Výroba kovů
Historie
Objevy a příprava kovů, výrobní postupy
Suroviny a redukční pochody
Výroba železa a oceli
Výroba surového železa ve vysoké peci
Současné ocelářské pochody
Odlévání oceli
Výroba slitinových ocelí
Zpracování oceli
Materiál pro stěny kokil
Výroba neželezných kovů
Suroviny
Pyrometalurgie:
Tepelný rozklad rudy, elektrolýza roztavených solí
Hydrometalurgie:
Loužení a elektrolýza
Příklady: výroba Cu, Ni, Al a Ti
Základní typy železných slitin (přehled)
Fe-C fázový diagram
Ovlivňování struktury ocele
Základy tepelného zpracování ocelí
- Ocele, legované ocele, třídy materiálů
- Litiny
Fe-C fázový diagram
Stabilní a metastabilní fázový diagram
Kritické body fázového diagramu Fe-C
Peritektická, eutektická a eutektoidní přeměna
Strukturní součásti soustavy Fe-C:
Ferit, austenit, cementit (primární, sekundární,
terciární), ledeburit, perlit, delta-ferit
Vliv přísad na eutektoidní reakci
Bainit
Třídění slitin Fe-C
surové železo, litina (nad 2% hmot. C)
Ocel uhlíková, nízkolegovaná –
- nadeutektoidní (nad 0,8% hmot.C)
(konstrukční)
- podeutektoidní (nástrojové)
Doprovodné prvky – škodlivé (nečistoty: S,O,P,N,H)
- prospěšné ( Mn,Si,Cu)
Slitinové prvky – přísady: Cr,Ni,Mn,Si,Mo,W,V,Co
Vliv slitinových prvků
Karbidy: speciální (TiC, Mo2C NbC)
komplexní ((CrFe)7C3, (CrFe)23C6)
Karbidy netvoří: Ni, Si, Co, Al, N
Řada rostoucí karbidotvornosti:
Fe,Mn,Cr,W,Mo,V,Zr,Nb,Ta,Ti
Ovlivňování struktury ocele
Žíhání – rekrystalizační (po deformaci)
- s překrystalizací (fázová přeměna)
- homogenizační (hrubé zrno)
- normalizační (jemné zrno)
- na měkko (sferoidizace cementitu)
Austenitizace
Mechanizmus a kinetika rozpadu austenitu
Difúzní a bezdifúzní fázové přeměny
Ledeburitická a perlitická přeměna
Martenzitická přeměna, kalení
Bainitická přeměna
Izotermický rozpad austenitu (IRA)
Anizotermický rozpad austenitu (ARA)
Popouštění zakalené oceli
´Martensit
Martensit - kinetika
Mechanické vlastnosti ocelí
Korespondence austenitu a martensitu
Základy tepelného zpracování ocelí
Kalení a popouštění
- kalitelnost a prokalitelnost
- modifikované postupy kalení
- popouštění a struktury popuštěných
ocelí
Chemicko-tepelné zpracování
- cementace, nitrocementace
- nitridování, sulfonizování
Žíhání ocelí
Rozdělení a označování ocelí
Oceli (uhlíkové-0,6%C, slitinové)
- tvářené – konstrukční, nástrojové
Konstrukční – třída 10 – 17
Nástrojové – třída 19
- uhlíkové, slitinové, rychlořezné
Oceli na odlitky – konstrukční, nástrojové
15:50 28
Označování ocelí podle EN - číselné
označování
1. XX XX(XX)
Pořadové číslo
Číslo skupiny ocelí
Číslo skupiny materiálu 1 = ocel; 0=litina
Nelegované
00 obvyklá jakost, 01-07 jakostní, 10-18 ušlechtilé
Legované
08,09 jakostní, 20-89 ušlechtilé
Třídy ocelí
Třída 10,11 – konstrukční oceli obvyklé jakosti
Třída 12-17 – konstrukční oceli ušlechtilé
(Třída 17: žáropevné, korozivzdorné)
Třída 18 – Slinuté prášky ocelové a slitinové
Třída 19 - Nástrojové oceli (uhlíkové, slitinové)
Rychlořezné oceli
Oceli se zvláštními fyzikálními
vlastnostmi
Stálá tepelná roztažnost – invar
Magneticky měkké materiály - trafoplechy(Si)
Magneticky tvrdé materiály- W,Co
Nemagnetické materiály – Mn,Cr
Oceli na odlitky – uhlíkové, slitinové
Třída 26 - 29
Litiny
Litiny – bílá legovaná
nelegovaná
litina k temperování
- šedá s lupínkovým grafitem
očkovaná s lupínkovým grafitem
tvárná se zrnitým grafitem
Litiny
Vztah mezi strukturou, složením a vlastnostmi
Tvárná litina
Skořepová litina
Legované litiny – korozivzdorné, žárovzdorné,
(Nikrosilal, Pyroferal)
Bílá litina
Temperovaná litina ( s bílým lomem, s černým lomem)
15:52 33
litiny ČSN EN 1560 (420005)
EN GJ - grafit – matrice - mech.vlast - chem.slož
L lupínkový F ferit 400 (Rm) X
S kulič. P perlit 19 (A) %C
M temp. M mart. HB chem. značky prvků
V vermik. L ledeb. KV Cr Ni
N bez. graf Q kaleno (RT, LT) 9-5
Y zvláštní T kal + pop
B, W temp. s
black nebo white lomem
Příklad EN GJ SF-400 (GGG 40)
Základní typy neželezných slitin
Kovy s nízkou teplotou tání (Zn, Sn, Pb, Bi, In…)
Lehké kovy (Mg, Al,...)
Kovy se střední teplotou tání (Mn, Cu,…)
Kovy s vysokou teplotou tání (Ti, V, Cr, Mo, W..)
Kovy ušlechtilé (Pt, Pd, Ag, Au,…)
Kovy radioaktivní (Ra, U,…)
Kovy rozptýlené (Sc, KVZ,…)
Ostatní (Si, Ge, As,…)
Vlastnosti neželezných kovů
Fyzikální vlastnosti
Modul pružnosti, teplotní roztažnost, teplota tání, elektrická
vodivost a elektrický odpor, tepelná vodivost, měrná hmotnost,
termoelektická síla, magnetické vlastnosti
Chemické vlastnosti
Korozní odolnost
Mechanické vlastnosti
Zpevnění tvářením za studena, vliv legování, vliv tepelného
zpracování („stárnutí“),
Technologické vlastnosti
Slévatelnost, obrobitelnost, tváření za tepla a za studena
Příklady využití slitin neželezných kovů
Materiály pro kluzná ložiska
Sn,Sb,Cu,Pb,Al
Pájky
Měkké ( teplota tání do 500 C)
Vlastnosti: smáčivost, vzlínavost a zabíhavost
Pb-Sn, přísady: Ag,Cd,Bi, projekt „Pájky bez olova“:Sn-Ag-Cu
Tvrdé:
Mosazné (800-940 C, Cu,Zn, přísady Ag,Ni)
Stříbrné(700-900 C, Ag, Cu,Zn,Ni,Mn)
Hliníkové (Al-Si5, Al-Si12)
Precipitační vytvrzování
(solution hardening →precipitation hardening)
Slitiny hliníku
Nevytvrzovatelné: Al-Cu, Al-Cu-Mn, Al-Mg-Cr
Vytvrditelné: Al-Cu-Mg-Mn, Al-Zn-Mg-Cu
lité: Al-Cu-Si, Al-Si-Mg
Speciální: Al-Li-Cu-Mg-Zr – v letectví
Slitiny mědi
Mosaz Cu-Zn
Bronz
Cu-Sn, Cu-Ni, Cu-Al, Cu-Si
(větší pevnost než mosaz)
Slitiny titanu
Jiné slitiny s tvarovou pamětí: Au-47,5 at.% Cd, InTl, CuZn, CuAlNi.
Superelasticita.
„Military transformation“
Slitiny titanu
Pliability=poddajnost
Tissue=tkáň
Srdeční chirurgie
Neurochirurgie
Slitiny niklu
Žáropevné slitiny (intermetalika – Ni-Al)
Korozovzdorné slitiny (Avesta, Nicrofer)
(Yuka mountain project)
Žáropevné slitiny – Intermetalika - Ni-Al
Korozivzdorné slitiny
Steel (wt.%) Cr Ni Mn Si Mo Cu S P C N Fe
Nicrofer 3033 32.8 30.9 0.64 0.31 1.67 0.58 0.004 0.010 0.007 0.39 zbytek
Nicrofer 3127 27.0 31.0 1.6 0.30 6.4 1.3 a a 0.009 0.20 zbytek
a – nestanoveno
SEM fotografie mikrostruktury Nicrofer 3033
po žíhání při 700 ºC (a) 500 hrs., (b) 6170 hrs.
a b
Čisté a velmi čisté kovy
Jaderná energetika
Polovodičová technika
Korozivzdorné slitiny
Ovlivnění vlastností:
elektrické vodivosti, houževnatosti, korozní odolnosti, tvárnosti
Výroba:
tepelný rozklad, vakuová destilace, pásmové čistění
Deformační zpracování kovů
(deformation hardening)
Použití čistých kovů
Konstrukční (Fe,Zn,Al,Cr,Mo,Zr,Ti)
Mosazi, SAP-sintered alumina powder
Polovodiče (Si,Ge As,Sb,Bi,Ga,Se,Te)
Ge,Si (5N - 6N),rafinace těchto kovů-pásmové
čistění(Al,Sn,Bi), vakuová destilace (Pb,Cd, Ga, In),
elektrolýza (Sn,Pb,Ga,In)
Svařování kovů, slinuté kovy
Svařitelnost:
- svařovaný materiál
- postup svařování
- druh spoje, konstrukce, namáhání
Technologická zkouška – 4 stupně svařitelnosti
(Návarové zkoušky: nárazová, ohybová,
praskavost svaru)
Tepelné svařování (welding)
Slinuté kovy
Výroba slinutých materiálů
Příprava kovového prášku
Lisování (tvarování) prášku
Slinování (spékání) výlisku
Tváření polotovaru
Způsoby výroby kovových prášků
Chemicky – redukce H2, CO, pevná činidla
Fyzikálně – rozstřikování roztaveného kovu
- mletí
Příklady výrobků ze slinutých kovů
Vysokotavitelné kovy
W, Mo, Ta, Nb – obtížně tavitelné kovy
Slinutá ocel
V hromadné výrobě součástí bez nároků na
pevnost,
10-15% porezita (Siperm)
Slinuté mikroheterogenní materiály
Příklady výrobků ze slinutých kovů
Slinuté nástrojové materiály
Slinuté elektrické kontakty
Disperzně vytvrzené slitiny