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

vnitřní stavba kovů a slitin OB21-OP-STROJ-STE-TRE-M-1-002 Metalografie vnitřní stavba kovů a slitin OB21-OP-STROJ-STE-TRE-M-1-002

Metalografie vnitřní stavba kovů a slitin Metalografie se zabývá pozorováním a zkoumáním vnitřní stavby neboli struktury kovů a slitin, stanoví, jak tato struktura souvisí s chemickým složením, teplotou a tepelným nebo mechanickým zpracováním, Úspěšné zvládnutí základů metalografie dává technikům a všem kteří se podílejí na výrobě součástí možnost ovlivňovat technologii výroby jak z hlediska volby vhodného konstrukčního materiálu a využití jeho nejlepších vlastností.

Metalografie vnitřní stavba kovů a slitin Všechny látky jsou složeny z prvků, na naší planetě se vyskytuje více než 92 prvků, z nichž 77 má charakter kovů, veškerá hmota se skládá z nejmenších částeček-atomů, kdy atomy jednoho a téhož prvku mají stejné vlastnosti, atomy různých prvků se však navzájem liší složením a vlastnostmi, atomy jsou složité útvary, které sestávají z částic elektricky kladných, záporných a neutrálních, atom se skládá z jádra kolem kterého obíhají elektrony, kladně nabité jádro se skládá z protonů a neutronů a je v něm soustředěna prakticky veškerá hmota atomu, protony mají kladný náboj a neutrony jsou bez elektrického náboje, kolem jádra obíhají záporně nabité elektrony, jejichž celkový záporný náboj se rovná kladnému náboji jádra, takže atom se jeví jako elektroneutrální celek, počtem protonů v jádře je udáno atomové číslo prvku.

Metalografie vnitřní stavba kovů a slitin Obal atomu obsahuje záporně nabité elektrony, jejich hmotnost je v porovnání s hmotností nukleonů (protony+neutrony) nepatrná, (hmot. protonu je 1,672.10-24 g, neutronu 1,675.10-24 g, elektronu 9,108.10-28g), atomy jsou elektroneutrální, proto se musí počet elektronů v obalu atomu rovnat počtu protonů, elektrony jsou rozloženy kolem jádra ve slupkách (sférách), existuje celkem 7 sfér, nejblíže jádru je sféra 1, energie sfér se vzdáleností od jádra zvětšuje, největší je ve sféře 7, z elektronového obalu se nejsnáze uvolňují elektrony z nejvzdálenější sféry, mají největší energii a přitom jsou nejméně přitahovány k jádru, největší počet elektronů, které jedna sféra může obsahovat je 2n2 n - pořadové číslo sféry poslední - vnější sféra - však může obsahovat nejvýše 8 elektronů.

Metalografie vnitřní stavba kovů a slitin Jednotlivé atomy nebo skupiny atomů se mohou slučovat ve větší celky – molekuly, síly, které způsobují toto vzájemné vázání atomů v molekuly nazýváme chemickou vazbou. Chemickou vazbu mezi atomy dělíme na : 1. Iontovou vazbu - která vzniká sloučením prvků s malou elektronegativitou s prvky se silnou elektronegativitou, prvky s malou elektronegativitou elektrony uvolňují a mění se v kationty, prvky se silnou elektronegativitou elektrony přijímají a mění se v anionty, vzniklá molekula je silně polární, v molekule převládá na jednom konci kladný náboj (kation), na druhém záporný náboj (anion), 2. Kovalentní vazbu - (atomovou), která vzniká mezi atomy prvků se stejnou elektronegativitou, atomy si nepředávají své elektrony, ale je společně sdílejí, vzniklá molekula je nepolární, 3. Kovovou vazbu, je charakterizována volně pohyblivými elektrony (elektronovým mrakem) a je typická pro kovy.

Metalografie vnitřní stavba kovů a slitin Kovová vazba, je charakterizována volně pohyblivými elektrony (elektronovým mrakem) a je typická pro kovy, kovová vazba dává kovům některé vlastnosti, jako např. velkou tepelnou a elektrickou vodivost, plasticitu, houževnatost, tepelná vodivost kovů je umožněna volně pohyblivými elektrony, které vnějším zásahem (dodáním tepelné energie) mohou poměrně snadno přejít z oblasti jednoho kationtu do oblasti druhého kationtu, víme, že zahřátí jednoho konce kovové tyče stačí k tomu, aby se po určité době teplo přeneslo i na neohřívaný konec tyče,. Obr. Schéma elektronového mraku.

Metalografie krystalové mřížky Veškeré kovy a jejich slitiny, s výjimkou rtuti, jsou za normální teploty látkami krystalickými, kromě těchto existují látky amorfní (např. sklo, pryž), které mají rozložení atomů zcela náhodné, v tuhých látkách zaujímají atomy jakési střední polohy, kolem kterých kmitají, a to v závislosti na teplotě, vnitřní síly řadí atomy a molekuly ve zcela přesném pořadí, takže postupně vzniká krystalický útvar, uspořádání atomů je dáno prostorovou (krystalickou) mřížkou, jednotlivé atomy jsou uloženy v uzlových bodech mřížky - v jejich rozích, nejmenší část této mřížky je nazývána elementární buňkou, která může mít různé tvary: soustavu krychlovou, čtverečnou, kosočtverečnou, šesterečnou, jednoklonnou, trojklonnou nebo trigonální. technicky důležité kovy krystalizují nejčastěji v soustavě krychlové (kubické) a šesterečné (hexagonální).

Metalografie krystalové mřížky 1. Krychlově prostorově středěná v této soustavě krystalizuje 13 kovů : železo a a d, Cr, Li, K, Mo, Na, Ta, W, Rb, Cs, Ba,Nb, většinou jde o kovy, které jsou za studena málo plastické, 2. Krychlová plošně středěná atomy se vyskytují v rozích krychle a uprostřed stěn, je zde těsnější uspořádání na rozdíl od předcházející mřížky, v soustavě krystalizují kovy: Ca a, Sr, Al, Fe g, Ni, Pt, Cu, Ag, Au, Pb a jiné, kovy jsou velmi tvárné.

Metalografie krystalové mřížky 3. Šesterečná mřížka má tvar šestibokého hranolu, atomy se vyskytují v rozích, ve středech obou základen a uprostřed, v této soustavě krystalizuje: Zn, Cd, Mg, Be, Ti, Zr aj.

Nedokonalosti krystalové mřížky Kovové materiály se skládají většinou z většího počtu krystalů, které tvoří shluk (konglomerát), strukturu takové látky označujeme jako polykrystalickou na rozdíl od materiálů, které jsou tvořeny jediným krystalem - monokrystalem, při krystalizaci nevznikají krystaly dokonalého tvaru, ale nepravidelného tvaru, proto jim neříkáme krystaly, ale zrna, jednotlivé zrna se od sebe liší rozdílnou orientací prostorových mřížek, tato náhodná orientace může být usměrněna tvářením za studena, např. tažením nebo válcováním, nepravidelnostem, které v krystalové mřížce vzniknou, říkáme mřížkové poruchy, mluvíme o nich obecně tehdy, nejsou-li všechny uzlové body mřížky obsazeny částicemi, které na tato místa v ideálním krystalu patří. jednotlivá zrna se od sebe liší především rozdílnou orientací prostorových mřížek, obecně je orientace mřížek zcela náhodné a mřížky se orientují v prostoru zcela libovolně, tato náhodná orientace může být usměrněna tvářením za studena, např. tažením nebo válcováním, výsledkem je pak usměrněná struktura, ve které jsou zrna orientována zčásti nebo převážně jedním směrem, mřížkovými poruchami vysvětlujeme některé vlastnosti kovů, např. podstatně nižší skutečnou pevností, kterou by měl kov s dokonalou mřížkou, křehnutí, stárnutí kovů, přemísťování atomů (tzv.difúzí) v prostorové mřížce, některé změny elektrických a magnetických vlastností , apod. nejdůležitější jsou poruchy bodové a čárkové. U bodových poruch jsou některá místa v uzlových bodech základní mřížky neobsazená, prázdná čili vakantní nebo jsou obsazena atomy cizích prvků. Bodové poruchy: a) mřížka bez poruch b) vakantní místo c) cizí atom nahrazuje atom mřížky cizí atom v mezimřížkové – intersticiální poloze Čárové poruchy - dislokace U čárkových poruch se vyskytuje nadbytečná vrstva atomů, která je protažena v jednom směru. Těmto poruchám říkáme dislokace. Způsobují tahová a tlaková napětí. Jsou důležité pro vysvětlení plastické deformace kovů. Schéma orientace krystalových mřížek v polykrystalické látce

Nedokonalosti krystalové mřížky mřížkovými poruchami vysvětlujeme některé vlastnosti kovů, např. nižší skutečnou pevnost, kterou by měl kov s dokonalou mřížkou, křehnutí, stárnutí kovů, přemísťování atomů (tzv.difúzí) v prostorové mřížce, některé změny elektrických a magnetických vlastností , apod. nejdůležitější jsou poruchy bodové a čárové. U bodových poruch jsou některá místa v uzlových bodech základní mřížky neobsazená, prázdná čili vakantní nebo jsou obsazena atomy cizích prvků. Bodové poruchy: Čárové poruchy - dislokace U čárkových poruch se vyskytuje nadbytečná vrstva atomů, která je protažena v jednom směru. Těmto poruchám říkáme dislokace. Způsobují tahová a tlaková napětí. Jsou důležité pro vysvětlení plastické deformace kovů.

Nedokonalosti krystalové mřížky

Nedokonalosti krystalové mřížky Čárové poruchy - dislokace u čárkových poruch se vyskytuje nadbytečná vrstva atomů, která je protažena v jednom směru, těmto poruchám říkáme dislokace, způsobují tahová a tlaková napětí, jsou důležité pro vysvětlení plastické deformace kovů.

Opakování Co ukazuje model struktura kovu_? Jakou strukturu mají kovy_? Jaké typy krystalové mřížky nalezneme u kovů a čím se liší_? Jaké poruchy se vyskytují v krystalické struktuře kovů_? Jak vysvětlíte elastickou a plastickou deformaci kovů_? Jak je možné zviditelnit strukturu kovů_? Čím se liší čisté kovy a slitiny v oblasti struktury a vlastností_?

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.