Transcript OCELI

NAUKA O MATERIÁLU II
Přednáší: prof.Ing.Petr Louda,CSc.
Ing.Daniela Odehnalová
1
Co nás čeká
Oceli
Litiny
Neželezné kovy a jejich slitiny
Plasty
Sklo a keramika
Kompozity
Zkouška z látky obou semestrů
2
Doporučená literatura
PTÁČEK, L. a kol.: Nauka o materiálu II,
Akademické nakladatelství CERM s.r.o.,
2002
Řada dalších
3
OCELI
4
Rozdělení ocelí
Dělíme podle různých hledisek
Výrobní pochod – ocel martinská, ….
Stupeň dezoxidace – uklidněná,
neuklidněná, polouklidněná
Způsob použití – k tváření, na odlitky
Účel použití – konstrukční, nástrojová
Stupeň legování – uhlíková, slitinová
5
Rozdělení ocelí
Vhodnost k dalšímu zpracování – ocel
cementační, nitridační, k zušlechťování,
k hlubokému tažení ….
Podle typického druhu výrobku –
pružinová ocel, oceli pro jadernou
energetiku, oceli na transformátorové
plechy ….
Alfanumerické označení podle norem
6
Ocel uklidněná
Přídavkem dezoxidovadla (Mn, Si, Al) se
zamezí reakci rozpuštěného kyslíku s
uhlíkem, při které vznikají bubliny CO
7
Ocel neuklidněná
Nepřidává se dezoxidační prvek,
zůstane velký obsah rozpuštěného FeO.
Při krystalizaci v kokile reaguje při
ochlazování uhlík s rozpuštěným
kyslíkem za vzniku CO a vzniká tzv.
uhlíkový var. Bubliny CO z velké části
unikají z oceli, zčásti ale zůstávají jako
bubliny ve ztuhlém kovu.
8
Neuklidněná ocel
Neuklidněná ocel má dobrou jakost
povrchu, dobrou svařitelnost, je vhodná
pro výrobu svařovaných trub a tenkých
plechů a pásů.
Nevýhodou je sklon ke stárnutí a silná
segregace uhlíku i síry – nevhodná pro
namáhané konstrukce
9
Polouklidněná ocel
Vzniká tehdy, když se uhlíkový var
zastaví před ukončením reakce uhlíku s
kyslíkem.
Lze to udělat např. zvýšením tlaku
(mechanicky) nebo přídavkem silnějšího
dezoxidovadla, případně obojím
dohromady.
10
Další dělení ocelí
Podle obsahu uhlíku:
nízkouhlíkové do 0,25 % C
středněuhlíkové 0,25 – 0,60 % C
vysokouhlíkové nad 0,60 %C
11
Další dělení ocelí
Na odlitky
Ocele k tváření
12
Ocel na odlitky
Mají nižší plastické
vlastnosti než oceli
tvářené.
Mechanické
vlastnosti oceli na
odlitky závisejí na
obsahu uhlíku.
13
Další dělení ocelí –
Podle množství legur
Nízkolegované
Nízkolegované
do 5 %
Středně legované
5 – 10 %
Vysokolegované
nad 10 %
do 2,5 %
Středně legované
2,5 – 5 %
Výše legované
5 – 10 %
Vysokolegované
nad 10 %
14
Superpevné oceli
Rozhodující je poměr meze kluzu a
modulu pružnosti
Martenzitické vytvrditelné oceli –
maraging oceli
Oceli s deformačně vyvolanou
martenzitickou transformací –
TRIP oceli
15
Maraging oceli
Obsah uhlíku max. 0,03 %
Hlavní přísada Ni 12 až 20%
Další přísady Mo, Co, trochu Ti
Při ochlazení z austenitizační teploty vznikne
nízkouhlíkový niklový martenzit s pevností cca
1000MPa, který je houževnatý a obrobitelný a
svařitelný
Konečnou fází je precipitační vytvrzení při
teplotě 450 až 550°C
16
TRIP, TWIP oceli
(Transformation Inducted Plasticity, Twinning induced plasticity )
TRIP ocele jsou velmi plastické
Mají feriticko bainitickou strukturu,
hlavní legury Cr 9-13%, Ni 8-9%, dále
Mo,Mn, Si. Velmi nízký obsah
uhlíku.Teplota Ms je po rozpouštěcím
žíhání pod nulou.
Pro zvýšení Ms se intenzivně tváří a tím
proběhne částečná martenzitická
transformace. Dosahují pevnosti až
2000 MPa při tažnosti asi 80%
17
TWIP ocele
(twinning induced plasticity)
je skupina uhlíkových ocelí na bázi FeMnAlC
(0,5–0,7 % C, 17–24 % Mn, 9 % Al) se zcela
austenitickou strukturou při všech teplotách,
ve které je základním deformačním
mechanismem dvojčatění.
Dají se používat k tváření za studena a to i
tvarově složitých výrobků jako třeba nádrží,
pro kryotechniku, v chemickém průmyslu.
Mají také vyšší možnosti absorpce energie.
To se nabízí pro použití v automobilovém
průmyslu při crashové bezpečnosti.
18
Další moderní typy ocelí
oceli typu TRIPLEX, lehké oceli charakterizované až o
15 % nižší hustotou pod 7 g.cm–3, vysokou pevností
až 1.100 MPa, tažností při lomu až 90 % a vynikající
tvařitelností za studena. Skupina ocelí je určena k
použití především na lehké konstruování a tváření
velkoplošných dílů s náročnou a komplexní geometrií
pro automobily a dopravní techniku, stavební stroje a
konstrukce. Úspory hmotnosti dosahují až 30 % a
použitelnost ocelí s vynikající plasticitou je i při nízkých
teplotách do –100 °C.
http://www.konstrukce.cz/clanek/cena-pro-inovace-v-ocelich-2009/
19
Korozivzdorné a žáruvzdorné
oceli
Korozní odolnost - hlavní legury Cr, Ni
(Cr nad 12%), austenitická struktura
Žáruvzdorné – vysoká odolnost proti
oxidaci při teplotách nad 600°C
Ochranné vlastnosti mají oxidy Cr2O3 a
to tím výraznější, čím ocel obsahuje více
Cr ( 6 až 30 %)
20
Chromové oceli
Podle struktury je dělíme na
martenzitické poloferitické a feritické
Martenzitické – obsah Cr výrazně
snižuje kritickou kalicí rychlost, jsou
samokalitelné
Obsah Cr od 5 %
21
Cr oceli feritické
vysoký obsah Cr ( 20 až 27% +přísady)
není přeměna alfa – gama (nelze
převést do austenitického stavu)
malá houževnatost a nízká pevnost,
nelze používat na namáhané součástky
jsou odolné do teplot cca 1300°C, za
provozu křehnou
Při obsahu C v tisícinách = superferity,
které jsou žáruvzdorné i korozivzdorné
22
Cr oceli poloferitické
Je u nich možná částečná transformace
alfa – gama
Obsahují 0,1 –0,4% C a 10 – 18 % Cr
Korozivzdornost lepší než u
martenzitických
Houževnatost nízká jako u feritických
23
Struktura Cr ocelí
Struktura
chromových ocelí v
závislosti na obsahu
uhlíku a chrómu
Feritické ocele mají
nejvyšší
žáruvzdornost i
korozní odolnost
24
Korozivzdorné ocele
Legovány kombinací Cr – Ni
Mají austenitickou strukturu (jsou
nemagnetické)
Základní typ ocel Cr-Ni 18/8 (17 241)
Zvýšený obsah niklu zajišťuje vyšší
stabilitu austenitické struktury
V teplotním intervalu 500 - 800°C
náchylné k interkrystalické korozi
25
Korozivzdorné ocele -
pokračování
Koroze důsledkem rozpadu přesyceného
austenitu, kdy se uhlík slučuje s Cr na
karbidy a ty váží až 70%Cr
Proto se ocele 18/8 tepelně
zpracovávají na teplotu asi 1100°C, kdy
se rozpustí většina karbidů a rychle
ochladí (zabrání se vyloučení karbidů)
Náchylnost ke korozi při zvýšené teplotě
však trvá
26
Typické korozivzdorné oceli
DIN
1.40
00
1.43
00
1.43
06
1.44
35
1.45
73
ČSN
17
020
17
240
17
249
17
350
17
347
Označení
Použití
Pozn.
X 7 Cr13
příbory, kování
nesvařitelná
X 12 CrNi 18 8
X 2 CrNi 18 9
X 2 CrNiMo 18
12
X 10 CrNiMoTi
18 12
potravinářský
prům.
potravinářství,
chemie
aparáty,
zásobníky
aparáty,
zásobníky
vyšší obsah C
kvalita ELC
Mo zvyšuje chem.
odolnost
stabilizace Ti
27
Struktura korozivzdorných ocelí
Nahoře
mezikrystalická
koroze Cr-Ni
oceli
Dole
austenitická CrNi ocel
stabilizovaná Ti
Oba zvětšení
400 x
28
Mikrolegované oceli
Oceli se zvýšenou mezí kluzu
Přidané prvky nemění vlastnosti
matrice, ale vedou k vylučování
precipitátu – brzdí pohyb dislokací –
zpevnění, ale snížení houževnatosti.
To lze kompenzovat zjemněním zrna,
které vede k dalšímu zvýšení pevnosti
29
Mikrolegované oceli
Jemné zrno lze dosáhnout tepelně
mechanickým zpracováním – tváření v
oblasti teplot nad A3 a jeho dokončení
pod teplotou rekrystalizace austenitu
Rekrystalizace je brzděna precipitátem
mikrolegujících prvků, C a N.
K mikrolegování se používají prvky s
vysokou afinitou k uhlíku a dusíku,
zejména Ti, V, Nb, Zr
30
Mikrolegované oceli
Karbidy Nb a Ti a nitridy V se při
teplotách 1200°C rozpouštějí v
austenitu a při doválcování se z
přesyceného TR opět vylučují. Nb
nejvíce zvyšuje rekrystalizační teplotu
Mikrolegované oceli mají vyšší hodnoty
pevnosti, ale zůstávají dobře svařitelné
CE pro tloušťky do 25 mm menší než
0,45 pro tlustší hodnoty klesají
31
Obsah legur
Mangan až do 2,0% - v závislosti na
požadavku adekvátní tvařitelnosti a
svařitelnosti
Dále v různých kombinacích malá
množství Cr, Ni, Mo, Cu, N, V, Nb, Ti, Zr
v množství 0,01 – 0,1%
Z toho název mikrolegované oceli
- nejsou slitinovými ocelemi, třebaže jejich
vlastností je dosaženo přidáním malého
množství slitinových prvků.
http://www.ateam.ic.cz/hsla_prednaska.pdf
32
Zpracování mikrolegovaných kovaných ocelí
Řídící silou při vývoji je snaha redukovat výrobní náklady. U
těchto materiálů to znamená užití zjednodušeného
termomechanického zpracování – řízené ochlazování, které
následuje po kování. Toto zpracování zajistí požadované
vlastnosti bez odděleného kalení a žíhání, které vyžadují
konvenční uhlíkové a legované oceli.
Technologické zpracování konvenčních (nahoře) a
mikrolegovaných ocelí (dole)
http://www.ateam.ic.cz/hsla_prednaska.pdf
33
Oceli s BH efektem
(Bake hardening)
Oceli se vyrábějí řízeným válcováním
tak, aby C a N zůstaly po válcování
rozpuštěny ve feritu. Plech pak má
velmi dobrou tvářitelnost za studena
Během vypalování laku karoserie při
teplotě 170°C dochází k precipitaci
karbidů a nitridů a mez kluzu se zvýší (o
40 – 70 MPa)
34
Nástrojové oceli
Podle chemického složení se dělí na:
Nelegované (uhlíkové)
Legované – pro práci za studena
Legované – pro práci za tepla
Rychlořezné
35
Uhlíkové nástrojové oceli
Liší se obsahem uhlíku
Používají se pro výrobu ručního nářadí a
nástrojů používaných v zemědělství
Obsah C 0,4 – 1,1 %, nízký obsah Mn
(protože zvyšuje podíl ZA po kalení)
Kalí se a popouští na 160 až 280°C
Oceli s vyšším obsahem C (C80W a výš)
se používají na pily na dřevo, nože,
závitníky…
36
Legované pro práci za studena
Mají vyšší prokalitelnost než uhlíkové,
vyšší tvrdost (60 až 64 HRC)
Legovány Cr, W, Mo a V – součet
zpravidla nepřesahuje 3 až 5%
Použití pro výrobu nástrojů ke tváření
(kovadla, razidla, nože,..), formy na
lisování plastů
Obvykle se kalí do oleje, popouští na
180°C
37
Vysokolegované chrómové oceli
Obsahují 11 až 12%Cr a až přes 2%C
Kalí se z vysokých teplot (960°C) na
primární, příp.(1030°C) na sekundární
tvrdost – ta leží mezi 500 - 520 °C,
proto lze tyto oceli nitridovat
Pro nástroje ke tváření za studena, na
namáhané nástroje ke stříhání,
válcování apod.
38
Legované pro práci za tepla
Požaduje se vysoká otěruvzdornost,
odolnost proti deformaci, tepelné únavě
a erozi za pracovních teplot
Nejčastěji 0,28 –0,60%C, do 5,5%Cr,
do 3%Mo, do 1,1%V
Př.ocel X40CrMoV51 pro vstřikovací
formy pro tlakové lití
39
Rychlořezné oceli
Vysoká odolnost proti poklesu tvrdosti
až do teplot 550°C, vysoce legované
Typické složení – 0,75%C, 4%Cr,
18%W, 1%V - pro nejvyšší výkony do
12%Co
Kalení z teplot 1200 až 1280°C,
3x popouštět – tvrdost 60 až 66 HRC
40