Technické kovy ve strojírenství Email: mhorakova@pf.jcu.cz Tel: 387 77 3057 MTDII
Technické železo Podle obsahu uhlíku jsou technická železa rozdělována: Kujná neboli oceli s obsahem uhlíku do 2,14 % Nekujná s obsahem uhlíku nad 2,14 %. Z rovnovážného diagramu metastabilní soustavy Fe-Fe3C je zřejmé, že železa s obsahem uhlíku do 2,14 % je možno ohřevem převést do tvárného (kujného) stavu, to jest do oblasti austenitu. Železa s obsahem nad 2,14 % uhlíku obsahují i při zvýšených teplotách vedle austenitu nebo perlitu také sekundární cementit a ledeburit, které v důsledku své křehkosti tváření neumožňují. MTDII
Oceli – železa kujná Oceli jsou na základě svého technologického určení, použití, vlastností a složení českou normou rozdělovány do tříd: oceli ingotové konstrukční běžných vlastností (stavební) třída 10 (strojní) třída 11 ušlechtilé uhlíkové třída 12 slitinové třída 13 až 17 nástrojové třída 19 nízkolegované vysokolegované (rychlořezné) na lité nástroje na odlitky třída 26 třída 27 až 29 MTDII
ocelárenské surové železo houska Oceli – železa kujná Ingotové oceli určeny k dalšímu zpracování tvářením. Vyrobená ocel určená k tváření se v hutích odlévá do velkých kovových forem - kokil. Vzniklé odlitky = nazývány ingoty. Mají tvar komolých jehlanů nebo komolých kuželů. Oceli na odlitky se v hutích odlévají buď přímo do slévárenských forem - vznikají odlitky požadovaného tvaru a rozměrů, nebo do zvláštních jednoduchých forem, ze kterých jsou odlitky zvané housky předávány do sléváren k dalšímu zpracování. Konstrukční oceli jsou určeny na strojní a stavební konstrukce, tedy na všechny ocelové výrobky kromě nástrojů. Nástrojové oceli určeny na výrobu obráběcích a tvářecích nástrojů, ocelových forem a dalšího výrobního zařízení. ocelárenské surové železo houska MTDII
Oceli – železa kujná Oceli obvyklých (běžných) vlastností (jakostí) jsou vyráběny jednodušším technologickým postupem v konvertorech nebo Siemens-Martinských pecích. Výrobce u těchto ocelí zaručuje pouze jejich hlavní mechanické vlastnosti, s výjimkou údaje o povoleném obsahu síry a fosforu u třídy 11 nezaručuje jejich složení. Oceli ušlechtilé jsou vyráběny náročnějším technologickým postupem, při kterém jsou přetavovány v elektrických pecích. Výrobce zaručuje jak jejich mechanické vlastnosti, tak jejich složení. MTDII
Oceli – železa kujná Uhlíkovou ocelí je nazývána slitina železa s uhlíkem, která však může obsahovat (a vždy také obsahuje) i určité malé, normou stanovené množství dalších složek. Tyto příměsi se do oceli dostávají ze surovin nebo při výrobě. Oceli s obsahem: do 0,25 % C nízkouhlíkové od 0,25 do 0,6 % C středněuhlíkové nad 0,6 % C vysokouhlíkové POZN. Vyrobit ocel, která by obsahovala pouze železo a uhlík, by bylo velmi náročné a často zbytečné. Příměsi totiž mohou vlastnosti oceli zlepšovat. MTDII
Oceli – železa kujná Slitinová ocel obsahuje alespoň 0,9 % Mn, 0,5 % Si nebo Ni, 0,3 % Cr, 0,2 % W nebo Co, 0,1 % Mo, V nebo Ti. Oceli s obsahem legujících (přísadových) prvků se označují: do 2,5 % nízkolegované od 2,5 do 5 % středně legované od 5 do 10 % výše legované nad 10 % vysokolegované Třída 18 není materiálem obsazena. Původně měla zahrnovat ocelové a litinové prášky pro práškovou metalurgii a jiné zvláštní materiály. MTDII
Vlastnosti a použití ocelí KONSTRUKČNÍ OCELI – tř. 10 Konstrukční oceli třídy 10 jsou levné, dobře obrobitelné a svařitelné. V tabulce uvedené označení „stavební“ dnešní terminologie již neužívá, je zde uvedeno pouze pro názornost. Mají zaručenu pevnost, mez kluzu, tvárnost a svařitelnost. Používají se na součásti podružného významu, pro stavební a zámečnické užití, na kolejnice, mosty, jeřáby a podobná zařízení. Tvoří asi 80 % všech vyráběných ocelí. armovací koše z betonářské oceli MTDII
Pant na vrata odpadových kontejnerů trubky bezešvé hladké černé Konstrukční oceli – tř. 11 Konstrukční oceli třídy 11 jsou kvalitnější než oceli třídy 10. Výrobcem mají zaručen obsah síry a fosforu (zhoršují vlastnosti oceli), pevnost, mez kluzu a tažnost. Používají se na náročnější strojní součásti jako hřídele, čepy, ozubená kola, šrouby, matice, plechy pro zpracování tažením, výlisky a další. tažená ocel kruhová Pant na vrata odpadových kontejnerů MTDII trubky bezešvé hladké černé
Konstrukční oceli – tř. 12 Oceli třídy 12 patří k ušlechtilým ocelím. Mají zaručeno chemické složení. Oceli s obsahem od 0,06 do 0,2 % C se užívají k cementaci, oceli s obsahem od 0,25 do 0,7 % C k zušlechťování a oceli s obsahem od 0,4 do 0,6 % C k povrchovému kalení. vyrábějí se z nich namáhané strojní součásti a součásti silničních motorových vozidel určené k cementování, např. ozubená kola, vačkové a klikové hřídele, ojnice, pístnice, páky, jeřábové háky, vřetena soustruhů, pružiny aj., i frézy na dřevo vačková a kliková hřídel MTDII
kuželová soukolí s frézovanými zuby, větší kola o průměru 3,3 m Konstrukční oceli – tř. 13 Oceli třídy 13 jsou legovány Mn a Si. Užívají se na středně namáhané součásti s vyšší odolností proti opotřebení. Patří sem například pružinové oceli s obsahem asi 10,7 % Si a transformátorové oceli s obsahem až 4,6 % Si, které vykazují nízké ztráty vířivými proudy. kuželová soukolí s frézovanými zuby, větší kola o průměru 3,3 m MTDII
Optimalizovaná přední náprava typu McPherson Konstrukční oceli – tř. 14 Oceli třídy 14 jsou legovány Cr, Mn a Si. Jsou dobře prokalitelné, některé lze je cementovat, jiné nitridovat, jiné a povrchově kalit, jsou tvrdé a odolné proti otěru. Mají široké použití pro namáhané součásti, jako například ozubená kola, hřídele, valivá ložiska. Optimalizovaná přední náprava typu McPherson MTDII
Konstrukční oceli – tř. 15 Oceli třídy 15 jsou legovány Cr, Mn, Mo, V, W a Si. Mají vysokou pevnost, mez kluzu, mez tečení, dobře odolávají korozi a jsou dobře prokalitelné. Jsou vhodné k zušlechťování, některé k povrchovému kalení, jiné k cementaci nebo nitridaci Užívají se na velmi namáhané součásti jako například ozubená kola, klikové hřídele výkonných motorů, torzní tyče, tlakové nádoby, energetická zařízení pracující za zvýšených teplot. pístní čepy MTDII
Konstrukční oceli – tř. 16 Oceli třídy 16 jsou legovány Ni a Cr. Mají vysokou pevnost, mez kluzu, houževnatost, jsou dobře prokalitelné. Jsou vhodné pro cementaci a zušlechťování. Své dobré vlastnosti si udržují i při nízkých teplotách. Jsou vhodné pro vysoce namáhané součásti. MTDII
Konstrukční oceli – tř. 17 Oceli třídy 17 jsou vysoce legované zejména Ni (až 70 %) a Cr, dále Mo, Ti a Mn. Jsou velmi odolné proti žáru, korozi a otěru. Užívají se pro silně namáhaná zařízení vystavená vyšším provozním teplotám (oceli žáruvzdorné a žárupevné pro kalicí a žíhací pece, formy pro lisování skla, energetická zařízení a pod.), silně agresivnímu koroznímu prostředí (oceli korozivzdorné pro potravinářský a chemický průmysl, zdravotnictví) a pro součásti vystavené otěru při velkém zatížení (funkční části bagrů, drtičů, mlýnů na kámen a uhlí a pod.). Nejznámější je ocel označovaná jako 18/8, obsahující 18 % Cr a 8 % Ni. Některé z ocelí této třídy mají zcela specifické fyzikální vlastnosti. Příkladem je ocel s obsahem 35 až 36 % Ni, nazývaná invar, jejíž součinitel tepelné roztažnosti je prakticky nulový (0,5. 10-6; pro srovnání: běžná ocel má součinitel tepelné roztažnosti 12.10-6). MTDII
Konstrukční oceli – tř. 17 chirurgické nástroje posuvné měřítko MTDII nerezavějící nože
Nástrojové oceli – tř. 19 Nástrojové oceli (oceli třídy 19) jsou oceli užívané k výrobě obráběcích a tvářecích nástrojů. Uhlíkové nástrojové oceli mají od 0,7 do 1,5 % C. S obsahem uhlíku roste jejich tvrdost a klesá houževnatost. Používají se zejména na ruční nástroje pro zpracování dřeva, papíru i kovů (například pilníky). Nízkolegované nástrojové oceli obsahují vedle uhlíku Cr, W, V, Mo, Ni, Si a Co. Mají větší prokalitelnost, odolnost proti popuštění, odolnost proti otěru a tím také vyšší řezivost. Užívají se na nástroje pro obrábění kovů a nástroje tvářecí. MTDII
Nástrojové oceli – tř. 19 Vysokolegované neboli rychlořezné nástrojové oceli obsahují větší množství legur, především W, Cr, V, Mo a Co. Jsou velmi tvrdé, odolávají popuštění do 600 °C a otěru. Vyžadují zvláštní způsob tepelného zpracování. Nástrojové oceli na lité nástroje jsou legovány W, Cr, V a Mo. Zpracovávají se litím. Mají lepší řezivost než nástroje vyrobené z tvářených ocelí, ale jsou křehčí. Užívají se na vícebřité nástroje jako například frézy, výhrubníky a výstružníky, břitové destičky soustružnických nožů. Podle důsledně provedeného rozdělení ocelí by měly patřit do skupiny ocelí na odlitky. MTDII
Oceli na odlitky – tř. 26 a 29 Uhlíkové oceli na odlitky třídy 26 obsahují do 0,6 % C. Používají se součásti elektrických strojů, ložiska vozidel, armatury a součásti parních kotlů a turbin, na součásti spalovacích motorů. Oceli třídy 29 jsou legovány především Cr a Ni. Svými vlastnostmi a použitím odpovídají ingotovým ocelím třídy 17, jsou tedy korozivzdorné, žárovzdorné a žáropevné. MTDII
Oceli na odlitky – tř. 27 a 28 Oceli tříd 27 a 28 jsou legovány především Mn a Si, některé také Cr, Ni, Mo, V, W, Co, Al. Dobře odolávají opotřebení a teplotám do 450 °C. Oceli s nižším obsahem legujících prvků se užívají na namáhaná ozubená kola, armatury a součásti kotlů a turbin vystavené teplotám až do 450 °C, součásti železničních výhybek. Oceli legované Cr, Mo a V odolávají teplotám až do 580 °C. Pro ještě vyšší teploty se užívají oceli obsahující navíc Ni, W a Co. Pro trvalé magnety jsou vhodné oceli s obsahem Al (6 až 11 %), Ni (13 až 30 %) a Co (až 30 %). Známé je obchodní označení těchto ocelí Al-Ni nabo Al-Ni-Co. MTDII
Železa nekujná Nekujná železa jsou podle svého technologického určení, použití, vlastností, vzhledu a složení rozdělovány do tříd: železa nekujná surová železa šedé bílé litiny šedá třída 24 tvárná třída 23 bílá temperovaná třída 25 zvláštní MTDII
Surová železa Surová železa jsou hutním polotovarem pro výrobu ocelí a litin. Šedé surové železo obsahuje uhlík ve formě grafitu, proto má na lomu šedou barvu. Krystalizuje a taví se podle stabilní soustavy Fe-C. Bílé surové železo je slitinou metastabilní. To znamená, že obsahuje karbid železa Fe3C, cementit. Proto má bílý a lesklý lom. MTDII Surové železo
Litiny Litina je produkt vzniklý ve slévárně, je to pevný a tvrdý materiál, ale velmi křehký a možnost jeho dalšího mechanického opracování po odlití je minimální. Z litiny se vyrábějí předměty, u kterých není vyžadována přesná rozměrová tolerance nebo vysoká odolnost proti nárazu. Příkladem mohou být pláty kamen, radiátory ústředního topení (topná tělesa), kanálové poklopy, potrubí, podstavce těžkých strojů nebo také kdysi i kuchyňské nádobí aj. MTDII
Litiny Šedá litina je vyrobena přetavením šedého surového železa, vratného materiálu ze sléváren, odpadového litinového i ocelového materiálu ze šrotu. Obsahuje asi 3 % C a další prvky, především křemík a mangan. Bílá litina je vyrobena přetavením bílého surového železa. Tvárná litina vzniká zvláštní úpravou šedé litiny, tak zvaným očkováním. Získává tak vyšší pevnost a tažnost. Temperovaná litina vzniká z bílé litiny jejím žíháním, temperováním. Snižuje se tak tvrdost a křehkost bílé litiny a zvyšuje se její pevnost. MTDII Třídami jsou označovány pouze šedé, tvárné a temperované litiny.
Litiny – tvar grafitu Tvar a rozložení grafitu ovlivňuje vlastnosti litin. Lupínkový Pavoučkový Červíkovitý Vločkový Nedokonale kuličkový Dokonale kuličkový Tvar grafitu ovlivňuje vlastnosti litin. MTDII Kuličkový grafit – SEM snímek
Litiny - rozložení grafitu Rovnoměrné Růžovicovité Smíšené Mezidendritické neusměrněné Mezidendritické usměrněné Dendritická struktura = stromečkovitá struktura Dendritická struktura = stromečkovitá struktura – ŠEDÁ LITINA MTDII
Vlastnosti a použití litiny ŠEDÁ LITINA Šedá litina ve své základní podobě (nelegovaná) má menší pevnost než oceli. Je však lépe slévatelná, lépe odolává korozi a je výrobně levnější. Používá se na odlitky těles a skříní turbin, pístových strojů, čerpadel, na lože a stojany obráběcích strojů, na méně namáhaná ozubená kola. Legované šedé litiny mají vyšší odolnost proti žáru a korozi. Proto se užívají na části spalovacích zařízení, pecí, slévárenských forem, zařízení pro chemický průmysl. MTDII
Tvárná litina Tvárná litina vzniká přidáním hořčíku do licí pánve před odlitím. Tím se dosahuje globulární (kuličkové) perlitické struktury vyznačující se vyšší tažností, vrubovou houževnatostí a mezí únavy. Používá se na součásti silničních vozidel, zemědělských strojů, převodové skříně, tělesa armatur, ozubená kola, válce a písty pístových strojů, brzdové bubny a podobně. Šachtový poklop z tvárné litiny MTDII
Tvrzená litina Tvrzená litina vzniká rychlým ochlazením povrchu odlitku ze šedé litiny speciálního složení (0,7 až 1 % Si, 0,5 až 1,25 % Mn) a pomalým ochlazováním jeho vnitřních částí. Lije se do kokil nebo pískových forem s chladítky (kovové součásti vložené do stěny dutiny pískové formy v místech, kde má být z odlitku rychleji odváděno teplo). Na povrchu odlitku se vyloučí uhlík ve formě cementitu, uvnitř má odlitek strukturu šedé litiny. Používá se pro odlitky, které mají mít na svém povrchu vysokou tvrdost a odolnost proti opotřebeni, zatímco jejich jádro má být pevné a houževnaté (například kola vagonů, čelisti drtičů). MTDII
Bílá litina Bílá litina je v důsledku vysokého obsahu cementitu velmi tvrdá, křehká a prakticky neopracovatelná. Proto se ve své základní podobě užívá jen výjimečně, například na odlitky, které mají mít velkou tvrdost a odolnost proti otěru (funkční části mlýnů a drtičů). Je výchozím materiálem pro výrobu temperované litiny. MTDII
Temperovaná litina Temperovaná litina vzniká z bílé litiny dlouhodobým žíháním (temperováním) v pecích. Ve struktuře dochází k rozpadu cementitu obsaženého v ledeburitu na grafit a železo (grafitizace). Temperovaná litina je houževnatá a snadno obrobitelná, svými vlastnostmi je přechodem mezi šedou litinou a ocelí, je do určité míry kujná. Její použití ve stavbě strojů je velmi široké. MTDII
Temperovaná litina V oxidačním prostředí (zásypu kyslíkaté železné rudy) dochází při temperování k oduhličení materiálu od povrchových vrstev do hloubky, někdy v celém průřezu. Tato temperovaná litina je na lomu bílá, složením perlitická, někdy se nazývá „evropská“. Žíháním v neutrálním prostředí vzniká temperovaná litina s černým lomem, složením feritická, někdy se nazývá „americká“. MTDII
Použitá literatura http://www.zs.vlachovice.cz/odkazy/prakticke%20cinnosti/cesta%20zeleza/pouziti.html/ http://www.ua.all.biz/cs/ocelarenske-surove-zelezo-houska-g1518523 http://www.techservicecz.cz/ Přednášky KMT TU v Liberci – Nauka o materiálu MTDII
Děkuji za pozornost MTDII