Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Moderní slévárenské •technologie Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111 Přednášky pro studijní program Strojírenství Doc. Ing. Ladislav SOCHA, Ph.D. a kol. Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Úvod do výrobních technologií Přednáška č. X: Doplnit název přednášky222 Přednáška č. 1 Technické materiály üPojmem materiály rozumíme pevné látky, které člověku slouží k jeho činnosti üVe strojírenství jsou významné materiály kovové, což jsou materiály, jejichž hlavní složkou je kovový prvek (např. Fe, Cu, Al, Au) üKromě kovových materiálů rozlišujeme i materiály nekovové (žula, dřevo, plasty, sklo atd.) a kompozitní (např. tvrzené plasty) ü • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií Třídy ocelí – KovarstviUroboros Technické plasty, polykarbonát, PVC - polotovary, přířezy i obráběné dílce Žula šedobílá – Kameny Zlín Ocel Žula Plast 3/28 Technické materiály – rozdělení Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üMateriály používané ve strojařské praxi mají někdy velmi rozdílné vlastnosti a pro určitou součást jsou voleny tak, aby součást mohla dobře a trvale plnit svůj úkol üPro zvolení správného materiálu pro určitou součást je třeba mít detailní znalosti materiálů üVzhledem k rozmanitosti materiálů, je třeba materiály třídit do skupin podle složení nebo charakteristických vlastností 4/28 Kovové materiály Přednáška č. X: Doplnit název přednášky555 üZákladním materiálem pro stavbu strojů jsou kovy a jejich slitiny üKovy se využívají jako univerzální technické materiály üKovy se využívají prakticky ve všech odvětvích (od stavebnictví po kosmický průmysl) üUniverzálnost kovových materiálů je dána velkou rozmanitostí jejich vlastností, u žádné jiné skupiny materiálů se nesetkáme s tak širokou škálou vlastností jako právě u kovů üTechnický význam má pouze malé množství čistých kovů, proto se ve strojírenství využívají zejména slitiny kovů, čisté kovy se používají jen velmi zřídka, jelikož nemívají vhodné mechanické a technologické vlastnosti üNejvyužívanějším kovem je železo üKovové materiály dělíme na železné a neželezné kovy ü • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií Vačková hřídel a ozubené kolo z oceli 5/28 Kovové materiály üŽelezné kovy dále dělíme na oceli a litiny ØOceli – velmi pevné slitiny železa, slouží převážně k výrobě částí strojů, které musejí zachovat a přenášet síly, jedná se především o hřídele, ozubená kola, čepy, profily, atd. ØLitiny – velmi dobře odlévatelné materiály, některé litiny tlumí vibrace. Odlévají se z nich části strojů, které mají složitý tvar a nejlépe se vyrobí litím, např. tělesa strojů Ø • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií Litinová strojní součást 6/28 Ocelová konstrukce Litinová WOK Pánev 36 cm indukční VARIO, RÖSLE - KitchenStyle Litinová pánev Kovové materiály üNeželezné kovy můžeme rozdělit na těžké a lehké neželezné kovy ØTěžké neželezné kovy (ρ > 5 kg/dm3) – mezi tyto kovy patří např. měď, zinek, chrom, nikl, olovo. Používají se zejména kvůli svým typickým vlastnostem. Měď má velmi dobrou elektrickou vodivost – používá se tedy např. na dráty vinutí. Zinek, chrom a nikl se využívají jako protikorozní ochrana oceli ØLehké neželezné kovy (ρ < 5 kg/dm3) – mezi tyto kovy patří hliník, hořčík a titan. Tyto kovy jsou lehké, ale vysoce pevné. Využívají se zejména k odlévání konstrukčních prvků automobilů a letadel Ø • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií Měděné vodiče Hliníkové automobilové součástky 7/28 Hliník - Fotoalbum - Výrobky z hliníku - Hliníkové příbory Hliníkový příbor Titanové náušnice 0577-01 | Vivantis.cz - Od kabelky po parfém Titanové náušnice Broky no.11 4,5mm 300ks | army-shop.cz Olověné broky Oceli Přednáška č. X: Doplnit název přednášky888 üOcel můžeme najít téměř ve všech odvětvích üOcel se využívá ve stavebnictví, strojírenství, v automobilovém průmyslu, v lodích, letadlech, nemocnicích, kuchyních, oděvech i v umění üOceli se vyrábí přes 2500 druhů s chemickým složením vyhovujícím požadovaným pevnostním, mechanickým a jiným vlastnostem • ü • • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií 8/28 Ocel ve světě Přednáška č. X: Doplnit název přednášky999 Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üV tabulce a v grafu je vidět celosvětový vývoj výroby oceli v letech 1950 až 2020 v milionech tun üZa tuto dobu se celosvětová výroba oceli zvýšila téměř 10× • Rok Celosvětová výroba (Mt) Rok Celosvětová výroba (Mt) Rok Celosvětová výroba (Mt) 1950 189 2001 852 2012 1560 1955 270 2002 905 2013 1650 1960 347 2003 971 2014 1669 1965 456 2004 1063 2015 1620 1970 595 2005 1148 2016 1627 1975 644 2006 1250 2017 1730 1980 717 2007 1348 2018 1808 1985 719 2008 1343 2019 1869 1990 770 2009 1239 2020 1878 1995 753 2010 1433 2000 850 2011 1538 9/28 Ocel ve světě Přednáška č. X: Doplnit název přednášky101010 Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üMomentálně je ve světě velký přebytek výrobců oceli, v roce 2015 se odhadovalo, že existuje přebytečná výrobní kapacita v objemu přes 700 milionů tun üHlavním světovým producentem oceli je Čína, která tvoří asi polovinu celosvětové výroby üZ Evropské unie můžeme mezi prvními deseti výrobci oceli najít Německo a Itálii üZ celosvětové výroby oceli připadá na EU celkově okolo 10 % • Pořadí Země 2016 2017 2018 2020 1 Čína 808,4 831,7 928,3 1064,8 2 Japonsko 104,8 104,7 104,3 83,2 3 Indie 95,5 101,4 106,5 100,3 4 USA 78,5 81,6 86,6 72,7 5 Rusko 70,5 71,3 71,7 71,6 6 Jižní Korea 68,6 71,1 72,5 67,1 7 Německo 42,1 43,6 42,4 35,7 8 Turecko 33,2 37,5 37,3 35,8 9 Brazílie 31,3 34,4 34,9 31,0 10 Itálie 23,4 24,0 24,5 20,4 10/28 BAOWU uses EB digital configuration design Čínská ocelárna Baowu Ocel ve světě Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üV tabulce je uvedeno 10 největších světových výrobců oceli spolu s jejich celkovou produkcí za rok 2018 • Pořadí Společnost Výroba (Mt) 1 ArcelorMittal 96,42 2 China Baowu Group 67,43 3 Nippon Steel Corporation 49,22 4 HBIS Group 46,80 5 POSCO 42,86 6 Shagang Group 40,66 7 Ansteel Group 37,36 8 JFE Steel Corporation 29,15 9 Jianlong Group 27,88 10 Shougang Group 27,34 Products | NIPPON STEEL CORPORATION HBIS GROUP HENGSHUI STRIP PROCESSING CO., LTD. | LinkedIn 11/28 Celosvětové využití nerezové oceli v roce 2019 üVýznamným druhem oceli je ocel nerezová, která se využívá napříč nejrůznějšími odvětvími üNejvětší využití nerezová ocel nachází při výrobě kovových výrobků (37,6 %), dále ve strojírenství (29,1 %), ve stavebnictví (12,2 %), v automobilovém průmyslu (8,5 %), na elektrické nástroje (7,7 %) a ostatní dopravu (4,9 %) • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií Kovové výrobky Stavby Strojírenství 12/28 Konstrukce z nerezové oceli Ocel v ČR Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üCentrem výroby oceli v ČR jsou Třinecké železárny a Liberty Ostrava (dříve ArcelorMittal Ostrava) üV ČR se vyrobí okolo 5 milionů tun surové oceli ročně üV Česku se vyrábí řada konečných ocelových výrobků jako kolejnice, dráty, nejrůznější tyče, plechy, svodidla nebo tlusté plechy pro větrné elektrárny a lodě • 13/28 Reference - Progress Language Institute Kolejnice | Třinecké Železárny - Moravia Steel Kolejnice – Třinecké železárny Galerie | Třinecké Železárny - Moravia Steel Dráty – Třinecké železárny Silniční svodidla - LIBERTY Steel Czech Republic Svodidla – Liberty Ostrava Oceli Přednáška č. X: Doplnit název přednášky141414 üOcel je slitina železa s obsahem uhlíku pod 2,14 % üOceli tvoří zhruba 90 % slitin železa üPomocí různých způsobů výroby, legováním a odpovídajícím tepelným zpracováním lze dosáhnout naprosto odlišných vlastností üLze vyrobit oceli s následujícími vlastnostmi: ØVysoká pevnost ØDobrá tvářitelnost ØTvrdost a odolnost proti opotřebení ØDobrá obrobitelnost ØDobrá slévatelnost ØŽádoucí magnetické vlastnosti üMezi další typické vlastnosti ocelí patří: ØRecyklovatelnost ØOdolnost proti korozi získaná legováním ØNáchylnost proti korozi u nelegovaných ocelí • ü • • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií 14/28 Rozdělení oceli Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üOceli dělíme do tří skupin podle množství legujících prvků na oceli nelegované, nízkolegované a vysoce legované: üOceli nelegované ØZvané uhlíkové ØNelegované oceli představují většinu všech vyrobených ocelí ØObsah legujících prvků je nižší než je tabelovaná hodnota pro daný prvek ØPříkladem nízkolegované oceli může být roxor Ø üMezní obsah legujících prvků oddělující nelegované a nízkolegované oceli: • • • ü ü ü ü Prvek Mezní obsah [hm. %] Prvek Mezní obsah [hm. %] Al 0,10 Ni 0,30 Co 0,10 Pb 0,40 Cr 0,30 Si 0,50 Cu 0,40 Ti 0,05 Mn 1,65 V 0,10 Mo 0,08 W 0,10 Nb 0,06 Zr 0,05 Roxorové tyče (výztuž do betonu) 15/28 odmítnout samet rakovina kari site roxory - 66gallery.cz Rozdělení oceli Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üOceli dělíme do tří skupin podle množství legujících prvků na oceli nelegované, nízkolegované a vysoce legované: üOceli nízkolegované ØObsah legujících prvků je po odečtení uhlíku nižší než 5 % hm. ØMechanické vlastnosti legovaných ocelí je možné modifikovat buď tepelným (žíhání, kalení, popouštění), tepelně-mechanickým nebo tepelně chemickým zpracováním ØNa mechanické vlastnosti oceli má významný vliv obsah uhlíku, spolu s obsahem uhlíku se zvyšuje pevnost ü üVysoce legované oceli ØObsah legujících prvků je po odečtení uhlíku vyšší než 5 % hm. ØKombinací legujících prvků je dosaženo požadovaných vlastností oceli ØMezi vysoce legované oceli patří i nerezová ocel • • ü ü ü ü Nízkolegovaný ocelový profil Nerezové zábradlí 16/28 Zábradlí venkovní - AnticoroČižmár Litina üLitiny bývají označovány jako slitiny železa se zvýšeným obsahem uhlíku (nad 2,14 %) üLitiny mívají i vysoký obsah křemíku, který podporuje tuhnutí litin üNarozdíl od ocelí se litiny zpracovávají pouze odléváním, jelikož mají výbornou slévatelnost a je možné z nich odlévat tvarově velmi složité odlitky üZ litiny se odlévají například bloky spalovacích motorů, pístní kroužky, vložky válců, skříně čerpadel, potrubí, topná tělesa, sloupy atd. • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií Litina Litinový radiátor Bohemia R 800/220 s nohou Litina | Tribon - plastové potrubní systémy GF 17/28 Výroba litých kovů ve světě Přednáška č. X: Doplnit název přednášky181818 Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üVýroba litých kovů ve světě v letech 2011, 2014 a 2015 v tunách/rok ü ü ü ü ü ü • ü ü ü ü ü • Kov 2011 2014 2015 Šedá litina 45 995 817 47 795 820 46 738 654 Tvárná litina 25 167 222 25 682 246 25 575 894 Litá ocel 11 299 044 11 318 922 10 887 948 18/28 üNejvětší podíl při výrobě odlitků zabírá šedá litina (asi 46 %), na druhém místě je tvárná litina (asi 26 %) Největší světoví výrobci šedé a tvárné litiny Přednáška č. X: Doplnit název přednášky191919 Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üVýroba šedé a tvárné litiny za rok 2011 ü ü ü ü ü ü ü ü • Země Šedá litina (Mt) Tvárná litina (Mt) Čína 20,100 10,9 Spojené státy americké 4,296 4,48 Indie 6,254 0,981 Japonsko 2,209 1,377 Německo 2,393 1,642 19/28 Iron Foundry Sand Casting Parts | Custom Cast Iron Products Supplier Kunshan - GF Casting Solutions Litiny – rozdělení Přednáška č. X: Doplnit název přednášky202020 üLitinu dělíme do 5 základních skupin: üŠedá litina ØDobré kluzné vlastnosti, snadná obrobitelnost, schopnost tlumit vibrace ØObsah uhlíku 2,6 až 3,6 % - dobrá slévatelnost ØNejpoužívanější materiál pro výrobu odlitků ØPoužití: rámy a saně obráběcích strojů, tělesa převodovek a klikové skříně üTvárná litina ØVysoká pevnost a dobrá tažnost, z litin se vlastnostmi nejvíce blíží oceli ØPoužití: ozubená kola, klikové hřídele, skříně řízení, skříně zadní nápravy, skříně čerpadel a turbín • • ü • • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií eshop.ameco.cz 20/28 Ozubená kola z tvárné litiny Skříně z šedé litiny Kompresorová skříň z tvárné litiny Litiny – rozdělení üBílá litina ØVysoká tvrdost, křehkost ØVýchozí materiál pro temperovanou litinu ØPoužití: mlecí desky, mlecí tělesa nebo rošty üTemperovaná litina ØDobře slévatelná ØPoužití: ojnice, sloupky řízení a řadicí vidlice automobilů, páky ve strojírenství üVermikulární litina ØModifikace šedé litiny ØPoužití: tepelně namáhané součásti – bloky a hlavy válců spalovacích motorů a součásti brzd • ü • • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií 21/28 Fitink 30,3 mm (Rp 1) x 24,1 mm (Rp 3/4) temperovaná litina 90 stupňů nakoupit u OBI Fitinka z temperované litiny Křídlová matice DIN 315 temperovaná litina | Engelbert Strauss Křídlová matice z temperované litiny Kompresorová skříň z vermikulární litiny Vložka do kulového mlýnu z bílé litiny Součást těžebního drtiče z bílé litiny Litina – MOTOR JIKOV – slévárna litiny Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií 22/28 Řez odlitkem kardanu Prvky řízení pro golfové vozíky Díly převodovky Náboje průmyslových převodovek Držáky blatníků Dílec pro uchycení kolejnic Neželezné kovy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky232323 üPojmem neželezné kovy rozumíme všechny kovy a slitiny, u kterých je základním prvkem jiný kov, než železo üV periodické tabulce prvků můžeme najít celkem 55 kovových prvků, včetně polovodičů, jedná se tedy o velmi širokou kategorii materiálů üNeželezné kovy je možné dělit z mnoha hledisek, mezi které patří například způsob zpracování, hustota, tavící teplota nebo chemická reaktivnost üPodle ČSN EN dělíme neželezné kovy a jejich slitiny následovně: ØLehké neželezné slitiny: slitiny hliníku, hořčíku nebo titanu ØTěžké neželezné slitiny: slitiny mědi, niklu, kobaltu, zinku, olova, cínu • üNeželezné kovy jako technické materiály dělíme obvykle na: ØSlitiny kovů s nízkými teplotami tání: slitiny olova, zinku, cínu nebo rtuti ØSlitiny lehkých kovů: slitiny hliníku, hořčíku ØSlitiny kovů se středními teplotami tání: slitiny mědi, niklu nebo kobaltu ØSlitiny kovů s vysokými teplotami tání: wolframu, titanu, molybdenu nebo zirkonu Ø • Ø ü ü • Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií 23/28 Neželezné kovy ve světě – údaje ze sléváren Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií Kov 2011 2014 2015 Měď 1 743 817 1 745 611 1 761 182 Hliník 14 051 924 16 324 073 16 053 014 Hořčík 226 673 160 808 198 121 Zinek 587 947 545 661 675 022 Ostatní neželezné kovy 486 764 496 779 1 354 841 üZ neželezných kovů je celosvětově nejvíce odlévaný hliník a jeho odlité množství se neustále zvyšuje 24/28 Odlitky ze zinkové slitiny Odlitky ze slitiny mědi Odlitky ze slitiny hliníku Hliník a jeho slitiny - produkce Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üCelosvětový vývoj produkce hliníku má téměř exponenciální trend üHliník nahrazuje dražší ocel především díky svojí lehkosti, pevnosti a nižší ceně üNejvětší spotřeba hliníku je v automobilovém průmyslu 25/28 Hliníková karoserie – Jaguar XJ Hliníkový tlakový hrnec Hliník a jeho slitiny – MOTOR JIKOV – tlaková slévárna Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií 26/28 Válec motoru pro zahradní techniku Tělesa zpětných zrcátek automobilu Těleso směšovače plynu pro plynové kotle Víko válce motoru pro zahradní techniku Odlitek převodovky pro stírání okna automobilu Odlitek snímače satelitního signálu Použitá literatura Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üBOTHE, Otakar. Strojírenská technologie I pro strojírenské učební obory: doporučený učební text pro střední odborná učiliště. Praha: Sobotáles, 1997. ISBN 80-85920-42-5. üVOJTĚCH, Dalibor. Kovové materiály. Praha: Vydavatelství VŠCHT, 2006. ISBN 80-7080-600-1. üROUČKA, Jaromír. Metalurgie neželezných slitin. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2004. ISBN 80-214-2790-6. üMOHYLA, Miroslav. Strojírenské materiály I. 2. vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita, 2003. ISBN 80-248-0270-8. üWorld steel in figures 2019 [online]. World Steel Association. Dostupné z: https://www.worldsteel.org/en/dam/jcr:96d7a585-e6b2-4d63-b943-4cd9ab621a91/World%2520Steel%2520in%2 520Figures%25202019.pdf ü49th Census of World Casting Production: Modest Growth in Worldwide Casting Market. Dostupné z: www.foundryinfo-india.org/statistics/Dec15%20Census.pdf ü50th Census of World Casting Production: Global Casting Production Stagnant. Dostupné z: www.foundryinfo-india.org/statistics/Census-2016-Modern-Casting.pdf ü47th Census of World Casting Production: Dividing Up the Global Market. Dostupné z: https://www.globalcastingmagazine.com/wp-content/uploads/2016/04/47th-Census.pdf üLOSERTOVÁ, Monika. Vývoj použití materiálů v automobilovém průmyslu. Dostupné z: https://docplayer.cz/9186887-Vyvoj-pouziti-materialu-v-automobilovem-prumyslu.html ü ü Ø • 27/28 Použitá literatura Přednáška č. 1: Úvod do výrobních technologií üMOTOR JIKOV Slévárna a.s. – divize Slévárna litiny. Motorjikov [online]. Dostupné z: www.motorjikov.com/media/fotogalerie/mjsl-divize-slevarna-litiny/?nggpage=3 üMOTOR JIKOV Slévárna a.s. – divize Tlaková slévárna. Motorjikov [online]. Dostupné z: www.motorjikov.com/media/fotogalerie/mjsl-divize-tlakova-slevarna/ üTvárná litina. Heunisch [online]. Dostupné z: https://www.heunisch.eu/cs/produkty/tvarna-litina üŠedá litina. Heunisch [online]. Dostupné z: https://www.heunisch.eu/cs/produkty/seda-litina üVermikulární litina. Heunisch [online]. Dostupné z: https://www.heunisch.eu/cs/produkty/vermikularni-litina üWhite Cast Iron – Types, Microstructure and Applications [online]. Dostupné z: https://materials-today.com/white-cast-iron-types-microstructure-and-applications/ • ü ü Ø • 28/28