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