Vnitřní stavba kovů
Download
Report
Transcript Vnitřní stavba kovů
Úvod do kovových
materiálů
Email: [email protected]
Tel: 387 77 3057
MTDII
1
Přehled technických materiálů
kovové
železné
oceli
litiny
speciální slitiny
neželezné
těžké (barevné)
lehké
přísadové
nekovové
plasty
dřevo
sklo
keramika
porcelán
kamenina
Různé způsoby
přehledného rozdělení
technických materiálů.
Pro orientaci mezi
Zjednodušený přehled
pro materiály, které
jsou ve strojírenství
užívány nejčastěji
tavený čedič
asbest
textilie
papír
kůže
MTDII
2
Vnitřní stavba pevných
látek - ROZDĚLENÍ
Z hlediska vnitřní stavby PL dělíme na:
Krystalické – všechny kovy za normální
teploty s výjimkou Hg
Amorfní – zpravidla všechny kapaliny a
plyny, z pevných látek např. některé
plasty, sklo apod.
MTDII
3
Vazby mezi atomy
Jednotlivé stavební částice na sebe působí
silami. U plynů a kapalin se vzájemná poloha
částic mění, u krystalických látek jsou síly
natolik silné, že se atomy (ionty) udrží ve
stálých vzájemných polohách. Podle charakteru
se vazby dělí na:
iontovou,
kovalentní,
kovovou,
Van der Waalsovu a další.
MTDII
4
Kovy
Největší význam mají ve strojírenství kovy.
Kovem se nazývají látky, pro které je
charakteristická kovová chemická vazba s
volně pohyblivými elektrony ve valenční sféře,
tvořícími tzv. elektronový mrak.
KOVOVÁ VAZBA:
kationty se seřadí do
mřížky, kterou elektronový
plyn drží pohromadě
kovová vazba má vliv
především na elektrickou
a tepelnou vodivost kovůMTDII
5
Vnitřní stavba kovů
Atomy kovů jsou
uspořádány v
krystalové mřížce,
složené z
elementárních buněk.
MTDII
6
Vnitřní stavba kovů
Fe – krychlová prostorově nebo plošně středěná =
krystalizace ve více alotropických modifikacích
Kubická plošně
centrovaná
Hexagonální
Kubická prostorově
centrovaná
Krychlová – prostorově
středěná: Fea,b,d,Cr, Li, K,
Mo, Na, Ta, W, V, Rb, Cs,
Ba, Nb – málo plastické
Krychlová – plošně
středěná: Feg, Caa, Sr, Al,
Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au,
Pb – velmi tvárné
Šesterečná – Zn, Cd, Mg,
Be, Ti, Zr, Co, Ru
TZK a MTDIII
7
Kubická prostorově
centrovaná
Kubická plošně
centrovaná
MTDII
8
Vnitřní stavba kovů
kovy jsou většinou tvořeny
velkým počtem krystalů –
jejich struktura se proto
označuje jako
polykrystalická
jednotlivé krystaly jsou
obvykle nepravidelného
tvaru a říká se jim zrna
každé zrno se vyznačuje
jinou orientací krystalové
mřížky a hranicí, která jej
odděluje od zrna
MTDII
sousedního
9
Kovy
Obecné kovy: Sb, As, Sn,
Al, Mg, Cr, Cd, Co, Si, Mn,
Cu, Mo, Ni, Pb, Ti, Ca, Hg
Bi, W, Zn, Fe
Drahé kovy: Ir, Os, Pa, Pt,
Au, Ag, Rh, Ru
Vzácné kovy: Rb, Cs, Be,
Sr, Ba, In, Ta, Va, Ni, Tn,
Rh,U, Ge, Zr
Pt
Ni
Ag
Ti
Mg
Pb
Al
Zn
TZK a MTDIII
Au
Cu
10
Vlastnosti kovů - dělení
V technické praxi je obvyklé dělení
vlastností materiálu na:
• fyzikální
• mechanické
• technologické
MTDII
11
Fyzikální vlastnosti
Vyplývají z typu kovové vazby, chemického
složení, ze struktury materiálu.
• Hustota
• Elektrické vlastnosti
• Tepelné vlastnosti
• Magnetické vlastnosti
• Barva
MTDII
12
Fyzikální vlastnosti - BARVA
Na základě barvy můžeme kovové materiály rozlišit do tří
skupin:
Červená – měď
Žlutá – zlato, některé slitiny mědi
Šedá – většina ostatních kovů
Pozor na
dekorativní a
ochranné
povlaky.
Většina kovů se při expozici v elektrolytech nebo v atmosféře
pokrývá vrstvičkou korozních produktů, jejichž barva může
rovněž napomáhat jejich identifikaci. Rezavě hnědá vrstva
korozních produktů obvykle naznačuje, že se jedná o slitinu
železa (uhlíková ocel nebol litina), zelená barva povrchu jasně
ukazuje na měď a její slitiny. Bílé korozní produkty můžeme
nalézt na zinku, hořčíku, hliníku,MTDII
cínu a slitinách těchto kovů.13
Fyzikální vlastnosti - HUSTOTA
Hustota je charakteristickou vlastností každého
kovu. Na základě hustoty lze technicky
používané kovy rozdělit do tří skupin:
lehké kovy s hustotou 1,7 – 4,5 g/cm3. Sem
patří hořčík, hliník a titan. Další kategorií jsou
kovy s hustotou 7 – 9 g/cm3, tedy například
zinek, železo, nikl, měď.
Mezi nejtěžší kovy s hustotou přesahující 10
g/cm3 patří mimo jiné zlato, olovo a wolfram.
MTDII
14
Fyzikální vlastnosti - TEPELNÉ
Jsou charakterizovány prostřednictvím: tepelné
vodivosti, teplotní roztažnosti, teploty tání
Teplota tání
Nízkotavitelné kovy patří cín, olovo, zinek a rtuť.
Střednětavitelné - např. měď a nikl.
Vysokotavitelné kovy jsou wolfram, vanad, molybden.
Jediným kovem tekutým za normálních teplot je rtuť, jejíž
teplota tavení je -39 °C.
V tabulce jsou pro vybrané kovy uvedeny jejich hustoty v kg.m3 a teploty tání ve °C:
MTDII
15
Fyzikální vlastnosti - TEPELNÉ
Tepelná vodivost kovů
Kovy mají ze všech látek nejlepší tepelnou
vodivost. Lépe vedou teplo kovy čisté, než kovy
znečištěné nebo slitiny.
Přitom kov, který je lepším elektrickým vodičem,
je také lepším vodičem tepla.
Tepelná vodivost se posuzuje podle součinitele
tepelné vodivosti λ udávaného v Wm-1K-1.
Například tepelná vodivost stříbra je 418, hliníku
229, čistého železa 73 a oceli 50.
MTDII
16
Fyzikální vlastnosti MAGNETICKÉ
Magnetické vlastnosti se posuzují podle hodnoty jejich
permeability označované μ, to jest poměru magnetické indukce
uvnitř magnetovaného materiálu vloženého do magnetického pole
a intenzity tohoto pole.
Diamagnetické materiály mají μ < 1. To znamená, že nezesilují
účinek vnějšího magnetické pole. Nejsou přitahovány k magnetu.
Např. měď, stříbro, zlato, rtuť, cín a olovo.
Paramagnetické materiály mají μ > 1, ale blízko jedné. Účinek
vnějšího magnetického pole zesilují jen nepatrně. Magnet je
přitahuje jen slabě. Např. hliník, platina, chrom,titan,vanad a
mangan.
Feromagnetické materiály mají μ > 1, a to hodně vysoké. Účinek
vnějšího magnetického pole zesilují významně. K magnetu jsou
přitahovány silně. Patří sem železo,
nikl a kobalt, také slitiny 17
MTDII
chrómu a manganu.
Fyzikální vlastnosti ELEKTRICKÉ
Nejlépe vedou elektrický proud stříbro
měď a hliník.Ocel vede elektrický proud
poměrně špatně.
Označíme-li elektrickou vodivost stříbra
100, je elektrická vodivost mědi 94,
hliníku 55 a železa pouze 2. Proto se
vodiče elektrického proudu vyrábějí
hlavně z mědi a hliníku. Stříbro se pro
svou vyšší cenu používá jen výjimečně,
ve zvláštních případech.
MTDII
18
Fyzikální vlastnosti ELEKTRICKÉ
SUPRAVODIVOST - Kov má nulový odpor a
vede tedy elektrický proud beze ztrát
Závislost elektrického odporu vodiče na jeho rozměrech (délce l
a průřezu S), materiálu a teplotě, je dána vztahem
Teplotní závislost měrného odporu
většiny kovů je taková, že při teplotě
velmi blízké 0 K má odpor jistou
malou hodnotu a s rostoucí teplotou
odpor roste prakticky lineárně. Měrný
odpor některých kovů prudce klesá na
nulovou hodnotu již při teplotě vyšší,
než je 0 K (tzv. kritická teplota TC).
MTDII
l
R
S
19
Chemické vlastnosti
Odolnost proti určitým chemickým látkám
(kyselinám, zásadám atd.)
Schopnost žádoucích chemických úprav.
Do určité míry se sem dají řadit i korozní
vlastnosti – úzce souvisí s chemickými
vlastnostmi.
MTDII
20
Mechanické vlastnosti
Vyjadřují chování materiálu při působení
vnějších sil.
• pružnost - schopnost materiálu vracet se do
původního tvaru a rozměrů po ukončení
působení vnějších sil.
• pevnost - odolnost materiálu proti porušení
soudržnosti při jeho zatížení vnějšími silami
• houževnatost - odolnost materiálu proti
porušení při jeho deformování vnějšími silami
• tvrdost - odolnost materiálu proti deformaci
jeho povrchových vrstevMTDII
působením vnějších 21sil
Důsledky plastické
deformace
Při plastické deformaci materiál zpevňuje
vzniká deformační zpevnění
Projeví se zvýšením meze kluzu, pevnosti,
tvrdosti a snížením tažnosti
Ve struktuře se projeví textura a s ní výrazná
anizotropie vlastností
MTDII
22
Technologické vlastnosti
soubor vlastností materiálu, umožňující za
definovaných podmínek určitý způsob
zpracování materiálu
velmi úzce souvisí s používanou technologií a
se změnou technologie se mohou měnit
Mezi nejdůležitější technolog. vl. patří:
• tvárnost (tvářitelnost)
• svařitelnost
• slévatelnost
• obrobitelnost
MTDII
23
Použitá literatura
www.kmt.tul.cz – podklady pro studenty, Nauka o
materiálu I a Nauka o materiálu II
Podklady Ing. J. Hladký
MTDII
24
Děkuji za pozornost
MTDII
25