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 •Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů Přednáška č. X: Doplnit název přednášky222 Přednáška č. 11 Materiálové vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky333 üSlitiny neželezných kovů vychází z komplexního posouzení nároků na užitné vlastnosti i způsob výroby odlitků ü ü Rozhodující při výběru vhodné slitiny bývají zejména tyto parametry: ØTechnologické vlastnosti ØMechanické vlastnosti ØMožnost tepelného zpracování ü Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 3/20 Technologické vlastnosti üZjišťují se podle některých ukazatelů, důležitých pro posouzení vhodnosti materiálu pro určitý způsob technologického zpracování üJsou takové vlastnosti slitin, které souvisí se způsobem výroby součástí üTyto ukazatele nelze vyjádřit v přesně definovaných základních veličinách, majících fyzikální význam üK zajištění porovnatelnosti a reprodukovatelnosti výsledků zkoušek je nutno dodržovat jednotné podmínky, které stanoví norma üNa technologické vlastnosti působí velké množství vlivů, např. tvářitelnost materiálů, tj. zpracování kováním, válcováním, lisováním apod., ale i na teplotě, při níž se tváření děje nebo na způsobu tváření aj. üNejdůležitějšími technologickými vlastnostmi jsou slévárenské vlastnosti, obrobitelnost, odolnost proti korozi, svařitelnost, těsnost, někdy rovněž speciální vlastnosti, jako např. leštitelnost, možnost povrchové úpravy apod. Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 4/20 Slévárenské vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky555 üSoubor vlastností nutných k vytvoření dobrého odlitku üÚzce souvisí se šířkou intervalu tuhnutí dané slitiny üNa slévatelnost má také vliv tepelná vodivost, délková a objemová roztažnost, teplota tání a tuhnutí, viskozita, průběh tuhnutí a jiné vlastnosti, ale také technologický postup, vlastnosti formy, do niž je tekutý kov odléván, např. jej tepelná vodivost, její teplota apod. üNejlepší slévárenské vlastnosti mají slitiny s úzkým intervalem tuhnutí, tj. s chemickým složením, které se blíží buď čistému kovu, nebo ke složení eutektickému üNaopak slitiny se širokým intervalem tuhnutí mívají slévárenské vlastnosti špatné, mají horší zabíhavost a zejména mají sklon ke vzniku rozptýlených staženin a mikrostaženin üJejich nálitkování je málo účinné, nálitky mají krátkou dosazovací vzdálenost, důsledkem toho je netěsnost odlitků Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 5/20 Slévárenské vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky666 ü üVlastnosti, které souvisí s procesem odlévání jsou především: ü ØZabíhavost slitiny ØSklon ke vzniku soustředěných staženin nebo ředin ØSklon k naplynění taveniny a ke vzniku plynových dutin v odlitcích ØSklon ke vzniku trhlin ü Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 6/20 Slévárenské vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky777 ü üZabíhavost ü ØTechnologická vlastnost, která udává schopnost tekutého kovu zaplňovat dutinu formy ØPři posuzování schopnosti odlévání slitiny je nutno rozlišovat mezi tekutostí a zabíhavostí ØTekutost je fyzikální vlastnost, která je charakterizována viskozitou tekutého kovu a se zabíhavostí souvisí pouze částečně ØZabíhavost je závislá na šířce intervalu tuhnutí dané slitiny ØZabíhavost, jako technologická vlastnost určuje, jak tenkostěnné odlitky je možno odlévat a jak přesně bude kov kopírovat dutinu formy ØPraktická zkouška tekutosti (zabíhavosti) se dělá v zaformované spirálové drážce zkušební formy tak, že kov (slitina) se nalévá do formy tak dlouho, až je vtok formy plný ØPo vychladnutí se odlitek vyjme z formy a zjistí se, kam až kov v drážce zatekl; proměřením rozměrů odlitku a rozměrů modelu se zjistí smrštění ü Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 7/20 Zabíhavost Přednáška č. X: Doplnit název přednášky888 Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 8/20 Slévárenské vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky999 • üSklon ke vzniku staženin ü ØCharakterizuje objemový úbytek kovu během tuhnutí a tendenci ke vzniku soustředěných (vnitřních nebo vnějších) staženin, nebo rozptýlených staženin a ředin ØSlitiny se sklonem ke vzniku soustředěných staženin lze dobře nálitkovat, odlitky mají dobrou těsnost ØTakto tuhnou zejména slitiny s chemickým složením blízkým složení eutektickému ØSlitiny se širokým dvoufázovým intervalem mají naopak sklon ke vzniku rozptýlených staženin a obtížně se nálitkují, takové odlitky mívají horší těsnost ü ü Sklon k naplynění ü ØJe charakterizován rozpustností plynů v tekutém stavu ØNěkteré prvky naplynění zvyšují, jiné naopak snižují ØÚroveň naplynění taveniny rozhoduje o tvorbě plynových dutin v odlitku Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 9/20 Slévárenské vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky101010 Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 10/20 Slévárenské vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111111 • üOdolnost proti vzniku trhlin a prasklin • ØJe schopnost odolávat napětí, které vzniká vlivem smršťování v oblasti teplot tuhnutí a během ochlazování ØTato vlastnost je velmi důležitá zvláště u odlitků s nerovnoměrnými tloušťkami stěn a tvarově složitých odlitků ü üDůležité technologické vlastnosti představuje: ØObrobitelnost ØOdolnost proti korozi ØSvařitelnost, leštitelnost a nepropustnost ü Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 11/20 Technologické vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky121212 ü üObrobitelnost ØMíra schopnosti daného materiálu být zpracován technologií obrábění ØDána kombinací velikosti obráběcích sil, charakteru třísek, kvality obrobeného povrchu a životnosti ostří obráběcích nástrojů ØU slitin hliníku je měď typickým prvkem, který zlepšuje obrobitelnost, slitiny s mědí mívají krátkou třísku a hladký obrobený povrch ØObrobitelnost zhoršují zvláště tvrdé fáze, které vznikají jako intermetalické sloučeniny přísadových prvků nebo nečistot – typický je nepřiznivý vliv železa üOdolnost proti korozi ØIndikuje schopnost odolávat chemickému působení plynných nebo kapalných prostředí ØElektrochemická koroze způsobuje povrchové nebo hloubkové reakce mezi některými fázemi slitiny a korozním mediem, eventuelně rozpouštění některých složek slitin v korozním prostředí ØSlitiny Al-Si mají poměrně dobrou odolnost proti korozi ØPrvkem, který jejich korozní odolnost zhoršuje je zvláště měď ØVýbornou odolnost proti korozi mají slitiny Al-Mg slitina Al-Mg Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 12/20 Technologické vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky131313 • üSvařitelnost ü ØSchopnost spojování různými technologiemi svařování a dosažitelnost pevnosti a kvality spojů ü ü ü ü üLeštitelnost ü ØSchopnost povrchového zpracování odlitků ü Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 13/20 Technologické vlastnosti Přednáška č. X: Doplnit název přednášky141414 • üNepropustnost • ØSchopnost bránit pronikání tlakového media – plynu nebo kapaliny skrze stěny odlitku ØTěsnost odlitků souvisí zejména s výskytem mikrostaženin nebo prasklin ØRovněž přítomnost oxidických vměstků v kovu těsnost odlitků významně zhoršuje ØNepropustnost se zjišťuje tlakovými zkouškami Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 14/20 Mechanické vlastnosti slitin Přednáška č. X: Doplnit název přednášky151515 üZávislé na vlastnostech základní kovové matrice üZávislé zejména na druhu a vlastnostech základní kovové hmoty, na disperzitě strukturních složek, na přítomnosti a tvaru intermetalických fází a na tepelném zpracování üJemnozrnná struktura jednoznačně zlepšuje všechny mechanické a také řadu technologických vlastností slitin üCitlivost vlastností hliníkových slitin na rychlost tuhnutí je velmi vysoká, proto se při jejich odlévání preferují takové metody, které zajišťují vysokou rychlost ochlazování při tuhnutí üPři zvýšení teploty (u Al slitin již na 200 °C) se mechanické vlastnosti snižují • üDůležité mechanické vlastnosti představují: Øpružnost, pevnost, plasticita, houževnatost • ü ü Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 15/20 Mechanické vlastnosti slitin • üMez pevnosti • ØBěžných hliníkových slitin se v litém stavu (podle slitiny, způsobu lití a tloušťky stěny) pohybuje v rozmezí asi 150 – 250 MPa ØPevnostní vlastnosti se velmi podstatně zvyšují vytvrzováním ØVytvrditelné slitiny obsahují obvykle hořčík nebo měď a jedná se o slitiny typu Al-Si-Mg, Al-Si-Cu nebo Al-Cu ØVytvrzením se zvyšuje mez pevnosti Rm a tvrdost oproti litému stavu o 30 až 50 %, mez Rp0,2 se zvyšuje až o 80 % ØPo vytvrzení lze u slitin Al-Si-Mg dosáhnout pevnosti až kolem 330 MPa ØMezi vysokopevné slitiny patří zejména slitiny typu Al-Cu ü ü • • Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 16/20 Mechanické vlastnosti slitin Přednáška č. X: Doplnit název přednášky171717 • üTažnost • ØBěžných hliníkových slitin je v řádu 1-4 % ØZnačného zvýšení tažnosti slitin Al-Si lze dosáhnout modifikací eutektika ØPevnostní vlastnosti se modifikací zvyšují jen poměrně málo – maximálně asi o 50 %, ale tažnost roste až o 200 % ØTvrdost slitin typu Al-Si v litém stavu se pohybuje obvykle v rozmezí 60-80 HB ØVytvrzováním lze dosáhnout zvýšení tvrdosti na hodnoty kolem 100 HB ØTvrdost slitin Al-Mg je nižší, obvykle kolem 50 HB • ü • zkušební tyč Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 17/20 Za zvýšených teplot Přednáška č. X: Doplnit název přednášky181818 ü üSe mechanické vlastnosti poměrně rychle snižují üU slitin Al-Si a Al-Si-Mg dochází k výraznějšímu poklesu již při teplotách nad asi 200 °C üVytvrzené slitiny za těchto teplot svoje vlastnosti rychle ztrácejí a pod působícím napětím dochází k tečení üTeplotní stabilita slitin Al-Si se zvyšuje přísadou mědi, niklu, případně kobaltu nebo dalších stopových prvků üSlitiny Al-Cu si udržují stabilitu vlastností do asi 250 °C üZa nejvyšší možnou provozní teplotu se u hliníkových slitin považuje 350 °C měření deformačních odporů v rozmezí teplot od - 150°C až do 1 300° Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 18/20 Vlastnosti za nízkých teplot Přednáška č. X: Doplnit název přednášky191919 ü üSe díky plošně centrované kubické mřížce hliníku téměř nemění üS poklesem teplot pevnost dokonce mírně vzrůstá, tažnost zůstává prakticky stejná üProto jsou všechny typy hliníkových slitin vhodné pro použití za nízkých i kryogenních teplot Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 19/20 měření deformačních odporů v rozmezí teplot od - 150°C až do 1 300° Použité zdroje Přednáška č. X: Doplnit název přednášky202020 üBOTHE, Otakar. Strojírenská technologie I pro strojírenské učební obory: doporučený učební text pro střední odborná učiliště. Praha: Sobotáles, 1997. ISBN 80-85920-42-5. ü[online]. [cit. 2021-01-27]. Dostupné z: https://is.vstecb.cz/auth/th/dzxt4/Studium_odplyneni_hlinikovych_tavenin_v_provoznich_podminkach.pd f ü[online]. [cit. 2021-8-26]. Dostupné z: http://digilib.k.utb.cz/bitstream/handle/10563/49406/rychnovský_2020_dp.pdf?sequence=-1&isAllowed=y ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/Obr%C3%A1b%C4%9Bn%C3%AD ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: https://www.ardon.cz/clanek/146/jake-jsou-metody-svarovani-a-jak-se-na-ne-obleci ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: https://www.mtcomax.cz/wp-content/uploads/2021/02/problematika-odplynovani-slitin-al-si.pdf ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: https://www.slideshare.net/ErikJankes/vyuit-zenho-naplyovn-slitin-alsi-pi-tlakovm-lit ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: http://www.matyspasirstvi.cz/kovani-04.php ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: https://docplayer.cz/8375406-Nezelezne-kovy-a-jejich-slitiny-al-cu-ti-mg-ni-mo-sn-pb-a-jejich-sliti ny.html ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: https://centes.cz/cnc-obrabeni-kovu/ ü[online]. [cit. 2021-9-1]. Dostupné z: https://www.comtesfht.cz/mechanicke-zkousky ü[online]. [cit. 2021-9-7]. Dostupné z: https://slideplayer.cz/slide/2985027/ ü+OPORA VŠTE • Přednáška č. 11: Materiálové vlastnosti slitin neželezných kovů 20/20