Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

1 Neželezné kovy a jejich slitiny I Prof. Ing. Tomáš Podrábský, CSc., Ing. Martin Juliš, Ing. Karel Němec, Ph.D. (doplnění a rozšíření přednášky “Strojírenské.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "1 Neželezné kovy a jejich slitiny I Prof. Ing. Tomáš Podrábský, CSc., Ing. Martin Juliš, Ing. Karel Němec, Ph.D. (doplnění a rozšíření přednášky “Strojírenské."— Transkript prezentace:

1 1 Neželezné kovy a jejich slitiny I Prof. Ing. Tomáš Podrábský, CSc., Ing. Martin Juliš, Ing. Karel Němec, Ph.D. (doplnění a rozšíření přednášky “Strojírenské materiály“ z předmětu BUM)

2 2

3 3 ze všech dosud známých prvků tvoří asi tři čtvrtiny kovy kromě Fe, které je hlavním výrobním kovem, se ostatní technické kovy nazývají neželezné řadu neželezných kovů lze označit jako deficitní - nedostatek rud nebo obtížná výroba → vysoká cena neželezné kovy se používají v případech, kdy lze plně využít jejich specifických vlastností pokud je to možné, nahrazují se neželezné kovy a jejich slitiny nekovovými materiály → cena neželezné kovy se uplatňují především jako legující prvky ve slitinách Fe, dále v elektrotechnice, tepelné technice, ve šperkařství a v řadě dalších speciálních aplikací Co jsou neželezné kovy?

4 4 Rozdělení podle teploty tání: Kovy s nízkou teplotou tání (Pb, Sn, Zn, Bi, Sb, Cd, In, ….) Kovy s nízkou teplotou tání (Pb, Sn, Zn, Bi, Sb, Cd, In, ….) Kovy se střední teplotou tání (Cu, Ni, Mn, Co, …) Kovy se střední teplotou tání (Cu, Ni, Mn, Co, …) Kovy s vysokou teplotou tání (Cr, Zr, V, Nb, Ta, Mo, W, …) Kovy s vysokou teplotou tání (Cr, Zr, V, Nb, Ta, Mo, W, …) Další skupiny neželezných kovů: Lehké kovy → ρ ≤ 5000 kg/m 3 (Al, Mg, Ti, Be, …) Lehké kovy → ρ ≤ 5000 kg/m 3 (Al, Mg, Ti, Be, …) Ušlechtilé kovy (Ag, Au, Pt, Pd, Ir, Os) Ušlechtilé kovy (Ag, Au, Pt, Pd, Ir, Os) Rozdělení neželezných kovů

5 5

6 6 Kovy a slitiny s nízkou teplotou tání Čisté kovy (Pb, Sn, Zn, Bi, Sb) Slitiny s nízkou teplotou tání: – –měkké pájky – –tvrdé olovo – –kompozice – –slitiny zinku, – –slitiny s velmi nízkou teplotou tání

7 7 Měkké pájky Do roku 2006 byla základem většiny měkkých pájek binární soustava Pb-Sn Do roku 2006 byla základem většiny měkkých pájek binární soustava Pb-Sn V dnešní době jsou však olovnaté pájky nahrazovány bezolovnatými V dnešní době jsou však olovnaté pájky nahrazovány bezolovnatými Mezi bezolovnaté měkké pájky se řadí slitiny typu Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Zn,… Mezi bezolovnaté měkké pájky se řadí slitiny typu Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Zn,… Bezolovnaté pájení je kvůli zákazu používání olova v procesu pájení do budoucna jediným možným způsobem pájení Bezolovnaté pájení je kvůli zákazu používání olova v procesu pájení do budoucna jediným možným způsobem pájení PbSn40  Eutektikum ““

8 8 Tvrdé olovo Pod tímto názvem rozumíme slitiny soustavy Pb-Sb s obsahem antimonu od 0,5 do 10 hm.% Pod tímto názvem rozumíme slitiny soustavy Pb-Sb s obsahem antimonu od 0,5 do 10 hm.% Při nižším obsahu Sb jsou slitiny vhodné ke tváření (např. pláště kabelů, lovecké broky, …) Při nižším obsahu Sb jsou slitiny vhodné ke tváření (např. pláště kabelů, lovecké broky, …) Slitiny s vyšším obsahem Sb jsou vhodné ke slévání (např. desky kyselých akumulátorů) Slitiny s vyšším obsahem Sb jsou vhodné ke slévání (např. desky kyselých akumulátorů) Vzhledem k ekologické závadnosti olova však jsou snahy tyto slitiny nahrazovat jinými materiály Vzhledem k ekologické závadnosti olova však jsou snahy tyto slitiny nahrazovat jinými materiály Obdobně jako tvrdé olovo existuje i tvrdý cín (SnSb2,5) Obdobně jako tvrdé olovo existuje i tvrdý cín (SnSb2,5)

9 9 Kompozice Jsou to materiály pro výstelky kluzných ložisek pro menší zatížení (10 – 15 MPa, vysoké rychlosti (50 – 70 m*s -1 ) a provozní teploty do 150 °C Jsou to materiály pro výstelky kluzných ložisek pro menší zatížení (10 – 15 MPa, vysoké rychlosti (50 – 70 m*s -1 ) a provozní teploty do 150 °C Nejvíce se používají kompozice na bázi Sn a Pb Nejvíce se používají kompozice na bázi Sn a Pb –olověné kompozice jsou slitiny na bázi Pb-Sn-Sb –cínové kompozice jsou slitiny soustavy Sn-Sb –přísada mědi u obou typů slitin způsobuje vznik jehlicovité intermediární fáze Cu 6 Sn 5, která zvyšuje tvrdost kompozic SnSb11Cu6 výstelka PbSn16Sb16Cu2

10 10 Slitiny zinku Zinkové slitiny se používají téměř výhradně ke slévárenským účelům Zinkové slitiny se používají téměř výhradně ke slévárenským účelům Mají výbornou slévatelnost a lepší pevnostní charakteristiky než zinek. Mají výbornou slévatelnost a lepší pevnostní charakteristiky než zinek. Při lití pod tlakem se vyrábějí ze zinkových slitin tenkostěnné odlitky, např. součásti karburátorů Při lití pod tlakem se vyrábějí ze zinkových slitin tenkostěnné odlitky, např. součásti karburátorů V praxi se požívají slitiny typu Zn-Al s obsahem Al do 4% a Zn-Al-Cu s obsahem Al do 6% a Cu do 3%. V praxi se požívají slitiny typu Zn-Al s obsahem Al do 4% a Zn-Al-Cu s obsahem Al do 6% a Cu do 3%. Slitiny s velmi nízkou teplotou tání Obvykle se jedná o slitiny blízké eutektickému složení Obvykle se jedná o slitiny blízké eutektickému složení Některé slitiny mají teplotu tání i pod 100 °C Některé slitiny mají teplotu tání i pod 100 °C Jejich složkami jsou kovy s nízkou teplotou tání (Sn, Pb, Cd, Bi, …) Jejich složkami jsou kovy s nízkou teplotou tání (Sn, Pb, Cd, Bi, …) Používají se jako teploměrné látky (roztavení indikuje dosažení dané teploty), tepelné pojistky, materiály na výrobu vytavitelných modelů, … Používají se jako teploměrné látky (roztavení indikuje dosažení dané teploty), tepelné pojistky, materiály na výrobu vytavitelných modelů, …

11 11 Lehké kovy a jejich slitiny ρ ≤ 5000 kg/m 3 (Al, Mg, Ti, Be, …)

12 12 hliník (Al) je stříbrobílý, lehký a tvárný kov, dobrý vodič elektrického proudu a tepla hliník je nejrozšířenější kov v zemské kůře a spotřebou druhý nejvýznamnější po Fe za normálních podmínek je Al velmi stálý, při zahřátí se však stává silně reaktivním a slučuje se zejména s O pro výrobu Al je nejvýznamnější ruda bauxit, což je v podstatě Al 2 O 3 s neurčitým obsahem vázané vody hlavní oblasti použití Al – elektrotechnický průmysl (elektrovodný materiál, kondenzátory), chemický a potravinářský průmysl (dobrá tepelná vodivost a odolnost proti korozi v kyselém prostředí), obaly a ochranné povlaky, velká část Al se spotřebuje při výrobě slitin Al (slitiny k tváření a slévárenské slitiny se širokým použitím zejména v automobilovém a leteckém průmyslu) Nepolymorfní kov, fcc mřížka, T t = 660°C, ρ=2,698 g/cm 3 R m = 70 MPa (základní stav), R m = 130 MPa (tváření) Hliník a jeho slitiny

13 13 Vlastnosti hliníku a jeho slitin + Nízká měrná hmotnost + Dobrá elektrická a tepelná vodivost + Relativně vysoká pevnost + Poměrně snadná zpracovatelnost + Dobrá stálost čistého Al na vzduchu  pokrývá se tenkou a souvislou vrstvou Al 2 O 3. + Slitiny hliníku, pokud neobsahují měď, rovněž velmi dobře odolávají korozi v atmosféře a látkám kyselé povahy + Dobrá svařitelnost slitin v ochranné atmosféře + Relativně snadné zpracování vratného odpadu -Špatná odolnost proti působení alkalických látek -Nízká tvrdost  snadné zhmoždění povrchu materiálu -Špatné třískové obrábění -Slitiny hliníku mohou být napadeny elektrochemickou korozí, jsou-li v konstrukci ve vodivém styku s ostatními kovy a slitinami

14 14 Dělení slitin hliníku 1 slévárenské slitiny 2 slitiny určené k tváření 3 precipitačně vytvrditelné slitiny 4 precipitačně nevytvrditelné slitiny

15 15 Dělení slitin hliníku Dělení slitin hliníku

16 16 Slévárenské slitiny hliníku Jsou určeny k výrobě tvarových odlitků litím do písku, do kovových forem nebo tlakově Jsou určeny k výrobě tvarových odlitků litím do písku, do kovových forem nebo tlakově Hodnoty mechanických vlastností odlitků značně závisí na způsobu odlévání, max. pevnost bývá asi 250 MPa Hodnoty mechanických vlastností odlitků značně závisí na způsobu odlévání, max. pevnost bývá asi 250 MPa Nejdůležitější skupinou slévárenských slitin hliníku jsou litiny typu Al-Si, tzv. siluminy Nejdůležitější skupinou slévárenských slitin hliníku jsou litiny typu Al-Si, tzv. siluminy

17 17 Slitiny na bázi Al-Si (siluminy) Binární siluminy Binární siluminy –velmi dobrá odolnost proti korozi –špatné mechanické vlastnosti způsobené křehkými krystaly křemíku –ke zlepšení mechanických vlastností siluminů slouží modifikace (nejčastěji sodíkem), která má za následek tvorbu jemných krystalků křemíku Speciální siluminy Speciální siluminy –siluminy s přísadami dalších prvků, hlavně Mg, Cu, příp. Mn, Zn, Ni, Ti, … –lze je vytvrzovat a tím zvyšovat hodnoty pevnostních charakteristik –z těchto slitin jsou odlévány tvarově složité a tenkostěnné odlitky, např. skříně spalovacích motorů a převodovek, písty a hlavy válců, řemenice, … nemodifikovaný silumin modifikovaný silumin

18 18 Další slévárenské slitiny hliníku Slitiny Al-Cu Slitiny Al-Cu –obvykle obsahují ještě další přísady, nejčastěji Fe a Ni, které s Al tvoří sloučeniny disperzně zpevňující tuhý roztok –oproti siluminům mají horší slévárenské vlastnosti –používají se na namáhané odlitky pro vyšší teploty (např. hlavy válců) Slitiny Al-Mg Slitiny Al-Mg –mají nejvyšší měrnou pevnost a houževnatost ze slévárenských slitin hliníku, oproti siluminům mají rovněž lepší obrobitelnost, avšak horší slévárenské vlastnosti a větší pórovitost –přísada Si zlepšuje zabíhavost, s přísadou Zn mají slitiny lepší odolnost proti korozi –ze slitin Al-Mg-Si se vyrábějí mechanicky namáhané odlitky za vyšších teplot (např. žebrované hlavy válců) nebo odlitky vystavené povětrnostním vlivům (např. automobilové kování, nádobí pro styk s potravinami, atd.) Slitiny Al-Zn-Mg Slitiny Al-Zn-Mg Slitiny Al-Li Slitiny Al-Li

19 19 Slitiny hliníku ke tváření Nízkopevnostní slitiny s dobrou odolností proti korozi –slitiny soustav Al-Mg, Al-Mg-Si a Al-Mn –mají dobrou odolnost proti korozi, protože neobsahují Cu –díky absenci Cu je ale nelze podstatně vytvrdit tepelným zpracováním –mají dobrou svařitelnost, tvařitelnost a lomovou houževnatost Slitiny Al-Mg Slitiny Al-Mg –obsahují do 6 hm.% hořčíku –mají výbornou odolnost proti korozi, zejména v mořské vodě –nízké hodnoty pevnostních charakteristik lze zvýšit deformačním zpevněním –jsou využívány ve strojírenském a chemickém průmyslu Slitiny Al-Mg-Si Slitiny Al-Mg-Si –tyto slitiny lze mírně vytvrdit –používají se zejména v letectví Slitiny Al-Mn Slitiny Al-Mn

20 20 Slitiny hliníku ke tváření Slitiny s vyšší a vysokou pevností Slitiny Al-Cu-Mg (duraly) Slitiny Al-Cu-Mg (duraly) –dosahují značné pevnosti po vytvrzení –Ale mají nízkou odolnost proti korozi –použitelnost do 150 °C, s přísadou Ni (1 - 2 hm.%) až do 300 °C –využití nacházejí tam, kde je žádána nízká měrná hmotnost při zachování dostatečné pevnosti (např. součásti letadel nebo automobilů) Slitiny Al-Zn-Mg Slitiny Al-Zn-Mg –nejpevnější konstrukční slitiny hliníku (dosahují R m až 600 MPa) –k hlavním nedostatkům patří nižší lomová houževnatost, vyšší vrubová citlivost a intenzivnější odpevňování s růstem teploty než u duralů –používají se na namáhané součásti pracující za normálních teplot tvářená slitina AlCu4

21 21 Tepelné zpracování slitin hliníku Běžně jsou používány tyto způsoby tepelného zpracování:  žíhání  precipitační vytvrzování Žíhání slitin hliníku: Žíhání ke snížení vnitřních pnutí (200 – 300 °C, někdy i 400 °C) Žíhání ke snížení vnitřních pnutí (200 – 300 °C, někdy i 400 °C) –používá se u tvarově složitých odlitků, svařenců a tvářených součástí Žíhání rekrystalizační (obvykle 350 °C) Žíhání rekrystalizační (obvykle 350 °C) –pro odstranění zpevnění po předchozím tváření Žíhání stabilizační (zpravidla 240 – 360 °C) Žíhání stabilizační (zpravidla 240 – 360 °C) –provádí se u součástí, které mají pracovat za vyšších teplot Žíhání homogenizační (ohřev nad křivku změny rozpustnosti) Žíhání homogenizační (ohřev nad křivku změny rozpustnosti) –k odstranění resp. zmenšení chemické heterogenity materiálu

22 22 Tepelné zpracování slitin hliníku Precipitační vytvrzování –spočívá ve využití precipitačního rozpadu přesyceného tuhého roztoku –sestává se z rozpouštěcího ohřevu, rychlého ochlazení a vytvrzování rozpouštěcí ohřev (někdy nazývaný rozpouštěcí žíhání) rozpouštěcí ohřev (někdy nazývaný rozpouštěcí žíhání) –provádí se za teploty mezi křivkou změny rozpustnosti a solidem rychlé ochlazení rychlé ochlazení –k potlačení vylučování rovnovážných fází → vzniká přesycený tuhý roztok stárnutí stárnutí –přesycený tuhý roztok je termodynamicky nestabilní a dochází k jeho rozpadu:  při teplotě okolí (přirozené stárnutí)  za zvýšené teploty (umělé stárnutí) stárnutí AlCu4Mg

23 23 automobilový průmysl (části motorů, profily pro výplně dveří, pouzdra tlumičů, atd.) potravinářský průmysl (obalová technika - alobal) strojírenství (odlitky, konstrukční součástky, různé profily, atd.) stavebnictví (fasádní profily, profily pro výrobu dveří a oken, atd.) elektrotechnika (kabely, dráty) letecký průmysl Použití slitin hliníku

24 24 Budoucnost slitin hliníku Slitiny hliníku dnes představují materiálově ukončenou skupinu  nepředpokládá se vývoj zcela nových slitin z hlediska chemického složení Slitiny hliníku dnes představují materiálově ukončenou skupinu  nepředpokládá se vývoj zcela nových slitin z hlediska chemického složení Pozornost je třeba zaměřit na: Pozornost je třeba zaměřit na: –tepelné zpracování – nové postupy by měly sledovat možnosti zvýšení lomové houževnatosti slitin, tvárnosti, odolnosti proti korozi čí snížení vrubové citlivosti –lehčené kovové struktury (lehké pěnové materiály s otevřenými a uzavře- nými póry) z hliníku a jeho slitin, zaváděné v průběhu devadesátých let především v konstrukci letadel, automobilů a kolejových vozidel pro svou nižší hmotnost a potenciální úsporu energie (výplně a zpevnění absorbérů nárazu, díly karoserií, atd.). Posledním vývojem z konce devadesátých let jsou lehčené struktury z dutých kuliček. –kompozitní materiály na bázi hliníku –amorfní slitiny hliníku –nanokrystalické slitiny hliníku

25 25 hořčík (Mg) je nejlehčí z konstrukčních kovů za studena je špatně tvárný zejména při vyšších teplotách je velmi reaktivní a jeho výroba a zpracování jsou tudíž obtížné vyrábí se z Magnesitu (MgCO 3 ), Dolomitu (MgCO 3 · CaCO 3 ) nebo z mořské vody hlavní oblasti použití čistého Mg je jako redukční činidlo při výrobě Ti, modifikátor při výrobě tvárné litiny, přísada do slitin Al (dobrá pevnost a odolností proti korozi), vlastní slitiny Mg (zejména slévárenské slitiny pro automobilový a letecký průmysl, kde se používají v omezené míře jako náhrada slitin Al) Atomové číslo: 12 Relativní atomová hmotnost: 24,305 Měrná hmotnost: 1,738 g/cm3 Teplota tání: 650 °C, tj. 922 K Teplota varu: 1090°C, tj K Hořčík a jeho slitiny

26 26 Vlastnosti slitin hořčíku Vlastnosti hořčíku lze zlepšit přísadami dalších prvků, z nichž nejvýznamnější jsou Al, Zn, Zr a Mn Vlastnosti hořčíku lze zlepšit přísadami dalších prvků, z nichž nejvýznamnější jsou Al, Zn, Zr a Mn –hliník ve slitinách s Mg výrazně zvyšuje pevnost a tvrdost, zlepšuje slévatelnost a zmenšuje smrštivost při tuhnutí –zinek zvyšuje pevnost a tvrdost (ale méně než Al) a při malých obsazích též houževnatost –zirkonium zlepšuje mechanické vlastnosti a zjemňuje zrno slévárenských slitin –mangan zlepšuje odolnost proti korozi a svařitelnost Mezi přednosti slitin Mg patří zejména nízká měrná hmotnost, dobrá měrná pevnost, vysoký útlum vibrací a dobrá obrobitelnost Mezi přednosti slitin Mg patří zejména nízká měrná hmotnost, dobrá měrná pevnost, vysoký útlum vibrací a dobrá obrobitelnost Nedostatkem je naopak obtížná výroba a zpracování (zvýšené náklady), špatná tvárnost za studena, nízká tvrdost, houževnatost a odolnost proti opotřebení a zejména nízká odolnost vůči korozi Nedostatkem je naopak obtížná výroba a zpracování (zvýšené náklady), špatná tvárnost za studena, nízká tvrdost, houževnatost a odolnost proti opotřebení a zejména nízká odolnost vůči korozi

27 27 Slitiny Mg-Al-Zn Slitiny Mg-Al-Zn –nejvíce používané slitiny Mg známé pod názvem elektron –použitelnost do 150 °C –uplatňuje se např. v automobilovém průmyslu na lité disky kol Slitiny Mg-Zn-Zr Slitiny Mg-Zn-Zr –vyšší hodnoty pevnostních charakteristik oproti „elektronu“ –použitelnost do 200 °C –s přísadou PVZ nebo Nd až do 250 °C Tepelné zpracování slitin hořčíku Tepelné zpracování slitin hořčíku –obdobné jako u slitin Al –nutné delší výdrže (pomalejší difuzní pochody) –stárnutí je možné pouze umělé Slitiny hořčíku ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.

28 28 Použití slitin hořčíku

29 29 Budoucnost slitin hořčíku Slitiny hořčíku v dopravní technice Slitiny hořčíku v dopravní technice –současná spotřeba 2,5 – 8 kg na 1 osobní automobil –výhled – 40 kg na jeden osobní automobil Požadavky na výrobu a výzkum Požadavky na výrobu a výzkum –zvyšování objemu a kvalitu výroby (výrobní postupy) –optimalizace struktury a mechanických vlastností –zlepšení creepových vlastností –zvýšení odolnosti proti korozi (povrchová ochrana)

30 30 Titan a jeho slitiny Atomové číslo: 22 Relativní atomová hmotnost: 47,867 Měrná hmotnost: 4,506 g/cm3 Teplota tání: 1668 °C, tj K Teplota varu: 3287 °C, tj K titan je sedmým nejrozšířenějším kovem v zemské kůře byl objeven roku 1791, ale jeho izolace se podařila až po sto letech v malém množství je obsažen ve většině minerálů, nejvíce ho obsahují rudy ilmenit (FeTiO 3 ) a rutil (TiO 2 ) je to polymorfní kov s vysokou teplotou tání většinou se používá ve formě slitin titan i jeho slitiny mají poměrně nízkou měrnou hmotnost a dobré pevnostní charakteristiky → vysoká měrná pevnost dobře odolávají vůči korozi (i v mořské vodě), v některých případech i kyselinám → využití v chemickém průmyslu pracovní teploty slitin titanu mohou být až 600 °C mezi nevýhody titanu a jeho slitin patří vysoká reaktivita s plyna nad 700°C, obtížná obrobitelnost, špatné třecí vlastnosti někdy může být nevýhodou i nízký modul pružnosti (E = 115 GPa) struktura čistého titanu

31 31 Slitiny  - přísadové prvky stabilizující fázi alfa jsou Al, Sn, N, O, C Slitiny  - přísadové prvky stabilizující fázi alfa jsou Al, Sn, N, O, C Slitiny  - přísadové prvky stabilizující fázi beta jsou: Mo, V, Cr, Nb, Ta Slitiny  - přísadové prvky stabilizující fázi beta jsou: Mo, V, Cr, Nb, Ta Slitiny  +  (heterogenní) - vzájemný poměr fází je dán charakterem rovnovážného diagramu, obsahem přísad a podmínkami ochlazování Slitiny  +  (heterogenní) - vzájemný poměr fází je dán charakterem rovnovážného diagramu, obsahem přísad a podmínkami ochlazování Základní dělení slitin titanu Slitiny  Slitiny  Slitiny  + 

32 32 Slitiny titanu Slitiny  Slitiny  –nízká měrná hmotnost a pevnost až 1000 MPa –dobré mechanické vlastnosti do 300 °C –jsou odolné proti křehkému porušení –Ti-Al → obsah Al bývá většinou do 8 hm.% –Ti-Al-Sn → kromě Al obsahují hm.% Sn –používají se hlavně v letectví a kosmonautice Slitiny  Slitiny  –mají vysokou odolnost proti korozi a dobrou tvářitelnost za normální teploty –pevnost po vytvrzení dosahuje hodnot až 1600 MPa (slitina TiV13Cr11Al3, zpevňující fází jsou intermetalické sloučeniny Ti 3 Al, TiAl) –nevýhodou je vyšší měrná hmotnost než u ostatních Ti slitin a vysoká cena (kvůli přísadám těžkých a obtížně zpracovatelných kovů) Slitiny  +  (heterogenní) Slitiny  +  (heterogenní) –vyznačují se širokou škálou vlastností podle přísad a zpracování –nejpoužívanější slitina TiAl6V4 dosahuje pevnosti 1125 MPa –heterogenní slitiny lze vytvrzovat tepelným zpracováním –používají se na lopatky turbín a kompresorů, součásti leteckých draků, podvozků, sportovní vybavení, atd. tvářená slitina TiAl6V4 (bílá fáze=  tmavá fáze=  )

33 33 Tepelné zpracování slitin titanu Obdobně jako u většiny slitin neželezných kovů jsou používány žíhání a precipitační vytvrzování Obdobně jako u většiny slitin neželezných kovů jsou používány žíhání a precipitační vytvrzování Žíhání ke snížení vnitřních pnutí (450 – 650 °C) Žíhání ke snížení vnitřních pnutí (450 – 650 °C) –používá se po svařování, rovnání atd. Žíhání rekrystalizační (obvykle 800 °C) Žíhání rekrystalizační (obvykle 800 °C) –pro odstranění zpevnění po předchozím tváření Žíhání stabilizační Žíhání stabilizační –u slitin bez Al 600 – 700 °C, s Al 700 – 900 °C –provádí se u součástí, které mají pracovat za vyšších teplot Vytvrzování (u  +  slitin a  slitin ) Vytvrzování (u  +  slitin a  slitin ) –sestává se z rozpouštěcího ohřevu, rychlého ochlazení a vytvrzování –teplota rozpouštěcího ohřevu je volena tak, aby bylo zachováno co největší množství fáze  –ochlazování se provádí do vody –Následuje umělé stárnutí při teplotě 500 – 600 °C) TiAl6V4 – Widmanstätten. str. (fáze  + jehlice  )

34 34 Slitiny s tvarovou pamětí Jako vratný paměťový jev je označována opakovatelná samovolná změna tvaru součásti, doprovázející vznik teplotně indukovaného martenzitu při ochlazování a jeho zpětnou přeměnu na původní fázi při dalším ohřevu. Jev tvarové paměti byl poprvé experimentálně pozorován na exotické slitině Au-Cd v roce Výzkumu v tomto oboru ale vzrostl až po roce 1963, kdy byl tento jev náhodně pozorován na slitině NiTi vyvíjené původně jako antikorozní materiál. Následně byly objevovány další slitiny s tvarovou pamětí. V technických aplikacích jsou nejrozšířenější slitiny NiTi (50 at.% Ni), známé pod obchodním názvem Nitinol, příp. s přísadami dalších prvků – –mají řadu dalších specifických vlastností, jako je např. superplasticita – –nevýhodou těchto slitin je velmi vysoká cena – –používají se jako spojky potrubí ke spojování špatně svařitelných materiálů nebo spojování potrubí na nepřístupných místech (např. v křídlech letadel) – –uplatňují se rovněž jako regulační a pojistné prvky – –pro dobrou biokompatibilitu je Nitinol vhodnou slitinou pro medicínské využití (permanentní rovnátka, drobné chirurgické nástroje)

35 35 Nákladná výroba → 1. použití ve zbrojním průmyslu, letectví a raketové technice, kosmonautice. 50. léta – vyvinuto firmou Lockheed Corporation letadlo SR-71 Blackbird – prakticky celotitanová konstrukce (poprvé vzlétlo 1962). Vývoj světové produkce titanu 40. léta 2,5 tuny/10 let tun/rok Použití slitin titanu

36 36 9% hmotnosti letadel Airbus A340 a A380 tvoří titan a jeho slitiny Použití slitin titanu

37 37 šperky – duhové efekty tenkých oxidických filmů na povrchu rámy a ochranné kryty přístrojů – fotoaparáty, mobilní zařízení, notebooky sportovní potřeby vyžadující nízkou hmotnost a vysokou pevnost pro svoji vysokou korozní odolnost a biokompatibilitu se používá pro různé aplikace v lékařství Použití slitin titanu

38 38 Budoucnost slitin titanu Slitiny titanu, podobně jako slitiny hliníku a dalších kovů, představují materiálově víceméně ukončenou skupinu  nepředpokládá se vývoj zcela nových slitin z hlediska chemického složení Slitiny titanu, podobně jako slitiny hliníku a dalších kovů, představují materiálově víceméně ukončenou skupinu  nepředpokládá se vývoj zcela nových slitin z hlediska chemického složení Pozornost je třeba zaměřit na: Pozornost je třeba zaměřit na: –zvyšování žárupevnosti slitin při zachování dostatečné tvárnosti a stability struktury při dlouhodobém zatěžování –ochranné povlakování proti oxidaci → zvýšení pracovní teploty (k tomu vhodných) slitin nad 600°C –využití intermetalických sloučenin titanu (hlavně Ti 3 Al) při vysokoteplotních aplikacích (až do 900 °C) –tváření v superplastickém stavu → lepší vlastnosti výsledných výrobků –výroba součástí ze slitin titanu pomocí práškové metalurgie

39 39 Číselné označování neželezných kovů a jejich slitin dle ČSN 4 2 X X X X. X X Třída norem hutnictví 3 – těžké kovy 4 – lehké kovy 0, 2, 4, 6, 8 – kovy tvářené 1, 3, 5, 7, 9 – kovy slévárenské Pořadové číslo Dvojčíslí ze 4. a 5. číslice určuje též skupinu kovů Pro slévárenské materiály způsob odlévání Způsob tepelného zpracování: 0 – bez TZ 1 – žíhání 2 – neobsazeno 3 – rozpouštěcí žíhání 4 – umělé stárnutí 5 – vytvrzení za studena 6 – rozpouštěcí žíhání + stab. 7 – vytvrzení za tepla 8 – kalení a popouštění Pro tvářené materiály jakost a technologické zpracování Pozn.: Číselné označení lze doplnit také označením podle chemického složení.

40 40 Značka je tvořena následujícími znaky: Značka je tvořena následujícími znaky: E N A X – X X X X(X) Značení čistého hliníku Značení čistého hliníku E N A X – 1 X X X(X) Označování Al a jeho slitin dle ČSN EN Evropské označení Hliník a jeho slitiny W – tvářené výrobky B – ingoty C – odlitky M – předslitiny specifikace chemického složení – u tvářených materiálů 4 číslice – u netvářených materiálů 5 číslic (viz. dále) W → mezní obsah doprovodných prvků B, C, M → vždy nula min. obsah Al v % (99,XX) 0 (kromě letectví a kosmonautiky) Pozn.: Číselné označení hliníku a jeho slitin podle EN lze doplnit rovněž označením podle chemického složení.

41 41 Značení tvářených materiálů Značení tvářených materiálů E N A W – X X X X E N A W – X X X X Značení netvářených materiálů Značení netvářených materiálů E N A X – X X X X(X) Označování Al a jeho slitin dle ČSN EN řada – hlavní slitinové prvky: 2 – Cu 3 – Mn 4 – Si 5 – Mg 6 – Mg-Si 7 – Zn 8 – ostatní prvky 9 – neobsazená řada 0 (kromě letectví a kosmonautiky) vyjadřuje modifikace slitiny: 0 - základní slitina 1 až 9 udávají modifikace základní slitiny nemají zvláštní význam, rozlišují různé hliníkové slitiny ve skupině B – ingoty C – odlitky M – předslitiny 2 – Cu 4 – Si 5 – Mg 7 – Zn (9 – předslitiny) určuje skupinu slitin: 21 – Cu41 – AlSiMgTi 51 – AlMg 71 – AlZnMg 42 – AlSi7Mg 43 – AlSi10Mg 44 – AlSi 45 – AlSi5Cu 46 – AlSi9Cu 47 – AlSi(Cu) 48 – AlSiCuNiMg 3. číslice je doplňující (1 až 9) 4. číslice je nula

42 42 Příklady označování slitin hliníku řadaslitiny označení dle ČSN EN 573dle ČSN číselnépodle chemickéhosloženíčíselnépodle chem.složení tvářené materiály 2000Al-CuAW-2024AW-AlCu4Mg AlCu4Mg 3000Al-MnAW-3103AW-AlMn AlMn1 4000Al-SiAW-4032AW-AlSi12,5MgCuNi424237AlSi12Ni1Mg 5000Al-MgAW-5754AW-AlMg AlMg3 6000Al-Mg-SiAW-6082AW-AlMgSiMn424400AlMg1Si1Mn 7000Al-ZnAW-7020AW-AlZn4,5Mg AlZn4,5Mg1 8000různéAW-8016AW-AlFe1Mn netvářené materiály 20000Al-CuAC-21000AC-AlCu4MgTi 40000Al-Si AC-42100AC-AlSi7Mg0, AlSi7Mg AC-43000AC-AlSi10Mg424331AlSi10MgMn AC-44100AC-AlSi AlSi12Mn 50000Al-Mg AC-51200AC-AlMg AlMg10SiCa AC-51300AC-AlMg Al-ZnAC-71000AC-AlZn5Mg

43 43 Značka je tvořena následujícími znaky: Značka je tvořena následujícími znaky: E N – M X X X X X X Označování Mg a jeho slitin dle ČSN EN Evropské označení Hořčík a jeho slitiny A – anody B – ingoty C – odlitky 1 – čistý Mg 2 – Al 3 – Zn 4 – Mn 5 – Si 6 – RE (prvky vzácných zemin) 7 – Zr 8 – Ag 9 – Y 00 – čistý Mg 11 – MgAlZn 12 – MgAlMn 13 – MgAlSi 21 – MgZnCu 51 – MgZnREZr 52 – MgREAgZr 53 – MgREZr Určení podskupiny a rozlišení slitin v jednotlivých pod- skupinách Pozn.: Místo číslic na 6. až 10. místě lze použít kódové označení slitiny chem. značkami.

44 44 Označování tepelného zpracování neželezných kovů dle EN Označení stavu Definice T1 Po ochlazení ze zvýšené teploty tváření a přirozeném stárnutí T2 Po ochlazení ze zvýšené teploty tváření, tváření za studena a přirozeném stárnutí T3 Po rozpouštěcím žíhání, tváření za studena a přirozeném stárnutí T4 Po rozpouštěcím žíhání a přirozeném stárnutí T5 Po ochlazení ze zvýšené teploty tváření a umělém stárnutí T6 Po rozpouštěcím žíhání a umělém stárnutí T7 Po rozpouštěcím žíhání a umělém přestárnutí Výběr stavů nejčastěji užívaných v evropských normách

45 45 Hlavní důvody použití lehkých kovů a jejich slitin při výrobě automobilů Snížení hmotnosti Snížení hmotnosti Lepší jízdní vlastnosti Lepší jízdní vlastnosti Nižší spotřeba paliva Nižší spotřeba paliva Méně emisí Méně emisí

46 46 Doporučená literatura Ptáček, L. a kol.: Nauka o materiálu II. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 1999, (2. opravené a doplněné vydání 2002) Ptáček, L. a kol.: Nauka o materiálu II. Akademické nakladatelství CERM, Brno, 1999, (2. opravené a doplněné vydání 2002) Pluhař, J. a kol.: Nauka o materiálech. SNTL, Praha,1989 Pluhař, J. a kol.: Nauka o materiálech. SNTL, Praha,1989 Askeland, D.R., Phulé, P.P.: The Science and Engineering of Materials. Thomson-Brooks/Cool, 4th ed (5th ed. 2005) Askeland, D.R., Phulé, P.P.: The Science and Engineering of Materials. Thomson-Brooks/Cool, 4th ed (5th ed. 2005) Callister, W.D., Jr.: Materials Science and Engineering. An Introduction. John Wiley & Sons, Inc., 6th ed., 2003 Callister, W.D., Jr.: Materials Science and Engineering. An Introduction. John Wiley & Sons, Inc., 6th ed., 2003


Stáhnout ppt "1 Neželezné kovy a jejich slitiny I Prof. Ing. Tomáš Podrábský, CSc., Ing. Martin Juliš, Ing. Karel Němec, Ph.D. (doplnění a rozšíření přednášky “Strojírenské."

Podobné prezentace


Reklamy Google