Přednáší: prof.Ing.Petr Louda,CSc. Ing.Daniela Odehnalová NAUKA O MATERIÁLU II Přednáší: prof.Ing.Petr Louda,CSc. Ing.Daniela Odehnalová

Co nás čeká Oceli Litiny Neželezné kovy a jejich slitiny Plasty Sklo a keramika Kompozity Zkouška z látky obou semestrů

Doporučená literatura PTÁČEK, L. a kol.: Nauka o materiálu II, Akademické nakladatelství CERM s.r.o., 2002 Řada dalších

OCELI

Rozdělení ocelí Dělíme podle různých hledisek Výrobní pochod – ocel martinská, …. Stupeň dezoxidace – uklidněná, neuklidněná, polouklidněná Způsob použití – k tváření, na odlitky Účel použití – konstrukční, nástrojová Stupeň legování – uhlíková, slitinová

Rozdělení ocelí Vhodnost k dalšímu zpracování – ocel cementační, nitridační, k zušlechťování, k hlubokému tažení …. Podle typického druhu výrobku – pružinová ocel, oceli pro jadernou energetiku, oceli na transformátorové plechy …. Alfanumerické označení podle norem

Ocel uklidněná Přídavkem dezoxidovadla (Mn, Si, Al) se zamezí reakci rozpuštěného kyslíku s uhlíkem, při které vznikají bubliny CO

Ocel neuklidněná Nepřidává se dezoxidační prvek, zůstane velký obsah rozpuštěného FeO. Při krystalizaci v kokile reaguje při ochlazování uhlík s rozpuštěným kyslíkem za vzniku CO a vzniká tzv. uhlíkový var. Bubliny CO z velké části unikají z oceli, zčásti ale zůstávají jako bubliny ve ztuhlém kovu.

Neuklidněná ocel Neuklidněná ocel má dobrou jakost povrchu, dobrou svařitelnost, je vhodná pro výrobu svařovaných trub a tenkých plechů a pásů. Nevýhodou je sklon ke stárnutí a silná segregace uhlíku i síry – nevhodná pro namáhané konstrukce

Polouklidněná ocel Vzniká tehdy, když se uhlíkový var zastaví před ukončením reakce uhlíku s kyslíkem. Lze to udělat např. zvýšením tlaku (mechanicky) nebo přídavkem silnějšího dezoxidovadla, případně obojím dohromady.

Další dělení ocelí Podle obsahu uhlíku: nízkouhlíkové do 0,25 % C středněuhlíkové 0,25 – 0,60 % C vysokouhlíkové nad 0,60 %C

Další dělení ocelí Na odlitky Ocele k tváření

Ocel na odlitky Mají nižší plastické vlastnosti než oceli tvářené. Mechanické vlastnosti oceli na odlitky závisejí na obsahu uhlíku.

Další dělení ocelí – Podle množství legur Nízkolegované do 5 % Středně legované 5 – 10 % Vysokolegované nad 10 % Nízkolegované do 2,5 % Středně legované 2,5 – 5 % Výše legované 5 – 10 % Vysokolegované nad 10 %

Superpevné oceli Rozhodující je poměr meze kluzu a modulu pružnosti Martenzitické vytvrditelné oceli –maraging oceli Oceli s deformačně vyvolanou martenzitickou transformací – TRIP oceli

Maraging oceli Obsah uhlíku max. 0,03 % Hlavní přísada Ni 12 až 20% Další přísady Mo, Co, trochu Ti Při ochlazení z austenitizační teploty vznikne nízkouhlíkový niklový martenzit s pevností cca 1000MPa, který je houževnatý a obrobitelný a svařitelný Konečnou fází je precipitační vytvrzení při teplotě 450 až 550°C

TRIP, TWIP oceli (Transformation Inducted Plasticity, Twinning induced plasticity ) TRIP ocele jsou velmi plastické Mají feriticko bainitickou strukturu, hlavní legury Cr 9-13%, Ni 8-9%, dále Mo,Mn, Si. Velmi nízký obsah uhlíku.Teplota Ms je po rozpouštěcím žíhání pod nulou. Pro zvýšení Ms se intenzivně tváří a tím proběhne částečná martenzitická transformace. Dosahují pevnosti až 2000 MPa při tažnosti asi 80%

TWIP ocele (twinning induced plasticity) je skupina uhlíkových ocelí na bázi FeMnAlC (0,5–0,7 % C, 17–24 % Mn, 9 % Al) se zcela austenitickou strukturou při všech teplotách, ve které je základním deformačním mechanismem dvojčatění. Dají se používat k tváření za studena a to i tvarově složitých výrobků jako třeba nádrží, pro kryotechniku, v chemickém průmyslu. Mají také vyšší možnosti absorpce energie. To se nabízí pro použití v automobilovém průmyslu při crashové bezpečnosti.

Další moderní typy ocelí oceli typu TRIPLEX, lehké oceli charakterizované až o 15 % nižší hustotou pod 7 g.cm–3, vysokou pevností až 1.100 MPa, tažností při lomu až 90 % a vynikající tvařitelností za studena. Skupina ocelí je určena k použití především na lehké konstruování a tváření velkoplošných dílů s náročnou a komplexní geometrií pro automobily a dopravní techniku, stavební stroje a konstrukce. Úspory hmotnosti dosahují až 30 % a použitelnost ocelí s vynikající plasticitou je i při nízkých teplotách do –100 °C. http://www.konstrukce.cz/clanek/cena-pro-inovace-v-ocelich-2009/

Korozivzdorné a žáruvzdorné oceli Korozní odolnost - hlavní legury Cr, Ni (Cr nad 12%), austenitická struktura Žáruvzdorné – vysoká odolnost proti oxidaci při teplotách nad 600°C Ochranné vlastnosti mají oxidy Cr2O3 a to tím výraznější, čím ocel obsahuje více Cr ( 6 až 30 %)

Chromové oceli Podle struktury je dělíme na martenzitické poloferitické a feritické Martenzitické – obsah Cr výrazně snižuje kritickou kalicí rychlost, jsou samokalitelné Obsah Cr od 5 %

Cr oceli feritické vysoký obsah Cr ( 20 až 27% +přísady) není přeměna alfa – gama (nelze převést do austenitického stavu) malá houževnatost a nízká pevnost, nelze používat na namáhané součástky jsou odolné do teplot cca 1300°C, za provozu křehnou Při obsahu C v tisícinách = superferity, které jsou žáruvzdorné i korozivzdorné

Cr oceli poloferitické Je u nich možná částečná transformace alfa – gama Obsahují 0,1 –0,4% C a 10 – 18 % Cr Korozivzdornost lepší než u martenzitických Houževnatost nízká jako u feritických

Struktura Cr ocelí Struktura chromových ocelí v závislosti na obsahu uhlíku a chrómu Feritické ocele mají nejvyšší žáruvzdornost i korozní odolnost

Korozivzdorné ocele Legovány kombinací Cr – Ni Mají austenitickou strukturu (jsou nemagnetické) Základní typ ocel Cr-Ni 18/8 (17 241) Zvýšený obsah niklu zajišťuje vyšší stabilitu austenitické struktury V teplotním intervalu 500 - 800°C náchylné k interkrystalické korozi

Korozivzdorné ocele - pokračování Koroze důsledkem rozpadu přesyceného austenitu, kdy se uhlík slučuje s Cr na karbidy a ty váží až 70%Cr Proto se ocele 18/8 tepelně zpracovávají na teplotu asi 1100°C, kdy se rozpustí většina karbidů a rychle ochladí (zabrání se vyloučení karbidů) Náchylnost ke korozi při zvýšené teplotě však trvá

Typické korozivzdorné oceli DIN ČSN Označení Použití Pozn. 1.4000 17 020 X 7 Cr13 příbory, kování nesvařitelná 1.4300 17 240 X 12 CrNi 18 8 potravinářský prům. vyšší obsah C 1.4306 17 249 X 2 CrNi 18 9 potravinářství, chemie kvalita ELC 1.4435 17 350 X 2 CrNiMo 18 12 aparáty, zásobníky Mo zvyšuje chem. odolnost 1.4573 17 347 X 10 CrNiMoTi 18 12 stabilizace Ti

Struktura korozivzdorných ocelí Nahoře mezikrystalická koroze Cr-Ni oceli Dole austenitická Cr-Ni ocel stabilizovaná Ti Oba zvětšení 400 x

Mikrolegované oceli Oceli se zvýšenou mezí kluzu Přidané prvky nemění vlastnosti matrice, ale vedou k vylučování precipitátu – brzdí pohyb dislokací – zpevnění, ale snížení houževnatosti. To lze kompenzovat zjemněním zrna, které vede k dalšímu zvýšení pevnosti

Mikrolegované oceli Jemné zrno lze dosáhnout tepelně mechanickým zpracováním – tváření v oblasti teplot nad A3 a jeho dokončení pod teplotou rekrystalizace austenitu Rekrystalizace je brzděna precipitátem mikrolegujících prvků, C a N. K mikrolegování se používají prvky s vysokou afinitou k uhlíku a dusíku, zejména Ti, V, Nb, Zr

Mikrolegované oceli Karbidy Nb a Ti a nitridy V se při teplotách 1200°C rozpouštějí v austenitu a při doválcování se z přesyceného TR opět vylučují. Nb nejvíce zvyšuje rekrystalizační teplotu Mikrolegované oceli mají vyšší hodnoty pevnosti, ale zůstávají dobře svařitelné CE pro tloušťky do 25 mm menší než 0,45 pro tlustší hodnoty klesají

Obsah legur Mangan až do 2,0% - v závislosti na požadavku adekvátní tvařitelnosti a svařitelnosti Dále v různých kombinacích malá množství Cr, Ni, Mo, Cu, N, V, Nb, Ti, Zr v množství 0,01 – 0,1% Z toho název mikrolegované oceli - nejsou slitinovými ocelemi, třebaže jejich vlastností je dosaženo přidáním malého množství slitinových prvků. http://www.ateam.ic.cz/hsla_prednaska.pdf

Zpracování mikrolegovaných kovaných ocelí Řídící silou při vývoji je snaha redukovat výrobní náklady. U těchto materiálů to znamená užití zjednodušeného termomechanického zpracování – řízené ochlazování, které následuje po kování. Toto zpracování zajistí požadované vlastnosti bez odděleného kalení a žíhání, které vyžadují konvenční uhlíkové a legované oceli. Technologické zpracování konvenčních (nahoře) a mikrolegovaných ocelí (dole) http://www.ateam.ic.cz/hsla_prednaska.pdf

Oceli s BH efektem (Bake hardening) Oceli se vyrábějí řízeným válcováním tak, aby C a N zůstaly po válcování rozpuštěny ve feritu. Plech pak má velmi dobrou tvářitelnost za studena Během vypalování laku karoserie při teplotě 170°C dochází k precipitaci karbidů a nitridů a mez kluzu se zvýší (o 40 – 70 MPa)

Nástrojové oceli Podle chemického složení se dělí na: Nelegované (uhlíkové) Legované – pro práci za studena Legované – pro práci za tepla Rychlořezné

Uhlíkové nástrojové oceli Liší se obsahem uhlíku Používají se pro výrobu ručního nářadí a nástrojů používaných v zemědělství Obsah C 0,4 – 1,1 %, nízký obsah Mn (protože zvyšuje podíl ZA po kalení) Kalí se a popouští na 160 až 280°C Oceli s vyšším obsahem C (C80W a výš) se používají na pily na dřevo, nože, závitníky…

Legované pro práci za studena Mají vyšší prokalitelnost než uhlíkové, vyšší tvrdost (60 až 64 HRC) Legovány Cr, W, Mo a V – součet zpravidla nepřesahuje 3 až 5% Použití pro výrobu nástrojů ke tváření (kovadla, razidla, nože,..), formy na lisování plastů Obvykle se kalí do oleje, popouští na 180°C

Vysokolegované chrómové oceli Obsahují 11 až 12%Cr a až přes 2%C Kalí se z vysokých teplot (960°C) na primární, příp.(1030°C) na sekundární tvrdost – ta leží mezi 500 - 520 °C, proto lze tyto oceli nitridovat Pro nástroje ke tváření za studena, na namáhané nástroje ke stříhání, válcování apod.

Legované pro práci za tepla Požaduje se vysoká otěruvzdornost, odolnost proti deformaci, tepelné únavě a erozi za pracovních teplot Nejčastěji 0,28 –0,60%C, do 5,5%Cr, do 3%Mo, do 1,1%V Př.ocel X40CrMoV51 pro vstřikovací formy pro tlakové lití

Rychlořezné oceli Vysoká odolnost proti poklesu tvrdosti až do teplot 550°C, vysoce legované Typické složení – 0,75%C, 4%Cr, 18%W, 1%V - pro nejvyšší výkony do 12%Co Kalení z teplot 1200 až 1280°C, 3x popouštět – tvrdost 60 až 66 HRC