Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu Orbis pictus 21. století

Podvojné slitiny, diagram železo uhlík OB21-OP-STROJ-STE-TRE-M-1-004 Metalografie Podvojné slitiny, diagram železo uhlík OB21-OP-STROJ-STE-TRE-M-1-004

Podvojné slitiny a jejich rovnovážné diagramy Diagramy popisují fáze, které jsou v soustavách o dvou a více složkách za různých teplot v rovnováze, k sestrojení rovnovážných diagramů používáme teplotní rozbor křivek chladnutí dostatečného počtu slitin o různé koncentraci, základní případy rozpustnosti kovů v kapalném stavu: Oba kovy se vzájemně rozpouštějí v každém poměru, Oba kovy se nerozpouštějí vůbec, Oba kovy se vzájemně rozpouštějí jen částečně. základní případy rozpustnosti kovů v tuhém stavu: Oba kovy se vzájemně rozpouštějí dokonale, Oba kovy se vzájemně rozpouštějí jen částečně

Míra rozpustnosti v kovových soustavách

Podvojné slitiny Rovnovážný diagram – dokonalá rozpustnost kovů A a B v tekutém i tuhém stavu Krystalizují Cu-Ni, Ag-Au,Au-Pt, Co-Ni,Cu-Pt,W-Mo,Cu-Pd,Bi-Sb

Podvojné slitiny Rovnovážný diagram – kovy A a B v jsou v tekutám stavu úplně rozpustné v tuhém stavu úplně nerozpustné Krystalizují Al-Hg, Al-Sn, Sb-Si, Sn-Si

Podvojné slitiny Rovnovážný diagram – se změnou rozpustnosti kovů A a B v tuhém stavu Krystalizují Pb-Sn, Al-Si,Cu-Ag, dále využití při tepelném zpracování některých slitin kovů, popř.Al

Rovnovážný diagram železo - uhlík

Rovnovážný diagram železo - uhlík Z kovů a slitin používaných v technické praxi mají největší význam slitiny Fe, souborným názvem technické železo se označují všechny slitiny ve kterých převládá prvek Fe, technicky vyráběné železo není chemicky čisté železo, jsou to slitiny Fe s různými prvky, především s C, Si, Mn, P, S., tyto prvky se dostávají do Fe při výrobě, některé z nich, jako C, Si, Mn, mají do určité míry příznivý vliv na vlastnosti slitiny, jiné jako P, S, mají vliv nepříznivý, hlavní vliv na vlastnosti technického železa má C, který má tak malé atomy, že může vytvářet intersticiální tuhé roztoky-viz obr.

Ukázky struktury slitin Fe 1.feritická slitina s malým množstvím cementitu – 200X, 2.Podeutektoidní oceli s 0,5%C – 200x, (ferit, perlit), 3.eutektoidní ocel – lamelární perlit – 0,765% C – 200X – před žíháním, 4.eutektoidní ocel – globulární perlit – 0,765% C - 200x – po žíhání, 5.nadeutektoidní oceli s 1,25%C, 6.eutektické bílé litiny – ledeburit – 200x, 1 2 3 4 5 6

Strukturní fáze železa a uhlíku FERIT - tuhý roztok uhlíku v Fe α, rozpouští max. 0,02 % C při teplotě 727 °C, tato největší rozpustnost v Fe α však není stálá, zmenšuje se se snižováním teploty, při normální teplotě se rozpouští již jen 0,008 % C, AUSTENIT - tuhý roztok uhlíku v Fe γ, rozpouští v porovnání s Fe α uhlíku mnohem více, max. 2,14 % při teplotě 1147 °C, PERLIT - je eutektoid sestávající se z lamelek feritu a cementitu v poměru 7,7:1, vznikající rozpadem austenitu při teplotě 727 °C, obsahující 0,765% C, v soustavách Fe-C uhlík tvoří C nad mezí rozpustnosti samostatnou fázi, je to buď jeho sloučenina s Fe - Fe3C - zvaná cementit, nebo volný C – grafit, CEMENTIT - karbid železa Fe3C obsahuje 6,67 % C, jak lze vypočítat z atomových hmotností, je velmi tvrdý, křehký, není tvárný, nemá alotropické přeměny, pouze při teplotě 217 °C ztrácí feromagnetické vlastnosti, GRAFIT (C) je měkký, drobivý, jeho tvárnost a pevnost jsou v porovnání se železem nepatrné, LEDEBURIT - je eutektikum stávající se z lamel austenitu a cementitu v poměru 1:1 vznikající při teplotě 1147 °C obsahující 4,3% C.

Laboratorní přípravy vzorků metalografické rozbory Metalografie umožňuje zjišťovat souvislosti mezi strukturou materiálu a jeho vlastnostmi, sledovat a kontrolovat vlastnosti materiálu při jeho výrobě a zpracování (průběžná či mezioperační kontrola), hledat příčiny vad materiálu nevyhovujících výrobků nebo vysvětlit důvody selhání nějakého zařízení, Kovy a jejich slitiny jsou materiály neprůhledné a k jejich pozorování používáme optické mikroskopy v režimu odrazu, protože nejvyšší odrazivost mají plochy dokonale rovné a hladké, proto cílem je připravit vzorek právě s takovou plochou.

Laboratorní přípravy vzorků metalografické rozbory Postup přípravy vzorku pro pozorování – tzv. metalografického výbrusu) se skládá z několika na sebe navazujících kroků: odběr vzorku preparace vzorku (pouze u některých vzorků) broušení leštění leptání Jednoduché schéma postupu je na obr.1, každý z uvedených kroků velmi výrazně ovlivňuje kvalitu výsledného metalografického výbrusu, preciznost provedení každého kroku se projeví na budoucích možnostech pozorování vzorku, dále je každý z uvedených kroků popsán. 

Laboratorní přípravy vzorků metalografické rozbory

Laboratorní přípravy vzorků 1. odběr vzorku Odebíraný vzorek musí plně charakterizovat studovaný materiál, v případě, že k plné charakterizaci původního materiálu nestačí jeden vzorek, musí se odebrat vzorků několik, to je nezbytné v případě vzorků s nehomogenní strukturou, například u litých struktur (rozdílná rychlost ochlazování – rozdílná velikost zrna)

Laboratorní přípravy vzorků 2. preparace vzorků Pokud jsou odebrané části materiálu malé, práškový vzorek,..je nutné je preparovat v umělé hmotě, tím se zvětší se plocha metalografického výbrusu a usnadní se manipulaci při následném broušení a leštění, v praxi se používají dva základní typy preparace: za studena, za tepla preparace za studena se používá u vzorků náchylným ke změnám struktury při zvýšených teplotách, studovaný vzorek umístěný v nádobce se zalije a nechá ztuhnout (např. pryskyřice, dentakryl),

Laboratorní přípravy vzorků 2. preparace vzorků preparace za tepla se používá u vzorků u kterých nehrozí ovlivnění struktury teplem, provádí se tak, že se vzorek umístěný do vyhřívané "tlakové nádoby" zasype práškem ze speciální umělé hmoty

Laboratorní přípravy vzorků 3. broušení Broušení je operace, při které dochází k odebírání hmoty z povrchu materiálu, cílem je dosáhnout rovinného povrchu vzorku s minimálním poškozením, které se snadno odstraní při leštění, podle techniky provádění se dělí na: ruční broušení mechanizované broušení (pomocí brusných a leštících strojů)

Laboratorní přípravy vzorků 4. leštění Leštění je dalším krokem na cestě za kvalitním výbrusem, na rozdíl od broušení při leštění již materiál z povrchu vzorku neubývá, ale nastává pouze deformace vrcholů povrchové drsnosti, v zásadě existují tři způsoby leštění vzorku: mechanické (brusivo) elektrolytické (elektrolyt) Chemické (elektrolyt)

Laboratorní přípravy vzorků 5. leptání Leptání je proces, při kterém dochází ke zviditelnění jednotlivých strukturních součástí, struktura kovového materiálu je po mechanickém broušení a leštění zakryta tvářenou B-vrstvou – viz obr. na zrnech jsou však patrné tmavé tečky, které nemají nic společného se strukturou materiálu, jsou pouze důsledkem nešetrného provádění broušení a leštění abychom mohli strukturu pozorovat, je třeba tuto vrstvu chemicky odstranit leptáním.

Laboratorní přípravy vzorků 6. pozorování Ukázky naleptaných struktur: Povrchová trhlina u vzorku oceli, Litina s kuličkovým grafitem, Slitina AlSi30

Laboratorní přípravy vzorků -laboratoře-

Laboratorní přípravy vzorků metalografické rozbory Vybavení laboratoří

Laboratorní přípravy vzorků metalografické rozbory Vybavení laboratoří

Laboratorní přípravy vzorků metalografické rozbory Vybavení laboratoří

Opakování Na křivkách chladnutí kovu vysvětlete, co jsou to prodlevy v tuhém stavu. Vysvětlete rozdíl mezi stabilní a nestabilní modifikací. Vysvětlete krystalizaci čistých kovů. Co je Curieův bod a jaký má význam_? Vysvětlete princip pákového zákona, jak zní a k čemu slouží_? Popište průběh krystalizace slitin jako rovnovážný děj. Vysvětlete význam difůze. Nakreslete rovnovážný diagram dvou kovů, které jsou v tekutém stavu totálně rozpustné a v tuhém stavu se nerozpouštějí vůbec. Co je strukturní diagram, jak se konstruuje_?

Použitá literatura Josef Dillinger a kolektiv, Moderní strojírenství,. Doleček, J., Holoubek, Z. Strojnictví I, II. pro SOU. 1. vyd. (nebo pozdější) Praha : SNTL, 1988. Rudolf Kříž, Pavel Vávra, Strojírenská příručka, Scientia, spol. s r.o., Praha 1998, ISBN 80-7183-054-2 Dorazil, Eduard. Nauka o materiálu I. Brno: VUT, 1979. Kubíček, Ladislav. Krystalizace kovů a slitin, Praha: VŠCHT, 1991. ISBN 80-7080-130-1.