definovaných podmienkach určitý spôsob spracovania materiálu na polotovary a na hotové výrobky, nazývame technologickými vlastnosťami materiálu. Medzi najdôležitejšie technologické vlastnosti patria: zvariteľnosť, tvárniteľnosť, zlievateľnosť a obrobiteľnosť. Tieto technologické vlastnosti nie je možné vyjadriť presne definovanými veličinami, ktoré by mali fyzikálny význam. Technologické skúšky sa vykonávajú pri takých podmienkach, ktoré sú podobné výrobnému procesu. Zisťujú sa len zrovnateľné ukazovatele, ktoré umožňujú objektívne kvalitatívne, alebo čiastočne kvalitatívne posúdenie vhodnosti materiálu pre určitý spôsob spracovania. Pre vykonanie väčšiny technologických skúšok stačia prostriedky a skúšobné prístroje, ktoré majú spravidla jednoduchý princíp a konštrukciu. V technickej praxi sa používa vel'mi veľa druhov technologických skúšok, z ktorých vel'ká čast' je aj normalizovaná v STN EN. Na cvičeniach sa oboznámime len s niektorými, ktoré majú pre strojárenskú výrobu väčší význam a súvisia s náplňou predmetu Náuka o materiáli. 1.2.1 STN 42 0401 Skúška lámavosti

Pri skúške sa určuje deformačná schopnosť kovu, namáhaného statickým ohybom pri izbovej teplote. Princíp skúšky je znázornený na obr.1.1. Pri skúške sa skúšobná tyč ohýba

statickým zaťažením, so zaokrúhleným tŕňom o priemere D až do okamihu, kým na ťahanej strane nevznikne trhlina. Pri skúške sa vyhodnocuje uhol ohybu α, ktorý je ukazovateľom spracovateľnosti kovov, ohýbaním za studena. V praxi sa často materiál hodnotí ohybom do predpísaného uhlu, do

0br.1.1 Princíp skúšky lámavosti. rovnobežnosti ramien (α = 180°), alebo ohybom až do doľahnutia ramien. V takýchto prípadoch pre urýchlenie skúšky sa používajú prípravky. Skúšajú sa tyče kruhového, štvorcového, obdĺžníkového, alebo mnohouholníkového prierezu. Pri šírke výrobku do 20 mm sa používajú tyče so šírkou, odpovedajúcou šírke výrobku. Z


7

výrobkov väčšej šírky sa odoberú tyče o šírke od 20 do 50 mm, pričom šírka má byť spravidla dvojnásobok hrúbky tyče. Keď hrúbka výrobku je väčšia ako 25 mm, potom sa skúšobná tyč opracovaním zmenší na hrúbku 25 mm a neopracovaná plocha musí ležať' na ťahanej strane. Tyče kruhového prierezu, alebo mnohouholníkového prierezu sa skúšajú do priemeru 50 mm. Keď' presahujú priemer 50 mm musia sa tyče opracovať' na priemer 20 až 50 mm.

Vzdialenosť' podpôr je:

aDl 3+= Uhol ohybu α a priemer tŕňa D je predpísaný v materiálovom liste skúšaného materiálu. Keď' pri predpísanom uhle ohybu α nevznikli v mieste ohybu trhliny, skúška vyhovela. Skúška lámavosti má význam aj pri hodnotení tupých zvarových spojov, ako je to vidieť' na obr. 1.2. Slabým miestom pri skúške býva obyčajne prechod medzi zvarovým kovom a základným materiálom. Postup skúšky je podobný ako pri skúške lámavosti.

Technologické skúšky tenkých plechov a pásov Slúžia na posúdenie tvárniteľnosti tenkých plechov o hrúbke do 2 mm, k posúdeniu

vhodnosti k hlbokému ťahaniu, opätovnému ohýbaniu a pod. STN 42 0406 Skúška hĺbením plechov a pásov podľa Erichsena

Obr.1.2. Princíp skúšky lámavosti tupého zvarového spoja

Obr.1.3 Princíp skúšky hĺbením podľa Erichsena , Erichsenov prístroj


8

Pri tejto skúške sa určuje hlbokoťažnosť hĺbením plechov a pásov hrúbky od 0,1 do 2 mm. Skúška spočíva v zatlačení ťažníka 4 s guľovým zakončením do skúšaného plechu l, stlačeného medzi ťažnicou 2 a pridržiavačom 3. Vtláča sa do počiatku objavenia trhliny, pričom sa meria hĺbka vzniklého prehĺbenia h, ako je to vidieť' na obr.1.3. Veľkosť' prehĺbenia h je charakteristikou materiálu pri Erichsenovej skúške a označuje sa IE. Pre plechy a pásy so šírkou väčšou ako 90 mm sa používa skúšobná vzorka šírky 90 mm a základný priemer guľovitého zakončenia ťažníka d1 = 20 mm. Pre menšie šírky pásov sa používajú menšie priemery ťažníka a tomu odpovedajúce menšie vnútorné priemery ťažnice d2 a pridržiavača d3, ako to vyplýva z tab.1.1. Skúška sa robí na Erichsenových prístrojoch s mechanickým alebo hydraulickým zaťažovacím systémom. Pri skúške skúšobná vzorka sa pritlačí pridržiavačom na ťažnicu silou 10 kN a plynulo sa do nej vtláča ťažník rýchlosťou 5 Tabuľka 1.1

Rozmer vzorky mm Šírka b Hrúbka a

d1

mm d2

mm d3

mm od 90 viac od 0,2 do 2 20 27 33

od 90 do 55 od 0,2 do 2 15 21 18 od 55 do 30 od 0,2 do 1 8 11 10

pod 30 do 13 od 0,1 do 0,75 3 5 3,5 až 30 mm.min-1. Vtláčanie sa zastaví v okamihu, kedy vznikne trhlina po celej hrúbke plechu. Hodnota prehĺbenia sa odčíta s presnosťou na 0,1 mm. Vzhľad povrchu skúšobnej vzorky v mieste prehĺbenia a tvar trhliny môžu slúžiť ako doplňujúce kritéria vhodnosti plechu na hlboké ťahanie. Pre hlbokoťažné plechy je typický tvar trhliny vo vrstevniciach, okrúhleho tvaru (obr.1.4.a) a tvar trhliny vychádzajúci zo stredu (obr.1.4.b) je typický pre vláknité materiály, nevhodné na ťahanie. Skúška vyhovie, ak

prehĺbenie IE je väčšie, alebo sa rovná predpísanému prehĺbeniu podľa materiálového listu. Skúška hĺbením podľa Engelhardta - STN 42 0409 Skúška (kalíškovacia)

Skúškou podľa Engelhardta sa určuje hlbokoťažnosť' plechov a pásov do hrúbky 2 mm. Skúška spočíva vo vtláčaní skúšaného plechu P do ťažnice M, pomocou ťažníka H

a........................................b Obr.1.4. Tvar trhliny pri skúške hĺbením podľa Erichsena, plechu: a- vhodného na

hlboký ťah, b- nevhodného.

Obr.1.5 Princíp skúšky hĺbením podľa Engelhardta, skúšobné zariadenie


9

stáleho priemeru d, podľa obr.1.5. Pri vtláčaní ťažníka do skúšobnej vzorky, rastie sila s hĺbkou výlisku h podľa obr.1.6 (krivka a). Po prekročení maximálnej sily (ťažná sila Fz) táto opäť klesá. Pri zväčšovaní pôvodného priemeru vzorky rastie aj veľkosť ťažnej sily Fz. Pri prekročení kritického priemeru vzorky ťažná sila dosiahne takú hodnotu, že sa prekročí medza pevnosti skúšaného materiálu na obvode výlisku a vzorka sa poruší. Priebeh sily v takom prípade je znázornený krivkou b na obr.1.6. Sila, pri ktorej dochádza k porušeniu (tzv. prenosná sila Fab) pri rovnakých podmienkach (priemer výlisku, hrúbka plechu) pre daný materiál má vždy rovnakú hodnotu.

Podľa toho pre každý plech je možné porovnať' dve sily, a to silu Fz na vytvorenie štandardného výlisku (so stálym východiskovým priemerom kotúča) a silu, potrebnú na porušenie výlisku Fab. Hlbokoťažnosť sa potom vyjadrí:

%100⋅−

=ab

zab

F

FFT

Veľkosť sily Fab je možné určiť' aj použitím jednej vzorky tak, že po určení sily Fz sa zablokuje okraj výlisku pridržiavačom a pri ďalšom ťahaní sa vzorka poruší. 1.2.3 Technologické skúšky drôtov

Cieľom technologických skúšok drôtov je zistiť tvárnosť a nerovnorodosť materiálu drôtov, ako aj odhaliť povrchové a vnútorné chyby drôtov. Skúšky sú normalizované pre oceľové drôty a drôty z neželezných kovov. Skúšky sa robia pri teplote 20 ± 10°C. K najdôležitejším skúškam patria skúšky navíjaním, krútením a striedavým ohýbaním.

STN 42 0420 Skúška drôtu navíjaním Pri skúške sa drôt s priemerom od 0,1 do 10 mm navíja na

valcový tŕň, pričom priemer tŕňa a počet závitov sa určuje príslušnými materiálovými listami. Keď' priemer tŕňa nie je predpísaný, možno použiť ako tŕň skúšaný drôt, ako je to vidieť' na obr.1.7. Navíjanie sa robí v skrutkovači, tesne priliehajúcimi závitmi rovnomernou rýchlosťou. Po navíjaní môže nasledovať aj odvíjanie skúšaného drôtu, ako to predpisuje norma. Vzorka vyhovela, keď' po navinutí (resp. po odvinutí) nemá na povrchu viditeľné rozdvojenia, odlúpania vrstvy, trhliny, zlomeniny a pod.

Obr.1.6. Závislosť sily od hĺbenia výlisku pri Engelhardtovej skúške, tvar kalíškov.

Obr.1.7. Princíp skúšky drôtov navijaním.


10

STN 42 0421 Skúška drôtu krútením

Skúšajú sa drôty s priemerom 0,3 až 10 mm krútením v jednom alebo v dvoch smeroch, až do úplného porušenia, alebo do dosiahnutia stanoveného počtu krutov. Skúšaný drôt sa zachytí do čeľustí, pričom vzdialenosť' Lc medzi čeľusťami sa volí podľa priemeru drôtu. Do priemeru d = 1 mm je Lc = 200.d, od 1 do 5 mm je Lc = 100.d a od 5 do 10 mm je Lc = 50.d. Na obr.1.8 je uvedená fotografia prístroja na skúšky krútením. V skúšanom drôte sa vytvorí stále ťahové napätie, ktoré nesmie prekročiť' 2 % menovitej pevnosti materiálu. Drôt sa skrucuje rovnomernou rýchlosťou približne 1 otáčka za sekundu, pričom pri väčších priemeroch táto rýchlosť je menšia. Počet otáčok registruje otáčkomer prístroja a do celkového počtu sa započítavajú len úplne dokončené skrútenia. Skúška vyhovela, keď' počet skrútení do porušenia je väčší, ako predpisuje materiálový list pre skúšaný materiál. STN 42 0422 Skúška drôtu striedavým ohýbaním

Touto skúškou sa skúšajú drôty s priemerom d od

0,3 do 10 mm. Na obr.1.9 je uvedený princíp skúšky striedavým ohýbaním. Skúšaný drôt sa zachytí do čeľustí prístroja. Pri tenkých drôtoch do priemeru 1 mm sa vytvorí ťahové napätie, ktoré však nesmie prekročiť hodnotu 3 % menovitej pevnosti drôtu. Polomer ohybných valčekov sa volí podľa priemeru drôtu, pričom sa určuje polomer valčekov približne R = 2,5.d, a vzdialenosť unášača približne h = 10.d.

Pri skúške sa drôt striedavo ohýba na obe strany o 90°, pričom frekvencia ohýbania nesmie prekročiť 1 ohyb za sekundu, aby nedošlo k ohrevu vzorky. Pri skúške sa zisťuje počet ohybov do zlomenia drôtu, alebo do predpísaného počtu, stanoveného materiálovým listom.

Obr. 1.8 Prístroj na skúšky drôtov krútením

Obr.1.9. Zariadenie na skúšky drôtov striedavým ohýbaním


11

1.2.4 STN 42 0415 Technologické skúšky rúrok

Rúrky pri montáži zariadení sa vel'mi často rôznym spôsobom deformujú za studena, pričom táto deformácia nesmie spôsobit' vznik trhlín. K posúdeniu vhodnosti materiálu rúrok z ocele a neželezných kovov, na výrobu rôznych technologických zariadení slúžia technologické skúšky. Skúšky rúrok lemovaním

Cieľom skúšky je zistiť, či rúrka vydrží bez porušenia deformáciu, ktorá vzniká olemovaním jej konca. Skúšky sa robia na rúrach do vonkajšieho priemeru D = 150 mm a

hrúbkou steny do 9 mm. Princíp skúšky je vidieť na obr.1.10. Zo skúšanej rúry sa odoberie vzorka dĺžky L, rovnej približne priemeru D. Lem na rúrke sa vytvorí plynulým vtlačovaním tŕňa (obr.1.10a) do dosiahnutia priemeru lemu Du, ktorý je predpísaný materiálovým listom. Pri skúške možno použiť aj kužeľovitý tŕň, ktorým sa vytvorí rozšírenie rúry (obr.1.10b) a lem sa vytvorí plochou platňou. Skúška vyhovela, ak po lemovaní na skúšobnej vzorke za predpísaných podmienok nevzniknú trhliny, alebo lom.

Skúška rúrok rozširovaním (STN EN 10232)

Cieľom skúšky je zistiť' deformačnú schopnosť rúrky,

jej rozšírením o určitú hodnotu. Skúšajú sa rúry do vonkajšieho priemeru D = 150 mm a hrúbky steny a do 9 mm. Na skúšku sa odoberie vzorka dĺžky L = 2.D. Do takto pripravenej vzorky sa statickým tlakom plynulo vtláča kužeľovitý tŕň, podľa obr.1.11. Vrcholový uhol tŕňa β a najväčší priemer rozšírenej časti vzorky Du, na základe pomerného rozšírenia sa určuje z materiálových listov. Pomerné rozšírenie x sa udáva v % -tách.

%100⋅−

=D

DDx u

Skúška vyhovela, ak pri danom pomernom rozšírení nevznikne na rúrke trhlina.

Skúška rúrok stláčaním (STN EN 10233)

Cieľom skúšky je zistiť' odolnosť rúrky proti porušeniu stlačením stien v smere kolmom na os. Skúšajú sa rúry do vonkajšieho priemeru rúr 400 mm s hrúbkou steny do 15 % vonkajšieho priemeru D. Dĺžka vzorky sa volí 1,5 násobok vnútorného priemeru rúry, najviac

a) b) Obr.1.10 Princíp skúšky rúrok lemovaním :

a - štandardným tŕňom, b - kužeľovitým tŕňom a následným stlačením plochou platňou

Obr.1.11. Princíp skúšky rúrok rozširovaním


12

však 100 mm. Princíp skúšky je znázornený na obr.1.12. Skúšobná vzorka sa stláča pomalým tlakom medzi dvoma platňami na výšku H (obr.1.12.b), alebo do úplného stlačenia (obr.1.12c).Pri skúške zvarených rúrok, zvar sa orientuje do roviny prechádzajúcej osou rúrky a zvierajúcej s rovinou tlačených platní uhol 45°.Skúška vyhovela (obr.1.13a), ak po predpísanom stlačení sa neobjavila na stenách rúrky trhliny.

Otázky:

1. Vymenujte technologické vlastnosti materiálov. 2. Vymenujte technologické skúšky drôtov. 3. Vymenujte technologické skúšky rúrok. 4. Nakreslite princíp skúšky rozširovaním. 5. Nakreslite princíp skúšky stláčaním. 6. Napíšte vzťah pre výpočet hlbokoťažnosti podľa Engelhardta. 7. Skúšky drôtov striedavým ohýbaním sa robia na drôtoch s priemerom od - do ? 8. Opíšte postup skúšky navíjaním drôtov. 9. Napíšte a nakreslite ako zistíme z trhliny na kalíšku že je plech vhodný k

hlbokému ťahaniu. 10. Ako sa v praxi hodnotí materiál pri skúške lámavosti za studena.

Obr.1.12 Princíp skúšok stlačením

a, b, Obr.1.13 Skúšky rúrok a, -vyhovujúce, b- nevyhovujúce


13

TECHNOLOGICKÉ SKÚŠKY

Referát č.1

Ročník: Študijná skupina: Meno študenta: Hodnotil: Počet bodov:

Dátum:

Zadanie: 1. Stanovte vhodnosť oceľového plechu pre hlboké ťahanie a určte jeho Erichsenove číslo IE. 2. Určte hlbokoťažnosť oceľového plechu skúškou podľa Engelhardta. 3. Zistite počet krutov do porušenia Al drôtu. 4. Porovnajte kvalitu drôtov z ocele, medi a mosadze skúškou striedavým ohýbaním.

téma 2 Defektoskopické skúšky

14

T É M A 2

DEFEKTOSKOPICKÉ SKÚŠKY 2.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je osvojiť si metódy defektoskopických skúšok a experimentálne pomocou kapilárnej, magnetickej, ultrazvukovej a rtg. defektoskopie identifikovať chyby strojných častí.. 2.2 Základné teoretické poznatky

Defektoskopické skúšky nám umožňujú zisťovať chyby polotovarov a výrobkov bez porušenia materiálu. Najdôležitejšími defektoskopickými skúškami sú skúšky kapilárne, prežarovacie, ultrazvukové a magnetické. Princíp kapilárnych metód STN 01 5007 spočíva v detekcii povrchových chýb, napr. trhlín alebo vnútorných chýb, avšak súvisiacich s povrchom, detekčnou tekutinou. Tá vniká do otvorených chýb a pôsobením kapilárnych síl opäť vystupuje na povrch, z ktorého bol odstránený prebytok detekčnej tekutiny a na ktorý bola nanesená vývojka. Schéma priebehu indikácie chyby pri kapilárnych skúškach je na obr.2.1. Do povrchovej trhliny a vnikne indikačný roztok - indikačná tekutina b, odstráni sa prebytočná tekutina z povrchu predmetu c a nanesie sa vývojka a prášok d.

Obr.2.1 Princíp kapilárnej skúšky, aplikačné spraye Detekčné tekutiny sú farebné, fluorescenčné a ostatné (napr. chemické indikátory) Farebné detekčné tekutiny vyvolávajú na bielom nánose vývojky farebnú indikáciu vhodných miest. Väčšinou sa užíva červená farba. Fluorescenčné detekčné tekutiny obsahujú látky, ktoré v ultrafialovom žiarení silne svetielkujú. Vývojky zvyšujú viditeľnosť stopy, ktorou je necelistvosť indikovaná. Vývojky sú tekuté (mokré) a práškové (suché). Tekuté vývojky sú suspenzie bieleho prášku v prchavých tekutinách. Suspenzia sa nanesie na povrch skúšaného povrchu, prchavá tekutina rýchle vyprchá a na povrchu ostane rovnomerná tenká vrstva prášku, na ktorom sa vyvolá indikácia chyby. Práškové vývojky tvorí biely prášok, ktorý priľne k povrchu skúšaného výrobku v miestach, kde z chýb vzlína na povrch detekčnú tekutinu. Užíva sa ich prevažne v spojení s fluorescenčnou detekčnou tekutinou. Na skúšky kapilárnymi metódami je potrebné:

1. zariadenie na konečné čistenie a odmasťovanie vyšetrovaného povrchu 2. zariadenie k nanášaniu detekčnej tekutiny 3. zariadenie k odstraňovaniu detekčnej tekutiny z povrchu


15

4. zariadenie k aplikácií vývojky 5. sušiace zariadenie 6. zariadenie k prehliadke povrchu, prípadne zviditeľnenie indikácie (u metódy

fluorescenčnej) Skúšobný postup je obdobný u všetkých kapilárnych metód a pozostáva:

� očistenie a odmastenie povrchu výrobku a uvoľnenie necelistvostí � nanesenie detekčnej tekutiny na vyšetrovaný povrch � prenikanie detekčnej tekutiny do necelistvostí � odstránenie nadbytočnej detekčnej tekutiny z povrchu � nanesenie vývojky � prehliadka indikácií

Defektoskopické skúšky magnetické. Ku skúšaniu homogenity súčastí vyrobených z feromagnetických materiálov sa často používa metód magnetických. Tieto metódy sa súhrnne nazývajú magnetická defektoskopia. Tieto skúšky sú normalizované normou STN 01 5015. Podľa druhu magnetického poľa vytvoreného v skúšanom predmete rozoznávame magnetizáciu:

a, pozdĺžnu - pólovú b, priečnu - cirkulárnu c, kombinovanú

Pozdĺžnu magnetizáciu je možné vytvoriť pomocou trvalých magnetov alebo elektromagnetov a magnetizačnými cievkami. Magnetické silokrivky prebiehajú predmetom pozdĺžne od jedného pólu k druhému (pozri obr.2.2). Zisťujú sa priečne trhliny, t.j. kolmé na smer magnetických silokriviek.

Obr. 2.2 Prístroj na Obr. 2.3 Schéma vyvodenia priečnej pozdĺžnu magnetizáciu magnetizácie Magnetizácia priečna sa dosahuje priamym prechodom prúdu skúšaným výrobkom (pozri obr. 2.3). Uskutočňuje sa jednoducho, zisťujú sa pri nej trhliny pozdĺžne, pričom je možné skúšať i výrobky komplikovaných tvarov. Magnetizácia kombinovaná umožňuje skúšaný predmet zmagnetizovať súčasne priečne i pozdĺžne a takto zistiť trhliny akokoľvek orientované. Väčšinou sa pozdĺžna magnetizácia vytvára jednosmerným prúdom a priečna prúdom striedavým.. Princíp metódy spočíva v detekcii, t.j. zviditeľnení povrchových trhlín, prípadne trhlín ležiacich tesne pod povrchom. Tieto chyby vyvolávajú po magnetizácií rozptylové magnetické polia na povrchu skúšaného predmetu. K ich zisteniu sa používa práškové železo (piliny). Železné čiastočky sa usadia v mieste trhliny, čím ju indikujú. Metóda rozptylových polí (metóda indukčná). Je založená na skutočnosti, že necelistvosť v zmagnetizovanom telese vychyľuje časť indukčného toku na povrch telesa ako tzv. rozptyl.


16

Rozptylové pole nad necelistvosťou sa indikuje vhodným usporiadaným vinutím - snímačom. Na skúšky touto metódou sa používajú dva druhy snímačov a to Permaloyova sonda a Hallova sonda. Skúška sa hodí pre kontrolu výrobkov z feromagnetických materiálov. Metóda vírivých prúdov. Zisťuje necelistvosť, ako príčinu zníženia elektrickej vodivosti v povrchovej vrstve materiálu. Pracuje bez dotykovo a dovoľuje preto vysokú rýchlosť prísunu materiálu ku skúšaniu. Je vhodná i pre nemagnetické materiály a jej citlivosť závisí na štruktúre a stave povrchu výrobku. Metóda vírivých prúdov má najvyšší význam v oblasti kontroly rúrok z feromagnetických materiálov určených na energetické zariadenia. STN 35 6884 Skúšanie materiálov a výrobkov ultrazvukom spočíva na priamočiarom šírení ultrazvukových vĺn v skúšanom materiály a na ich odraze na chybách v ňom. Za chybou tak nastáva čiastočný, alebo úplný ultrazvukový tieň. Dajú sa zistiť len tie defekty, ktorých priečne rozmery, t.j. rozmery v rovine kolmej ku smeru šírenia ultrazvuku sú väčšie, ako

polovica vlnovej dĺžky ultrazvukových vĺn. Najčastejšie sa používa prechodová a odrazová metóda. Pri prechodovej metóde tejto metóde sa zavádza ultrazvuk do skúšaného predmetu vysielacou sondou a po prechode sa zachycuje sondou prijímacou. Vysielacia a prijímacia sonda sú rovnakej konštrukcie, takže sa dajú zameniť. Princíp nedeštruktívneho skúšania ultrazvukovou prechodovou metódou je na obr. 2.5. V - vysielač ultrazvukového signálu P - prijímač s ručičkovým meracím prístrojom, ktorý indikuje amplitúdu signálu S - sondy s meničmi a - materiál s dobrým prechodom ultrazvuku, b, c, d - miesta v materiály so zlým prechodom ultrazvuku

Zariadením sa nedá zistiť príčina zníženia amplitúdy signálu (b - útlm, c - rozptyl, d - odraz) ani miesto, v ktorom sa eventuálne homogenity nachádzajú. Podstata odrazovej metódy odrazovej metódy spočíva v prijímaní odrazených ultrazvukových vĺn vyslaných do materiálu elektroakustickým meničom (sondou). Ultrazvukové vlny sa odrážajú od rozhrania dvoch akustický rozdielnych prostredí (to znamená vnútorných necelistvostí alebo protiľahlej steny skúšaného predmetu). Odrazené ultrazvukové vlny sa na obrazovke defektoskopu prejavujú akustických odporov oboch prostredí a od geometrie odrazovej plochy. Plocha echa na obrazovke udáva v merítku vzdialenosť odrazovej plochy od sondy. Princíp nedeštruktívneho skúšania impulznou odrazovou metódou je na obr. 2.6.

Obr. 2.5 Princíp skúšania prechodovou metódou

Obr. 2.4 Ultrazvukový merací prístroj


17

S - sonda s meničom elektrického VF signálu na ultrazvuk a naopak, ktorá nielen signál vysiela, ale prijíma i odrazené signály PI- počiatočný impulz, ktorého poloha odpovedá približne okamžiku vstupu ultrazvukového signálu do skúšaného materiálu KE- koncové echo, ktorého poloha odpovedá dráhe ultrazvukového signálu, ktorý prešiel celým prierezom skúšaného predmetu (v danom prípade, jeho poloha odpovedá hrúbke) PE - poruchové echo spôsobené odrazom signálu od vady, PE 1-prvý odraz, PE 2-druhý opakovaný odraz toho istého signálu a - materiál bez nehomogenít s nízkym útlmom b - materiál s vysokým útlmom c - materiál s drobnými nehomogenitami, ktoré spôsobujú rozptyl ultrazvukového signálu (vtrúseniny a podobne). d - materiál s vhodne orientovanou akustickou homogenitou (napr. trhlina) e - materiál s čiastočne tieniacou chybou.

Vzdialenosť medzi PI a PE 1, PE I a PE 2, PI a PE je hĺbka chyby pod povrchom. STN 01 5005 Nedeštruktívne skúšanie materiálov a výrobkov prežarovaním sú defektoskopické skúšky využívajúce princíp elektromagnetického žiarenia vyvodeného röntgenom, gama žiaričmi, alebo betatrónom. Princíp prežiarovacích metód spočíva v schopnosti týchto lúčov prenikať materiálom a zoslabovaním pri prechode indikovať zistenú chybu pomocou fotochemického, ionizačného alebo fluorescenčného efektu. Pri prechode materiálom sa lúče zoslabujú v závislosti od hrúbky a atómového čísla prežiareného

materiálu, od vlnovej dĺžky žiarenia a od celistvosti a homogenity materiálu. Najčastejšie sa používa snímkovacia, vizuálna a ionizačná metóda Obr. 2.7. Snímkovacia fotochemická metóda. Schematické usporiadanie pri snímkovaní znázornené na obr. 2.7. Z obrázku je zrejmé, že chyba v materiály sa centrálne premietne do roviny filmu a prejaví sa na vyvolanom filme ako tmavá škvrna oproti svetlejšiemu okoliu, lebo v mieste chyby je hrúbka materiálu (d) zmenšená o hrúbku chyby (x) a intenzita

Obr. 14.6 Princíp skúšania impulznou odrazovou metódou

Obr. 2.7 Röntgenový prístroj


18

lúčov je menej zoslabovaná. Z uvedeného je zrejmé, že zobrazenú chybu na filme rozoznáme tým lepšie, čím ostrejšie bude zobrazená a čím väčší bude rozdiel jej sčernania od sčernania okolia. Vizuálna (fluorescenčná) metóda. Za skúšaný predmet sa umiestni fluorescenčný štít, na ktorom sa obraz pozoruje vizuálne (zrakom). Aby obsluha bola chránená proti priamemu účinku lúčov, ktoré prešli štítom, obraz sa pozoruje v zrkadle. Vizuálna metóda je vhodná pre rýchlu kontrolu výrobkov a jej výhodou je, že predmet možno priamo vizuálne skúmať a v prípade potreby natáčať do vhodnej polohy. Ionizačná metóda. Intenzita lúčov, ktoré prešli skúmaným materiálom sa indikuje tzv. ionizačnou komorou. Podľa veľkosti intenzity lúčov vzniká v komôrke ionizačný prúd, ktorý sa ukáže priamo na stupnici meracieho prístroja. Prítomnosť chyby sa zistí na základe

rozdielu intenzít v chybnej a bezchybnej časti súčiastky. Týmto spôsobom je možné rýchle a automaticky kontrolovať veľké množstvá rovnakých výrobkov. Zosilňovacie fólie. Použitie zosilňovacích fólií je ovplyvnené energiou žiarenia a požiadavkami na akosť obrazu na rádiograme. Pri prežarovaní rtg. žiarením je doporučené použitie zosilňovacích fólií s ohľadom na materiál a jeho hrúbku. Pre prežarovanie žiarením gama, o väčšej energii sa doporučuje užívať olovené fólie hrúbky 0,1 až 0,2 mm a jemnozrnné filmy. Mierky z drôtikov. Podľa nich sa určuje akosť rádiogramu. Mierku tvorí sada 7 drôtikov odstupňovaných priemerov. Drôtiky sú zalisované do puzdrá z umelej hmoty, pričom sa dodržuje zásada, že materiál drôtikov odpovedá svojím chemickým zložením materiálu výrobkov, ktoré sú prežiarením skúšané.

Otázky:

1. Čo je defektoskopia ? 2. Napíšte postup pri kapilárnej metóde. 3. Podľa druhu magnetického poľa vytvoreného v skúšanom predmete rozoznávame

magnetizáciu. 4. Definujte ultrazvuk. 5. Môžeme použiť ultrazvukovú metódu na zistenie vád tvarovo zložitých súčiastok ? 6. Pri akej metóde a na čo používame drôtikové mierky. 7. Aké druhy snímačov môžeme použiť pri metóde rozptylových polí ? 8. Pozdĺžna magnetizácia sa vytvára ........... prúdom a priečna ...................prúdom. 9. Vysvetlite podstatu odrazovej ultrazvukovej metódy. 10. Vysvetlite podstatu prechodovej ultrazvukovej metódy

Obr. 14.7 Princíp rádiografickej metódy


19

DEFEKTOSKOPICKÉ SKÚŠKY

Referát č.2


Dátum:

Zadanie: 1. Ultrazvukovou metódou zmerajte hrúbku oceľového predmetu a posúďte, či má ultrazvuková metóda

mŕtvu zónu. 2. Kapilárnou metódou zistite prítomnosť trhlín na pružine a kotúčovom noži. Nakreslite nôž a pružinu s

defektmi do zošita. 3. Magnetickou práškovou polievacou metódou zistite, či na výreze z ozubenia je trhlina.

téma 3 Kvantitatívna metalografická analýza

20

TÉMA 3

KVANTITATÍVNA METALOGRAFICKÁ ANALÝZA

3.1 Cieľ

Teoreticky aj prakticky zvládnuť metódy kvantitatívnej metalografickej analýzy. Vedieť určiť veľkosť zrna kovov a zliatin, určiť percentuálny pomer štruktúrnych zložiek a čistotu kovových materiálov. 3.2 Základné teoretické poznatky

Pre hodnotenie štruktúry kovových materiálov nestačí len kvalitatívne analyzovanie jednotlivých štruktúrnych zložiek, ale je dôležité aj kvantitatívne hodnotenie, lebo ich vzájomný pomer môže zásadne ovplyvniť mechanické a fyzikálne vlastnosti materiálov. Štruktúrne častice môžu mať zásadne odlišné vlastnosti ako napr. cementit, grafit v zliatinách železa, môžu mať nepravidelné tvary a preto ich treba štatisticky analyzovať. Častice, vylúčené v podobe precipitátov spôsobujú vytvrdzovanie a zvyšujú medzu sklzu kovových materiálov. Na medzu sklzu aj na ostatné vlastnosti výrazne vplýva veľkosť zrna. Preto vyhodnocovanie veľkosti zrna a rovnomernosti zŕn patrí k najčastejšie používaným metódam kvantitatívnej analýzy ocelí aj iných kovových materiálov. 3.3 Vyhodnotenie veľkosti zrna

Pri vyhodnocovaní zrna sa meria veľkosť zŕn, plocha zŕn, počet zŕn pripadajúcich na plošnú jednotku, povrch zŕn, počet zŕn v jednotke objemu a pod. Pre určenie veľkosti zrna sa najčastejšie hodí štruktúra, podrobená homogenizačnému žíhaniu, ktorá má polyedrický rovnomerný charakter. Veľkosť zrna sa určuje rôznymi metódami a možno ich rozdeliť na metódy výpočtové a metódy porovnávacie. 3.3.1 Výpočtové metódy merania veľkosti zrna Metóda podľa Müllera Pri tejto metóde sa vymedzí plocha zŕn podľa hraníc zŕn. Plocha sa musí merať planimetrom, alebo vážením, preto sa táto metóda málo používa. Stredná plocha zrna f sa vypočíta podľa vzorca:

2.Zx

Ff = [mm2]

Kde, F - plocha vymedzená v mm2, x - počet zŕn vo vnútri plochy, Z - zväčšenie. Metóda Jefferiesova Norma STN 42 0462 na určenie veľkosti zrna používa postup počítania zŕn. Princíp tejto metódy je jednoduchý, ako to ukazuje obr. 3.1. Volí sa plocha určitého tvaru v mm2, napr.


21

kruh o priemere D = 79,8 mm, alebo štvorec o strane 70,7 mm. Pri výpočte sa určuje počet celých zŕn (x), ktoré sa nachádzajú vo vnútri plochy a počet zŕn (n) preťatých kružnicou. Nepresnosť výpočtu, ktorá je spôsobená preťatými zrnami vo vymedzenej ploche sa koriguje koeficientom c. Pre kruhovú plochu je tento koeficient 0,6 a pre štvorcovú 0,7. Vzorec pre strednú plochu zrna podľa tejto metódy je:

2

1

).(

.

Zxnc

Kf ⋅

+= [mm2]

Kde: K - plocha voleného plošného útvaru v mm2, Z - zväčšenie, x - počet celých zŕn vo volenom útvare, n - počet preťatých zŕn útvarom, c - koeficient (0,6 alebo 0,7)

3.3.2 Metódy porovnávacie

Metódy porovnávacie sú najjednoduchšie a najpoužívanejšie. Táto metóda je normalizovaná a používa sa stupnica ASTM a u nás norma STN 42 0464. Táto norma platí pre stanovenie strednej veľkosti zrna ocelí s jednofázovou alebo prevažne jednofázovou štruktúrou. Norma sa nedá použiť na stanovenie veľkosti silne deformovaných zŕn ani pri štruktúrach s veľmi rozdielnymi veľkosťami zŕn. Pri hodnotení veľkosti zrna sa štruktúra porovnáva s etalónom rôznych zrnitostí (obr. 3.2) pri 100 – násobnom zväčšení. Čísla pri obrázkoch vyjadrujú strednú veľkosť zrna k podľa STN. V tab. 3.1 sú stupnice zrnitosti odpovedajúce obr. 3.2. Nakoľko veľkosť zrna sa vzťahuje pre 100 – násobné zväčšenie, norma STN obsahuje prepočítavaciu tabuľku (Tab. 3.2). Tabuľka 3.2 sa používa vtedy, keď máme napr. na fotografii hodnotiť štruktúru pri inom zväčšení než 100 - násobnom. K niektorým mikroskopom sa dodáva špeciálna okulárová hlavica, v ktorej je rada porovnávacích etalónov a súčasne číslo veľkosti zrna v jednej polovici zorného poľa a v druhej polovici sa dá porovnávať pozorovaná štruktúra.

3.4 Určenie percentuálneho pomeru štrukturálnych zložiek Existuje niekoľko metód modálnej stereologickej analýzy. Bodová modálna analýza. Pracuje s bezrozmernými údajmi. Pozorovanou plochou vzorky alebo mikrofotografie sa preloží sieť orientovaných alebo neorientovaných bodov. Vzdialenosť bodov pri orientovanej štruktúre musí byť väčšia ako priemerná veľkosť zrna. Dva body nesmú padnúť do jedného zrna. Počet bodov Bp potom vyjadruje celkový objem analyzovanej fázy Vo. Bp = Vo

Obr. 3.1 Určovanie veľkosti zrna Jefferiesovou metódou


22

Tabuľka 3.1 Stupnica zrnitosti podľa STN 42 0462 Stredná veľkosť

zrna k

číslo veľkosti

Stredná plocha zrna SST

mm2

Stredný počet zŕn v ploche 1 mm2

NST počet

Stredný počet zŕn v 1 mm3

ONR

počet

Stredný rozmer zrna dST

mm -3 1,024 1 1 1 -2 0,512 2 3 0,694

-1 0,256 4 8 0,5

0 0,128 8 21 0,352

1 0,064 16 64 0,250

2 0,032 32 179 0,177

3 0,016 64 512 0,125

4 0,008 128 1446 0,088

5 0,004 156 4096 0,060

6 0,002 512 11417 0,041

7 0,001 1024 32768 0,031

8 0,0005 2048 96160 0,022

9 0,00025 4096 262144 0,015

10 0,000125 8192 737280 0,012

11 0,000062 16384 2097152 0,0079

12 0,000031 32768 5930808 0,0056

13 0,000016 65536 16777216 0,0039

14 0,000008 131072 47448064 0,0027

Tabuľka 3.2. Prepočítavacia tabuľka pre rôzne zväčšenia. Zv. Stredná veľkosť zrna k

100x -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

25x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

200x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

300x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

400x 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

500x 1 2 3 4 5 6 7 8 9

800x 1 2 3 4 5 6 7 8


23

Obr. 3.2 Stupnica zrnitosti podľa STN 42 0462 Číslo veľkosti k na obrázku je platné pre Zv. 100 x.


24

Čiarová modálna analýza. Pozorovanou plochou sa preloží sústava rovnobežných alebo náhodných priamok (v prípade orientovanej štruktúry). Podiel dĺžky priamok pripadajúcich na určovanú štruktúrnu zložku k celkovej dĺžke priamok udáva % pomer objemu pozorovanej štruktúrnej zložky v jednotke objemu vzorky. Lp = Vo Lp – dĺžka čiary analyzovane fázy Vo – celkový objem analyzovanej fázy. Plošná modálna analýza. Plocha Pp, ktorú na jednotke plochy pozorovanej vzorky materiálu zoberie určovaná štrukturálna zložka, je ekvivalentná objemu, ktorý táto zložka zaberá v jednotke analyzovanej vzorky. Pp = Vo

3.5 Hodnotenie čistoty materiálu Nečistoty v kovových materiáloch vznikajú v procese výroby a ovplyvňujú ich vlastnosti. Najväčšia pozornosť z hľadiska čistoty je venovaná oceliam. Inklúziami v oceliach nazývame častice, ktoré vznikajú v tekutom alebo v tuhom stave reakciou prímesových prvkov s O, N C rozpustených v kove, vzájomnou reakciou prímesových prvkov medzi sebou, alebo reakciou tekutého kovu s vymurovkou. Podľa zloženia inklúzie rozlišujeme na: a. Oxidy, ktoré môžu byť, FeO, MnO, SiO2, Al2O3 atď. Oxidy na výbruse sa objavujú vo

forme globúl, často veľmi jemných. b. Kremičitany, 2FeO.SiO2 sú väčšinou hrubšie globulitické útvary tmavosivej farby. c. Hlinitany, vznikajú pri dezoxidácii hliníkom a tvoria jemné útvary. d. Sulfidy (sirníky) sú najčastejšie inklúzie v oceliach a sú to FeS a MnS. Sulfidy sú

väčšinou pretiahle útvary svetlosivej farby. e. Nitridy a karbidy napr. nitridy Ti, V, Zr karbidy Ti, V, W sú veľmi drobné častice. Nečistoty v podobe inklúzii sa určujú dvoma metódami: Porovnávacia metóda Podľa normy STN 42 0272 sa hodnotia oxidy a sulfidy a používajú sa číselné stupnice podľa typu a veľkosti. Z údajov sa vypočítajú priemerné hodnoty jednotlivých typov inklúzii. Výpočtová metóda Pri tejto metóde sa určuje množstvo nečistôt v hmotnostných percentách, počet a rozmery jednotlivých typov vtrúsenín. Zo zistených rozmerov sa dá vypočítať plocha, ktorú inklúzie na výbruse zaberajú. 3.6 Metódy kvalitatívnej analýzy Metódy kvalitatívnej analýzy využívajú elektronické prístroje s počítačom, napr. kvantimeter, ktorý na základe rôzneho stupňa sčernania základnej farby umožňuje určovať percentuálne množstvo fáz o rôznom sfarbení. Mikroštruktúru sníma kamera, ktorá údaje spracúva


25

automatickým analyzátorom s vysokou presnosťou a reprodukovateľnosťou. Skúmaný obraz je pozorovaný na monitore a výsledky sa digitálna odčítavajú.

Ďalším prístrojom je elektronický obrazový analyzátor, ktorý je schopný zisťovať veľkosť zŕn, spočítať zrná rovnakej veľkosti, určovať počet častíc a triediť ich. Otázky:

1. Akými metódami môžeme určovať veľkosť zrna ? 2. Napíšte vzťah pre výpočet strednej plochy zrna podľa Müllera. 3. Napíšte vzťah pre výpočet strednej plochy zrna podľa Jefferiesa. 4. Porovnávacia metóda sa nedá aplikovať ak je štruktúra... 5. Akými metódami určujeme percentuálny pomer štrukturálnych zložiek ? 6. Ako rozdeľujeme inklúzie ? 7. Vymenujte oxidy. 8. Vymenujte sulfidy. 9. Ako môžu vznikať inklúzie ? 10. Na čo sa používa kvantimeter.

KVANTITATÍVNA METALOGRAFICKÁ ANALÝZA

Referát č.3


Dátum:

Zadanie: 1. Určite veľkosť zrna metódou Jefferiesovou a porovnávacou podľa STN 42 0464. 2. Na mikrofotografii určite objemový podiel perlitu lineárnou metódou a z neho stanovte približný %

obsah uhlíka. 3. Na dvoch nenaleptaných fotografiách ocelí vyhodnoťte druh nekovových inklúzii. 4. Podľa stanovenej veľkosti zrna dz(dsT) vypočítajte použitím Hall - Petchovho vzťahu medzu klzu Re

zadaného materiálu.


26

téma 4 Metastabilný rovnovážny diagram Fe-Fe3C

27

TÉMA 4

METASTABILNÝ ROVNOVÁŽNY DIAGRAM Fe-Fe3C 4.1 Cieľ

Osvojiť si štruktúrnu stavbu zliatin Fe-Fe3C a to konkrétne uhlíkových ocelí a ledeburitických (bielych) liatin, ako aj proces ich kryštalizácie. Zliatiny Fe-C sú rozhodujúcim

konštrukčným materiálom a z tohto pohľadu považujeme za nutné poznať vplyv

obsahu uhlíka v zliatinách Fe-C na výslednú štruktúru a tým aj na ich vlastnosti. 16.2 Základné teoretické vlastnosti

Na obr. 4.1 je znázornený rovnovážny diagram Fe-Fe3C. Môžeme ho charakterizovať ako diagram dvoch zložiek dokonale rozpustných v tekutom stave a obmedzene jednostranne (C sa rozpúšťa v mriežke Fe) rozpustných v tuhom stave pričom jedna zložka (Fe) je polymorfná a dochádza k jej prekryštalizácii. Podľa tejto sústavy kryštalizujú ocele (zliatiny Fe-C do obsahu 2,11 % C) a ledeburitické (biele) liatiny (od 2,11 % C do cca 6,67 % C). Zložky (komponenty) tvoria Fe a Fe3C (k = 2). Výsledné vlastnosti sú závislé jednak od pomeru zložiek a s tým súvisiacich vzniknutých fáz, ale aj od ich stavby, rozloženia a pod. Na obr. 4.2 je graficky znázornená závislosť základných mechanických vlastnosti od obsahu uhlíka. V rovnovážnom diagrame Fe-Fe3C (obr. 4.1) sa vyskytujú pri rôznych podmienkach (teplota, koncentrácia) tieto fázy:

Obr. 4.1 Rovnovážny diagram Fe-Fe3C

ocele biele liatiny

podeutektické BL nadeutektické BL podeutekto. nadeutektoidné

pr. pr.


28

T a v e n i n a T neobmedzený tekutý roztok atómov Fe a C. A u s t e n i t A je to intersticiálny tuhý roztok uhlíka v mriežke železa Feγ. Maximálna (tuhý roztok) rozpustnosť uhlíka je pri teplote 1148°C a to 2,11 % C. Má mriežku

K12 a atómy uhlíka sa najčastejšie ukladajú do dutín mriežky K12 so súradnicami 1/2,0,0.

C e m e n t i t C Karbid železa Fe3C. Chemická zlúčenina s hmotnostným množstvom 6,67 % C. Kryštalizuje v sústave rhombickej. V diagrame Fe-Fe3C sa vyskytuje 5 druhov cementitu:

CI – primárny – vylučuje sa z taveniny CII – sekundárny – vylučuje sa z austenitu CIII – terciárny – vylučuje sa z feritu CIV – eutektický – je súčasťou ledeburitu a ledeburitu premeneného CV – eutektoidný – je súčasťou perlitu F e r i t F je to intersticiálny tuhý roztok uhlíka v mriežke železa (Feα).

Najvyššia rozpustnosť uhlíka vo ferite je 0,02 % pri teplote 727°C. Ferit má mriežku K 8 a atómy uhlíka obsadzujú zvyčajne pozície v dutinách mriežky K 8 so súradnicami 1/2,0,1/4.

Štruktúrne zložky v zliatinách tvoria uvedené fázy, ale aj ich mechanické zmesi. Čiže štruktúrnymi zložkami okrem fáz sú: L e d e b u r i t L Je to eutektikum (mechanická zmes), ktorá sa skladá z dvoch fáz, austenitu a eutektického cementitu. Vzniká z taveniny s chemickým zložením 4,3 % C pri teplote 1148°C. P e r l i t P Je to eutektoid (mechanická zmes) skladajúca sa z kryštálov feritu a eutektoidného cementitu. Vzniká z austenitu ktorý nadobudol chemické zloženie bodu S

(0,76 % C) pri teplote 727°C. L e

d e b u r i t pretvorený LP je eutektikum, mechanická zmes pozostávajúca z perlitu a eutektického cementitu.

Zliatina Z1

Mikroštruktúru zliatiny Z1 pozorovanou optickým mikroskopom reprezentuje obr.4.4. Štruktúra pozostáva z dvoch štruktúrnych zložiek a to feritu (biele zrná) a perlitu (tmavšie zrná), čiže je to štruktúra podeutektoidnej ocele. Odhadom stanovíme (presne planimetrovaním) percentuálny podiel zŕn feritu a perlitu v štruktúre (F = 60 %, P = 40 %) a vypočítame približné chemické zloženie (obsah uhlíka) zliatiny Z1

Obr. 4.2 Závislosť Re, Rm, HB, A, Z a KCV od obsahu uhlíka v zliatine Fe-C.

a, b, Obr. 4.3 Časť diagramu Fe-Fe3C


29

podľa úmery: 100%P 0,76%C

40%P X%C Zliatinu Z1 vyznačíme do diagramu Fe-Fe3C (obr. 4.3) a popíšeme proces jej kryštalizácie. Kryštalizácia zliatiny Z1 začína v bode 1 tvorbou zárodkov austenitu o zložení d. S klesajúcou teplotou pribúda množstvo austenitu na úkor taveniny podľa pákového pravidla. Napr. v bode e je pomer koexistujúcich fáz taveniny QT a austenitu QA daný:

em

eh

Q

Q

A

T =

Sústava má podľa fázového pravidla jeden stupeň voľnosti 11221 =+−=+−= fkv (k - počet komponent = 2, Fe a Fe3C, f - počet fáz = 2, tavenina, austenit) a preto proces kryštalizácie prebieha v intervale teplôt < 1, 2 > (obr. 4.3b).

Zloženie austenitu pri kryštalizácii sa mení podľa čiary d ,2 a zloženie taveniny podľa čiary1,n .V bode 2 sa ukončí proces kryštalizácie a v intervale teplôt < 2, 3 > je ochladzovanie austenitu. V bode 3 začína prekryštalizácia Feγ na Feα. Z austenitu sa začne vylučovať nová fáza f e r i t prednostne na hraniciach pôvodných austenitických zŕn. Ferit obsahuje veľmi malé množstvo uhlíka (v bode 3 vznikne zárodok feritu o zložení r) a preto zostávajúci austenit sa

obohacuje o uhlík podľa čiary 3,S . V bode 4 podľa pákového pravidla je koexistujúce množstvo fáz austenitu

QA a feritu QF dané pomerom:Q

Q

P

SA

F

=4

4

pričom chemické zloženie austenitu je dané bodom S a feritu bodom P. Začne eutektoidná reakcia a austenit sa mení na p e r l i t. Podľa fázového zákona: v = 2 - 3 + 1 = 0 (fázy sú 3: austenit, ferit a eutektoidný cementit, ktorý spolu s feritom tvorí vznikajúci perlit) proces prebieha pri konštantnej teplote a preto na krivke ochladzovania je zádržná čiara (pozri obr. 4.3b). Ak sa premení všetok austenit na perlit, zaniká jedna fáza (austenit) a od bodu 4´ nastáva ochladzovanie. Výsledná štruktúra je potom tvorená zrnami feritu a perlitu (obr. 4.4). Na obr. 4.5 sú dokumentované charakteristické zliatiny Fe-Fe3C a ich krivky ochladzovania. Otázky:

1. Aké max. %C obsahujú ocele a ako sa delia podľa %C ? 2. Aké max. %C obsahujú ledeburitické (biele)liatiny a ako sa delia podľa %C ? 3. Vymenujte komponenty v diagrame Fe-Fe3C. 4. Vymenujte fázy v diagrame Fe-Fe3C. 5. Vymenujte štrukturálne zložky v diagrame Fe-Fe3C. 6. Nakreslite závislosť základných mechanických vlastnosti od obsahu uhlíka . 7. Nakreslite krivku ochladzovania F+P ocele a popíšte ju. 8. Definujte eutektoid. 9. Definujte eutektikum. 10. Definujte cementit a napíšte koľko druhov cementitov je v diagrame Fe-Fe3C

Obr. 4.4 Mikroštruktúra feriticko - perlitická


30


31

METASTABILNÝ ROVNOVÁŽNY DIAGRAM Fe-Fe3C

Referát č.4


Dátum:

Zadanie: 1. Pozorujte optickým mikroskopom mikroštruktúru vzorky Z1. Určite približný % obsah C danej zliatiny

zo systému Fe-Fe3C. Štruktúru vzorky nakreslite a popíšte štruktúrne zložky. Vypočítajte zväčšenie pri ktorom ste vzorku pozorovali.

2. Na základe mikroštruktúry vzorky Z2 na fotografii určite či ide o oceľ: � podeutektoidnú � eutektoidnú � nadeutektoidnú,

alebo ledeburitická liatinu: � podeutektickú � eutektickú � nadeutektickú

Štruktúru nakreslite a popíšte jej štruktúrne zložky. 3. Nakreslite diagram Fe-Fe3C, vyznačte v ňom zliatiny Z1 a Z2. Nakreslite krivky ochladzovania oboch

zliatin. Popíšte proces kryštalizácie (krivky ochladzovania) zadaných zliatin.


32

téma 5 Stabilný rovnovážny diagram Fe-grafit

33

TÉMA 5

STABILNÝ ROVNOVÁŽNY DIAGRAM Fe - GRAFIT

5.1 Cieľ

Osvojiť si štruktúrnu stavbu grafitických (sivých) liatin a procesy ich kryštalizácie. Poukázať na podmienky vzniku grafitických (sivých) liatin a podstatu ich mechanických vlastností. 5.2 Základné teoretické poznatky Za určitých podmienok môže uhlík kryštalizovať priamo z taveniny a vylučovať sa z tuhého

roztoku sekundárne vo forme grafitu. Vo forme grafitu sa môže vylúčiť všetok uhlík, alebo len časť a zvyšok C sa vylúči vo forme cementitu. Rozhodujúci vplyv na vylučovanie grafitu má obsah C a Si (pozri obr.5.1). Napr. ak zliatina obsahuje 3 % C a 4 % Si všetok C sa vylúči v podobe grafitu a ak pri obsahu 3 % C bude zliatina obsahovať len 2 % Si pri eutektoidnej reakcii sa austenit premení na perlit (mechanickú zmes feritu a cementitu).

Obr. 5.1 Vplyv Si a C na štruktúru grafickej liatiny Čiže uhlík rozpustený v austenite sa vylúči v podobe cementitu. Všetky možnosti sú zobrazené v diagrame na obr. 5.1. Pri dosiahnutí stabilného rovnovážneho stavu je rozhodujúca aj difúzna schopnosť. To znamená, že pri chemickom zložení 3 % C a 3 % Si môže vzniknúť rôzna matrica grafitickej liatiny a to od feriticko - grafitickej až po ledeburitickú liatinu v závislosti od rýchlosti ochladzovania (teda od potlačenia difúznych procesov). Z uvedených dôvodov je najvhodnejšie diagram Fe - grafit v jednotlivých oblastiach popísať vzniknutými fázami. Keďže pre ocele (c < 2,11 %) je vylučovanie grafitu z tuhého roztoku austenitu a feritu neprípustné, popisuje sa obvykle len časť diagramu platná pre liatiny. Na obr.5.2 je čiarkovane nakreslený stabilný rovnovážny diagram Fe - grafit. Oproti metastabilnému diagramu (plné čiary) má stabilný diagram charakteristické teploty posunuté k vyšším teplotám a charakteristické body chemického zloženia (S, E, C) k nižšiemu obsahu uhlíka. Vlastnosti sivých (grafitických) liatin síce ovplyvňuje matrica (ferit, ferit-perlit, perlit, perlit-cementit), ale rozhodujúci vplyv má tvar grafitu, ktorý má prakticky nulovú pevnosť a okrem toho pôsobí ako vrub, teda spôsobuje koncentráciu napätia. Ak je grafit vylúčený v podobe drobných lupienkov, špičky napätia dosahujú 10 až 20 násobok vonkajšieho namáhania a pevnosť v ťahu takejto liatiny je veľmi nízka (cca 100 MPa) a ťažnosť prakticky nulová, porušuje sa krehko. Vylúčenie zrnitého grafitu si vyžaduje pridávať do zliatiny očkovadlá (napr. horčík), tým poklesne vrubový účinok grafitu a umožní sa výraznejšie využitie pevnosti matrice. Pritom takéto grafitické liatiny majú aj určitú ťažnosť (až 5 %).


34

Podľa STN 42 0461 sa hodnotí spôsob a druh vylúčeného grafitu, veľkosť a množstvo grafitu.

Obr. 5.2 Rovnovážny diagram Fe - grafit

Otázky:

1. Obsah ktorých prvkov má rozhodujúci vplyv na vylučovanie grafitu ? 2. Aký je rozdiel medzi metastabilným a stabilným diagramom ? 3. Nakreslite diagram vplyvu Si a C na štruktúru grafitickej liatiny. 4. Nakreslite krivku ochladzovania V1 a popíšte jej oblasti. 5. Akú rýchlosť ochladzovania má perlitická sivá liatina ? 6. Akú pevnosť má grafit ? 7. Čo sú očkovadlá a za akým účelom sú pridávané do sivých liatin ? 8. Aký tvar vylúčeného grafitu je najmenej vhodný pre pevnosť sivej liatiny ? 9. Nakreslite štruktúru pri teplote okolia zliatiny V3. 10. Nakreslite krivku ochladzovania zliatiny V2.

Na obr. 5.3 sú dokumentované charakteristické štruktúrne stavby a krivky ochladzovania zliatiny Fe - C s obsahom 3 % C pri rôznych rýchlostiach ochladzovania. Platí V1<V2<V3<V4<V5.


35

Obr. 5.3 Grafitické liatiny. V1 - feritická; V2 – feriticko-perlitická;b V3- perlitická;

V4 – perliticko-cementitická; V5- perliticko-cementiticko-ledeburitická


36

STABILNÝ ROVNOVÁŽNY DIAGRAM Fe – GRAFIT

Referát č.5


Dátum:

Zadanie: 1. Pozorujte optickým mikroskopom mikroštruktúru vzorky Z1...... . Určite druh danej grafitickej liatiny.

Štruktúru vzorky nakreslite a popíšte štruktúrne zložky. Vypočítajte zväčšenie, pri ktorom ste vzorku pozorovali.

2. Na základe mikroštruktúry vzorky na fotografii určite druh grafitickej liatiny Z2. Štruktúru nakreslite a popíšte štruktúrne zložky.

3. Nakreslite diagramy Fe - grafit, s Fe-Fe3C do spoločného súradného systému a popíšte jednotlivé oblasti. Nakreslite krivky ochladzovania Z1 a Z2 grafitických liatin. Popíšte proces kryštalizácie (krivky ochladzovania) zadaných liatin. Porovnajte vlastnosti uvedených liatin na základe ich štruktúry.


37

téma 6 Žíhanie ocelí

38

TÉMA 6

ŽÍHANIE OCELÍ 6.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je získať základné poznatky o vplyve rôznych druhov žíhania na štruktúru a mechanické vlastnosti uhlíkových ocelí. 6.2 Základné teoretické poznatky

Žíhanie ocelí umožňuje získať štruktúry s požadovanými mechanickými vlastnosťami hotových súčiastok, alebo vhodnými vlastnosťami na ich ďalšie spracovanie. Základnou charakteristikou jednotlivých druhov žíhania je ohrev na určitú teplotu, zotrvanie na nej a nasledujúce pomalé ochladenie, ktoré zabezpečí vznik rovnovážnej štruktúry. Spôsoby žíhania možno rozdeliť na dve skupiny: 1. žíhanie bez prekryštalizácie 2. žíhanie s prekryštalizáciou 6.2.1 Žíhanie bez prekryštalizácie

Pri žíhaní bez prekryštalizácie je žíhacia teplota nižšia ako Ac1. Počas ohrevu, či

ochladzovania nedochádza k fázovým premenám. Žíhanie bez prekryštalizácie zahrňuje žíhanie na odstránenie napätí, rekryštalizačné žíhanie, žíhanie na mäkko a ďalšie. Teplotné oblasti jednotlivých druhov žíhania sú zakreslené v diagrame na obr. 6.1. Žíhanie na odstránenie napätí sa zaraďuje po tých technologických operáciách, pri ktorých

vznikajú v spracovávaných predmetoch vnútorné napätia. Pokles napätí prebieha následkom relaxácie prevažne cestou plastickej deformácie. Avšak mikroštruktúra takto žíhaných ocelí sa nemení. Po zváraní sa používa žíhanie pri teplote 550 – 650°C, po obrábaní reznými nástrojmi sa žíha pri teplote 550 – 650°C, po tvárnení za tepla pri 600 – 680°C. Doba výdrže pri teplote žíhania býva 1 - 2 h. Ochladzovanie zo žíhacej teploty prebieha malou rýchlosťou do teploty 250°C v peci, ďalej na vzduchu. Rekryštalizačné žíhanie sa používa na odstránenie následkov deformácie za studena na štruktúru a mechanické vlastnosti ocelí. Pri deformácií za studena valcovaním, ťahaním alebo lisovaním zrná ocele sa v smere tvárnenia predlžujú a kolmo na tento smer zužujú. Zvyšuje sa medza pevnosti a tvrdosť materiálu, klesá ťažnosť. Práca spotrebovaná na zmenu tvaru, mení sa z väčšej časti na teplo, zvyšok 10 - 15 % sa akumuluje vo vnútri kovu vo forme vnútorných napätí. Tieto napätia sú potom príčinou zmeny

Obr. 6.1 Teplotné pásma žíhania ocelí. a - homogenizačné, b - normalizačné, c - na mäkko, d - rekryštalizačné, e - protivločkové, f - na odstránenie vnútorných napätí, g, na odstránenie krehkosti po morení


39

mechanických a fyzikálnych vlastností materiálu. Fyzikálna podstata rekryštalizácie spočíva v premene deformovaných zŕn na zrná nedeformované. Proces rekryštalizácie možno rozdeliť na dve etapy. Prvú tvorí primárna rekryštalizácia, ktorá zahrňuje vznik zárodkov rekryštalizovaného kovu a ich rast na úkor deformovanej matrice. Ukončením rekryštalizácie celého objemu deformovaného kovu je zavŕšená primárna rekryštalizácia. V priebehu druhej etapy, sekundárnej rekryštalizácie, rastú niektoré zrná na úkor iných. Štruktúra nadobúda nerovnomernú veľkosť zrna. Teplota rekryštalizačného žíhania musí byť vždy vyššia ako teplota rekryštalizácie, ktorú možno určiť zo vzťahu T

rekr. = (0,35 - 0,40) Ttav

[K-1] pričom T

tav je absolútna teplota tavenia kovov v Kelvinoch. Uhlíkové ocele sa rekryštalizačne

žíhajú pri 600 – 650°C. Žíhanie na mäkko používa na zlepšenie opracovateľnosti ocele. Jeho podstatou je sferoidizácia a čiastočná koagulácia karbidických častíc štruktúry. Výsledná štruktúra, tvorená feritom a guľovitými časticami karbidov, sa nazýva globulárny alebo zrnitý perlit. Teplota žíhania na mäkko je 660 – 700°C, výdrž na teplote činí 4 - 12 h. Po žíhaní nasleduje ochladenie v peci alebo na vzduchu. Proces vytvárania zrnitého perlitu v nadeutektoidných oceliach možno urýchliť niekoľkonásobným kolísaním teploty okolo Ac1

, kedy pri prekročení

uvedenej teploty vzniknutý nehomogénny austenit obsahuje veľké množstvo submikroskopických karbidov, ktoré pri ochladzovaní pôsobia ako zárodky pre vznik zrnitých karbidov. Táto modifikácia žíhania na mäkko však svojou podstatou už zasahuje do spôsobov žíhania s prekryštalizáciou. 6.2.2 Žíhanie s prekryštalizáciou

Pri žíhaní s prekryštalizáciou sa ocele ohrievajú nad teplotu AC3

, resp. ACm pričom

dochádza ku prekryštalizácii a štruktúra je austenitická. Podľa výšky prekročenia tejto teploty žíhania a rýchlosti ochladzovania z teploty žíhania rozoznávame základné žíhanie, normalizačné žíhanie a difúzne alebo homogenizačné žíhanie. Základné žíhanie sa používa prevažne u konštrukčných ocelí podeutektoidného typu. Podstatou základného žíhania je odstránenie všetkých nepravidelností štruktúry, ktoré boli vyvolané predchádzajúcim spracovaním, napr. vysokými alebo nízkymi dovalcovacími teplotami, prehriatiam štruktúry a pod. Žíhanie sa robí pri teplotách 30 – 50°C nad ACc3 alebo ACm. Čas výdrže na teplote býva v širokom rozmedzí od niekoľkých hodín až po desiatky hodín a závisí na hrubozrnnosti východzej štruktúry, rozmere a hmotnosti žíhaného predmetu, jeho chemickom zložení, type použitej pece a pod. Po ukončení výdrže na teplote výrobky sa ochladzujú spravidla v peci: uhlíkové ocele rýchlosťou do 180°C.h-1, nízkolegované do

100°C.h –1

a vysokolegované do 50°C.h-1. Štruktúra ocele po žíhaní sa vyznačuje rovnomerným zrnom a výrazne lamelárnym perlitom. Normalizačné žíhanie sa používa u ocelí uhlíkových a nízkolegovaných za účelom zjemnenia a zrovnomernenia zrna. Robí sa pri teplotách 30 - 50°C nad teplotu AC3 a ACm s nasledujúcim ochladením na vzduchu, zabezpečujúcim rozpad austenitu v oblasti perlitických premien. Normalizačným žíhaním nízkouhlíkových ocelí sa oproti základnému žíhaniu potláča vznik štrukturálne voľného cementitu, zhoršujúceho vlastnosti ocele pri dynamickom namáhaní. U stredne a vysokouhlíkových ocelí vznikajú štruktúry jemnejšie, s vyššími pevnostnými vlastnosťami. O voľbe základného alebo normalizačného žíhania treba rozhodnúť vždy s ohľadom na požadované vlastnosti ocelí po žíhaní. Ocele dedične jemnozrnné možno výhodne podrobiť vysokému normalizačnému žíhaniu pri teplotách 100 - 150°C na AC3, resp.


40

ACm. Vysoká teplota normalizácie prispieva k väčšej homogenizácií chemického zloženia austenitu a skracuje dobu výdrže na teplote. Difúzne žíhanie sa robí u ocelí s rozvinutou dendritickou likváciou. Na dendritickú likváciu okrem uhlíka vplýva síra, fosfor, mangán, nikel, chróm, kremík a iné. Pri žíhaní dochádza ku koagulácií niektorých inklúzii, čo priaznivo ovplyvňuje tvárniteľnosť ocelí. Difúzne žíhanie sa robí pri teplotách 1100 - 1180°C, doba výdrže na teplote sa pohybuje v rozmedzí 8 - 18 h. Nasledujúce ochladzovanie sa robí do teploty 800 – 850°C v peci, ďalšie ochladzovanie na vzduchu. Difúzne žíhanie sa používa na zvýšenie homogenity chemického zloženia oceľových ingotov pred ich tvárnením za tepla. Vyvoláva vznik hrubozrnnej štruktúry. Ak za ním nasleduje tvárnenie, nemôže byť záverečnou operáciou a je potrebné použiť ešte základné alebo normalizačné žíhanie.

Úloha 1, Na zadaných skúšobných vzorkách realizovať metalografickú analýzu, nakresliť pozorované štruktúry a zmerať ich tvrdosť. 2, Na základe metalografickej analýzy a merania tvrdosti stanoviť druh žíhania a popísať jeho technológiu.

Postup prác Na obr. 6.2 je dokumentovaná mikroštruktúra podeutektoidnej ocele v skutočnosti konštatujeme, že štruktúra zodpovedá stavu tejto ocele po normalizačnom žíhaní. Technológia takéhoto žíhania je graficky znázornená na obr. 6.3. Teplota normalizačného žíhania 30-50°C nad AC3. Keďže naša oceľ obsahuje cca 25 % perlitu, musí obsahovať cca 0,2 % C a teda teplota žíhania bude 900°C. Výdrž na teplote je závislá od rozmeru súčiastky (volí sa asi 1 min. na 1 mm hrúbky). Ochladenie na vzduchu zabezpečí vznik jemnozrnnej štruktúry. mikroštruktúra sledovanej vzorky. Štruktúru charakterizujeme ako polyedrickú, feriticko-perlitickú o strednej veľkosti feritického zrna 0.012 mm. Perlit je lamelárny a jeho podiel v štruktúre je 25 %. Meraním tvrdosti sme zistili, že HBS = 180.

Obr. 6.2 Mikroštruktúra podeutektoidnej ocele. Obr. 6.3 Diagram normalizačného žíhania Otázky:

1. Definujte prekryštalizáciu. 2. Aké druhy žíhania podľa spôsobu poznáte ? 3. Vymenujte žíhania s prekryštalizáciou. 4. Vymenujte žíhania bez prekryštalizácie. 5. Opíšte rekryštalizačné žíhanie. 6. Za akým účelom robíme žíhanie na mäkko? 7. Čo je podstatou základného žíhania ? 8. Nakreslite obecný diagram tepelného spracovania. 9. Na čo sa využíva difúzne žíhanie ? 10. Po trieskovom obrábaní súčiastky aký druh žíhania by ste zvolili ?


41

ŽÍHANIE OCELÍ

Referát č.6


Dátum:

Zadanie: č.1

1. Zo zadaných hodnôt zostrojte diagramy závislosti tvrdosti na dobe žíhania na mäkko. 2. Zdôvodnite priebehy tvrdosti na základe teoretických poznatkov.

číslo vzorky teplota °C doba trvania hod. HRB E 0 východzí stav ––– 100 E 10 700 10 96 E 25 700 25 92 E 60 700 60 90,2 E 100 700 100 90 materiál 19 191 HRB max.=93 Chemické zloženie: 0,95 - 1,1 % C; 0,2 - 0,35 % Mn; 0,15 - 0,3 % Si; 0,15%Cr; 0,2 % Ni č.2 Charakterizujte štruktúru nástrojovej ocele 19 436 po nasledujúcom žíhaní pri teplotách 710-740°C /kolísanie v danom intervale, doba 8 hod. Určite druh aplikovaného žíhania na základe získanej štruktúry a použitých parametrov žíhania. presvedčite sa či žíhanie splnilo svoj účel, keď požadovaná tvrdosť má byť maximálne 100 HRB. Chemické zloženie: 1,94 % C; 0,28 % Mn; 0,41 % Si; 12,18 % Cr; 0,18 % V Vzorka 0/mikroštruktúru - pozorovať pri 500x zväčšení 0/tvrdosť č.3 Zostrojte závislosť tvrdosti na teplote žíhania a zdôvodnite jej priebeh pre oceľ 19 191. Chemické zloženie: 0,95 - 1,1 % C; 0,2 - 0,35 % Mn; 0,15 - 0,3 % Si; 0,15 % Cr; 0,2 % Ni doba žíhania 2 hod. teplota žíhania °C Tvrdosť HRB 710 98 740 93,75 770 92,25 800 92 830 92,5 860 93 890 93,75 920 94,5 č.4 Charakterizujte štruktúrne zmeny mikrolegovanej ocele vplyvom deformácie podľa uvedených údajov. Chemické zloženie: 0,65 % C; 0,4 % Mn; 0,05 % Si; 0,01 % P; 0,14 % Ti, 0,068 % Al VZORKA SPRACOVANIE

0 východiskový stav 1 70% deformácie 2 70% deformácie + žíhanie 600°C/30 min 3 70% deformácie + žíhanie 600°C/6 hod

Vzorka pre pozorovanie 0, 1, 2, 3


42

č.5 Zostrojte závislosť tvrdosti na dobe žíhania a zdôvodnite jej priebeh pre oceľ 14 109. Chemické zloženie: 1,0 % C; 0,3 % Mn; 0,28 % Si; 1,7 % Cr; 0,14 % Ni, 0,15 % Cu Teplota žíhania 700°C Doba žíhania hod. Tvrdosť HRB –––– 104 10 99 25 94 60 92 100 91 Podľa teploty žíhania určite o aký druh žíhania ide a aké procesy sa odohrávajú v štruktúre materiálu. Charakterizujte štruktúru po žíhaní na základe metalografického pozorovania. vzorka 14 109/ZM č.6 Charakterizujte štruktúru nástrojovej ocele 19 436 po nasledujúcom žíhaní. Teplota 710-740°C. Kolísanie v danom intervale doba 10 hodín. Určite druh žíhania na základe štruktúry a použitých parametrov. Zistite či žíhanie splnilo svoj účel, keď požadovaná tvrdosť má byť maximálne 98HRB. Chemické zloženie: 1,94 % C; 0,28 % Mn; 0,41 % Si; 12,18 % Cr; 0,18 % V Vzorky: 1/ mikroštruktúra pozorovať pri 500x 1/ tvrdosť


43

téma 7 Zošľachťovanie ocelí

44

TÉMA 7

ZOŠĽACHŤOVANIE OCELÍ 7.1 Cieľ

Úlohou cvičenia je oboznámiť poslucháčov s podstatou zošľachťovania ocelí a zariadeniami pre tepelné spracovane. 7.2 Základné teoretické poznatky

Zošľachťovanie je proces pozostávajúci z kalenia a následného popúšťania. Je základným spôsobom pre optimalizáciu vlastností s ich efektívnym využitím v praxi. Kalenie ocele spolu s nasledujúcim popúšťaním dáva i dnes možnosť zlepšovať vlastnosti materiálu a v súhlase s ekonomickými požiadavkami efektívne ho využívať. Podstata kalenia ocele spočíva v ochladení austenitu nadkritickou rýchlosťou do oblasti martenzitickej premeny. Podeutektoidné ocele sa ohrievajú na teplotu 30 – 50°C nad A

C3, obr. 7.1, aby došlo k úplnej premene

feritu na austenit. Nadeutektoidné ocele sa kalia z teplôt 30 - 50°C nad AC1, obr. 7.1, kedy v austenite ostávajú ešte zvyšky nerozpustených karbidov (cementitu). Zvýšenie teploty, vedúce k úplnému rozpusteniu karbidov, by vyvolalo rast austenitického zrna a zvýšenie množstva zvyškového austenitu - austenitu nepremeneného na martenzit. Ako kaliace médium sa okrem vody používa olej a roztoky solí. Štruktúra ocele po správnom kalení je tvorená jemným tetragonálnym martenzitom, majúcim podobu ihlíc, pozri obr. 7.2.

Zvyškový austenit možno pozorovať len v štruktúre s hrubozrnným martenzitom, pozri obr. 7.3. Oceľ má po kalení vysoké vnútorné napätia tepelného a štrukturálneho pôvodu, ktoré zapríčiňujú jej nízku húževnatosť. Popúšťanie kalených ocelí, pozostávajúce z ohrevu a výdrže na teplote nižšej ako Ac1 s nasledujúcim ochladením na vzduchu, umožňuje znížiť vnútorné napätie a docieliť požadované mechanické vlastnosti. Nízkoteplotné popúšťanie v intervale 100 – 300°C pri výdrži 1 - 1,5 h zachováva vysokú tvrdosť kalenej štruktúry a súčasne zvyšuje jej húževnatosť, preto sa používa hlavne u ocelí nástrojových. Štruktúra má rovnaký vzhľad ako po kalení a je tvorená kubickým martenzitom s koherentne precipitovanými karbidmi. Konštrukčné ocele sa po kalení popúšťajú pri teplotách v rozmedzí 400 – 650°C. Týmto vysokoteplotným popúšťaním sa okrem odstránenia vnútorných napätí dosiahne premena martenzitu a ostatných nerovnovážnych štruktúrnych súčastí na sorbit. Jemný sorbit - obr. 7.4 - vzniká pri dolnej hranici teplotného intervalu a je tvorený feritom a submikroskopickými

Obr. 7.1 Diagram Fe - Fe3C zakreslená oblasť kalenia ocelí


45

doštičkovými karbidmi. V hornej polovici intervalu vzniká sorbit, skladajúci sa zo zmesi feritu a koagulovaných, prípadne i sferoidizovaných karbidov obr. 7.5.

Obr. 7.2 Štruktúra ocele Obr. 7.3 Štruktúra ocele s ihlicovitým martenzitom s hrubozrným martenzitom

Obr. 7.4 Štruktúra ocele Obr. 7.5 Štruktúra ocele s jemným sorbitom s feroidizovanými karbidmi Pozorovaním mikroštruktúry na metalografickom mikroskope sme identifikovali, že vzorka uhlíkovej ocele (0.5 % C ) má štruktúru uvedenú na obr. 7.3. Meraním tvrdosti sme zistili, že analyzovaná vzorka má tvrdosť HRC = 65. Z analýzy štruktúry vyplýva, že štruktúra je tvorená hrubým ihlicovitým martenzitom a zvyškovým austenitom. Na základe uvedeného môžeme konštatovať, že pozorovaná oceľ je zakalená, ale kaliaca teplota bolo zvolená nad optimálnou v dôsledku čoho vznikne hrubozrnný austenit, ktorý sa pri kalení sa bezdifúznou premenou transformoval na hruboihlicovitý martenzit. Pozorovanú zošľachtenú mikroštruktúru uhlíkovej ocele reprezentuje obr. 7.4. Štruktúru môžeme charakterizovať ako sorbitickú t.j. mechanickú zmes presýteného feritu (biela


46

matrica) a disperzného koagulovaného cementitu ktorej tvrdosť HBS = 180. Diagram zošľachťovania pre analyzovanú oceľ by mal tvar znázornený na obr. 7.6.

Obr. 7.6 Diagram zošľachťovania pozorovanej vzorky

Obr. 7.7 Globulárna štruktúra, zv. 500x Obr. 7.8 Ihlicovitá štruktúra, zv. 500x Otázky:

1. Definujte pojem zošľachťovanie. 2. Čo je podstatou kalenia ? 3. Aké druhy popúšťania poznáte ? 4. Aké kaliace média poznáte ? 5. Aká štruktúra vzniká po popúšťaní ? 6. Nakreslite obecný diagram zošľachťovania. 7. Za akým účelom ocele popúšťame ? 8. Koľko % uhlíka musí oceľ obsahovať, aby sa dala zakaliť ? 9. Zakreslite v diagrame Fe-Fe3C oblasť kalenia ocelí. 10. Nakreslite martenzitickú štruktúru.

T = 860°C

Ochladzovanie vo vode

ohrev

TE

PL

OT

A [

°C

]

KALENIE POPÚŠŤANIE

T = 630°C


47

ZOŠĽACHŤOVANIE OCELÍ

Referát č.7

Ročník: Študijná skupina:

Meno študenta: Hodnotil: Počet bodov:

Dátum:

Zadanie: 1. Charakterizujte štruktúru ocele 12 050 v stave prírodnom, v stave po kalení a v stave po

zošľachtení. Chemické zloženie ocele: 0,44 % C, 0,66 % Mn, 0,22 % Si, 0,15 % Cr Podmienky kalenia: T = 850°C / 30min →olej Vzorky: 12 050, 12 050 / K

2. Odmeraním tvrdosti stanovte vplyv výšky popúšťacej teploty na tvrdosť ocele 12 050. Namerané hodnoty zapíšte do tabuľky. Zdôvodnite priebeh závislosti.

Vzorka na meranie tvrdosti 12 050 .....................

Tabuľka Označenie

vzorky Štruktúra Stav Teplota

popúšťania [°C]

HRC Poznámka

12 050 - prírodný stav 12 050 - 0 - kalený stav

12 050 - 200 200 popustený stav 12 050 - 300 300 popustený stav 12 050 - 400 400 popustený stav 12 050 - 500 500 popustený stav 12 050 - 600 600 popustený stav

téma 8 Chemicko-tepelné spracovanie ocelí

48

TÉMA 8

CHEMICKO - TEPELNÉ SPRACOVANIE OCELÍ

8.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je získať poznatky o stavbe, hrúbke a vlastnostiach povrchových vrstiev po základných druhoch chemicko – tepelného spracovania.

8.2 Základné teoretické poznatky

Chemicko - tepelným spracovaním sa rozumejú procesy, pri ktorých zmenou chemického zloženia povrchu kovov a zliatin dosahujeme žiadané mechanické, prípadne fyzikálne vlastnosti. Zmena chemického zloženia sa dosahuje pôsobením obklopujúceho prostredia pri zvýšených teplotách. Schopnosť prenikať do kryštálovej mriežky nasycovaného povrchu majú iba atómy nasycujúceho prvku, ktoré vytvárajú v tejto mriežke tuhé interstitické roztoky (C, N, B, H), alebo substitučné roztoky (Cr, Al, Si a pod.) Tieto "aktívne" atómy, vznikajú rozkladom molekúl chemických zlúčenín na nasycovanom povrchu a týmto povrchom sú absorbované, difundujú od povrchu do vnútra, pričom proces je riadený zákonmi difúzie.

Spôsoby chemicko - tepelného spracovania rozdeľujeme podľa toho, či žiadané vlastnosti vrstvy vyvoláme už v priebehu vzniku difúznej vrstvy (nitridovanie), alebo očakávané vlastnosti dosiahneme až po tepelnom spracovaní nasýteného povrchu (cementovanie, nitrocementovanie).

Cementovanie je nasycovanie povrchu ocelí s obsahom uhlíka od 0,1 do 0,25 % pri teplotách nad AC3 na eutektoidnú prípadne nadeutektoidnú koncentráciu. Po nauhličení povrchu sa súčiastka kalí a popúšťa pri nízkych teplotách. Kalením vzniká v uhlíkom nasýtenej vrstve na povrchu martenzit, zatiaľ čo jadro ostáva nezakalené. Cementované súčiastky majú tvrdý povrch so zvýšenou odolnosťou voči oteru a jadro ostáva húževnaté.

Nasycovanie povrchu uhlíkom pri cementácii je difúzny proces, ktorý závisí od teploty a času. Hrúbka nasýtenej vrstvy býva niekoľko desatín až do 3 mm. Čas cementovania sa pohybuje niekoľko hodín až desiatok hodín. Pri cementovaní a následnom kalení dochádza k nežiadúcim zmenám tvaru - borteniu, ktoré je možné korigovať brúsením. Prídavok na brúsenie sa obvykle volí v rozmedzí 0,05 až 0,25 mm. Po brúsení nesmie poklesnúť tvrdosť na funkčnom povrchu.

Sýtenie povrchu je možné realizovať v médiách všetkých skupenstiev. Najstarším postupom je cementovanie v pevnom prostredí. Prostredie je tvorené cementačným práškom (zmes dreveného uhlia a BaCO

3). Súčiastky určené na cementovanie sa ukladajú do cementačných

nádob zhotovených zo žiarupevnej ocele a zasypané cementačným práškom rovnomernej zrnitosti. Nádoby sa vzduchotesne uzatvoria a vložia do pece. Teplota cementovania býva obvykle 910 až 930°C. Ojedinele pri vysokoteplotnej cementácii sa teplota volí 980 až 1000°C. Za optimálny obsah uhlíka v cementačnej vrstve sa považuje obsah 0,75 až 1,1 %. Pri vyššom obsahu C klesá medza pevnosti v ohybe a v krútení, ďalej vrubová húževnatosť (asi o 20 %), medza únavy až o 30 %. Nevýhodou cementácie pomocou cementačných práškov je aj veľká prácnosť, prašné prostredie, nemožnosť použitia priameho kalenia z cementačnej teploty.


49

Najrozšírenejším postupom je cementovania v plynnom prostredí. Uhlíkový potenciál u zmesných atmosfér vytváraných zmiešaním neutrálnej endoatmosféry z vyvíjača s aktívnou zložkou - uhľovodíkmi, sa dá rýchlo meniť zmenou množstva pridávaných uhľovodíkov. Pri cementovaní v šachtových peciach sa tvorí cementačná atmosféra krakovaním kvapalín na katalytickej doštičke priamo v peci. Pri cementovaní v plynoch sa uhlík v stave zrodu uvoľňuje rozkladom CO, CH4 prípadne iných uhľovodíkov. Na rýchlosť rastu cementačnej vrstvy a na jej obsah uhlíka vplýva aj druh legujúceho prvku ako aj miera legovanosti. Karbidotvorné legujúce prvky znižujú koeficient difúzie v poradí Mn, Mo, V, W, Cr, pričom vplyv Cr je 20x väčší ako Mn. Väčšina karbidotvorných legujúcich prvkov zvyšuje obsah uhlíka v povrchovej časti vrstvy tvorbou karbidov (Cr, Mo, W, V, Ti, a i.) Najintenzívnejšie zvyšuje obsah uhlíka Cr. Vplyv nekarbidotvorných legujúcich prvkov je zložitejší.

Nitridovanie je nasycovanie povrchu ocelí a liatin dusíkom. Vykonáva sa v plynoch disociáciou čpavku alebo v soľných kúpeľoch kyanidov a kyanatanov. Nitridovaním sa zvyšuje odolnosť proti opotrebeniu, únavovému namáhaniu, zvyšuje sa korozivzdornosť a pod. Vykonáva sa pri teplotách 450 až 600°C a hrúbka vrstvy býva len niekoľko desatín (0,2 - 0,6) mm. Čas sýtenia niekoľko hodín až niekoľko desiatok hodín, závisí od výšky teploty sýtenia.

Nitrocementácia je nasycovanie povrchu ocelí súčasne uhlíkom a dusíkom, pri teplotách väčšinou nad 800°C, obvykle v rozmedzí 840 až 860°C. Súčasnou difúziou dusíka sa urýchľuje difúzia uhlíka a zvyšuje rozpustnosť uhlíka v povrchovej časti difúznej vrstvy. Nižšia teplota nitrocementácie spôsobuje menšie bortenie súčiastok a obmedzuje rast austenitického zrna. Výhodou je možnosť kalenia súčiastok bezprostredne po skončení nitrocementácie, čím sa dosiahne vyššia húževnatosť nitrocementovaných vrstiev v porovnaní s cementovanými. Hrúbka nitrocementovaných vrtieť býva 0,25 až 0,3 mm. Nitrocementácia sa vykonáva v nitrocementačných atmosférach s 7 až 10 % NH3 resp. v soliach roztavených kyanidov, kyanatanov a neutrálnych zložiek chloridov.

Sulfonitridovanie je komplexné sýtenie povrchov dusíkom a sírou v plynných zmesiach čpavku a sírovodíka, resp. v roztavených soliach kyanidov a siričitanu sodného, prípadne draselného. Čas sýtenia býva od 30 min. do 3 hodín. Teploty sýtenia sa volia v rozmedzí 560 až 620 °C. Hrúbka vrstvy býva cca 0,2 mm.

Boridovanie je nasycovanie povrchu bórom za účelom zvýšenia ich povrchovej tvrdosti, odolnosti proti opotrebeniu pri abrazívnom trení, pri klznom trení a pri trení za zvýšených teplôt. Vykonáva sa pri teplotách 800 až 1050°C. Pri časoch sýtenia 3 až 6 hodín sa dosahuje hrúbka 0,1 až 0,3 mm. Vykonáva sa v práškových a plynných zmesiach zlúčenín bóru ako aj v soľných kúpeľoch za súčasného pôsobenia elektrolýzy.

Alitovanie je nasycovanie povrchu ocelí a liatin hliníkom za účelom zvýšenia ich žiaruvzdornosti a odolnosti proti atmosferickej korózii. Vykonáva sa pri teplotách 600 až 1100°C. Hrúbka vrstvy dosahuje 0,02 až 0,8 mm. Čas sýtenia 0,5 až 10 hod. býva v hliníkových kúpeľoch, alebo v práškových zmesiach.

Chrómovanie je nasycovanie povrchu chrómom za účelom zvýšenia žiaruvzdornosti a korozivzdornosti povrchu nízkouhlíkových ocelí. Hrúbka povrchovej vrstvy býva niekoľko stotín až desatín milimetra. Robí sa pri teplotách 900 až 1200°C 6 až 12 hodín.

Kremíkovanie je nasycovanie povrchu ocelí kremíkom na koncentrácie 13 až 15 % Si v Feα. Hrúbka kremíkovej vrstvy dosahuje 0,3 až 1,0 mm. Povrch sa vyznačuje vysokou odolnosťou proti korózii v morskej vode, v kyselinách H2SO4, HCl, HNO3, a odolnosťou proti


50

okysličovaniu pri teplotách do cca 750oC. Robí sa pri teplotách 800 až 1100°C 4 až 12 hodín v práškových zmesiach alebo plynoch.

Otázky:

1. Definujte chemicko-tepelné spracovanie. 2. Aké druhy chemicko-tepelného spracovania poznáte ? 3. Popíšte cementovanie. 4. Za akým účelom robíme nitridovanie ? 5. Čo je to boridovanie ? 6. Ak nasleduje po cementovaní nejaké spracovanie, tak aké a za akým účelom ? 7. V akých prostrediach môžeme cementovať súčiastky a ktoré je najvyhodnejšie ? 8. Čo je to alitovanie ? 9. Atómy ktorých prvkov majú schopnosť prenikať do kryštálovej mriežky

nasycovaného povrchu ? 10. Čo je sulfonitridovanie ?

CHEMICKO - TEPELNÉ SPRACOVANIE OCELÍ

Referát č.8



Dátum:

Zadanie: 1. Mikroskopicky pozorujte a nakreslite rozdiely v štruktúre a hrúbke cementovanej vrstvy na

povrchu materiálu v závislosti od času cementácie a voči východiskovej štruktúre cementovaného materiálu.

2. Nakreslite závislosť hrúbky cementovanej vrstvy na dobe cementácie pri 920°C. Po dobu cementácie 1; 2; 3,5 a 5 hodinách a následnom zakalení do vody. Namerané hodnoty hrúbky cementovanej vrstvy zapíšte do tabuľky. Použitý materiál STN 41 2013.

3. Mikroskopicky pozorujte a nakreslite mikroštruktúru nitridovanej vrstvy na povrchu vzoriek.


51

Tabuľka

Doba cementovania

t [h]

Hrúbka cementovanej vrstvy h [mm]

1 2

3,5 5

téma 9 Legované ocele

52

TÉMA 9

LEGOVANÉ OCELE

9.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je zoznámiť sa so základnými vlastnosťami rozdelením a použitím legovaných ocelí v technickej praxi.

9.2 Základné teoretické poznatky o legovaných oceliach

Norma EN 10020 definuje ocele: sú to materiály, kde je hmotnostný podiel Fe väčší

ako suma iných prvkov, obsah C je menší ako 2 % a obsahujú iné prvky. Medzi legované ušľachtilé ocele patria ocele, u ktorých je dosiahnutie požadovaných vlastnosti pridaním legujúcich prvkov v obsahoch, ktoré z nich robia legované ocele. Tabuľka 9.1 udáva medzné obsahy niektorých legujúcich prvkov pri rozdelení na legované a nelegované

Tabuľka 9.1 Medzné obsahy niektorých legujúcich prvkov pri rozdelení na legované a nelegované

PRVOK MEDZNÝ OBSAH,

HMOTNOSTNÝ PODIEL V%

Al - hliník 0,10 B - bor 0,0008 Co - cobalt 0,10 Cr - chróm 0,30 Cu - meď 0,40 Mn - mangán 1,65 Mo - molybdén 0,08 Nb - niob 0,06 Ni - nikel 0,30 Pb - olovo 0,40 Si - kremík 0,50 Ti - titan 0,05 V - vanad 0,10 W - wolfram 0,10 Zr - zirkonium 0,05

Okrem týchto medzi legované ocele patria aj:

• zvariteľné jemnozrnné konštrukčné ocele pre tlakové nádoby a potrubia pre hrúbky pod 16 mm a Re = 380 MPa

• ocele legované iba kremíkom a hliníkom so zvláštnymi požiadavkami na magnetické a elektrické vlastnosti


53

Tabuľka 9.2 udáva rozdelenie ocelí tried 10 až 19 podľa STN 42 0074 a STN 42 00075.

Trieda ocele podľa Charakteristika STN

ocele použitia stupňa legovania

ocelí

10 -chemické zloženie nie je predpísané

11 nelegované -predpísaný max. obsah C, P, S

-prípadne P+S a ďalších prvkov

12 - predpísaný obsah C, Mn, Si, P

-prípadne P+S a ďalších prvkov

13 konštrukčné -legujúce prvky: Mn, Si, Mn-Si, Mn-V

14 nízkolegované - legujúce prvky Cr

Cr-AL, Cr-Mn, Cr-Si, Cr-Mn-Si

420074

15 - legujúce prvky Mo

Mo-Mn, Cr-V, Cr-W, Mn-Cr-V,Cr-Mo-V, Cr-Si-Mo-V, Cr-Mo-V-W

16 nízko a stredne legované

- legujúce prvky Ni

Cr-Ni, Ni-V, Cr-Ni-W, Cr-Ni-Mo, Cr-V-W, Cr-Ni-V-W

17 stredne a vysoko legované

- legujúce prvky Cr, Ni

Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-V, Cr-Al, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-Ti, Mn-Cr-V, Cr-Ni-Mo-V atd

19 nástrojové nelegované predpísaný obsah C, Mn, Si, P, S

legované nízko, stredne i

vysoko

- legujúce prvky Cr, V

Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-Si, Cr-V, Cr-W, Cr-Al, Cr-Ni-W, Cr-Si-V, Cr-Mo-V, Cr-V-W, Cr-Ni-Mo-V, Cr-V-W-Co, Cr-Ni-V-W atd.

420075


54

Rozdelenie ocelí podľa obsahu legujúcich prvkov na: a, mikrolegované Σ legujúcich prvkov je do 0,2 % b, nízkolegované Σ legujúcich prvkov je do 3 % c, strednelegované Σ legujúcich prvkov je od 3 do 10 % d, vysokolegované Σ legujúcich prvkov je nad 10 %

Cieľ legovania: a, zvýšiť pevnosť a tvrdosť ocele, pridaním ( P, Si, Mn, Ni,..) b, zvýšiť húževnatosť ocele, pridaním (Ni, Mn...)

c, dosiahnuť koróznu odolnosť v rôznych prostrediach, pridaním (Cr, Ni, Mo, Cu, Si, Al,...) d, dosiahnuť žiaruvzdornosť ocele, pridaním (Cr, Si, Al, ..), žiarupevnosť, pridaním (Cr, Mo, V,..)

e, zabrániť popúšťacej krehkosti, pridaním (Mo, W,..) f, zlepšiť odolnosť voči opotrebeniu pridaním ( Mn, Cr, W, Mo, V, Co..)

Otázky:

1. Ako definuje norma EN 10020 ocele ? 2. Vymenujte aspoň 5 legúr. 3. Ktoré triedy ocelí sú nelegované ? 4. Trieda ocelí 12 má predpísaný obsah ktorých prvkov ? 5. Pridaním ktorých legúr dosiahneme žiaruvzdornosť ocele ? 6. Aké % legúr obsahujú mikrolegované ocele ? 7. Akú triedu oceli majú nástrojové ocele ? 8. Žiarupevnosť oceli dosiahne pridaním ktorých legúr ? 9. Aké % legúr obsahujú vysokolegované ocele ? 10. Sú P, S škodlivé prvky pre ocele a prečo ?

LEGOVANÉ OCELE

REFERÁT č.9



Dátum:

Zadanie: 1.Pozorujte optickým mikroskopom mikroštruktúry vzoriek: a, Hadfieldovej ocele b, ocele pre energetiku vo východzom stave a stave po dlhodobej prevádzke 2. Nakreslite diagram tepelného spracovania rýchloreznej ocele 19 810, ktorá bola tepelne spracovaná postupným ohrevom 550°C-10 min, 850°C-10 min, 1050°C-15 min, 1200°C-3 min. Ochladenie na 550°C –5 min (termálne kalenie) ochladenie na vzduchu 20°C-30 min. Popúšťanie560°C-30 min 540°C-30 min.


55

téma 10 Materiálové listy

56

TÉMA 10

MATERIÁLOVÉ LISTY

10.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je zoznámiť sa s STN a EU normami a ich použitím v praxi.

10.2 Základné teoretické poznatky o označovaní ocelí podľa

STN EN 10020 (STN 420002)

Rozdelenie a označovanie ocelí sa v Európe zjednocuje na základe európskych noriem (EN).Týmito normami sú povinní sa riadiť všetci členovia CEN. Rozdelenie ocelí udáva norma EN 10020-88. Definícia oceli: ocele sú materiály, kde je hmotnostný podiel Fe je väčší ako suma iných prvkov, obsah C je menší ako 2% a obsahujú iné prvky.

Rozdelenie podľa chemického zloženia:

a, nelegované (Al < 0,1 %, Mn < 1,8 %, Si < 0,56 %, B < 0,0008 %……)

b, legované – obsah jedného prvku prekračuje limit v a

Hlavné skupiny akosti nelegovaných ocelí:

1, Ocele obvyklých akosti (tr.10) požiadavky na akosť nevyžadujú zvláštne opatrenia pri výrobe. Musia spĺňať podmienky:

- nie sú určene pre tepelné spracovanie (žíhanie nie je tepelné spracovanie podľa EN 10020)

- spĺňajú podmienky (Remin ≤ 360 MPa, Rm ≤ 690 MPa, A5 ≤ 26 %, C > 0,1 % )

- pre hrúbku h<16mm (P ≥ 0,045 %, C ≥ 0,045 %)

- ďalšie podmienky nie sú predpísané ( hlboké ťahanie, profilovanie a pod.)

- okrem Mn a Si nie sú predpísané obsahy legujúcich prvkov

2, Nelegované ušľachtilé ocele (tr.11,12)

- ocele s požiadavkou na nárazovú prácu KV v zušľachtenom stave

- ocele s požiadavkou na prekaliteľnosť

- ocele s nízkym obsahom vtrúsenín

- ocele s obsahom P, S < 0,20 %

- ocele s KV > 27 J pri T = -50°C pri pozdĺžnych vzorkách

- ocele pre jadrové reaktory Cu ≤ 0,1 %, Co ≤ 0,05 %, V ≤ 0,05 %

- mikrolegované ocele po riadenom tvárnení s C ≥ 0,25 % s prípadným obsahom mikrolegúr Nb, V do 0,15 %

- ocele pre predpínacie výstuže do betónu


57

Akostné skupiny legovaných ocelí (tr.13 až 16):

a, Legované akostné ocele – určené pre zvláštne podmienky

1. zvariteľné jemnozrnné ocele musia spĺňať

- hrúbka h ≤ 16 mm, Re < 380 MPa

- obsah legujúcich prvkov je limitovaný (Cr < 0,5 %, Ni < 0,5 %, V < 0,12 %,

Ti <0,12 %)

- KV > 27 J pri T = -50°C

2. Ocele legované len Si alebo Al, ktoré majú zvláštne požiadavky na magnetické a elektrické vlastnosti.

3. Ocele pre koľajnice a banské výstuže.

4. Ocele pre valcované ploché výrobky za tepla, alebo studena, dvojfázové ocele (B, Nb, Ti, V, Zr).

5. Ocele legované len Cu (COR-TEEN).

b, Legované ušľachtilé ocele - vlastnosti (spracovateľnosť a úžitkovosť) sú dosahované presným chemickým zložením a zvláštnymi podmienkami spracovania. Rozdelenie na podskupiny:

- nehrdzavejúce ocele C ≤ 1,2 %, Cr ≥ 10,5 % (tr.17)

- rýchlorezné ocele C ≥ 0,6 %, Cr = 3-6 % + aspoň 2 prvky Mo, V, W..(tr.19)

- ostatné legované ušľachtilé ocele

Systém označovania ocelí ČSN EN 10027-1, doplnok ČSN EC ISS10 (42 0011)

Označujú sa písmenami a číslami: Písmena a čísla označujú základné charakteristiky (oblasti použitia, mechanické vlastnosti, chemické zloženie).

Ďalej sa označenie dopĺňa prídavnými symbolmi (vhodnosť použitia, stav povrchu a pod.)

Značka ocele v norme

základný symbol EN 10 027-1 prídavné symboly IC-10

(písmena a čísla) pre oceľ + pre výrobok

SKUPINA 1 SKUPINA 2

Triedenie značiek:

SKUPINA 1 – označenie ocelí podľa použitia a mechanických alebo fyzikálnych vlastnosti

SKUPINA 2 – označenie ocelí podľa chemického zloženia


58

SKUPINA 1

Číslo, ktoré nasleduje označuje Re min

a, G - ocele na odliatky,

S - ocele pre oceľové konštrukcie – všeobecné použitie,

príklad S355J2W, Re min = 355 MPa, J2 = KV > 27 J pri T = -20°C,

W = odolnosť voči atmosférickej korózii

P – ocele pre tlakové nádoby,

príklad P265H, Re min=265 MPa, H – vysoké teploty

L – ocele na potrubie, príklad.L360Q,

Re min = 360 MPa, Q = zušľachtené

E – ocele na strojné súčiastky,

príklad E295C, Re min = 295 MPa, C = tvárniteľné za studena

b, B - ocele pre výstuž do betónu , číslo, ktoré nasleduje označuje Re min,

príklad B500H, Re min = 500 MPa, H = tyče

c, Y – ocele pre výstuž do betónu, číslo, ktoré nasleduje označuje Rm min,

príklad Y1770C, Rm min = 1770 MPa, C = drôt ťahaný za studena

d, R – ocele pre koľajnice, číslo, ktoré nasleduje označuje Rm min,

príklad R0900Mn, Rm min = 900 MPa, Mn- zvýšený obsah mangánu

e, H – ploché výrobky,

príklad H420M, Rm min = 420 MPa, M – termomechanicky valcované

f, D - ploché výrobky,

príklad DC04EK Rm min = 420 MPa, C04 – valcovane za studena,

EK - pre smaltovanie

g, T – tenké a pocínované plechy,

príklad TH52, H52 - stredná hodnota predpísaného rozmedzia tvrdosti

h, M – plechy pre energetiku,

SKUPINA 2 – označenie podľa chemického zloženia

1, Základná značka pre nelegované ocele

a, len písmeno C- nelegované ocele

b, číslo: obsah „C“ X100

2, Základná značka pre Mn > 1 %, legované ocele max. legúr 5 %

a, číslo CX100

b, chemické symboly pre legujúce prvky

c, číslo – obsah charakteristických prvkov vynásobený koeficientom


59

Cr, Co, Mn, Ni, Si, W x koeficient 4

Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr x koeficient 10

Cr, N, P, S x koeficient 100

B x koeficient 1000

3, Legované ocele s obsahom aspoň 1 prvku nad 5 %

a, charakteristické písmeno X

b, čísla obsah „C“ X100

c, chemické značky pre legujúce prvky

d, čísla stredný obsah prvkov

4, Základne označenie rýchlorezných ocelí

a, charakteristické písmeno HS

b, čísla – obsah prvkov v poradí W, Mo, V, Co

Označenie ocelí podľa STN 42 000 2 (k tvárneniu)

základná číselná značka doplnkové číslo

41 + + + + . + +

Otázky:

1. Aká je definícia oceli podľa EN 10020-88 ? 2. Ako sa delia ocele podľa chemického zloženia ? 3. Aké podmienky musia spĺňať ocele triedy 10 ? 4. Ktoré triedy oceli spĺňajú podmienku obsah P, S < 0,20 % ? 5. Ktoré triedy oceli sú legované ? 6. Ktorý prvok je hlavným legujúcim prvkom oceli COR-TEEN ? 7. Rýchlorezné ocele majú triedu.. 8. Aké podmienky musia spĺňať zvariteľné jemnozrnné ocele ? 9. Aké legujúce prvky obsahujú rýchlorezné ocele ? 10. Aké množstvo a aké legujúce prvky obsahujú mikrolegované ocele ?

informácie závisle na triede oceli poradové číslo

tieda ocelí

stav oceli v závislosti na tepelnom spracovaní

stupeň pretvárnenia


60

MATERIÁLOVE LISTY

REFERÁT č.10



Dátum:

Zadanie:

1.Navrhnite materiál, polotovar, spôsob výroby a vhodné tepelné spracovanie zadanej súčiastky. Pre vypracovanie zadania použite príslušné normy. Súčiastku nakreslite.

téma 11 Hliník a jeho zliatiny, meď a jej zliatiny

61

TÉMA 11

HLINÍK A JEHO ZLIATINY, MEĎ A JEJ ZLIATINY

11.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je získať základné poznatky o vlastnostiach, štruktúre a použití Al, Cu a ich zliatin v technickej praxi.

11.2 Základné teoretické poznatky o hliníku

Technický hliník je kov bielej farby. Je tretím najrozšírenejším prvkom v prístupnej časti zemského povrchu po kyslíku a kremíku. Teplotu tavenia má 660°C. Čistý hliník je mäkký, plastický kov má nízku hmotnosť. Jeho pevnosť je 70 MPa. Plastické vlastnosti Al je možné plastickou deformáciou za studena zdvojnásobiť. Má kubickú plošne centrovanú mriežku, preto sa dá tvárniť za studena aj za tepla. Hliník má hustotu 2699 kg.m-3 Je dobrým vodičom tepla a elektriny. Má vysokú odolnosť voči korózii – vytvára Al2O3. Pri nízkych teplotách si zachováva dobré plastické vlastnosti. Al je nepolymorfný kov .

Na zlepšenie vlastnosti sa hliník leguje: Cu, Mg, Zn, Si, Mn...

Najznámejšie zliatiny Al sú:

1, Zliatiny Al kde môžeme zvýšiť ich pevnostné vlastnosti tepelným spracovaním – vytvrdením na : a, vytvrditeľné zliatiny ( Al – Cu - Mg = Duraly)

b, nevytvrditeľné (Al – Mn, Mg)

2, Zliatiny Al podľa technologických vlastnosti sa delia na:

a, zlievárenské (Al - Si)

b, pre tvárnenie (Al - Mg)

Vytvrdzovanie je tepelné spracovanie pozostávajúce z:

- rozpúšťacieho žíhania – dochádza k dokonalému rozpusteniu intermediárnej fázy, čas je závislý od hrúbky vzorky, druhu a veľkosti rozpúšťacích fáz

- ochladzovania – obyčajne do vody 20°C cieľ je získať presýtený tuhý roztok pri normálnej teplote, zliatiny majú nízku pevnosť, tvrdosť a vysokú plasticitu

- starnutia –rozpadu presýteného tuhého roztoku – prirodzené (do 100°C), umelé (od 150 do 210°C)

24.2 b, Základné teoretické poznatky o medi

Meď je kov červenej farby. Teplotu tavenia má 1 083°C. Jej pevnosť je cca 230 MPa , ťažnosť 50 %. Má vynikajúcu elektrickú vodivosť, ktorá je po striebre druhá najväčšia zo všetkých kovov, zároveň má aj veľmi dobrú tepelnú vodivosť. Má kubickú plošne centrovanú mriežku. Dá sa tvárniť za studena aj za tepla. Patrí medzi kovy odolávajúce bežným koróznym prostrediam. Rozpúšťa sa v kyseline dusičnej. Nečistoty bizmut a olovo nepriaznivo vplývajú na vlastnosti medi.


62

Meď tvorí s väčšinou prísadových prvkov tuhé roztoky, úplná rozpustnosť v tuhom stave je v sústave meď - nikel. Základne zliatiny medi sú:

1, Cu + Zn = mosadze

2, Cu + Sn, Al,.. = bronzy

Mosadze majú dobrú tvárnosť za studena a dobrú odolnosť voči atmosferickej korózii. Označujú sa Ms90, kde 90 je % obsah Cu. Mosadze sa môžu používať na tvárnenie aj na odlievanie (Ms60). Ak zvyšujeme obsah zinku v zliatine mení sa jej farba od červenej na žltú.

Príklady použitia mosadzi Ms80 – manometre, Ms70 – hudobné nástroje, nábojnice, Ms77 – trubky pre kondenzátory, tombaky Ms96 – umelecké predmety.

Bronzy súhrne sa týmto názvom označujú všetky zliatiny medi s rôznymi prvkami okrem zinku.

Cínové bronzy - technický význam majú zliatiny do 20 % Sn. Pridaním Sn sa zvýši pevnosť aj ťažnosť zliatin.

Hliníkové bronzy majú dobré zlievárenské vlastnosti, ale ich zmršťovanie je veľké. Dajú sa používať až do 800°C. Sú odolné aj voči morskej vode. Sú vhodným konštrukčným materiálom s dobrou zvariteľnosťou.

Ako ložiskové zliatiny sa používajú olovené bronzy, cínové bronzy, ktoré majú dobré kĺzne vlastnosti.

Otázky:

1. Akú mriežku má hliník a aké vlastnosti sú pre neho charakteristické ? 2. Ako sa delia zliatiny Al podľa technologických vlastnosti ? 3. Popíšte proces vytvrdzovania. 4. Akú mriežku má meď a aké vlastnosti sú pre ňu charakteristické ? 5. Definujte mosadze. 6. Definujte bronzy. 7. Ktorý kov má najlepšiu elektrickú vodivosť ? 8. Uveďte príklady použitia mosadzi. 9. Dajú sa hliníkové bronzy zvárať ? 10. V ktorej kyseline sa rozpúšťa meď ?


63

HLINÍK A JEHO ZLIATINY, MEĎ A JEJ ZLIATINY

REFERÁT č.11



Dátum:

Zadanie:

1. Mikroskopicky pozorujte, nakreslite a popíšte mikroštruktúru

a. α mosadze tvárnenej, α+β´ mosadze tvárnenej a α+β´ mosadze liatej

2. Na troch hliníkových drôtoch urobte statickú skúšku v ťahu. Namerané hodnoty zapíšte do tabuľky. Na základe nameraných a vypočítaných údajov všetkých stavov drôtov porovnajte jednotlivé vlastnosti drôtov. Ťahové diagramy odkreslite.


64

Tabuľka

Rozmery skúšobnej tyče

Pred skúškou Po skúške

skúš. tyč

d0 a0xb0

[mm]

S0

[mm2]

L0

[mm]

dU aUxbU

[mm]

SU

[mm2]

LU

[mm]

Fe Fp0,2

[N]

Fm

[N]

Re

Rp0,2

[MPa]

Rm

[MPa]

A(...)

[%]

Z

[%]

žíhaná

ťahaná

ťah+krut

téma 12 Titan a jeho zliatiny, nikel a jeho zliatiny

65

TÉMA 12

TITAN A JEHO ZLIATINY, NIKEL A JEHO ZLIATINY

12.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je získať základné poznatky o vlastnostiach, štruktúre a použití Ti, Ni a ich zliatin v technickej praxi.

12.2 Základné teoretické poznatky o titane

V Mendelejevovej periodickej sústave prvkov má titán poradové číslo 22. Jeho neutrálny atóm pozostáva z jadra o 22 protónov a sústavy 22 elektrónov. Technický titán je striebro - sivej farby. Teplotu tavenia má 1 700°C. Čistý titán je tvrdý, pevný húževnatý, plastický kov. Jeho pevnosť je 270 MPa. Má hexagonálnu mriežku s množstvom sklzových rovín a dvojčiat. Dá sa tvárniť za studena aj za tepla. Titán patrí k ľahkým kovom. Jeho hustota je 4,517 g.cm-3, je 1,5x ťažší ako hliník a 1,5x ľahší ako železo. Je zlým vodičom tepla a elektriny. Má vysokú odolnosť voči korózii. Titan je paramagnetický.

Ti je polymorfný kov α↔β pri 882°C.

Pri nižšej teplote (vplyvom interstitických prvkov O a N) dochádza k výraznému nárastu pevnostných vlastnosti. Ti sa vyznačuje vysokou odolnosťou voči korózii, odoláva všetkým druhom kyselín. Pridaním 10-30 % Mo môžeme dosiahnuť takú koróznu stabilitu ako má zlato. Ti sa vyznačuje aj zvláštnou vlastnosťou –„tvarovou pamäťou“. V zliatine s niektorými kovmi napr. Ni si pamätá tvar súčiastok, ktoré z neho vyrobili pri istej teplote. Táto vlastnosť sa v širokej miere využíva v kozme (otvárajú sa antény, do tej doby zložené).

Jeho nedostatkom je vysoká cena, je 3x drahší ako oceľ.

Najznámejšie zliatiny Ti sú:

Zliatiny Ti so stabilnou αααα fázou: sú zliatiny s Al, Ga, C, N, O

vyznačujú sa dobrou zvariteľnosťou, vhodnými zlievárenskými vlastnosťami, odolnosťou voči lomom pri nízkych teplotách, odporom voči tečeniu. Ich nedostatkom je citlivosť na vodíkovú krehkosť, nízke plastické vlastnosti.

príklad Ti-3,5 Al –1,5 Mn

Zliatiny Ti s ββββ fázou: sú zliatiny s H, V, Mo, Nb, Ta, W, Ru, Rh, Re, Os, Ir, Cr, Mn, Fe, Co,

majú vyššie pevnostné vlastnosti, dajú sa tepelne spracovať a tak sa zvýšia ich pevnostné vlastnosti. Majú vysoké plastické vlastnosti pri teplote okolia, vysokú odolnosť voči korózii.

príklady: Ti – 13V - 11Cr - 3Al, Ti - 3Al - 7Mo - 13Cr

Zliatiny Ti s αααα +ββββ fázou: sú najčastejšie používané zliatiny, ich vlastnosti sa dajú ovplyvňovať tepelným spracovaním. Majú dobré mechanické vlastnosti pri izbovej teplote i pri zvýšených teplotách.

Použitie titanových zliatin: v leteckom a raketovom priemysle, kozmickej technike, pri stavbe lodí a ponoriek, v strojárskom priemysle na výrobu kotlov, výmenníkov tepla, kondenzátorov, rozprašovačov, moriacich vaní, turbín, v jadrovej energetike.


66

12.3 Základné teoretické poznatky o nikle

Technický nikel je bielej farby. Teplotu tavenia má 1 453°C. Jeho pevnosť je 400 - 500 MPa. Má kubicky plošne centrovanú mriežku . Nikel je feromagnetický. Je tvrdý a dobre leštiteľný.

Čistý Ni sa používa tam, kde požadujeme dostatočnú koróznu odolnosť, hlavne v chemickom priemysle. Nikel sa najviac používa ako legujúci prvok v špeciálnych oceliach. Používa sa na výrobu antikoróznych ocelí, na tvorbu antikoróznych povlakov . Zliatiny Ni môžeme rozdeliť:1. Konštrukčné 2. So zvláštnymi fyzikálnymi vlastnosťami 3. Antikorózne zliatiny 4. Žiaruvzdorné a žiarupevné ako legujúce prvky sa používajú: Cu, Cr, Mo, Si, Al, Ti, W, ... Najznámejšie zliatiny Ni sú: Monely napr.: (Ni 29 %, Cu 32 %), Re = 280 MPa, Rm = 600 – 1400 MPa, vysoká odolnosť voči korózii, použitie v chemickom, potravinárskom, farmaceutickom priemysle Hastelloy , použitie pre najťažšie korózne podmienky Nimonic (superzliatiny) napr.: (C 0,15 %, Cr 15 %, Co 15 %, Mo 3,5 %, Ti 4 %, Al 5 %), na žiaruvzdorné a žiarupevné materiály Nichrom (Cr 21 %), na odpory Chromel (Cr 10 %) na termočlánky Alumel (Al 2 %) Konstantan (Mn 1,5 %)

Tepelné spracovanie zliatin Ni: a, Rekryštalizačné žíhanie :

rozsah teplôt 700 - 1 200°C, cieľ – získanie rekryštalizačnej štruktúry po tvárnení za studena

b, Rozpúšťacie žíhanie: rozsah teplôt 1 150 – 1 315°C, cieľ - získanie koagulovaných karbidov v matrici pre zabezpečenie vysokých hodnôt únavovej pevnosti

c, Vytvrdzovanie: pozostáva z rozpúšťacieho žíhania a umelého starnutia pri 420 - 870°C cieľ – získanie precipitátov v matrici a tým maximálnych pevnostných vlastnosti

d, Žíhanie na odstránenie pnutí: rozsah teplôt 420 - 870°C, cieľ – zníženie napätí u precipitačne vytvrditeľných zliatin po predchádzajúcej plastickej deformácií za studena

Otázky:

1. Vysvetlite čo znamená, že je Ti paramagnetický ? 2. Akú teplotu tavenia a akú mriežku ma Ti ? 3. Pri akej teplote je Ti polymorfný ? Vysvetlite pojem polymorfný. 4. Pridaním akého prvku a akého % množstva sa Ti stáva korózne stabilným? 5. Ako sa rozdeľujú zliatiny Ti ? 6. Akú teplotu tavenia a akú mriežku ma Ni ? 7. Vysvetlite pojem feromagnetický. Je nikel feromagnetický ? 8. Vymenujte najznámejšie zliatiny Ni.


67

9. Ako sa môže tepelne spracovať Ni ? 10. Kde sa používajú Hastelloy ?

TITAN A JEHO ZLIATINY, NIKEL A JEHO ZLIATINY

REFERÁT č.12



Dátum:

Zadanie:

1. Mikroskopicky pozorujte, nakreslite a opíšte mikroštruktúru titanovej zliatiny (globulárnu a lamelárnu)

2. Na základe dodaných výsledkov skúšok pevnosti pri tečení vykonaných na Ni - superzliatinách IE 698VD pri teplotách 650 a 700°C, stanovte medzu pevnosti pri tečení RmT pre časy 100, 500 a 1000 hodín.

IE 698 VD/650°C IE 698 VD/700°C R [MPa] tf [h] R [MPa] tf [h]

723 69 723 12,7 697 111,8 637 34,3 683 149,1 598,56 67 669 150 524 172 632 436 514 259 599 843 506 298,2 526 4535 493 357

483 406,2 476,5 505,1

RmT 100/650 = RmT 100/700 = RmT 500/650 = RmT 500/700 = RmT 1000/650 = RmT 1000/700 =


68

téma 13 Plasty

69

TÉMA 13

PLASTY

13.1 Cieľ

Cieľom cvičenia je získať základné poznatky o vlastnostiach, štruktúre a použití plastov v technickej praxi.

13.2 Základné teoretické poznatky o plastoch Podľa normy plasty sú látky, ktorých podstatu tvoria makromolekulové látky (prírodné i syntetické) a ktoré možno teplom, alebo tlakom, alebo účinkovaním obidvoch súčasne, formovať do rozličných tvarov.

Podstatou plastov sú podľa uvedenej definície makromolekulové látky, tzv. živice. Podľa veľkosti molekúl rozdeľujeme látky zvyčajne na nízkomolekulové a vysokomolekulové (makromolekulové). Molekuly makromolekulových látok sú vytvorené najmenej z 1 000 atómov. Každá makromolekula sa skladá z veľkého počtu základných jednotiek, tzv. monomérov, ktoré zodpovedajú molekulám nízkomolekulových látok, z ktorých makromolekuly vznikli obr . 13.1.

13.3. Charakteristické vlastnosti plastov

Základnou charakteristickou vlastnosťou je možnosť uviesť ich do plastického stavu pre tvárnenie. Ďalšími spoločnými vlastnosťami je ich malá merná hmotnosť (0,92 až 2,7 kg/dm3), malá tepelná vodivosť, všeobecne veľká chemická odolnosť a dielektrická pevnosť. Teplom sa rozťahujú viac ako kovy, pevnosť sa pohybuje medzi pevnosťou dreva a ocele. K týmto základným vlastnostiam sa pridružuje celý rad vlastností odlišných od vlastností kovov. Napríklad optické vlastnosti, priepustnosť plynov, kvapalín a lúčov, napučiavanie, adhézia (priľnavosť), spôsob technologického spracovania atď. U používaných plastov vlastnosti potrebné pre konštrukciu, voľbu materiálu a spracovanie sú pre jednotlivé druhy uvedené v normách.

13.4. Rozdelenie plastov 1. Podľa vplyvu tepla: a) Termoplasty — pôsobením tepla mäknú, ochladením tvrdnú. b) Reaktoplasty — pôsobením tepla sa vytvrdzujú, t. j. prechádzajú nenávratne do

netaviteľného a nerozpustného stavu. 2. Podľa východiskových surovín: a) Hmoty vyrobené zušľachtením prírodných makromolekulových látok. b) Hmoty vyrobené synteticky z jednoduchých nízkomolekulových látok.

H H H H H H H H –C – C – + C – C → – C – C – C – C – H H H H H H H H

etylen + etylen + polyetylen

Obr. 13.1. Vznik makromolekuly

téma 13 Plasty

70

3. Podľa druhu chemických reakcií , ktorými vznikli: a) Polykondenzáty, ktoré sa vytvárajú zlúčením nízkomolekulových látok pri vzniku

jednoduchých odpadových látok (vody). b) Polyméry, ktoré sa vytvoria jednoduchým spojením nízkomolekulových látok na

makromolekulovú látku. c) Polyadukty, ktoré sú zlúčeninami bez vzniku odpadových látok. d) Modifikované plastické hmoty sú zmiešané, miesené, alebo očkované hmoty, prípadne

ožiarené lúčmi gama.

13.4. a, Plasty z prírodných makromolekulových látok Látky z bielkovín Galalit (umelá rohovina) — vyrábame ho z kazeínu (kazeín z tvarohu). Prísadami sú farbivá a mazadlá. Vytvrdzuje sa chemicky v roztoku formaldehydu. Vyrábame z neho dosky, rúrky a tyče rozličného profilu. Z nich obrábaním získavame gombíky, ozdobné predmety a pod. Nevýhodou je značná nasiakavosť. Látky z celulózy Celulóza je súčasťou rastlinných vlákien. Najčastejšie používame drevnú celulózu. Vulkánfíber — je jednou z najstarších plastických látok. Východiskovou surovinou je neglejený papier z drevnej, alebo bavlnenej celulózy. Papier impregnujeme chloridom zinočnatým, necháme vyzrieť, premyjeme vodou, usušíme a vo vrstvách zlisujeme. Získame tak dosky, alebo rúrky. Spracúvame ho ohýbaním, alebo obrábaním na rozličné strojové súčiastky ako sú podložky, tesnenia, ozubné kolieska a pod. Uplatňuje sa aj ako elektroizolačný materiál. Pri výrobe kufrov je vhodnou náhradou kože. Celofán — viskózová fólia. Je priehľadný a nepriepustný pre tuky, oleje a benzín. Málo odoláva vode (stráca pevnosť). Má malú priepustnosť plynov a pár. Používame ho zväčša na obaly. V textilnom priemysle kombinujeme viskózové vlákna s bavlnou, alebo s vlnou. Celuloid — je priehľadný, bezfarebný, ale pridaním farbiva ho možno sfarbiť. Je termoplastický. Nevýhodou je ľahká vznietivosť. Vyrábame z neho detské hračky, galantérny tovar, obaly, pravítka a pod. Acetát celulózy — cellon. Je podobný celuloidu, ale je nehorľavý. Má dobrú elektrickú pevnosť a pekný vzhľad. Môže byť bezfarebný, priehľadný, alebo rozlične sfarbený. Je termoplastický. Taví sa pri teplote 150 až 180 °C. Používame ho na výrobu filmov, bezpečnostného skla, galantérneho tovaru, technických výliskov, umelých vlákien, lakov, izolácií, lepidiel a pod.

13.4. b, Syntetické tvrditeľné plasty (reaktoplasty)

Tvrditeľné živice

Fenolové živice (bakelit) — sú najstaršími a najviac rozšírenými syntetickými živicami. Východiskovou surovinou je fenol (krezol a pod.) vyrábaný z metylalkoholu. Kondenzáciou fenolu s menším množstvom formaldehydu pri pôsobení kyslého katalyzátora (kyselina soľná alebo šťaveľová) vznikne živica nazývaná novolak. Je surovinou pre výrobu lisovacích

téma 13 Plasty

71

práškov, elektroizolačných lakov, tmelov, brúsnych kotúčov, brzdových obložení atď. Reakciou fenolu s väčším množstvom formaldehydu vznikajú pri pôsobení zásaditých katalyzátorov živice nazývané rezoly. Sú surovinou pre výrobu lisovacích látok, lakov, vrstvených hmôt, tmelov, obložení a pod. Amínoaldehydové živice — vznikajú kondenzáciou močoviny (melamínu a pod.) s formaldehydom. Používame ich na výrobu lakov, lepidiel, lisovacích hmôt, dekoračných vrstiev, elektroizolačných vrstiev a vrstvených hmôt. Polyesterové živice — z dikarbónových kyselín a polyalkoholov vyrábame rad tvrditeľných živíc, ktoré sú základnou surovinou pre výrobu sklených laminátov, lejacích a lisovacích látok, lakov a pod. Epoxidové živice — vyrábame ich zo zložitejších látok, ktoré získavame z fenolu, acetónu, glycerínu, ropy atď. Pripravujeme z nich lepidlá (majú veľkú priľnavosť ku kovom a ku keramike), sklené lamináty, lejacie hmoty, laky. Uplatňujú sa pri výrobe lejárskych foriem. Silikóny — sú to makromolekulové látky, v ktorých je kostra reťazca makromolekuly vytvorená z atómov kremíka a kyslíka. Vyrábajú sa zo zložitejších látok. Vyznačujú sa veľkou stálosťou pri vyšších teplotách. Vyrábame z nich mazadlá, kaučuky, laky, sklené lamináty, lepidlá, impregnačné prostriedky a pod. Silikóny nanesené na rozličné látky, napr. sklo, odpudzujú vodu, chránia optické sklá, zabraňujú pripekaniu kaučukových výliskov na formu, atď. Pridávame ich do leštiacich pást na autá, do omietok a krytín. Otázky:

1. Vysvetlite čo znamená, plast? 2. Rozdelenie plastov podľa vplyvu tepla. 3. Rozdelenie plastov podľa východiskových surovín. 4. Rozdelenie plastov podľa druhu chemických reakcií , ktorými vznikli? 5. Látky z bielkovín vymenujte, použitie ? 6. Látky z celulózy rozdelenie ? 7. Vysvetlite pojem reaktoplast. 8. Vysvetlite pojem bakelit. 9. Nakreslie monomér? 10. Nakreslite vznik makromolekuly?

PLASTY

REFERÁT č.13



Dátum:

Zadanie 1. Zmerajte rozmery skúšobnej tyče pred statickou skúškou v ťahu, určte meranú dĺžku L0 a vyznačte ju

na pracovnej dĺžke tyče. 2. Zvoľte silový rozsah stroja, nastavte registračné zariadenie a vykonajte ťahovú skúšku.

téma 13 Plasty

72

3. Pri skúške zaregistrujte ťahový diagram, od kreslite si ho do zošita. 4. Z údajov sily Fe (Fp0,2), Fm, dĺžky tyče po roztrhnutí LU a dU, vypočítajte mechanické vlastnosti Re,

(Rp0,2), Rm, A a Z. 5. Namerané a vypočítané hodnoty zapíšte do tabuľky.

Tabuľka

Rozmery skúšobnej tyče

Pred skúškou Po skúške

Číslo skúš. tyče

d0 a0xb0

[mm]

S0

[mm2

]

L0

[mm]

dU aUxbU

[mm]

SU

[mm2

]

LU

[mm]

Fe (Fp0,2)

[N]

Fm

[N]

Re

(Rp0,2)

[MPa]

Rm

[MPa]

A(...)

[%]

Z

[%]

73

Literatúra 1. BURŠÁK,M.-MICHEĽ,J.: Náuka o materiáli II, ALFA Bratislava, 1982 2. HIDVÉGHY,J.-DUSZA,J.: Nekovové konštrukčné materiály, Technická univerzita

v Košiciach, OTA, a.s., 1998 3. MARTINEC,Ľ.-ŠIMKOVIČ,M.: Náuka o materiáloch, STU v Bratislave 1997 4. MICHEĽ,J.-HIDVÉGHY,J.-SINKA,V.: Náuka o materiáli, Návody na cvičenia, ALFA

Bratislava, 1989 5. MICHEĽ,J.: Náuka o materiáli II, ALFA Bratislava, 1981 6. PULC,V.-HRNČIAR,V.-GONDÁR,E.: Náuka o materiáli I, STU v Bratislave, 1999 7. PUŠKÁR,A.-MICHEĽ,J.-PULC,V.: Náuka o materiáli, ALFA Bratislava, 1980 8. RODZIŇÁKOVÁ,O.-GRUTKOVÁ,J.-MIŠIČKO,R.: Náuka o kovoch, Návody na

cvičenia, ALFA Bratislava, 1987 9. SKOČOVSKÝ,P.-BOKŮVKA,O.-PALČEK,P.: Náuka o materiáli, Edičné stredisko

VŠDS Žilina, 1986 10. VARKOLY,L.-KOVÁČ,P.-BELKO,D.-TAINOVÁ,Š.: Technické plasty, výroba,

spracovanie a skúšanie, VŠDS v Žiline, 1995 11. VELES,P.: Mechanické vlastnosti a skúšanie kovov, ALFA Bratislava, 1985 12. ZÁBAVNIK,V.: Tepelné spracovanie kovov, Edičné stredisko VŠT Košice, 1974 13. BRANDES, E.A.-BROOK,G.B.: Smithells Metals References Book, seven edition,

Oxford 1992, ISBN 0750610204 14. SKOČOVSKÝ,P.-BOKŮVKA,O.-KONEČNÁ,R.-TILLOVÁ,E.: Náuka o materiáli pre

odbory strojnícke, EDIS Žilina, 2001 15. VARKOLY.L.: Náuka o materiáli I, Žilina, 1997 16. SKOČOVSKÝ,P.-BOKŮVKA,O.-KONEČNÁ,R.-TILLOVÁ,E.: Náuka o materiáli pre

odbory strojnícke, EDIS Žilina, 2006 ISBN: 978-80-553-1641-3

74

Zoznam vybraných noriem I. Základné pojmy, veličiny a jednotky pri mechanickom skúšaní kovov STN 01 1302 Veličiny a jednotky v mechanike tuhých a poddajných telies STN 42 0305 Odber a spracovanie skúšobných vzoriek pre mechanické skúšanie kovov II. Skúšobné tyče na mechanické skúšky kovov STN 42 0311 Skúšobné tyče pre skúšku ťahom. Základné ustanovenie STN 42 0312 Skúška ťahom za vyšších teplôt STN 42 0313 Skúška ťahom za znížených teplôt STN 42 0314 Skúšobné tyče kruhové k upínaniu krúžkami na skúšku ťahom STN 42 0315 Skúšobné tyče kruhové s hladkými valcovými hlavami na skúšky ťahom STN 42 0316 Skúšobné tyče kruhové so závitovými hlavami na skúšku ťahom STN 42 0317 Skúšobné tyče kruhové s osadenými hlavami na skúšku ťahom STN 43 0319 Skúšobné tyče ploché hrúbky od 4 do 50 mm na skúšku ťahom STN 42 0320 Skúšobné tyče ploché hrúbky od 0,10 pod 4 mm na skúšky ťahom STN 42 0321 Skúšobná tyč plochá so stálou meranou dĺžkou na skúšku ťahom III. Základné mechanické skúšky kovov STN EN ISO 6892-1 (42 0310) Skúška ťahom časť1. skúška ťahom pri teplote okolia STN 42 0342 Skúška pevnosti v strihu STN 42 0343 Skúška pružnosti v ohybe zistením trvalej deformácie STN 42 0345 Skúška medze pružnosti v ťahu IV. Skúška na únavu STN 42 0362 Základné pojmy a značky STN 42 0363 Metodika skúšania STN 42 0368 Štatistické vyhodnocovanie výsledkov skúšok únavy kovov V. Skúšky húževnatosti STN 42 0381 Skúška rázom v ohybe pri normálnej teplote STN 42 1382 Skúška rázom v ohybe pri znížených teplotách STN 42 0383 Skúška rázom v ohyhe pri zvýšených teplotách STN 42 0385 Skúška náchylnosti ocele k starnutiu po plastickej deformácii za studena VI. Skúšky odolnosti proti krehkému porušeniu STN 42 0346 Stanovenie prechodovej teploty konštrukčných ocelí skúškou rázom v ohybe veľkých telies pôvodnej hrúbky STN 42 0347 Skúška lomovej húževnatosti KIc kovov pri rovinnej deformácii STN 42 034A Stanovenie kritického rozovretia v koreni trhliny δc pri statickom namáhaní STN 42 0349 Stanovenie teploty nulovej húževnatosti konštrukčných ocelí VIII. Skúšky tvrdosti STN 25 0256 Tvrdomery pre skúšky podľa Brinella STN 25 0257 Tvrdomery pre skúšky podľa Rockwella STN 25 0258 Tvrdomery pre skúšky podľa Vickersa STN 25 0259 Tvrdomerné doštičky Brinell. Všeobecné požiadavky STN 25 0260 Tvrdomerné doštičky Rockwell. Všeobecné požiadavky STN 25 0261 Tvrdomerné doštičky Vickers. Všeobecné požiadavky STN 25 0263 Vnikacie telesá Rockwell "C" STN 25 0264 Vnikacie telesá Vickers STN 25 0270 Tvrdomery pre skúšky metódou Rockwell - N, T. Všeobecné požiadavky STN 25 0271 Tvrdomerné doštičky Rockwell - N, T. Všeobecné požiadavky

75

STN 2130 Porovnanie čísel tvrdosti podľa Brinella, Vickersa, Rockwella (stredné hodnoty) s pevnosťou ocelí ISO 6506, ISO 410 Skúška tvrdosti podľa Brinella STN 10003 – 1 až 3 Skúška tvrdosti podľa Brinella STN 42 0358 Skúška tvrdosti podľa Brinella pri teplotách do 400°C STN 42 0371 Skúška tvrdosti podľa Brinella STN 42 0372 Skúška tvrdosti podľa Rockwella. Stupnica N a T STN 42 0373 Skúška tvrdosti podľa Rockwella. Stupnica A, B a C STN ISO 6507-1 a 2 Skúška tvrdosti podľa Vickersa STN 42 0374 Skúška tvrdosti podľa Vickersa STN 42 0375 Skúška mikrotvrdosti podľa Vickersa STN 42 0379 Porovnávacie tabuľky tvrdosti pre oceľ IX. Zariadenie na mechanické skúšanie kovov STN 25 0251 Trhacie stroje a lisy STN 25 0252 Stroje pre skúšky tečenia v ťahu. Overovanie STN 25 0254 Meracie zariadenie a prístroje pre skúšanie materiálu. Kyvadlové kladivá. Overovanie STN 25 0255 Etalónové silomery X. Skúšky zvarových spojov STN 05 0043 Skúšanie mechanických vlastností natvrdo spájkovaných spojov. Skúšanie pev-nosti v ťahu STN 05 0044 Skúšanie mechanických vlastností spájkovaných spojov. Skúšanie pevnosti v šmyku STN 05 1120 Mechanické skúšanie zvarových spojov. Základné ustanovenia STN 05 1121 Skúška ťahom tupých zvarových spojov STN 05 1122 Skúška ťahom bodových a prievarkových zvarových spojov STN 05 1123 Skúška ťahom švových zvarových spojov STN 05 1124 Skúška lámavosti tupých zvarových spojov STN 05 1125 Skúška rázom v ohybe zvarových spojov ocelí STN 05 1130 Mechanické skúšky zvarových spojov tyčí pre výstuž do betónu STN 05 1131 Skúška ťahom tyčí na výstuž so zvarovými spojmi STN 05 1132 Skúška lámavosti tyčí na výstuž so zvarovými spojmi STN 05 11 33 Skúška pevnosti v šmyku bodových zvarov tyčí na výstuž STN 05 1134 Skúška tvrdosti podľa Vickersa tyčí na výstuž vo zvarovom spoji STN 05 1173 Klasifikácia akosti zvarových spojov skúšaných ultrazvukom podľa STN 05 1172 STN 05 1305 Klasifikácia zvarov podľa rádiogramov STN EN 10002-1 Skúška ťahom pri teplote okolia STN EN 10002-5 Skúška ťahom pri zvýšenej teplote STN EN 10045-1 Skúška rázom v ohybe STN EN ISO 6506-1 Skúška tvrdosti podľa Brinella STN EN ISO 6508-1 Skúška tvrdosti podľa Rockwella STN EN ISO 6507-1 Skúška tvrdosti podľa Vickersa STN EN ISO 377 Umiestnenie a príprava vzoriek a skúš. telies ma mechanické skúšky STN ISO 7438 Skúška lámavosti STN EN ISO 527-1 Stanovenie ťahových vlastností STN EN ISO 178 Stanovenie ohybových vlastností STN EN 10232 (42 0410) Skúška rúr ohybom STN EN 10233 (42 0411) Skúška rúr stáčaním

76

STN EN 10234 (42 0412) Skúška rúr rozširovaním STN EN ISO 377 (42 0329) Oceľ a výrobky z ocele. Umiestnenie a príprava vzoriek a skúšobných telies na mechanické skúšky ( ISO 377: 1997 + TC1: 1997) STN EN 10002 – 5 (42 0312) Kovové materiály, Skúška ťahom, 5. časť: Skúška ťahom pri zvýšenej teplote. STN EN 876 (05 1136) Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov, Skúška ťahom zvarového kovu tavných zvarových spojov v pozdĺžnom smere. STN EN 895 ( 05 1121) Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov, Skúška ťahom zvarového spoja v priečnom smere. STN EN 10109 – 3 (42 0376) Kovové materiály – Skúška tvrdosti, Časť 3: kalibrácia normalizovaných telies používaných v Rockwellových tvrdomeroch (stupnice A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) STN EN 10109 – 2 (42 0373) Kovové materiály – Skúška tvrdosti, Časť 2: Overovanie Rockwellových tvrdomerov (stupnice A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) STN EN 10109 – 1 (42 0372) Kovové materiály – Skúška tvrdosti, Časť 1: Rockwellová skúška pri malom zaťažení (stupnice 15N, 30N, 45N, 15T, 30T, 45T) STN ISO 6507 – 1 (42 0374) Kovové materiály - Skúška tvrdosti podľa Vickersa, Časť 1: HV5 až HV100 STN ISO 409 – 2 (42 0374) Kovové materiály – Tabuľky tvrdosti podľa Vickersa, Časť 2: HV 0,2 až HV menej ako 5. STN ISO 7438 ( 42 0401) Kovové materiály – Skúška lámavosti STN ISO 4964 (42 0379) Oceľ – Porovnávacie diagramy tvrdosti STN EN 10045 – 1 (42 0381) Kovové materiály – Skúška rázom v ohybe, 1.časť: metóda skúšania. STN EN 875 (05 1125) Deštruktívne skúšky zvarov kovových materiálov. Skúška rázom v ohybe, umiestnenie skúšobných tyčí, orientácia vrubu a skúšanie

Documents

Štruktúra a vlastnosti materiálov - web.tuke.skweb.tuke.sk/hf-knom/content/studenti/predmety/nom_sjf/struktura_a... · Úvod Obsah predmetu Štruktúra a vlastnosti materiálov