Transcript Hořčík a jeho slitiny

Hořčík a jeho slitiny
1
Hořčík





Mg je nejlehčí z konstrukčních kovů, za
studena špatně tvárný (hexagonální
mřížka).Teplota tání 650°C.
zejména při vyšších teplotách je velmi
reaktivní a jeho výroba a zpracování jsou
tudíž obtížné
Čistý Mg jako redukční činidlo při výrobě Ti a
pro modifikaci litiny s kuličkovým grafitem.
Většina pro výrobu slitin, zejména s Al (Al-Mg,
Al-Mg-Si)
Dále pro výrobu hořčíkových slitin
2
Hořčíkové slitiny
• Přednosti: nízká měrná hmotnost (1,7 až
1,9.103 kg/m3), měrná pevnost srovnatelná
se slitinami hliníku, velmi dobrá
obrobitelnost, vysoký útlum vibrací
• Nevýhody: nízká tvárnost, sklon k
elektrokorozi v kontaktu s většinou kovů a
slitin, obtížnější svařitelnost než Al slitiny
3
Hořčíkové slitiny
• Mg-Al-Zn: nejvíce používané slitiny
hořčíku, známé jako elektrony. Hlavní
zpevňující účinek má Al, tloušťka stěny
odlitku je min. 3 – 4 mm, max.teplota pro
dlouhodobější použití 150°C.
• Mg-Zn-Zr : vyšší mech.vlastnosti (Zn
zpevňuje, Zr zjemňuje zrno, množství 0,4 až
1 %)
4
Hořčíkové slitiny
• Další slitiny, obsahují různé prvky vzácných
zemin, které umožňují použití slitin
dlouhodobě při vyšších teplotách (do
250°C) – Mg-Zn-Zr-Nd, slitiny s thoriem až
do 350°C.
• Slitiny Mg-Li jsou velmi lehké, ještě lehčí
než Mg (Mg 1740 kgm-3, Li 530 kgm-3). S
vyšším obsahem Li pevnost klesá.
5
Mg a jeho slitiny
• Výroba Mg a jeho slitin nevyhovuje
ekologickým požadavkům. Mg je reaktivní
kov, jehož styk s vodní párou vede k
explozím. Lázně musí být chráněny
chloridy, sírou a oxidem uhličitým.
• Rozvoj Mg slitin se orientuje na zvyšování
korozní odolnosti, teplotní stability a dobře
smáčivých kompozitních matric při
vytvrzování SiC a Al2O3.
6
Titan a jeho slitiny
• Praktické využití cca od roku 1950
• Výroba z minerálů rutilu nebo ilmenitu, ze
kterých se získává oxid titaničitý, který je
převáděn chlorováním na chlorid titaničitý a
ten pak redukován hořčíkem na kovový
titan
7
TITAN - Ti






Ti je nemagnetický polymorfní kov, jehož
význam značně vzrostl po II. světové válce
hlavními výhodami Ti jsou nízká měrná
hmotnost (4 505 kgm-3) a zároveň vysoká
pevnost (měrná pevnost je stejná nebo i vyšší
než u ocelí),
dobrá vrubová houževnatost i za nízkých
teplot a
dobrá odolnost proti korozi,
vysoká tepelná odolnost,
teplota tání 1668°C
8
Titan - vlastnosti
nevýhodou je obtížné
zpracování, způsobené hlavně vysokou
reaktivitou Ti za teplot nad 700°C, Ti má
i horší obrobitelnost, (zásadní význam
má chlazení), horší slévatelnost, ale
dobrou tvářitelnost i svařitelnost.
 Nelze zpracovávat vratný odpad ve
větším množství. Má i špatné třecí
vlastnosti.
 hlavní
9
Použití Ti

hlavní oblasti použití Ti –
chemický, papírenský a textilní
průmysl (využívá se zejména
odolnost proti Cl a jeho
sloučeninám), součásti lodí
(využívá se výborná odolnost proti
mořské vodě), zdravotní
nezávadnost Ti dovoluje jeho
použití v potravinářském a
farmaceutickém průmyslu,
v chirurgii (nástroje, šrouby,
implantáty), nízká měrná
hmotnost a zároveň značná
pevnost v letectví, raketové
technice i v dopravě.
Lehký titanový sendvič, lepený
viskoelastickým plastem ze
dvou 0,5 mm plechů.
Foto: ThyssenKrupp
10
Výjimečné vlastnosti titanu, spočívající v poměru jeho
pevnosti k hmotnosti, znamenají, že při volbě materiálu
se v dohledné budoucnosti bude jeho pozice upevňovat.
Jedná se zejména o rostoucí počet součástí v odvětví
letectví a kosmonautiky, včetně částí nosných konstrukcí,
křídel, trupu a podvozku.
Jako příklad lze uvést nový letoun společnosti Boeing 787
Dreamliner, který v porovnání s předchozími generacemi
boeingů využívá dvojnásobné množství titanu. V
nadcházejících letech již nebude vzácností, že v nových
letounech bude podíl titanu představovat kolem 15 %
celkové hmotnosti.
MM 2009/03, str.56
11
Slitiny Ti
• Dělí se podle konečné struktury, vytvořené
při pomalém ochlazování na:
• Slitiny α – obsahují vždy Al, dále Sn a Zr
• Slitiny α + β
• Slitiny β
12
Slitiny α
• Slitiny α – velká tepelná stabilita, dobrá
pevnost, odolnost proti křehkému porušení
v širokém teplotním intervalu. Optimální
vlastnosti mají slitiny s cca 5 % Al a 2-3 %
Sn.
• Pseudoslitiny α – slitiny s ještě vyšší
pevností (o cca 10 – 20%), lepší
tvářitelností za normální teploty a lepší
plasticitou než slitiny α, díky přítomnosti 2
– 6 % fáze β.
13
Slitiny β
• Jsou pořád ještě ve vývoji, předností je
vysoká odolnost proti korozi a dobrá
tvářitelnost, nedostatkem vyšší hmotnost a
cena, protože přísady tvoří prvky s vysokou
teplotou tání a velkou měrnou hmotností v
poměrně vysokých koncentracích. Pevnost
v tahu těchto slitin po vytvrzení je až 1 400
MPa.
14
Slitiny α + β
• Široká škála struktur a tedy i vlastností, které
závisejí na podmínkách TZ a tváření.
• Nejpoužívanější slitinou Ti je TiAl6V4 s
pevností až 1125 MPa. Má lepší tvářitelnost a
odolnost proti únavě než slitiny α, svařitelnost
a odolnost proti tečení je horší než u těchto
slitin.
• Používají se pro silově zatížené součásti jako
lopatky turbin a kompresorů, součásti letadel,
jízdní kola, sportovní nářadí apod.
15
Slitiny α + β
• Slitinu lze vytvrzovat,
je dobře svařitelná a
tvárná. Lze vyrobit i
jako plechy pro
lisování i složitých
výlisků. Použitelná do
pracovní teploty 300
až 400°C. Tepelně se
zpracovávají hotové
výkovky.
16
Žáropevné pseudoslitiny Ti
• Jsou to intermetalické
sloučeniny aluminidu Ti.
Žáropevnost srovnatelná se
slitinami Ni, ale hmotnost
asi 2,5x nižší Odolávají
teplotě až 900°C, ale mají
velmi malou tvárnost do
teplot 600°C a lze je jen
obtížně zpracovávat.
Výfukové systémy Deutsche Titan
jsou z Ti plechu plátovaného Al,
jsou až o 40% lehčí a odolné proti
korozi do 800°C. Základem
odolnosti je vrstva titanakuminidu
na rozhraní Ti-Al.
17
Foto: ThyssenKrupp
Materiály s tvarovou pamětí
• Základem je intermetalid TiNi, lze ho tvářet
za tepla i za studena. Projevuje se zde jev,
zvaný jako marmem (Martenzit Memory),
založený na vratné martenzitické přeměně a
je podstatou schopnosti materiálu ohřevem
výrobku obnovit původní tvar polotovaru,
ze kterého byl zhotoven.
• Př.: nýty pro otvory přístupné jen z jedné
strany, dráty pro fixaci fraktur čelistí apod.
•
Ptáček,L.a kol.: Nauka o materiálu II
18
Slitiny Ti - vlastnosti
19