Návrat na detail prednášky / Stiahnuť prednášku / Technická Univerzita Košice / Strojnícka fakulta / Technicke materialy

Technické materiály, odpovede na písomku (technicke_materialy_odpovede.doc)

Technické materiály

1. 1)Popíšte stavbu atómu, význam valenčných elektrónov
2. 2) vysvetlite vznik kovovej väzby
3. 3) Kryštalická stavba kovov
4. 4) Typické kovové štruktúry- mriežky
5. 5) Bodové poruchy kryštalickej stavby- vplyv na vlastnosti
6. 6) Čiarové poruchy kryštalickej stavby- vplyv na vlastnosti
7. 7) Plošné poruchy kryštalickej stavby- príčiny ich vzniku

1. 8) Kryštalizácia kovov- krivka ochladzovania čistého kovu
2. 9) Kryštalizácia kovov- krivka ochladzovania zliatin
3. 10) Vysvetlite binárny diagram dvoch zložiek s neobmedzenou rozpustnosťou v tuhom stave  
4. 11) Vysvetlite binárny diagram dvoch zložiek s obmedzenou rozpustnosťou v tuhom stave
5. 12) Prekryštalizácia kovov- krivka ochladzovania – popísať

1. 13) Difúzia- mechanizmus a jej význam
2. 14) Vnútorná stavba zliatin- chemická zlúčenina
3. 15) Vnútorná stavba zliatin- tuhý roztok
4. 16) Vnútorná stavba zliatin- mechanická zmes
5. 17) Čo je eutektikum- druhy eutektík
6. 18)Technologické vlastnosti materiálov
7. 19) Napätie – vznik – definícia
8. 20) Pôsobenie vonkajších síl – definícia pevnosti

1. 21) Pružná a plastická (trvalá) deformácia kovov
2. 22) Dôsledky plastickej deformácie za studena
3. 23) Definujte oceľ, ferit, austenit, cementit, perlit
4. 24) Definujte liatinu, grafit  (NEMAM DEFINICIU GRAFITU)

1. 25) Rozdelenie oceli- popis, označenie
2. 26) Popis prípravy metalografických vzoriek

1) Popíšte stavbu atómu, význam valenčných elektrónov

Atóm sa skladá:

1. z kladne nabitého jadra v ktorom je sústredená takmer celá hmotnosť atómu. Priemer jadra oproti atómu je 10-14 m a priemer atómu je 10-9-10-10 m. Jadro má skoro celú hmotnosť atómu.
2. atómového obalu – záporné elektróny s malou hmotnosťou obiehajúce okolo jadra po určitých dráhach

Jadro atómu sa skladá:

1. protóny – hmotnostné častice s jednotkovým kladným nábojom (Z – atómové číslo)
2. neutróny (N) – o rovnakej hmotnosti ako neutróny, ale bez el. náboja. A=Z+N – hmotnostné číslo.

Atómový obal sa skladá z jedného alebo viacerých elektrónov obiehajúcich okolo jadra veľkými rýchlosťami.

Môžu sa pohybovať len po určitých energetických hladinách. Pohyb elektrónov v obale sa dá popísať kvantovými číslami –n, l, m, s.

Valenčné sféry: vonkajšie sféry, ktoré nie sú plne obsadené. Elektróny na týchto sférach sa nazývajú valenčné elektróny a určujú chemické vlastnosti atómu.

Atóm je navonok elektricky neutrálny.

Príklad: Stavba hliníka Al (má 13 elektrónov)

K                L                M

1s2                2s2 2p6                3s2p1        =  13 elektrónov

Plne obsadenú sféru majú inertné (vzácne) plyny. Napr. argón – nedokážu sa viazať s inými zlúčeninami. Nereagujú s okolím.

Atóm                 + e-        Ak pridáme elektrón vzniká záporný ión.

Atóm                 - e-        Ak odoberieme elektrón vzniká kladný ión, tzv. katión.

2) vysvetlite vznik kovovej väzby

Def: Kovová väzba: kovový kryštál je skupina pravidelne rozložených kladne nabitých iónov, medzi ktorými prúdi elektrónový plyn, takže v každom okamihu sa medzi nimi nachádza e- sprostredkujúci vzájomnú väzbu atómov (dobrá elektrická a tepelná vodivosť kovov).

1. Elektrón priťahuje oba jadrá.
2. Kovová väzba atómov = elektrónový plyn.

Vnútorné sféry – sú plne obsadené s e-.

Valenčné sféry – vonkajšie sféry, ktoré nie sú plne obsadené. Elektróny na týchto sférach sa nazývajú valenčné elektróny a určujú chemické vlastnosti atómu.

- Pokiaľ je e- na spojnici atómov, je e- priťahovaný jadrom. e- môžu obiehať .

- Valenčné elektróny (na valenčných sférach) vytvárajú elektrónový plyn.

Väzby medzi atómami:

3) Kryštalická stavba kovov

Def: Pravidelnosť usporiadania kovov v priestore udáva kryštalografická mriežka. Jej základom je kryštálová bunka alebo kryštálový element, ktorý môžeme zaradiť do niektorej kryštalografickej sústavy.

Kovy z hľadiska tvaru kryštalickej  bunky môžu vytvárať nasledovné kryštalické štruktúry:

1. Kubická plošne centrovaná – K12
2. Kubická objemovo centrovaná – K8
3. Hexagonálna mriežka – H12

VNÚTORNÁ STAVBA KOVOV

Dôležitou vlastnosťou kovov je ich kryštalická stavba- častice, z ktorých kov pozostáva (atómy) sú v priestore uložené úplne zákonite v určitých pravidelných priestorových útvaroch. Vlastnosti kovov a zliatin súvisia s ich vnútornou stavbou.

Najrozšírenejšia skupina materiálov:

1. Oceľ : zliatina Fe + C + Mn, Si, P, S (C<2,08%) (→Cementit)
2. Liatina         : zliatina Fe + C + Mn, Si, P, S (C>2,08%) (→Grafit)

Vlastnosti: pevnosť, tvrdosť, tvárnosť, elektrická a tepelná vodivosť, kovový lesk

4) Typické kovové štruktúry- mriežky

MRIEŽKA KUBICKÁ PLOŠNE CENTROVANÁ

Kryštalografická mriežka - udáva v priestore pravidelnosť usporiadania kovov. Základom je kryštálová bunka alebo kryštálový element, ktorý môžeme zaradiť do niektorej kryštalografickej sústavy.

K12 – Kubická plošne centrovaná – Al, Cu, Ni, Ag, Pb, Fe (modifikácia gama)

a = b = c,  =  =  = 90

- dobre tvárne za studena

-parameter mriežky (vzdialenosť jadier atómov)

- rohový atóm je spoločný 8 mriežkam

- stredný atóm je spoločný 2 mriežkam

- každý atóm spája 8 mriežok (v rohoch a strede stien)

MRIEŽKA KUBICKÁ PRIESTOROVE CENTROVANÁ

Kryštalografická mriežka - udáva v priestore pravidelnosť usporiadania kovov. Základom je kryštálový bunka alebo kryštálový element, ktorý môžeme zaradiť do niektorej kryštalografickej sústavy.

K8 – Kubická objemovo centrovaná – Cr,Mo,V, W, Li, Na, K, Fe (modifikácia alfa)

málo tvárne za studena

tvárnime ich za tepla

ďalší atóm je v uhlovom strede (telesná uhlopriečka).

stredový atóm - patrí konkrétnemu atómu.

rohový atóm - patrí aj 8 mriežkam (v rohoch a telesnej uhlopriečke)

5) Bodové poruchy kryštalickej stavby- vplyv na vlastnosti

1. cudzí atóm - B
2. interstitický atóm (medzerový) - C
3. vakancia – D   (chýba tam atóm)

1. poruchy spôsobujú vznik pnutí
2. stúpajú mechanické vlastnosti (pevnosť, tvrdosť).
3. čisté kovy majú najmenšie mechanické vlastnosti
4. deformácia mriežky spôsobuje vznik pnutí.

6) Čiarové poruchy kryštalickej stavby- vplyv na vlastnosti

Dislokacie, maju rozmerporovnatelny s radom mriezkovych uzlov, predstavuju rozhranie medzi vzajomne posunutymi castami krystalu a vyskytuju sa ako:

1. hranova  dislokacia (E)–akoby vlozena polrovina medzi dve rovnobezne roviny uzlovych bodov, koncovy rad castic tejto polroviny je dislokacna ciara, velkost posunutia charakterizuje Burgesov vektor b
2. skrutkova dislokacia (F) – vytvara skrutkovu plochu okolo dislokacnej ciary, v tomto pripade je Burgersov vektor rovnobezny s dislokacnou ciarou.

7) Plošné poruchy kryštalickej stavby- príčiny ich vzniku

Maju vacsie priestorove rozmiestnenie aj ucinok

- chyby vrstvenia – nepravidelnost v ukladani vrstiev, chyby vrstvenia atómov v kryštálovej mriežke

        -  jedná sa alebo o nadbytočnú rovinu, alebo o chýbajúcu rovinu v usporiadaní kryštálovej

                    mriežky

- hranice blokov (subzrn) – tzv malouhlove poruchy, casti zrna su navzajom pootocene o male uhly

- hranice zrn – vzajomne dotykove polohy zrn polykrystalu. Vyznacuju sa vyraznym porusenim pravidelnosti stavby, su to oblasti s vysokou koncentraciou bodovych poruch.

jedná sa alebo o nadbytočnú rovinu, alebo o chýbajúcu rovinu v usporiadaní kryštálovej Mriežky

1. hranice s malým uhlom (uhol dezorientácie susediacich mriežok je max. niekoľko stupňov 50)
2. hranice s veľkým uhlom (uhol dezorientácie susediacich mriežok je viac ako 150)

    = voľný povrch kryštálov

8) Kryštalizácia kovov- krivka ochladzovania čistého kovu

Krivka ochladzovania – ČISTÝ KOV

L

S

t [s]

T

[°C]

voľné ochladzovanie taveniny

voľné ochladzovanie tuhej fázy

T – čistý kov

tu prebieha

kryštalizácia

T – α – tuhá fáza

L – bod liquidus

- počiatok kryštalizácie

S – bod solidus

- koniec kryštalizácie

T – tavenina

9) Kryštalizácia kovov- krivka ochladzovania zliatin

Krivka ochladzovania – ZLIATINA

S

L

T - zliatina

t [s]

T

[°C]

voľné ochladzovanie taveniny

T → α – tuhá fáza

tu prebieha

kryštalizácia

α - voľné ochladzovanie

tuhej fázy

L – bod liquidus

- počiatok kryštalizácie

S – bod solidus

- koniec kryštalizácie

T – tavenina

10) Vysvetlite binárny diagram dvoch zložiek s neobmedzenou rozpustnosťou v tuhom stave

Rovnovážny diagram 2 komponent dokonale rozpustných v tuhom stave CuNi.

t [s]

T

[°C]

zliatina Z1

T

[˚C]

1450

Ni

T

[˚C]

Cu

1080

 0           20%     40%      60%    80%    100% Ni

100%           80%     60%      40%    20%       0    Cu

Tavenina

Tuhý kov

T

T→α

α

α

11) Vysvetlite binárny diagram dvoch zložiek s obmedzenou rozpustnosťou v tuhom stave

vytvárajú charakteristický typ diagramu, ktorý sa vyjadruje eutektickým bodom.

T→Zn

T→E

Zn+E

1

2

T

T→E

E

podeutektické zliatiny                                 nadeutektické zl.

E

2

1

T

[˚C]

232

T

[˚C]

419

 0                                                         100% Sn

100%                                                            0     Zn

Z2

Z1

t

t

Z1

Z2

T

Rovnovážny diagram 2 komponent nerozpustných v tuhom stave ZnSn.

Diagram je charakteristický tým, že sa spájajú v 1 bode E. E bod je daný stavbou a vlastnosťami.

12) Prekryštalizácia kovov- krivka ochladzovania

Prekryštalizácia kovov: je to zmena kryštalického usporiadania – premena štruktúry v tuhom stave počas ochladzovania kovu (zliatiny), napr. Fe, Be, Sn, Ce, Ti a i.

Prekryštalizácia: zmena kryštalickej mriežky v tuhom stave

Krivka ochladzovania: je funkcia teploty v závislosti na čase

Polymorfizmus: schopnosť kovu kryštalizovať v rôznych sústavách v závislosti od T

Altropizmus: schopnosť zliatin kryštalizovať v rôznych sústavách.

Proces premeny štruktúry kovu v tuhom stave – zmena kryštalickej mriežky.

Polymorfná premena u železa

nemagnetická K 8

magnetická K 8

Tavenina          

K 8

K 12

T

[°C]

1535

1392

910

768

t [s]

magnetický bod

ň

ň

ň

Kryštalizácia kovov -  prechod z tekutého do tuhého stavu a to súvisí s usporiadaním atómov do kryštalickej mriežky. Pozostáva z dvoch etáp:

1. vznik kryštalizačných zárodkov
2. rast zárodkov

Zárodky:

1. stále (ak dosiahnu určitý rozmer)
2. nestále

Kryštalizujúce zárodky:

1. zo základnej fázy
2. cudzorodé (Al2O3, TiO2)

Priebeh kryštalizácie ovplyvňujú 2 činitele:

1. kryštalizačná schopnosť – rýchlosť tvorby zárodkov vzniknutých v 1 cm-2 za sek.
2. kryštalizačná rýchlosť – rýchlosť rastu kryštálov sa mení

13) Difúzia- mechanizmus a jej význam

Difúzia v kovoch a zliatinách

Def: je to premiestňovanie (pohyb) atómov v kryštalickej mriežke kovu (zliatiny) v tuhom stave. Súvisy s tepelným pohybom iónov.

Mechanizmy difúzie:

1. Vzájomnou výmenou miest
2. Kruhovou výmenou
3. Pohybom vakancií – (neobsadený uzol mriežky)
4. Pohybom iónov po medziuzloch

Faktory  ovplyvňujúce difúziu

1. Teplota
2. Koncentračný spád
3. Veľkosť zrna
4. Polomer atómov
5. Druh mriežky
6. Príroda difundujúceho prvku- čím sa približujú, tým je difúzia ťažšia. (stavba el. obalu,..)
7. Množstvo porúch
8. Stupne deformácie

-Difúzia má veľké praktické uplatnenie. Je dôležitá pri kryštalizácii, prekryštalizácii, tepelnom spracovaní, chemickom tepelnom spracovaní , a pod. Prebieha všade, kde sa tepelne spracováva kov.

-Tepelné spracovanie sa zakladá na prekryštalizácii.

14) Vnútorná stavba zliatin- chemická zlúčenina

Chemická zlúčenina – vzniká pri určitom vákuovom (stechiometrickom) pomere prvkov, ktorý sa dá vyjadriť stechiometrickým pomerom – napr. Fe3C. Má má svoju mriežku odlišnú od jednotlivých prvkov a rozloženie atómov, má usporiadaný charakter.

A

B

1:1

Intermetalická zlúčenina – chemická zlúčenina medzi dvoma kovmi.

Elektrónové zlúčeniny – CuZn, Cu5Zn8.

Intersticiárne zlúčeniny – karbidy, nitridy (W2C, WC, Mo3, VC, Fe4N, FeN).

Prítomnosť tvrdých fáz zvyšuje tvrdosť zliatin.

15) Vnútorná stavba zliatin- tuhý roztok

Tuhy roztok – usporiadanie krystalickej stavby zliatiny, ktore ma mriezku jednej zo zloziek (A), a v nej su umiestnene castice dalsej zlozky (B) – hovorime o rozpustani zlozky B v krystalovej mriezke A.

Tuhý roztok – vzniká pri úplnej alebo čiastočnej rozpustnosti komponent. Atómy prísadového kovu sa rozmiestňujú v mriežke základného kovu. Vzniká jednofázová štruktúra.



=A(B)

β=B(A)

Označujeme: , , .

16) Vnútorná stavba zliatin- mechanická zmes

Zliatina – kovový materiál skladajúci sa z dvoch alebo viac kovov – komponent, alebo kovu a nekovu (binárne, ternárne).

Komponenty – základ chemickej časti sústavy, z ktorých sa môžu vytvárať jednotlivé fázy sústavy.

Sústava – definovaný súhrn fáz medzi ktorými alebo v ktorých môžu prebiehať chemické fyzikálne alebo fyzikálno-chemické reakcie.

Fáza – fyzikálna súčasť sústavy oddelená od iných hranicami. Môže meniť svoje zloženie, vzniknúť alebo zaniknúť.

Legúra – prísada v zliatine (napr. uhlík v oceli)

Prvky tvoriace zliatinu sú v tekutom stave obvykle navzájom dokonale rozpustené, v tuhom stave môžu byť:

1. úplne rozpustené
2. čiastočne rozpustené
3. nerozpustené

Z hľadiska rozpustnosti v tuhom stave rozoznávame 5 hlavných druhov vnútornej stavby:

1. Mechanická zmes
2. Tuhý roztok
3. Chemická zlúčenina
4. Elektrónové zlúčeniny
5. Intersticiárne zlúčeniny

A

B

Mechanická zmes – vzniká ak sú tie komponenty v tuhom stave navzájom nerozpustné. Jej stavba je tvorená zrnami jedného i druhého kovu uloženými vedľa seba. Každý má odlišnú mriežku (napr. Fe + Pb, Zn + Cu).

17) Čo je eutektikum- druhy eutektík

Def:  Eutektikum (z gr. dobre taviteľný) je zmes dvoch alebo viacerých fáz navzájom v sebe úplne nerozpustných, alebo len čiastočne rozpustných (t.j. majú heterogénnu oblasť), ktorá má menšiu teplotu tavenia ako každá z týchto látok. V tekutom stave musia byť navzájom rozpustné (ak nie, tak je to monotektický systém).

Eutektioidna premena – pri teplote 727°C v zliatinach s obsahom uhlika nad 0,02%. Ciara PSK oznacuje teplotu eutektoidnej premeny, bod S eutektoidne zlozenie. Austenit o eutektoidnom zlozeni prekrystalizuje na mechanicku zmes feritu a eutektoidneho cementitu.

Eutektikum zliatiny konkrétnych látok má nasledovné vlastnosti:

1. má vždy presné percentuálne zloženie daných zložiek
2. roztavenie eutektika na taveninu a jeho spätné stuhnutie (fázove premeny) prebieha pri konštantnej teplote a bez medzifázy

Na obrázku máme príklad eutektika, na osi x máme pomer roztoku, na osi y teplotu. V bode eutectique pur máme najnižšiu možnú teplotu tuhnutia týchto látok.

V tomto bode látka prejde do tekutého stavu hneď a bez medzifázy, mimo tento bod existuje vedľa tekutej fázy aj pevná fáza (niečo ako cesto).

Eutektikum vo fázovom diagrame

Fázový diagram  zliatin s eutektikom je typická V-charakteristika na prechode medzi taveninou a tuhým skupenstvom. Obrázok je pre systémy, kde v tuhom skupenstve sú obidve látky navzájom nerozpustné. Oblasť označená (4) je oblasť nerozpustnosti (heterogénna oblasť), kde sú tieto látky navzájom nerozpustné a teda tvoria heterogénnu zmes.

-Ak sú čiastočne rozpustné, potom pribudne ešte zvislé V zľava (oblasť alfa) a sprava (oblasť beta). Alfa znamená, že máme kryštál s dominantnou alfou a s plne rozpustenými minoritnými beta atómami. Pri opustení alfa oblasti (buď znižovaním teploty alebo pridávaním komponenty beta) sa na rozhraní kryštálov vylučuje malé množstvo kryštálov s dominantnou betou, teda takých, ktoré sú obyčajne v oblasti beta vpravo.

Toto funguje aj obrátene zo smeru z beta oblasti.

Keď zvyšujeme podiel beta, tak sa vylučuje stále viac beta kryštálov až v eutektickom bode (5) sa vytvoria vedľa seba typické eutektické dlhé kryštálové lamely alfy prekladané s dlhými beta-kryštálovými lamelami.

-Pri oceli je oblasť alfa veľmi malá.

Využitie

Eutektikum je napríklad tuhý roztok rozpadnutého austenitu s cementitom (cca 4,3 %), ktorý sa volá ledeburit.

Eutektické materiály sa používajú, keď treba zliať dokopy dva kovy, ktoré sa inak ťažko zlievajú. Napríklad hliník a volfrám - kým sa volfrám začne taviť, hliník by sa už dávno vyparil. Preto sa do volfrámu pridá nejaký prvok aby sa vytvorila eutektická zmes a tá sa už dá zliať s hliníkom, aj keď výsledná zliatina nie je čistý Al-W.

Ale najlepší príklad je, keď posypeme ľad soľou - vtedy sa ľad začne rozpúšťať (tak do -5 °C)

Oblasť pod a nad eutektoidných oceli

Podeutektoidne – ocele s obsahom uhlíka v rozmedzi 0,02 – 0,8%. Dochadza k prekrystalizacii z modifikacie Fe(gama) na Fe(alfa). Premena prebioeha tak, ze na hraniciach austenitickych zrn vznikaju zarodky feritu, ktore difuciou rastu. Nepremeneny austenit sa obohacuje o uhlik, az dosiahne stav nasytenia pre teplotu 727°C. pri tejto teplote z austenitu striedavym rastom lamiel cementitu a feritu dojde k vytvoreniu zmesnych zrn eutektoidu, ktory sa nazyva perlit. Podeutektoidne ocele predstavuju najvacsi objem vyroby konstrukcnych oceli, dodavaju sa ako konstrukcne ocele obvyklych akosti.

Nadeutektoidne – ocele s vyssim obsahom uhlika 0,8 – 2%. Tieto ocele maju vysoku pevnost, vysoku tvrdost, su obtiazne tvarnitelne a krehke, maju nizke hodnoty vrubovej a lomovej huzevnatosti. Pouzivaju sa ako nastrojove, loziskove a pruzinove ocele.

Druhy Eutektik

1. lamelárne

2. globulárne

3. tyčinkovité

4. ihlicové

18)Technologické vlastnosti materiálov

- tvarnitelnost – schopnost materialu zmenit tvar posobenim vonkajsich sil bez porusenia celistvosti

- zvaritelnost – oznacuje sposobilost vyhotovit zvarovy spoj pozadovanych vlastnosti

- zlievatelnost – suhrn vlastnosti, ktore charakterizuju vhodnost materialu na spracovanie idlievanim

- obrabatelnost – suhrn vlastnosti, ktore udava ako obtiazne a s akym vysledkom sa dany material obraba

19) Napätie – vznik – definícia

Napätie

Def: je to pomer sily a prierezu

pôsobením vonkajšej sily na teleso vzniká napätie v priereze telesa

FN – normálová zložka

FS – šmyková zložka



normálové napätie       šmykové napätie

0           45       90



1

0,5

20) Pôsobenie vonkajších síl – definícia pevnosti

Pevnosť – schopnosť materiálu znášať zaťaženie. Medza pevnosti je napätie, pri ktorom sa materiál poruší, rozdelí na dve časti.

21) Pružina a plastická (trvalá) deformácia kovov

Deformácia – zmena tvaru a rozmerov pôsobením vonkajšej sily

pružná deformácia

materiál sa vráti po skončení pôsobenia vonkajšieho zaťaženia vráti do pôvodného tvaru

1. nastáva ak sa atómy pôsobením vonkajšej sily v kryštálovej mriežke vychýlia z ich rovnovážnych polôh o vzdialenosť menšiu ako je polovica mriežkového parametra. Po odstránení zaťaženia sa atómy vrátia do pôvodných polôh.

Plastická (trvalá) deformácia

po skončení pôsobenia vonkajšieho zaťaženia zostáva určitá deformácia v závislosti od zaťaženej sily

2. vzniká ak atómy sú vychýlené zo svojich rovnovážnych polôh o viac ako parameter mriežky, v dôsledku čoho sa o odľahčení nedokážu vrátiť späť do pôvodnej polohy.

celková

pomerne

predĺžená

A – práca potrebná na porušenie vzorky materiálu

lom

pružné     trvalé

Δl ()

F

Re

()

medza pružnosti (Re)

Fmax

A

Mechanizmus plastickej deformácie:

3. sklzom (sklzová rovina, smer sklzu)
4. dvojčatením

22) Dôsledky plastickej deformácie za studena

Dôsledky plastických deformácií

1. spevnenie materiálu
2. vznik deformačnej textúry
3. anizotropia mechanických vlastností
4. zvýšenie množstva porúch

Odstránenie dôsledkov plastických deformácií

1. ohrevom materiálu a podľa teploty materiálu hovoríme o ozdravení mriežky. Čiastočná obnova vlastností, zníženie pnutí.

        ohrev na T < Trekr.                        Trekr = 0,35 – 0,4 Ttav

2. rekryštalizáciou

        ohrev na T > Trekr.                        

Prekryštalizačným žíhaním tieto dôsledky odstránime.

Prekryštalizačná deformácia zŕn na nedeformované úplne odstráni dôsledky plastickej deformácie.

23) Definujte oceľ, ferit, austenit, cementit, perlit

Austenit:

Intersticiálny tuhy roztok uhlíka v Fe(gama), atómy C sa umiestňujú v K12 s max. rozpustnosťou 2,11% pri 1147°C, v základnej sústave ho môžeme sledovať v teplotnom rozmedzí 727 – 1500°C, lepšie pevnostne hodnoty ako ferit, lepšia tvárnosť, vyššia húževnatosť.

Ferit:

Intersticiálny tuhy roztok uhlíka v Fe(alfa), atómy C sa umiestňujú v K8 s max. rozpustnosťou 0,02% pri 727°C, s klesajúcou teplotou s rozpustnosť znižuje, vyznačuje sa pomerne nízko huževnosťou, malou tvrdosťou, ale dobrou tvárnosťou.

Oceľ :

zliatiny Fe+C+ďalších prímesí (Mn, Si, P, S) s obsahom uhlíka do 2,08%. Uhlík sa vylučuje vo forme cementitu. Dobre tvárne.

(Oceľ         – zliatina Fe + C + Mn, Si, P, S (C<2,08%) (→Cementit))

Čím väčší obsah uhlíka tým väčšia tvrdosť a pevnosť.

1

1

1

E

Eutektický bod

ocele               liatiny

T

[˚C]

1535

1147

910

723

Ferit

100%Fe              0,8%C                   2,08%C                              4,3%C   →100%C

Z1

Z2

Z3

Ferit+Perlit

Ferit+A

A

T+A

A+Cementit

Perlit+Cementit

G

Eutektoidný bod

T

Tavenina

2

3

4

2

2

B

3

3

4

Diagram Fe-C  -metastabilná sústava Fe - Fe3C

B-G – obmedzenie rozpustnosti uhlíka v austenite

A – Austenit (tuhý roztok uhlíka v železe Gama)         A=Feγ (C)

F – Ferit (tuhý roztok uhlíka v železe Alfa)                 F=Feα (C)

Cementit

3. je karbid železa Fe3C.

4. Je extrémne tvrdý a oteruvzdorný (asi 10× tvrdší ako oceľ) ale aj veľmi krehký. Samotný sa dá obrábať len brúsením. Cementit, ako súčasť ocele a liatin zvyšuje pevnosť základnej hmoty, tvrdosť a odolnosť voči opotrebeniu, zhoršuje však obrobiteľnosť ocele resp. liatiny. Cementit je najtvrdšia zložka v tavenine - surovom železe. Kryštály cementitu majú svetlú farbu. Vyskytuje sa v oceli s obsahom uhlíka väčším ako 0,8% (v nástrojových oceliach).

5. (Cementit je v tavenine ocele metastabilný. Pri veľmi pomalom ochladzovaní nevzniká cementit ale grafit (také pomalé ochladenie nie je v metalurgickej praxi praktický možné). Pri dlhodobej výdrži za zvýšených teplôt dochádza ku grafitizácií cementitu t.j. mení sa na grafit a ferit. Na to či vznikne cementit alebo grafit ma vplyv hlavne celkový obsah uhlíka v roztavenom železe. Množstvo a rýchlosť vzniku cementitu v tavenine ovplyvňuje aj prítomnosť legovacích prvkov napr. mangánu, chrómu (chrómový cementit).)

V železných zliatinách rozlišujeme:

1. primárny cementit - primárna kryštalizácia z taveniny podľa línie CD.
2. sekundárny cementit – vylúčený z austenitu podľa línie ES
3. terciárny cementit – vylúčený z feritu podľa línie PQ

Perlit 

1. je eutektoid v sústave Fe-Fe3C. Je to lamelárna mechanická zmes feritu a cementitu. Perlit nie je teda fáza ale fázová zmes, skladá sa z feritu a cementitu a obsahuje 0,765 % uhlíka. Názov je odvodený od perleťového lesku jeho kryštálov.

1. Perlit vzniká izotermicky pri 727°C a obsahu uhlíka medzi 0,02% a 6,68% (na fázovom diagrame Fe-Fe3C je to línia PSK) ako lamelárny perlit. Má strednú pevnosť a tvrdosť, ale je málo tvárny. Vhodným tepelným spracovaním sa premieňa na globulárny perlit, ktorý má nižšiu tvrdosť, ale lepšiu tvárnosť.

24) Definujte liatinu, grafit

Liatina:

 je zliatina železa s uhlíkom s obsahom uhlíka vyšším ako je jeho maximálna rozpustnosť v austenite (t.j. 2,06%), s výnimkou ledeburitických ocelí. V porovnaní s oceľami obsahujú okrem viac uhlíka aj viac sprievodných prvkov (napríklad mangán, kremík, síru, fosfor). Liatina sa vyrába pretavením vhodných surových želiez a kovového odpadu v zlievarenských peciach, najčastejšie v kuplovniach.

Základné rozdelenie je dané spôsobom kryštalizácie:

2. cementické liatiny kryštalizujú podľa metastabilnej sústavy Fe-Fe3C.

1. biela liatina

3. grafitické liatiny kryštalizujú podľa stabilnej sústavy Fe- grafit

1. sivá liatina
2. tvárna liatina

4. tvrdená liatina je zvláštny druh liatiny, pri ktorej sa volí zloženie a tepelné podmienky ochladzovania tak, aby povrch kryštalizoval metastabilne a jadro stabilne
5. temperovaná liatina kryštalizuje metastabilne, ale tepelným spracovaním sa cementit rozpadá na grafit.

1. s čiernym lomom
2. s bielym lomom

Ďalšie rozdelenie je dané prítomnosťou prídavných  legovacích prvkov.

1. legované liatiny

1. so zvýšenými mechanickými fyzikálnymi a technologickými vlastnosťami
2. antikorózne
3. žiaruvzdorné

2. nelegované liatin

Grafit:

25) Rozdelenie oceli- popis, označenie

Rozdelenie oceli podľa STN

Def: Ako ocele k tvárneniu sú označované materiály, v ktorých hmotnostný podiel železa je väčší než ktoréhokoľvek iného prvku, obsahujú menej ako 2% uhlíka a obsahujú aj ďalšie prvky.

A) Rozdelenie ocelí podľa chemického zloženia

-Nelegované ocele- sú tie, v ktorých obsah jednotlivých prvkov nedosahuje tieto medzné hodnoty:

(Hmotnostný podiel prvkov je uvedený v percentách)

-Legované ocele- sú tie, v ktorých obsah jednotlivých prvkov minimálne v jednom prípade dosahuje, alebo prekračuje vyššie uvedené medzné hodnoty obsahu legujúcich prvkov.

B) Rozdelenie oceli podľa hlavných skupín akosti na základe vlastností a účelu použitia

-Nelegované ocele- ocele nelegovaných vlastností, ktoré nevyžadujú zvláštne opatrenia k výrobe.

1. Nelegované akostné ocele -  ocele nelegovaných vlastností, ktoré nevyžadujú zvláštne opatrenia k výrobe
2. Nelegované ušľachtilé ocele - oproti akostným vykazujú vyšší stupeň čistoty. Sú určené na zušľachťovanie alebo povrchové kalenie.

- Legované ocele – akostné skupiny legovaných ocelí

1. Legované akostné ocele – sú ocele, na ktoré sú stanovené požiadavky.  Napr:

1. Húževnatosť
2. Veľkosť zrna
3. Tvárniteľnosť

2. Legované ušľachtilé ocele – vlastnosti sú dosahované predpísaným chemickým zložením a zvláštnymi podmienkami spracovania. Podľa obsahu legujúcich prvkov sa delia na nasledovné podskupiny.

1. Koroziuvzdorné ocele
2. Rýchlorezné ocele

26) Popis prípravy metalografických vzoriek

Vyhotovenie vzoriek pre makroskopické a mikroskopické pozorovanie je prípravnou etapou pozorovania štrukturálnej stavby kovov alebo zliatin.

Na vzhľad štruktúry má veľký vpliv spôsob a dôslednosť, s akou sa vykonávajú jednotlivé etapy prípravy výbrusov. Mikroskopická, ako aj makroskopická analýza štruktúry kovov ich zliatin si vyžaduje prípravu povrchu materiálu, pre pozorovanie.

Pre využitie max. rozlišovacej schopnosti mikroskopu, povrch vzoriek musí byť dokonale pripravený. Vzorku pre pozorovanie štruktúry svetelným mikroskopom nazývame  Metalografický výbrus, ktorého príprava si vyžaduje viacero operácii.

Príprava vzorky pre optickú mikroanalýzu sa skladá z týchto etáp:

3. Odoberanie vzoriek
4. Úprava vzoriek
5. Brúsenie vzoriek
6. Leštenie vzoriek
7. Vyvolanie štruktúry materiálu

1) Odoberanie vzoriek

Pri odoberaní skúšobnej vzorky sa musíme riadiť dvoma kritériami a to : miesta voľbou odberu a spôsobom odberu. Vzorka musí mať rovnaké vlastnosti ako skúmaný predmet. Pred voľbou miesta odberu musíme uvážiť cieľ pozorovanie, výrobný postup, rozmery a tvar súčiastky, ako aj pracovné podmienky.

- Pri odoberaní vzorky a ďalšom hrubom opracovaní skúmaného povrchu vzorky nesmie dôjsť k zmene štruktúry vplyvom deformácie, alebo ohrevu. (deformácia vzniká pri rezaní, strihaní, brúsení,- samotepelné ovplyvnenie materiálu)

2) Úprava vzoriek

Vzorky rozmerovo menšie ako 2-3 cm2 nie je možné pri brúsení a leštení pohodlne držať a tým dosiahnuť rovné plochy na vzorkách, ktoré sú potrebné na metalografické pozorovanie.

-Preto sa vzorky zlievajú do umelých hmôt(dentacryl, duracyl, epoxidové živice), pri izbových teplotách (T=20°C)

-Z prášku a tekutiny sa vymieša kašovitá hmota a s ňou sa hmota, ktorá je položená hrubou plochou na sklenenú podložku. Okolo vzorky je kovová forma s označením vzorky

3) Brúsenie vzoriek

Účelom je odstránenie povrchovej nerovnosti. Pri brúsení sa z povrchu vzorky odoberajú kovové častice – obrus. Brúsenie sa realizuje na kotúčových brúskach s metalografickými brúsmi, od najhrubšej po najtenšiu zrnitosť.

-Pri prechode na ďalší brúsny papier sa vzorka otočí o 90°

4) Leštenie vzoriek

Ryhy po brúsení sa odstránia leštením

Vzorky je možné leštiť mechanicky, chemicky, elektrolyticky a kombináciou týchto spôsobov.

5) Vyvolanie štruktúry materiálov

Aby bolo možné pozorovať vlastnú štruktúru materiálov, je nutné vzorky naleptať.

-Poznáme tieto druhy leptania:

1. Chemické leptanie
2. Elektrolytické leptanie
3. Leptanie oxidáciou povrchu počas ohrevu
4. Tepelné leptanie
5. Vyvolanie štruktúry pomocou magnetickej suspenzie
6. Reliéfne leptanie
7. Reliéfne leštenie a napúšťanie