SKUPINA D1. Princip výroby surového železa (základní suroviny, vysoká pec)

Výchozí surovinou pro výrobu ocelí je SUROVÉ ŽELEZO a ocelový odpad.Surové železo se vyrábí redukcí železných rud ve vysoké peci, která pracuje nepřetržitě několik let.SUROVINY PRO VÝROBU SUROVÉHO ŽELEZA

železné rudy: magnetit (magnetovec - Fe3O4), 55 - 56% Fe hematit (krevel - FeO3), 30 - 65% Fe limonit (hnědel - Fe2O3 . H2O), 30 - 40% Fe siderit (ocelek - FeCO3), 25 - 40% Fe

palivo: metalurgický koks (obsahuje asi 90% C) struskotvorné látky: vápenec - CaCO3

dolomitický vápenec - CaMg(CO3)2

vzduch: pro spalování paliva (na 1t surového železa asi 4000 m3), vhání se do vysoké pece s přetlakem předehřátý na 1000 až 1300°CPRŮMĚRNÉ SLOŽENÍ SUROVÉHO ŽELEZA3 až 4% C, 0,5 až 2% Si, cca 1% Mn, 0,1% P a pod 0,05% S

V pásmu nižších teplot se železné rudy redukují oxidem uhelnatým nepřímou redukcí (je hospodárnější a její podíl na výrobě je 90 až 95%)

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

FeO + CO = Fe + CO2

(CO2 se ihned redukuje uhlíkem na CO, který znova redukuje rudu)

V omezené míře přímou redukcí uhlíkem (stoupá spotřeba koksu)

FeO + C = Fe + CO

CO2 a C v koksu jsou základní redukční látky ve vysoké peci

2. Charakteristika soustav Fe-Fe3C a Fe-Cgraf s ohledem na možnosti tepelného zpracování ocelí a litin

strukturní popis: fázový popis:

metastabilní soustavy Fe – Fe3C

vliv obsahu uhlíku na mechanické vlastnosti slitin Fe-Fe3C

diagram satbilní soustavy Fe-C

3. Martenzitická přeměna

Martenzitická přeměna:

• Bezdifuzní (střihová) přeměna; nízká teplota přeměny (mezi teplotami Ms a Mf) = velké přechlazení pod A1; kritická rychlost ochlazování

• Martenzit = nerovnovážný přesycený tuhý roztok uhlíku v aFe

• Mřížka martenzitu: prostorově středěná tetragonální; tetragonalita způsobená přesycujícím uhlíkem – jeho atomy jsou v jedné ze tří oktaedrických intersticiálních poloh mřížky a Fe

• Vliv obsahu uhlíku obsaženého v martenzitu na mřížkové parametry martenzitu

• Vliv obsahu uhlíku obsaženého v martenzitu na tvrdost martenzitu

Průběh martenzitické přeměny:

Většinou atermický charakter přeměny – dané teplotě v intervalu Ms a Mf

odpovídá určitý podíl martenzitu, který vznikne prakticky okamžitě (vysoká rychlost růstu útvarů martenzitu - rychlost šíření zvuku v oceli)

Přeměna může pokračovat po dalším snížení teploty, až na teplotu Mf

Martenzitická křivka ocelí = podíl martenzitu v závislosti na teplotě přeměny

Vznikne i zbytkový austenit

-Vliv přísadových prvků na martenzitickou přeměnu

4. Definice kalení, rozdělení, kalící prostředí

Kalenie je zohriatie ocele na austenitovú teplotu (niečo nad 700 °C), kde sa podrží až do úplnej premeny na austenit a následné prudké ochladenie (600 °C/s), ktoré môže byť dvojakého typu:martenzitické

nepretržité - je najjednoduchšie a najlacnejšie, ale vznikajú pri ňom vnútorné napätia a maximálne deformácie

pretržité - znižuje vnútorné napätiebajnitické

nepretržitéizotermické

V súčasnosti sa používa aj indukčné kalenie. Tu sa oceľ zahrieva vírivými prúdmi z cievky (miesto jadra má kalený obrobok) a následne ochladzuje olejom alebo vodou. Podľa frekvencie vírivých prúdov sa dá presne definovať kaliaca hĺbka.

Kalením sa zvyčajne dosahuje zvýšenie tvrdosti a pevnosti v ťahu, ale znižuje sa ťažnosť a húževnatosť.

Kombinované býva s popúšťaním. Martenzitické štruktúry majú vysoké vnútorné napätia a tie oslabujú materiál a výrobok nie je potom taký húževnatý.

Pri kalení treba dávať pozor nato, že žeravá oceľ zväčší objem ale po zakalení sa k pôvodnému objemu už celkom nevráti. Pri nerovnomernom kalení sa môže obrobok výrazne zdeformovať.

Pri ochladzovaní treba zabezpečiť plynulé prúdenie chladiaceho média zdola nahor, preto treba obrobok do chladiacej kvapaliny strčiť dlhšou stranou nadol, napr. hriadeľ zvislo po osi. Najhorší spôsob ako kaliť, je napr. ponoriť obrobok naležato do plytkej vaničky.

Pri voľbe chladiaceho prostredia treba brať do úvahy požiadavku na vzniknutú štruktúru a tvorbu vnútorných napätí. Najintezívnejším ochladzovacím prostredím je voda. Vysoký kaliaci účinok vyplýva z jej vysokej mernej tepelnej kapacity. Nevýhodou je korózia zariadení. Miernejší ochladzovací účinok má olej. Najčastejšie sa používajú minerálne oleje, ktoré sú chemicky stálejšie a majú vyšší bod vzplanutia ako živočíšne alebo rastlinné. Najmiernejšie a najlacnejšie kaliace prostredie je vzduch. Ochladzovací účinok pokojného vzduchu je však veľmi malý a preto sa používa pod tlakom.

5. Vlastnosti svařitelných ocelí, způsoby zvyšování meze kluzu

Vlastnosti svařitelných oceli požadovaná hodnota meze kluzu dobrá svařitelnost dobrá houževnatost i za teplot -20°C až -30 °C → odolnost proti porušení křehkým lomem odolnost proti změnám vlastností za provozu → stárnutí

Zvýšení Re nad 350 MPa se dosahuje• náhradou intersticiálního zpevnění C - substitučním zpevněním feritu (Mn, Si)• mikropřísadami Al, Mo, Nb, V ,Ti ( setiny %) → precipitační zpevnění matrice + vázání C a N

(karbidy, nitridy) → potlačení stárnutí, zábrana růstu zrna + snížení Cekv.

• řízeným válcováním (precipitáty Nb, Mo zpomalují rekrystalizaci austenitu v průběhu válcování, Al, Ti brání růstu zrna)

• termomechanickým zpracováním• zpevněním bainickou nebo martenzitickou přeměnou (komplexně legované oceli ∑( Mn, Cr,

Mo, Ti, Nb, V, B do 3 až 4%), matrice obvykle dvoufázová ferit + bainit nebo martenzit), Re nad 500 MPa

6. Definice a rozdělení nástrojových ocelí

Štruktúrne zložky nástrojových ocelí:- Martenzit

Žádoucí struktura - tvrdý, pevný, křehký.- Zbytkový austenit

Nežádoucí struktura (je měkký), jeho množství závisí na obsahu uhlíku a legujících prvků rozpuštěných v austenitu po výdrži na kalící teplotě.

- KarbidyŽádoucí struktura, karbidy vyskytující se v matrici nástrojových ocelí jsou tvrdší než základní matrice, takže zvyšují odolnost proti opotřebení. Jejich vliv je tím větší, čím vyšší je jejich tvrdost a plocha povrchu.

Rozdelenie podľa chemického zloženia:

Podle ČSN EN-10027-1 • Nástrojové oceli nelegované• Nástrojové oceli legované• Rychlořezné oceli

Podle ČSN 420002 • Nelegované nástrojové oceli

Nízkouhlíkové (0,3 – 0,6 % C) Středněuhlíkové (0,5 – 1,1 % C) Vysokouhlíkové (1,0 – 1,5 % C)

• Legované nástrojové oceli Nízkolegované (do 5% legur) Střednělegované (5 – 10% legur) Vysokolegované (nad 10% legur)

• Rychlořezné oceli Oceli pro běžné použití Výkonné oceli Vysoce výkonné oceli (+ Co)

Rozdelenie podľa použitia:

• NA – na řezné nástroje• NB – na nástroje pro střihání• NC – na nástroje pro tváření

(NCS – za studena, NCT – za tepla)• ND – na formy• NE – na nástroje pro drcení a mletí• NF – na ruční nástroje a nářadí• NG – na měřidla• NH – na upínací nářadí

Podle druhu ochlazovacího prostředí při tepelném zpracování:

kalitelné do vody kalitelné do oleje

kalitelné na vzduchu

Základné vlastnosti nástrojových ocelí:

• Tvrdost• Pevnost v ohybu• Houževnatost• Kalitelnost a prokalitelnost• Odolnost proti popouštění• Odolnost proti otěru• Odolnost proti otupení (řezivost)• Stálost rozměrů

7. Způsob výroby a vlastnosti litin s kuličkovým grafitem

Vlastnosti:

- je nutné očkování a modifikace - nejkvalitnější litina,- vyšší pevnost, modul pružnosti, tvrdost (perlitické matrice), - dobrá tažnost a nárazová práce (feritická matrice),- odolnost vůči oxidaci se zvýší přidáním Si do 4 %, - maximálních pevností při zachování dobré houževnatosti lze dosáhnout bainitickým zušlechťováním tj. matrice bainit – ADI litiny

Očkování

je technologická operace, při které se do tekutého kovu vnáší malé množství vhodně zvolené substance (očkovadla), a tím se zvýší množství krystalizačních zárodků určité fáze. Grafitizační očkování litiny pomocí FeSi75 umožňuje zvýšit počet krystalizačních zárodků grafitu.

Modifikace

Je technologická operace, při které se přidává do tekutého kovu slitina na bázi hořčíku Ni-Mg, Fe-Si-Mg, Cu-Mg (modifikátor). To způsobí, že rostoucí zárodek grafitu se bude zabalovat a vytvoří se tak kuličkový grafit. Nedostatek modifikátoru způsobí vznik červíkového grafitu či nedokonale kuličkového (zrnitého) grafitu.

8. Měď a její slitiny (stručná charakteristika, základní rozdělení, použití)

měď (Cu) je kov načervenalé barvy

v přírodě se nejčastěji vyskytuje vázána na síru, k níž má velkou afinitu (chalkopyrit – CuFeS2, bornit – Cu3FeS3), případně na kyslík (např. kuprit Cu2O). Rudy obsahující měď jsou poměrně chudé, obsahují 1 až 6 % Cu. Ryzí měď se ve větší míře nachází na Aljašce, ojediněle v Číně a Chile.

má výbornou tepelnou i elektrickou vodivost, velmi dobrou tvárností za tepla i za studena (a zachovává si ji i při záporných teplotách)

vyznačuje se velmi dobrou korozní odolností jak vůči atmosférickým vlivům tak i vůči řadě chemikálií

k přednostem Cu patří též dobrá obrobitelnost a svařitelnost, naopak horší je slévatelnost

Cu je po Fe a Al třetí nejpoužívanější kov. Asi polovina vyrobené Cu se používá v čisté formě (hlavně elektrotechnika), druhá polovina k výrobě slitin mědi (buď mosazí nebo bronzů) nebo jako přísadový prvek do slitin jiných kovů.

Slitiny mědi se dělí do dvou základních skupin:

Mosazi – slitiny mědi a zinkuBronzy – veškeré slitiny mědi s výjimkou soustavy Cu-Zn (tzn. kromě mosazí)

Technicky čistá meď: využívá se v elektrotechnice (pro svou vynikající vodivost) jako elektrovodný materiál je vhodná pro zařízení vystavená nízkým teplotám (pro kapalný N, H, O) velmi se osvědčila jako střešní krytina, okapové žlaby a svody z Cu se vyrábějí i nádoby v potravinářském průmyslu používá se též k plátování ocelových plechů

9. Proč vyžadují výpočty konstrukcí z polymerů jinou filosofii než výpočty kovových konstrukcí

ttE

EE

32

2

21exp1

ideálně elastická okamžitá deformace

valenčních úhlů, vazeb a

mezimolekulárních vzdáleností

(reologický model:

nevratné přesuny klubek (reologický model: třetí

člen řetězce = hydraulický válec s kapalinou o

viskozitě 3)

zpožděná elastická deformace polymerních klubek

(reologický model: druhý člen řetězce = Kelvinův model s pružinou o tuhosti G2 a

hydraulickým válcem s kapalinou o viskozitě 2)

ttE

EE

32

2

21exp1

E

změna filosofie výpočtových postupů

v polymerechv kovech

elastická deformace

10. základní vlastnosti keramiky

Přednosti:

• vysoká teplota tání• pevnost v tlaku• tvrdost• střední a nízká hustota

• chemická odolnostOmezení:

• křehké chování• citlivost na teplotní šoky• složitá příprava • nákladné opracování

změna filosofie výpočtových postupů

Příčina křehkosti : omezený pohyb dislokací

Zhoršená pohyblivostZhoršená manévrovatelnost

Vysoké Peierlsovo-Nabarrovo napětí u kovalentních a složitých iontových krystalů

Nesplnění Von Misesova kriteria pro plastickou deformaci polykrystalů(5 nezávislých skluzových systémů)