doc1.1 Vazby 1.2 Základnı termodynamické pojmy
download 
Stížnost Transkript
1.1 Vazby 1.2 Základnı termodynamické pojmy
1 Vnitr Ïnõ  stavba materia  lu. Za  klady termodynamiky kovovy  ch soustav. Vliv sloz Ï enõ  Vnitřnı́ stavba materiálu závisı́ na uspořádánı́ atomů a molekul v tuhých látkách, ta je výrazně ovlivněna vazbami mezi atomy. 1.1 Vazby 1. Chemická • iontová – na kladně a záporně nabité ionty, které tvořı́ krystalickou mřı́žku, působı́ elektrostatické coulombické sı́ly • kovalentnı́ – podstatou je sdı́lenı́ elektronů atomy, SiC, ZnS, Cl2 • kovová – vazba je realizována tzv. elektronovým plynem (volné elektrony, které se pohybujı́ mezi kationty), vysoká elektrická vodivost, tepelná vodivost. • intermediárnı́ - současně kovalentnı́ i iontová vazba 2. Fyzikálnı́ • vodı́kové můstky – v polymerech, nenı́ symetrické rozloženı́ atomů • Wanderwalsovy sı́ly – sı́ly, které působı́ mezi inertnı́mi atomy (atomy vzácných plynů) a molekulami, které nemajı́ žádné volné elektrony. V taveninách existuje uspořádánı́ na krátkou vzdálenost a závisı́ na viskozitě a rychlosti ochlazovánı́: • rychlost a viskozita jsou nižšı́ – krystalová mřı́žka • rychlost a viskozita jsou vyššı́ – amorfnı́ látka Krystalová mřı́žka: • Kubická = krychlová • Hexagonálnı́ = šesterečná • Čtverečná = tetragonálnı́ • Kosočtverečná = ortonambická 1.2 Základnı́ termodynamické pojmy 1.2.1 Soustava vymezenı́ objemu kovu, který je od okolı́ oddělen myšlenými nebo pevnými hranicemi. K určenı́ soustavy je třeba znát: teplotu, tlak a složenı́. 1 1.2. Základnı́ termodynamické pojmy 1.2.2 2 Složka chemicky jednotná část soustavy, vstupuje do změn, kterým soustava podléhá, aniž by se přitom měnila. 1.2.3 Fáze fyzikálně jednotná homogennı́ část soustavy, která má ostré rozhranı́, na němž se vlastnosti měnı́ skokem. 1.2.4 Gibbsovo pravidlo fázı́ v+f =k+1 v – počet stupňů volnosti (počet nezáv. param., které můžeme měnit) f – počet fázı́ k – složka (komponenta) – počet Obrázek 1.1: Teoretická křivka tuhnutı́ obecného kovu Pro v = 0 je soustava invariantnı́ → konstantnı́ teplota = teplota tuhnutı́ - při krystalizaci 2. fáze = tavenina + krystaly. Pro čistý kov platı́ v =2−f měnı́me např teplotu 1.2.5 I. termodynamická věta dQ = dU + dA dG = dH–T ∗ dS G – volná entalpie představuje maximum práce, kterou může soustava vykonat při nevratném ději za konstantnı́ho tlaku a teploty. V rovnovážném stavu musı́ mı́t minimálnı́ hodnotu. Samovolně se v soustavě uskutečňujı́ pouze takové děje, které vedou k poklesu volné entalpie G. 1.2.6 Difuze přemist’ovánı́ částic hmoty (atomů, iontů, molekul) vlivem jejich tepelného pohybu 2. Přehled strojı́renských materiálů a jejich značenı́ dle ČSN, oblasti použitı́. 1.2. Základnı́ termodynamické pojmy Obrázek 1.2: Rovnováha tavenina - kov 3 Ï SN, oblasti pouz 2 Pr Ïehled strojõ Ârensky  ch materia  lu Ê a jejich oznac Ï enõ  dle C Ï itõ  Dělenı́: 1. kovové • železo a jeho slitiny • neželezné kovy a jejich slitiny 2. nekovové • polymernı́ materiály - plasty, syntetické kaučuky • keramika • ostatnı́ (sklo, uhlı́ková vlákna, dřevo, azbest, čedič, kůže, papı́r, textilie) 3. kompozitnı́ – složeny z různých materiálů (a) s kovovou matricı́ (b) s polymernı́ matricı́ (c) s keramickou matricı́ 2.0.7 Železo a jeho slitiny Ocel slitina železa s uhlı́kem C ¡ 2 % a dalšı́mi prvky, vyloučený uhlı́k je ve formě cementitu Fe 3 C Dělenı́ ocelı́: • legované • nelegované • tvářené – konstrukčnı́ ∗ legované ∗ nelegované – nástrojové • na odlitky 4 5 Platı́, že čı́m většı́ procento uhlı́ku, tı́m většı́ pevnost, ale tvařitelnost (houževnatost) je nižšı́. Třı́da Chemické Účel použitı́ Přı́sadové prvky oceli složenı́ 10 Konstrukčnı́ - šrouby chem. složenı́ nenı́ dáno Nelegované 11 Konstrukčnı́ - šrouby Dán obsah C, P, S + dalšı́ prvky (uhlı́kové) 12 Konstrukčnı́ - ojnice, ozubená Dán obsah C, P, S + dalšı́ prvky, kola, pı́stnı́ čepy, vačkové hřı́- zaručeny mech. vlastnosti, čistšı́ dele 13 Konstrukčnı́ - ojnice, oz. kola Mn, Si Nı́zko a 14 Konstrukčnı́ - Pı́stnı́ čepy, Cr a dalšı́ (Mn, Si) středně vačkové hřı́dele,zubové hřı́legované dele, ojnice, os. kola 15 Konstrukčnı́ - Pı́stnı́ čepy, Cr a dalšı́ (Mn, Si) vačkové hřı́dele,zubové hřı́dele, ojnice, os. kola 16 Konstrukčnı́ - Pı́stnı́ čepy, Mo, W, V, (Cr) vačkové hřı́dele,zubové hřı́dele, ojnice, os. kola 17 Vysoce le- Konstrukčnı́ Cr, Ni. Mn gované 19 Vysoce Nástrojové legované, nı́zkolegované a nelegované Oceli na odlitky: • 42 26 xx nelegované • 42 27 xx nı́zkolegované • 42 28 xx střednělegované • 42 29 xx vysokolegované Litiny slitina železa s uhlı́kem C ¿ 2% a dalšı́mi prvky, vyloučený uhlı́k je u cementických litin ve formě cementitu a u grafitických litin ve formě grafitu Dělenı́ litin: • Cementické – bı́lá litina (vysoká tvrdost, ale křehká) – litina k temperovánı́ (označenı́ 42 25 xx –xx *10 udává zhruba meznı́ pevnost) • Grafitické 6 – šedá litina (označenı́ 42 24 xx) – lupı́nky – očkovaná litina (označenı́ 42 24 56) lupı́nky maximálně zmenšeny – tvárná litina (označenı́ 42 23 xx) grafit ve formě globulárnı́ – plastická • Tvrzená - na povrchu bı́lá litina (tvrdá), jádro šedá litina Neželezné kovy 42 13 00 Těžké: Měd’a jejı́ slitiny, Antimon, Cı́n, Zinek, Nikl, Olovo, Kadmium 42 14 00 Lehké: Hlinı́k, Hořčı́k, Titan 42 x x x x . x x těžké 3 skupina kovů lehké 4 tepelné zpracovánı́ Tvářené 0, 2, 4, 6, 8 Slévárenské 1, 3, 5, 7, 9 Plasty 64 xx xx • Reaktoplasty • Termoplasty • Vrstvené hmoty – lamináty Pryže: 62 xx xx Nové perspektivnı́ materiály • Keramika (nitridy, boridy) křehká • Kompozity • Kovová skla – kov se vstřikuje na rotujı́cı́ kotouč, velice rychle se chladı́ , nevytvářı́ se krystalická struktura • Nano + mikrokrystalické materiály – velice jemné částice, prášková metalurgie • Nové jakosti oceli • Kovy s tvarovou pamětı́ • Intermetalika (sloučeniny) • Nové slitiny 3 Mechanicke  a technologicke  vlastnosti materia  lu Ê a jejich zkous Ï en 3.1 Mechanické vlastnosti 3.1.1 Plasticita schopnost materiálu bez porušenı́ trvale uchovat deformace vyvolané účinkem vnějšı́ch sil 3.1.2 Elasticita pružnost , po odstraněnı́ působı́cı́ho mechanického napětı́ deformace zcela vymizı́ 3.1.3 Pevnost schopnost materiálu odolávat účinku vnějšı́ch nebo vnitřnı́ch sil bez jeho porušenı́ 3.1.4 Tvrdost odpor, který klade materiál proti vnikánı́ cizı́ho tělesa. 3.1.5 Rozdělenı́ mechanických zkoušek 1. Podle způsobu zatěžovánı́ • statické • dynamické • rázem • cyklické 2. Podle stavu napjatosti • tahové • tlakové • ohybové • krutové • střihové 3. Podle teploty zkoušky • za teploty okolı́ • za zvýšené teploty – krátkodobé – dlouhodobé 7 3.1. Mechanické vlastnosti 8 Statické zkoušky Zkouška tahem těleso jednoduchého tvaru (tyč kruhového nebo čtverhranného průřezu) Princip: Zatěžovánı́ zkoušeného vzorku osovou silou vynucenou oddalovánı́m čelistı́ zatěžovacı́ho stroje konstantnı́ rychlostı́. Zjišt’ujeme vztah mezi působı́cı́ silou a odpovı́dajı́cı́m prodlouženı́m tyče. poměrné prodlouženı́ L − L0 ε= 100[%] L výrazná mez kluzu Re . . . odpovı́dá napět’ové prodlevě (úsek prodlužovánı́ zkušebnı́ tyče bez zvětšovánı́ napětı́) Fe Re = [M P a] S0 smluvnı́ mez kluzu Rp . . . napětı́ k dosaženı́ trvalé deformace (běžně 0,2 % měřené délky ⇒ Rp 0, 2 Rp 0, 2 = Fp 0, 2S0 [M P a] pevnost v tahu Rm . . . v bodě M je Rp maximálnı́ Rm = Po přetrženı́ tyče: tažnost Fm ax [M P a] S0 A= Lv − L0 [%] L0 Z= S0 − Sv [%] S0 kontrakce Smluvnı́ tahový diagram Při dalšı́m prodlužovánı́ po bodu M se u houževnatých materiálů začne tyč mı́stně zaškrcovat a posléze se přetrhne - bod U. Obrázek 3.1: Smluvnı́ tahový diagram Zkouška tlakem 3.1. Mechanické vlastnosti 9 materiály namáhané na tlak (stavebnı́ hmoty, ložiskové kovy, šedá litina) zkoušená tělesa jsou válečky d = h (20 - 30 mm) poměrné zkrácenı́ h0 − h εt = 100[%] h0 mez kluzu v tlaku Re t = F S0 [M P a] pevnost v tahu Rm t = poměrné přı́čné rozšı́řenı́ ψt = Fm ax [M P a] S0 S − S0 [%] S0 Zkouška ohybem pro hodnocenı́ křehkých materiálů a pro svarové a pájené spoje, tyč kruhového průřezu pevnost v ohybu Mo max Rm 0 = Wo Mo max . . . maximálnı́ ohybový moment Wo . . . modul průřezu ( Wo = πd3 [mm3 ] 32 ) Zkouška střihem nenı́ běžná, někdy převládá smykové napětı́ nad nomálným (šrouby, nýty . . . ) STŘIH = smyk + ohyb Zkouška krutem tyč kruhového průřezu na jednom konci pevně uchycena pevnost v krutu Mk max Rm k = Wk průřezový modul πd3 Wk = 16 modul pružnoti ve smyku τ G= γ zkos rϕ γ= L ϕ . . . natočenı́ průřezu Zkoušky tvrdosti 1. Statické • Vrypové 3.2. Technologické vlastnosti materiálů a jejich zkoušenı́ 10 • Vnikacı́ – dle Brinella (ocelová kulička o průměru D) HB = 0, 102F [N ] A – dle Vickerse (diamantový čtyřboký jehlan o vrcholové úhlu 136◦ ) HV = 0, 189 F [N ] d2 – dle Rockwella (diamantový kužel pro tuhé materiály, nebo kalená ocelová kulička pro měkké kovy a slitiny) Postup: ∗ zatı́ženı́ na F0 ∗ zatı́ženı́ na F = F1 + F0 ∗ uvolněnı́ na F0 a odečet hloubkoměrem Podle zatı́ženı́ a typu vnikacı́ho tělesa HRC, HRA, HRB, HRN, HRT 2. Dynamické • Vnikacı́ - tvrdost z plastické deformace povrchu zkoušeného tělesa - kladı́vko Poldi a Baumannovo kladı́vko • Odrazové - Shoreho metoda - podle výšky odrazu závažı́ s diamantovým kulovitě ukončeným hrotem Zkoušenı́ odolnosti proti křehkému porušenı́ • zkouška rázem v ohybu - přeraženı́ zkoušené tyše jednı́m rázem kyvadlového kladiva a určenı́ nárazové práce, která se při tom spotřebovala. • zkouška vrubové houževnatosti K S0 K . . . nárazová práce S0 . . . plocha průřezu pod vrubem podle typu vrubu KCV, KCU KC = • zkoušky vycházejı́cı́ z lomové mechaniky - zkouška lomové houževnatosti K1 C - zaznamenává se závislost sı́ly na rozevřenı́ okraje vrubu, vypočte se FQ a z tabulek určı́me KQ (intenzitu napětı́), a byla-li splněna podmı́nka rovinné deformace, pak K0 = K1 C 3.2 Technologické vlastnosti materiálů a jejich zkoušenı́ 1. Zkoušky slévárenských vlastnostı́ • slévatelnost - schopnost kovů a slitin tvořit odlitky, které odpovı́dajı́ tvarem a rozměry modelu, jsou bez mikroskopických i makroskopických vad a maj předepsané vlastnosti odlitku • zabı́havost - schopnost kovu nebo slitiny dokonale naplnit formu. Závisı́ na chemickém složenı́ slitiny, množstgı́ pohlcených plynů a rozpuštěných oxidů, teplotě litı́, stavu formy. 3.2. Technologické vlastnosti materiálů a jejich zkoušenı́ 11 • smrštěnı́ - projevuje se zmenšenı́m objemu i rozměrů ztuhlého kovu nebo slitiny vzhledem k tavenině. Je přı́činou vzniku dutina a pnutı́, které zhoršujı́ jakost odlitku. Udává se v %. Závisı́ na chemickém složenı́, teplotě litı́, konstrukci odlitku, druhu formy (pı́sková, kokila, skořepina), způsobu chladnutı́. 2. Zkoušky svařitelnosti – vlastnost materiálu, která určuje za definovaných podmı́nek vlastnosti spojů předepsané jakosti. 4 stupně (zaručovaná, zaručeně podmı́něná, dobrá, obtı́žná) • zkouška odolnosti svarů proti vzniku trhlin (a) (b) (c) (d) trhliny za horka (při ochlazovánı́ spoje do T = 8000 C) studené trhliny (při ochlazovánı́ spoje pod T = 3000 C) lamelárnı́ trhliny (podpovrchové vady u strukturovaných materiálů) žı́hacı́ trhliny (při vı́cevrstvém svařovánı́ či při žı́hánı́) • zkoušky křehnutı́ vlivem svaru (a) zkouška vrubové houževnatosti (vzorky tepelně ovlivněné svařovánı́m) (b) návarová zkouška ohybová 3. zkoušky tvařitelnosti (a) tvařitelnost za studena • zkoušky plechů – hloubenı́m dle Erichsena - vtlačenı́ kulovitého nástroje až do doby, než plech praskne → prohloubenı́ je měřı́tkem hloubokotažnosti. Trhlina ve směru válcovaného plechu určuje vhodnost plechu k taženı́, trhlina kolmá na směr válcovánı́ plechu určuje nevhodnost plechu ke taženı́. Drsný povrch nevhodný pro hluboké taženı́. – hloubenı́m dle Engelhardta - lepšı́ než Erichsen,k n ástrojem je kvádr se zaoblenı́m – kalı́škovacı́ zkouška - výroba kal¨ı́šku o průměru 40 mm, určuje se, zda vznikla trhlina – zkouška lámavosti (tlustý plech) - tyč se ohýbá na předepsaný úhel, až se objevı́ trhlina – zkouška pěchovánı́m - za přı́slušné teploty napšchovánı́ zkušebnı́ho tělesa až o 68% ve směru podélné osy, zkoumáme, zda vznikly trhliny na plášti. • zkoušky drátů – střı́davým ohybem - ohyb o 900 na obě strany, mı́ra tvařitelnosti určena počtem ohybů do přetrženı́ – kroucenı́m - mı́ra tvařitelnosti určena počtem kutů a jakostı́ povrchu, vnitřnı́ vady • zkoušky trubek – rozháněnı́m - vtlačuje se do trubky kuželový nástroj o stoupánı́ 1:5 do určité hloubky, zkoumánı́ trhlin na vnějšı́m plášti – rozšiřovánı́m - kuželový nástroj rozšiřujı́cı́ vnitřnı́ průměr o 10 % 3.2. Technologické vlastnosti materiálů a jejich zkoušenı́ 12 – lemovánı́m - kuželový trn + dolemovánı́ přı́tlačnou deskou – zmáčknutı́m - zmáčknutı́ pod lisem ts tny = 15%D (b) Tvařitelnost za tepla : zkoušky tahem, tlakem, krutem, rázem, pěchovánı́m 4. Zkoušky obrobitelnosti - obrobitelnost závisı́ na fyzikálnı́ch amechanických vlastnostech obráběného materiálu, řezném nástroji (typu, geometrii, materiálu nástroje), podmı́nkách zkoušky 4 Deformac Ï nõ  a lomove  chova  nõ  materia  lu. Zpevn Ï ovacõ  a odpevn Ï ovacõ  metody. Rozeznáváme deformačnı́ napětı́ tečné τ a normálné σ. Podı́l sı́ly a skutečné plochy průřezu v jakémkoliv stadiu zkoušky nazýváme skutečné napětı́. Běžně užı́váme smluvnı́ napětı́ vztažené na průřez S. Pevnost v tahu Fm ax σp t = S0 Fmax je největšı́ sı́la, kterou snese zkoušená tyč Celkové (absolutnı́) prodlouženı́ δl = l − l0 Poměrné prodlouženı́ ε= δl 100 l A= l − l0 l0 Tažnost Kontrakce (zúženı́ průřezu) S0 − S S Pevnost v kluzu - napětı́, při kterém se tyč začne výrazně prodlužovat, aniž by stoupala zatěžujı́cı́ sı́la, anebo nastává prodlouženı́ při poklesu zatěžujı́cı́ sı́ly. Z(ϕ) = Fk S0 Deformace rozlišujeme dvojı́ho druhu, a to elastické (pružné), které po odlehčenı́ vymizı́ a deformace plastické (trvalé), které po odlehčenı́ nezmizı́. Modul pružnosti charakterizuje pružné chovánı́ látek. Hookův zákon σk t = E= σ ε E - měřı́tko tuhosti, modul pružnosti v tahu G- modul pružnosti ve smyku Q= E 2(1 + µ) 1/E - měřı́tko poddajnosti σm k - mez úměrnosti, do které platı́ Hookův zákon σe t - mez pružnosti, meznı́ napětı́, které po odlehčenı́ nevyvolá deformaci σk t - mez kluzu, nejmenšı́ napětı́, při kterém nastává trvalá deformace Polymery 13 14 Obrázek 4.1: Diagram tah tlak Obrázek 4.2: Smluvnı́ tahový diagram 4.1. Mechanismy plastické deformace 15 Obrázek 4.3: Tahový diagram polymerů Tečenı́: pozvolné zvětšovánı́ deformace s časem při konstantnı́m zatı́ženı́ Relaxace: periodický pokles napětı́ s časem při konstantnı́ deformaci celková deformace se zvětšuje s časem Pro určenı́ závislosti deformace na napětı́ je možno použı́t Hookův zákon s tı́m, že použijeme konstrukčnı́ modul pružnosti G pro dlouhodobé statické a dynamické namáhánı́. ε = σG Obrázek 4.4: Tečenı́ 4.1 Mechanismy plastické deformace 4.1.1 Skluz Realizuje se ve skluzových rovinách(roviny nejčetněji obsazené atomy) a v určitých směrech. Skluzová rovina a skluzový směr vytvářejı́ dohromady skluzový systém. Původnı́ poloha se 4.2. Plastická deformace v mono a polykrystalech 16 změnı́ tak, že roviny se posunou o celistvý násobek mřı́žkového parametru. Minimálnı́ smykové napětı́ potřebné k dosaženı́ skluzu nazýváme kritické skluzové napětı́ τk rit. τk rit = G 2π nejsem si jistá vzorcem V reálném krystalu se plastická deformace vždy realizuje pohybem dislokacı́. 4.1.2 Dvojčatěnı́ vzniká koordinovaným pohybem částic skupiny atomů krystalové mřı́žky, při němž se posunou o zlomky mřı́žkového parametru a to tak, že vytvořı́ zrcadlový ”obraz nezměněné části mřı́žky”. Probı́há za nı́zké teploty deformace a vysokou rychlostı́ deformace Kritické napětı́ pro dvojčatěnı́ je vždy většı́ než kritické napětı́ pro skluz → přednostně se bude uskutečňovat skluz (potřebuje menšı́ napětı́) a dvojčatěnı́ je doplňkový mechanismus. 4.2 Plastická deformace v mono a polykrystalech Plastická deformace se realizuje pohybem dislokacı́. Vzrůstá odpor proti pohybu dislokacı́ a docházı́ tı́m k deformačnı́m zpevněnı́. Obrázek 4.5: Plastická deformace 4.2.1 Monokrystal 1. oblast snadného skluzu - snadný nárůst napětı́, velký nárůst deformacı́, protože existuje pouze jeden typ skluzového systému (dislokace se nemohou vzájemně protı́nat) 2. oblast lineárnı́ho (intenzivnı́ho) zpevněnı́ - do činnosti vstupujı́ dalšı́ skluzové systémy. Dislokace se vzájemně protı́najı́ a fdocházı́ k dislokačnı́m spletı́m. 3. parabolické zpevněnı́ - docházı́ k němu za zvýšených teplot, zablokované dislokace se opět uvolňujı́ přı́čným skluzem a šplhánı́m. 4.2.2 Polykrystal 1. polykrystal bude zpevňovat od svého začátku a 2. bude zpevňovat vı́ce než monokrystal. 4.3 Charakteristika deformovaného kovu Zvýšená hustota dislokacı́ a jejich nové uspořádánı́, jednotlivé krystaly protaženy ve směru deformacı́. Důsledkem je růst meze evnosti a kluzu. Tvařitelnost - plastické hodnoty klesajı́. 4.4. Zpevňovacı́ mechanismy v kovech 17 Obrázek 4.6: Plasticita 4.4 Zpevňovacı́ mechanismy v kovech • deformačnı́ zpevněnı́ - změna smluvnı́ho napětı́ je úměrná hustotě dislokacı́ umocněné na (1/2) • zpevněnı́ hranicemi zrn, které jsou neprůchodné pro dislokace a které se zde kupı́ (přı́růstek smluvnı́ho napětı́ je nepřı́mo úměrný průřezu zrn umocněného na (-1/2) • Hall - Batch (pro polyedrické struktury) divný najı́t někde • zpevňovánı́ legovánı́m • zpevňovánı́ cizı́mi částicemi 4.5 Rekrystalizace (odpevňovacı́ proces) Je to soubor dějů, jejichž výsledkem je navrácenı́ přibližně původnı́ch vlastnostı́ kovu . Hlavnı́ hnacı́ silou je uloženı́ deformačnı́ energie, která je dána zvýšenou hustotou dislokacı́. Při tvářenı́ pod rekrystalizačnı́ teplotou tvářı́m za studena a naopak. 4.5.1 Zotavenı́ pokles bodových poruch, vyrušenı́ a přerozdělenı́ některých dislokacı́, u některých kovů může dojı́t až k polygonizaci. Na mechanických vlastnostech se zotavenı́ projevı́ pouze tam, kde dojde k polygonizaci. Zde pozorujeme mı́rný pokles pevnosti a tvrdosti. Výrazně se ale změnı́ fyzikálnı́ vlastnosti, klesne el. odpor a vzroste vodivost. Nedocházı́ ke změně krystal. mřı́žky. Dělenı́ rekrystalizace: • Primárnı́ rekrystalizace - vznik zárodku nových nedeformovaných zrn téže krystalické mřı́žky a jejich růst • Sekundárnı́ rekrystalizace - růst některých rekrystalizovaných zrn na úkor jejich sousedů Dalšı́ dělenı́ rekrystalizace: • Dynamická - probı́há při tvářenı́ za tepla, tzn. pod napětı́m (probı́há v průběhu deformace) • Statická rekrystalizace - probı́há při následném ohřevu za studena tvářeného kovu (probı́há až po ukončenı́ plast. deformace • Metakrystalická rekrystalizace - dokončenı́ dynamické rekrystalizace při dalšı́m ohřevu za tepla tvářeného kovu 5 Rovnova Âz Ï ne  diagramy F e − F e3 C a F e − C , technicke slitiny zÏeleza - litiny a oceli Obrázek 5.1: Rovnovážný diagram železo uhlı́k • diagram metastabilnı́ soustavy F e − F e3 C (železo-karbid železa), • diagram stabilnı́ soustavy Fe-C (železo-grafit) železo tvořı́ v závislosti na teplotě tři typy tuhého roztoku: modifikace železa α, δ, γ. Ferit - tuhý roztok C v Fe α nebo δ. α - stabilnı́ do t = 911 0C δ - stabilnı́ t = h1392;1536i, C až 0,1 Austenit - tuhý roztok C v Fe γ. t = ¡911;1392¿, C až 2,11 Může vzniknout trojı́m způsobem: • přı́mou krystalizacı́ taveniny • překrystalizacı́ feritu δ • peritektickou přeměnou Fδ + tavenina A Veškerý austenit se při rovnoměrném ochlazenı́ při teplotě A1 = 727 0C změnı́ v perlit - je měkký, nemagnetický Některými dalšı́mi přı́sadami Ni, Mn je možno snı́žit teplotu přeměny A3 = 911 0C až pod 0 0C, potom austenit zůstává při teplotě okolı́ zachován - austenitické oceli cementit - karbid železa podle způsobu krystalizace: • cementit primárnı́ - krystalizuje přı́mo z taveniny • cementit eutektický - fáze, která krystalizuje současně s austenitem při eutektické krystalizaci • cementit sekundárnı́ (segregačnı́) - vzniká z austenitu následkem poklesu rozpustnosti C v austenitu při poklesu teploty. Vylučuje se na hranicı́ch krystalů austenitu. • cementit terciárnı́ - vzniká segregacı́ z feritu snı́ženı́m rozpustnosti C v Fe ( s klesajı́cı́ teplotou. Vylučuje se po hranicı́ch zrn feritu - velmi tvrdý a křehký. grafit - čistý krystalický C: • primárnı́ - krystalizuje přı́mo z taveniny (hrubé lupı́nky) 18 5.1. Litiny 19 • eutektický - při eutektické krystalizaci (jemnějšı́ lupı́nky různě deformované) • sekundárnı́ - drobná zrna nebo lupı́nky uložené na primárnı́m či eutektickém grafitu • eutektoidnı́ - součást grafitového eutektoidu (jemnozrnný až lupı́nkový) • terciárnı́ - vzniká segregaci z feritu α při pomalém ochlazovánı́ pod eutektoidnı́ teplotu ledeburit - eutektikum složené ze směsi krystalů austenitu a cementitu grafitové eutektikum - směs austenitu a lupı́nkového grafitu perlit - eutektoid složený z feritu ( a cementitu(podle způsobu krystalizace jemné až hrubé destičky, jemná zrna apod.), lamelárnı́, zrnitý při většı́ rychlosti ochlazovánı́ vzniká BAINIT, při dostatečně rychlém ochlazenı́ MARTENZIT (přesycený tuhý roztok C v Fe () grafitový eutektoid - směs feritu ( a grafitických zrn nebo jemných lupı́nků eutektikum - směs krystalů dvou čistých kovů, které vytvářejı́ soustavu, tuhne při jedné konstantnı́ teplotě likvidus - tavenina (začátek krystalizace) solidus - značı́ konec krystalizace Rozdělenı́ ocelı́ podle obsahu uhlı́ku v Obrázek 5.2: Rozdělnı́ ocelı́ cementačnı́ - 0,06 - 0,2 k zušlechtěnı́ - 0,2 - 5.1 Litiny : • s cementickým eutektikem - bı́lá litina směs volného cementitu a perlitu, velmi tvrdá, jednoduché odlitky s vysokou tvrdostı́ a odolnostı́ proti opotřebenı́ • s grafitovým eutektikem - šedá litina • tvárná litina • temperovaná litina • tvrzená litina Kovová hmota (perlit, ferit, směs perlitu a feritu), v nı́ž je přı́tomen grafit Výskyt grafitu: lupı́nkový, červı́kovitý, vločkový, nedokonale, pravidelně zrnitý 5.1.1 Šedá litina s lupı́nkovým grafitem levný konstrukčnı́ materiál s dobrou slévatelnostı́, nı́zkou plasticitou a houževnatostı́ 5.1. Litiny 5.1.2 20 Očkovaná šedá litina ovlivněnı́ krystalizace taveniny se zı́ská vyššı́ pevnost - očkuje se grafitizačnı́ přı́sadou (v tavı́cı́ peci) - podnı́cenı́ krystalizace grafitu - jemnějšı́ lupı́nky grafitu a rovnoměrné rozloženı́ v průřezu odlitku 5.1.3 Tvárná litina grafit vyloučen ve formě kompaktnı́ch kupových zrn, čehož se docı́lı́ očkovánı́m Mg a následně grafitizačnı́m očkovánı́m. Většı́ plasticita a houževnatost než šedá litina. 5.1.4 Temperovaná litina konstrukčnı́ materiál dost pevný a houževnatý, dobře obrobitelný, vzniká tepelným zpracovánı́m (temperovánı́m) bı́lé litiny. • s černým lomem - feritická matrice s vločkovým grafitem • s bı́lým lomem - ferit - u tenkostěnných odlitků ferit + perlit - u tenkostěnných odlitků ferit + perlit + temperovaný grafit u většı́ch tlouštěk odlitků • perlitické - perlit + vločkový grafit 5.1.5 Tvrzená litina ochlazovánı́ povrchové vrstvy tak, aby mı́sto grafitického eutektika vznikl ledeburit - povrch tvoři cementit a perlit vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebenı́ jádro - šedá, popřı́padě tvárná litina 6 Za  kladnõ  pochody tepelne  ho a chemicko-tepelne  ho zpracova  nõ  ocelõ  a liti 6.1 Tepelné zpracovánı́ 6.1.1 Žı́hánı́ Rovnoměrný ohřev na žı́hacı́ teplotu, setrvánı́ na této teplotě po určitou dobu a velmi pomalé ochlazovánı́. Účel žı́hánı́: • odstranit vliv předchozı́ho tepelného zpracovánı́ (krystalizace, plastická deformace, svařovánı́, jiné TZ) • snı́ženı́ tvrdosti • vyvolánı́ struktur vhodných k tvářenı́ či obráběnı́ • vyvolánı́ struktur vhodných k dalšı́mu TZ • snı́ženı́ vnitřenı́ho pnutı́ • snı́ženı́ nerovnoměrnosti chemického složenı́ Druhy žı́hánı́: 1. s překrystalizacı́ (nad A1) • homogenizačnı́ • normalizačnı́ • izotermické • kombinované 2. bez překrystalizace (pod A1) • na měkko • rekrystalizačnı́ • ke snı́ženı́ pnutı́ IRA 1. ochlazenı́ těsně pod A1 difuze Fe i C → feriticko cementická směs → perlit 2. většı́ přechlazenı́, difuze Fe nenı́ účinná, difuze C ano → deskové krystaly přesyceného feritu α a drobné karbidy 3. velmi vysoké přechlazenı́ → bezdifúznı́ → přesycený tuhý roztok v Fe α. 21 6.2. Chemicko-tepelné zpracovánı́ 6.1.2 22 Popouštěnı́ Provádı́ se po kalenı́ (čerstvě zakalený předmět je tvrdý a křehký), snižuje vnitřnı́ pnutı́ a řehkost po kalenı́ = opalový ohřev po kalenı́ → pokles tvrdosti a růst houževnatosti • za nı́zkých teplot - (do 350 ◦ C), nástrojové oceli, snı́ženı́ vnitřnı́ho pnutı́, zvýšenı́ houževnatosti • za vysokých teplot - (500 ◦ C), společně s kalenı́m → zušlecht’ovánı́, konstrukčnı́ oceli, pro předměty s vysokou pevnostı́ a zároveň houževnatostı́ a plasticitou oceli. 6.1.3 Kalenı́ dosáhnout stavu odlišného od stavu normálnı́ho, ohřev na kalicı́ teplotu těsně nad A3 , výdrž a rychlé ochlazenı́ → zvýšı́ se tvrdost vytvořenı́m nerovnomněrné struktury kalitelnost - schopnost oceli dosáhnout kalenı́m vyššı́ tvrdosti prokalitelnost - schopnost oceli dosáhnout určité tvrdosti při kalenı́ do určité hloubky • nepřetržité • lomené - intenzivnı́ vodnı́ lázeň nad M3 , přenesenı́ do olejové lázně - mı́rnějšı́ ochlazovánı́ • termálnı́ - lázeň, setrvánı́ těsně nad M3 , vzduch • obyčejné - studená vodnı́ lázeň • postupné - velká ozubená kola, zub po zubu, velké předměty • integrálnı́ - celý výrobek struktura po kalenı́ je bainitická nebo martenzitická → růst pevnosti a tvrdosti → jsou tam trhliny → musı́ následovat popouštěnı́ 6.1.4 Zušlecht’ovánı́ = kalenı́ + popouštěnı́ za vysoké teploty ohřı́vánı́: • do 100 ◦ C bezvýznamné • 100 - 200 ◦ C malé vylučovánı́ karbidu ²(F2 C) a vznik nı́zkouhlı́kového kubického martenzitu • 200 - 300 ◦ C rozpad zbytkového austenitu na bainit - objemové změny, může způsobit zkřivenı́ předmětů • 300 - 400 ◦ C vznik cementitu F e3 • nad 500 ◦ C vznik komplexnı́ch karbidů = sekundárnı́ tvrdost - řezné oceli 6.2 Chemicko-tepelné zpracovánı́ • Cementovánı́ - nasycenı́ povrchu součástlami uhlı́ku ohřátı́m nad A3 (C+F), poté následuje kalenı́ • Nitridovánı́ - nasycenı́ dusı́kem, vlastnostı́ se dosahuje během nasycovánı́, bez dalšı́ho kalenı́ • Karbidonitridovánı́ - C+N, na povrchu vznikajı́ karbidy a nitridy 7 Korozivzdorne  , ote Ï ruvzdorne Â, z Ïa  rupevne  a na  strojove  materia  ly 7.1 Korozivzdorné • chromové – kalitelné oceli (martenzitické 0,1 – 1% C, 12 – 18 Cr) použitı́ nerezové armatury, lopatky parnı́ch turbin, chirurgické nástroje, nerezová kuličková ložiska – polokalitelné oceli (poloferitické 0,1 – 0,4% C) kuchyňská zařı́zenı́, ohřı́vače vzduchu – nekalitelné (feritické 0,1%C) v provozu křehnou následkem hrubnutı́ zrna, malá pevnost a plasticita • chromniklové – většı́ koroznı́ odolnost, houževnatost a plasticita než chromové oceli, jsou to austenitické oceli, svařitelné, špatně obrobitelné, nejsou feromagnetické, použitı́ v chemickém průmyslu. • chrommanganové – vyššı́ pevnost ale nižšı́ korozivzdornost a řáruvzdornost než Cr-Ni, použitı́: kuchyňské náčinı́, součásti karosériı́ a vagónů, stavebnı́ kovánı́ 7.2 Źárupevné oceli a slitiny Odolné proti tečenı́ – teploty vyššı́ než 400 ◦ C, schopnost odolávat napětı́ při vyššı́ch teplotách → způsobeno vysokou teplotou tánı́ kovů, přı́sady spomalujı́ difúzi a zvětšujı́ vytvářenı́ tuhých roztoků • Hlinı́kové a hořčı́kové slitiny (220) • Měděné slitiny – bronzy (350) • Uhlı́kové oceli (460) • Titanové slitiny (560) • Nı́zkolegované oceli (700) • Austenitické oceli (800) • Niklové slitiny (990) • Molibdenové slitiny (1100) 23 7.3. Nástrojové materiály 24 • Keramika (1400) - kovokeramika (cermety), 1000 -1200 ◦ C, vzniká slinovánı́m karbidů a oxidů s kovovou žáropevnou matricı́, malá houževnatost • Slitiny vysokotavitelných kovů W, Mo, Nb (2000) 7.3 Nástrojové materiály 7.3.1 Nástrojové oceli Vyznačujı́ se vysokou tvrdostı́, pevnostı́, dostatečnou houževnatost, stálostı́ vlastnostı́ za tepla, odolnostı́ proti opotřebenı́, prokalitelnostı́, stabilitou rozměrů. Podle použitı́ je dělı́me na: • A - řezné nástroje • B - pro střihánı́ • C - nástroje pro tvářenı́ • D - formy • E - nástroje pro drcenı́ a mletı́ • F - ručnı́ nástroje a nářadı́ • G - oceli na měřidla Rozdělenı́ NO podle chemického složenı́ (dle ČSN), třı́da 19 • nelegované 1, 2 (19 191) • slitinové 3, 4, 5, 6, 7 (19 436) • rychlořezné 8 (19 854) 7.3.2 Zvláštnosti tepelného zpracovánı́ nástrojových ocelı́ vznik okujı́ → nutnost počı́tánı́ s přı́davky na soustruženı́, broušenı́ prostředı́ ohřevu: solné lázně, řı́zené atmosféry, vakuum 7.3.3 Slinuté karbidy - WC, TiC, TaC, Cr3 C2 bývajı́ smı́chány s práškem Co, pak se za vysokých teplot spékajı́, použitı́ do teplot 800 - 900 ◦ C, dajı́ se po otupenı́ trochu přebrousit obráběnı́: • P . . . oceli • M . . . litiny • K . . . neželezné kovy, plasty P10, M30, K50 - čı́m nižšı́ čı́slo, tı́m méně Co → vhodné pro dokončovacı́ práce, pevnějšı́ ale křehčı́. Naopak čı́m vyššı́ čı́slo, tı́m vı́c houževnaté, vhodné pro náročné obráběnı́. 7.3. Nástrojové materiály 7.3.4 25 Keramické destičky Vyrábı́ se ve formě destiček určité řezné geometrie, Destička se po otupenı́ jedné strany otáčı́, Al2 O3 + mineralizátory cermety = keramika + metal (až 40% kovů Ni, Mo, Cr) - odolné do vysokých teplot, houževnatějšı́ než běžné keramické destičky 7.3.5 Diamanty dajı́ se jı́m vytvořit nejdokonaleji obrobené plochy, použitı́ je vzácné, protože je drahé 7.3.6 Litiny obsah C ¿ 2,11 %, dobře slévatelné (forma na odlitky téměř stejného tvaru jako finálnı́ odlitek → výroba rámů, převodových skřı́nı́. Litina: • šedá - 42 24xx – očkovaná litina - litina s jemnými lupı́nky grafitu – tvárná litina - se srnitým grafitem – skořepová - na povrchu bı́lá, uvnitř šedá • bı́lá - použı́vá se k temperovánı́ - 42 25xx – oxidačnı́ prostředı́ - uhlı́k difunduje ven, temperovaná litina s bı́lým lomem - 42 2536 - (40) Obrázek 7.1: Temperovánı́ v oxidačnı́m prostředı́ – neutrálnı́ prostředı́ - temperovaná litina s šedým lomem - 42 2531 - (34) Obrázek 7.2: Temperovánı́ v neutrálnı́m prostředı́ • legovaná (speciálnı́) 7.3. Nástrojové materiály 7.3.7 26 Otěruvzdorné oceli a slitiny opotřebenı́: • erozivnı́ - závislé na úhlu dopadu erodujı́cı́ch částic – pro malé úhly - tvrdé kovové i nekovové materiály (bı́lé litiny s martenzitickou matricı́, slinutý korund) – pro úhly 90 ◦ C materiály musı́ absorbovat bez poškozenı́ značnou část Ek dopadajı́cı́ch částic (pryž, ocel v měkkém houževnatém stavu) • abrazivnı́ - krajnı́ přı́pady – sypké abrazivo (rozpojená zemina, pı́sek, popı́lek) a malé měrné tlaky při kontaktu částic s povrchem výrobnı́ho dı́lce. Žádoucı́ při co největšı́ dosahované tvrdost pracovnı́ho povrchu → nı́zkolegované oceli zušlechtěné na vysokou pevnost (1200 - 1800 MPa) o tvrdosti srovnatelné s abrazivem – kusové abrazivo (nerozpojená zemina s kameny, ruda, kameny) a značné měrné tlaky a rázy při styku dı́lce s abrazivem. Hadfieldova ocel - austenitická manganová v tvářeném stavu nebo na odlitky, těžko obrobitelná 8 Hlavnõ  typy slitin nez Ï elezny  ch kovu Ê (Cu, Al, Ni, Mg, Ti, Pb, Zn) a oblasti jejich pouz Ï itõ  8.1 Těžké neželezné kovy a jejich slitiny - slitiny Cu odolnost proti kyselinám sı́rové a octové, rozpouštı́ se v kyselině dusičné 8.1.1 Bronzi (Cu + Sn) • bronzy cı́nové – Rm 250 - 800 MPa, dobré třecı́ vlastnosti a dobrá tvárnost za studena, použitı́ na ložisková pouzdra, pružiny, sı́ta • bronzy olověné - Cu + Pb + Sn, použitı́ na ložiska • červené bronzy - CuSn5 Zn5 P b5 , použitı́ na armatury • hlinı́kové bronzy – vysoká pevnost a tvrdost, korozivzdornost, použitı́ na šneková kola, nejiskřı́cı́ nástroje • niklové bronzy – dobrá pevnost i za tepla, použitı́ na kondenzátorové trubky, odporové dráty, termočlánky • křemı́kové bronzy – levné, dobré třecı́ vlastnosti • CuCrZn – dobrá elektrická vodivost, použitı́ na kotouče a elektrody odporových svářeček 8.1.2 Mosazi (Cu + Zn) Dobrá tvárnost za studena, odolnost proti korozi • mosazi ke tvářenı́ – tombaky (dráty do sı́ta, manometry, bižuterie), hlubokotažné (lopatky, hudebnı́ nástroje, nábojnice) • mosazi automatové – přı́sada Pb, na hromadně vyráběné součásti na automatech, použitı́ na zápustky • mosazi niklové – namáhané pružiny, stavebnictvı́ • mosazi slévárenské - méně namáhané odlitky, přidánı́ Pb (1 - 2%) na zlepšenı́ obrobitelnosti – mosazi hlinı́kové – trubky výměnı́ků – mosazi manganové – odolné proti korozi 27 8.1. Těžké neželezné kovy a jejich slitiny - slitiny Cu 8.1.3 28 Lehké neželezné kovy a jejich slitiny Slitiny hlinı́ku • k tvářenı́ – avialy - elektrotechnika – duraly – letectvı́, nı́zká hmotnost – vysokopevné materiály – pokročilé slitiny – s litiem • ke slévánı́ - siluminy – pı́sty, tenkostěnné odlitky (dobře leštitelné, odolné za tepla) Slitiny titanu žárupevné, letecký průmysl, Ti má dobré vlastnosti pouze s přı́sadami. Slitiny niklu odolné proti tečenı́ • duracinal • monel • masteiloy • inconel Olovo odolnost proti H2SO4, HF, použı́vá se k vykládánı́ nádržı́, malá pevnost. 8.1.4 Nežádoucı́ prvky Fosfor (P) u ocelı́ zvyšuje křehkost, u litin zvyšuje pevnost a odolnost proti opotřebenı́ (to je OK) Sı́ra (S) zhoršuje mechanické vlastnosti, svařitelnost 8.1.5 Kyslı́k (O) zvyšuje tvrdost, křehkost Dusı́k (N), Vodı́k (H) zhoršujı́ mechanické vlastnosti (pevnost v tahu a tažnost) 8.1.6 Prospěné prvky Mangan (Mn) zvyšuje pevnost a mez kluzu, zlepšuje tvářenı́ za studena, odolnost proti opotřebenı́, snižuje tepelnou vodivost. Křemı́k (Si) zvyšuje pevnost v tahu, tvrdost, odolnost proti oxidaci a korozi. 8.1. Těžké neželezné kovy a jejich slitiny - slitiny Cu W, Mo, Cr zvyšujı́ mechanické vlastnosti pro zachovánı́ houževnatosti Cr, Mo zvyšujı́ žárupevnost 29 9 Za  kladnõ  rozde Ï lenõ  a charakteristika polymeru Ê . Vliv teploty na jejich vlastnosti Polymer – makromolekulárnı́ látka přı́rodnı́ i syntetická Dělenı́ podle tvaru makromolekul: • lineárnı́ – majı́ samostatné řetězce kladné • rozvětvené – lineárnı́ řetězce s bočnı́mi chemickými skupinami • termoplasty – dodávánı́m tepelné energie docházı́ k rozrušovánı́ soudržnosti těchto sil, původně tvrdý polymer měkne a chová se jako kaučuk, při dalšı́m dodávánı́ energie se stává viskozně tekutým ( lineárnı́ amorfnı́ termoplasty: polystyren PS, polyvinilchlorid PVC, polykarbonát Pc, Pe mikroten; částečně krystalické termoplasty: polyetylen PE, polypropylen PP, polytetrafluoretylen PTFE, polyamid) • zesı́t’ované – řetězce propojené ve všech směrech chem. rozboru a vytvářejı́ prostorovou třı́rozměrnou sı́t’ – reaktoplasty – dodávánı́ tepelné energie zvětšuje hmota svou pohyblivost, ale neoddělı́ se, nelze ji roztavit, zesı́t’ovánı́ nastává bodem tvářenı́, jakmile je ukončeno, nenı́ dalšı́ tvářenı́ možné – vytvrzovánı́ – tvrdé hmoty – elastomery – (pryže, lineárnı́ kopolymery) – syntetický kaučuk při vulkanizaci 9.0.7 Teplotnı́ závislost modulu pružnosti Tg . . . teplota skelného přechodu - uvolnı́ se pohyblivost Tt . . . teplota tánı́ krystalů 1 . . . lineárnı́ amorfnı́ termoplast 2 . . . semikrystalický (částečně krystalický termoplast 30 31 Obrázek 9.1: Teplotnı́ závislost modulu pružnosti 10 Sle  va  renske  vlastnosti slitin, pr Ï õc Ï iny vzniku vad a vnitr Ïnõ Âch pnutõ  Slévárenské vlastnosti litin rozhodujı́cı́m způsobem ovlivňujı́ výrobu odlitků. Jejich souhrnem je slévatelnost. Jsou závislé i na technologických podmı́nkách: teplota, rychlost litı́, konstrukce formy. Tavitelnost schopnost kovů a jejich slitin přecházet z tuhého skupenstvı́ do kapalného a tvořit homogennı́ taveniny při dodrženı́ předepsaného chemického složenı́ a stupně čistoty Tekutost pro slévárenskou praxi má předevšı́m význam tekutost měřená při plněnı́ forem – zabı́havost 1 ν ν . . . dynamická viskozita - odpor kapaliny proti tečenı́ φ= Zabı́havost Je schopnost roztaveného kovu vyplňovat co nejdokonaleji slévárenskou formu. Měřı́ se odlévánı́m zkušebnı́ch odlitků přesně definovaného tvaru za konstantnı́ch licı́ch podmı́nek (Curyho spirálová zkouška zabı́havosti – zabı́havost se hodnotı́ délkou odlité spirály) Faktory ovlivňujı́cı́ zabı́havost: měrná hmotnost, měrné teplo a skupenské teplo tuhnutı́, chemické složenı́, viskozita, povrchové napětı́, naplyněnı́, kysličnı́kové filmy a nečistoty, licı́ teplota, rychlost prouděnı́ taveniny, forma. 10.1 Objemové změny při tuhnutı́ a chladnutı́ • smršt’ovánı́ chladnoucı́ tekuté fáze – je způsobeno teplotnı́ roztažnostı́ taveniny, probı́há nejprve v celém objemu mezi teplotou likvidu a solidu, pak ve zbytku tekuté fáze. Velikost objemu smrštěnı́ mezi licı́ teplotou a teplotou solidu je možno určit ze vztahu: ²n = Vl ic − Vl = αv l(tl ic − tt ) Vl • Smršt’ovánı́ při změně skupenstvı́ – je přı́činou vzniku dutin v odlitku, tzv. staženin, je vysvětlováno zánikem vakantnı́ch mı́st a vytvořenı́m uspořádané krystalové mřı́žky. Poměrná objemová změna při ztuhnutı́ slitiny je dána vztahem ²V K = δV V • Smršt’ovánı́ ve skupenstvı́ tuhém a objemové změny při fázových přeměnách – změny objemu ztuhlého odlitku se projevujı́ předevšı́m změnami rozměru – lineárnı́ smršt’ovánı́ 32 10.1. Objemové změny při tuhnutı́ a chladnutı́ ²V S = 33 VS − Vo = αV S(ts − t0 ) ± (²v f ) V0 délka smrštěnı́ odlitku ²l s = ls − l0 ²v s = αl s(ts − t0 ) ± (²e f ) = l0 3 staženiny - dutiny na povrchu nebo uvnitř odlitku, které vznikajı́ při zmenšovánı́ objemu kovů a slitin při tuhnutı́. Vzniká v mı́stech, která tuhnou naposledy. 10.1.1 Interakce taveniny s formou • smáčivá forma • nesmáčivá forma - většinou • indiferentnı́ forma 10.1.2 Tepelné zapékánı́ je-li licı́ teplota vyššı́ než teplota tavenı́ složky formovacı́ho materiálu dojde ke spékánı́ pı́sku a jeho spojenı́ s kovem. Nutný výběr vhodných ostřiv: živce, přı́rodnı́ křemenný pı́sek, šamot, magnezit, korund, zirkon, grafit. Licı́ teploty: • Titan 1900 ◦ C • Uhlı́kové oceli 1500 ◦ C • Šedá litina 1300 ◦ C • Hlinı́k 700 ◦ C 10.1.3 Vznik bublin v odlitcı́ch přı́činou jsou plyny uvolňované při ohřevu. Plyny se tvořı́ ve vrstvě formy a unikajı́ tak cestou nejmenšı́ho odporu. Je třeba aby formy byly prodyšné a měly průduchy a výfuky ve formě i v jádře. 10.1.4 Vnitřnı́ pnutı́ vznikajı́ v odlitcı́ch jako důsledek rozdı́lně probı́hajı́cı́ch objemových změn jednotlivých částı́ odlitků. Může dojı́t k porušenı́ celistvosti odlitku nebo k jeho zborcenı́. Poruchy se podle údobı́ vzniku dělı́ na: • trhliny – začı́najı́ se tvořit nad teplotou solidu, v té době již pevná kostra odlitku, která se začı́ná smršt’ovat, vazby mezi krystaly jsou ještě slabé. Sklon ke vzniku: vyššı́ součinitel teplotnı́ roztažnosti, vyššı́ teplotnı́ rozdı́ly v odlitku, odpory proti smršt’ovánı́ odlitku • praskliny – za nı́zkých teplot v oblasti převážně pružných deformacı́ – náchylné jsou křehké slitiny, mohou vznikat i po vychladnutı́ odlitků po nárazech a obráběnı́. 11 Za  klady metalurgie litin, ocelõ  a nez Ï elezny  ch kovu Ê ± tavicõ  a ra®nac Ï nõ  pochody Tavicı́ procesy se dělı́: • přetavovánı́ – pouhé roztavenı́ vsázky • tavenı́ s metalurgickými (rafinačnı́mi) pochody – použitı́ vhodných strusek a tavidel reagujı́cı́ch s taveninou. Většina pochodů založena na odstraňovánı́ nečistot oxidacı́. (pro fosfor, sı́ra se váže na vápnı́k) 11.1 Tavenı́ litiny 1. v kuplovně – válcová šachtová pec (sázecı́ otvor, ocelový plášt’, otvor pro odpich litiny). Ocelový plášt’je cháněný žáruvzdornou vyzdı́vkou, která může být kyselé povahy (šamot) nebo zásadité povahy (magnezit, dolomit), nebo bez vyzdı́vky, kdy je ocelový plášt’chlazen vodou. Dno kuplovny je deska s dvı́řky, na kterou se upěchuje z formovacı́ směsi půda pece. V plášti jsou potom dole pracovnı́ otvor pro zapalovánı́, zezadu otvor pro vypouštěnı́ strusky a těsně nad nı́m je po celém obvodu dmyšnı́ trubice. Skladba: kovová vsázka – surová železa, vratný materiál, ocelový a litinový odpad feroslitiny – pro dosaženı́ požadovaného složenı́ slitiny koks tavidla – ke slepšenı́ tekutosti strusky – vápenec Kuplovny jsou jednoduché, majı́ nı́zké náklady na tavenı́, znečišt’ujı́ okolı́ plynnými i pevnými částicemi – jsou nutné odlučovače a ty jsou nákladné. 2. v elektrických pecı́ch • indukčnı́ pece – nevýhoda: omezená možnost rafinace taveniny struskou – výhody: přı́má přeměna el. Energie v teplo s minimálnı́mi ztrátami, intenzivnı́ mı́chánı́ taveniny elektromagenetickými silami, malé změny chemického složenı́ během tavenı́ a neomezené možnosti legovánı́, možnost tavenı́ v ochraných atmosférách a ve vakuu, malá množstvı́ exhalacı́, neomezeně dosažitelná teplota a snadná regulace, možnost užitı́ méně jakostnı́ch odpadů. • kanálkové – nižšı́ výkony • Kelı́mkové – vyššı́ výkony při malých rozměrech pece • elektrické obloukové pece – pro tavenı́ litin, kdy je nutné dosáhnout velmi nı́zkých obsahů sı́ry, zásadité pochody (zásaditá struska i vyzdı́vka), poměrně malé změny chemického složenı́ 34 11.2. Tavenı́ oceli 11.2 35 Tavenı́ oceli Tavenı́ v elektrických obloukových pecı́ch. Majı́ nı́zké náklady na tavenı́ (Pece Siemens). Tři grafitové elektrody procházejı́ vı́kem pece, jsou připojené na 3-fázový pecnı́ transformátor. Proud s elektrody procházı́ obloukem a struskou do taveniny, kde se vyrovnává s proudy od zbývajı́cı́ch elektrod , proto nenı́ nutný nulový vodič. Pece jsou vyzděny nebo vydusány zásaditě – magnezitem – možnost užitı́ silně zásadité strusky, potřebné pro snı́ženı́ obsahu P a S. Přidává se vápno jako struskotvorná přı́sada 3 typy taveb: • mateřská s oxidačnı́m a redukčnı́m údobı́m • jednostruskový pochod pouze s oxidačnı́m údobı́m • přetavby bez oxidace i redukce 11.2.1 Oxidačnı́ perioda zdrojem kyslı́ku je přı́sada železné rudy do strusky a někdy i kyslı́k dmýchaný trubicemi přı́mo pod hladinu lázně. Oxidace se provádı́ za účelem: • snı́ženı́ obsahu P pod 0,02 • odstraněnı́ plynů v oceli (H, N) • odstraněnı́ nekovových vměstků Oxidace prvků rozpuštěných v oceli probı́há podle jejich afinity ke kyslı́ku a proto jsou před oxidacı́ fosforu vyloučeny i prospěšné prvky , které se pak znova dodávajı́ (Al, Ti, Si, Mn, Cr, Zn, V, P, W, C, Fe, S, Ni, Mo, Co, Cu) Sı́ru nelze oxidacı́ odstranit. 11.2.2 Redukčnı́ (rafinačnı́) perioda • odstraněnı́ oxidů zbylých po oxidaci v oceli • odstraněnı́ sı́ry • dosaženı́ požadovaného chemického složenı́ • dosaženı́ požadované odpichové teploty 11.2.3 dezoxidace • difúznı́ (povrchová) – dezoxidace strusky mletým koksem • srážecı́ (hlubinová) – provádı́ se přı́sadou látek s vysokou afinitou ke kyslı́ku (Al, Si, Mn). V poslednı́ době sekundárnı́ mimopecnı́ metalurgie – el. pece se použı́vajı́ jako výkonné tavicı́ jednotky a dalšı́ pochody se provádějı́ v pánvı́ch nebo speciálnı́ch pánvovitých pecı́ch. Použı́vajı́ se pro výrobu oceli vysoké čistoty. 11.3. Tavenı́ slitin hlinı́ku 11.3 36 Tavenı́ slitin hlinı́ku Provádı́ se v kelı́mkových, bubnových nebo nı́stějových pecı́ch, které dělı́me dle ohřevu na: • plynové • na kapalná paliva • elektrické indukčnı́ • elektrické odporové metalurgie dle slitin – použitı́ přı́pravků: • krycı́ a čistı́cı́ • odplyňujı́cı́ • modifikačnı́ – obsahujı́cı́ Na nebo Sr, jimiž se potlacı́ vnik hrubých jehlic křemı́ku • zjemňujı́cı́ Slitiny hlinı́ku se odlévajı́ do pı́sku, častěji však tlakově nebo do kokil. 11.4 Tavenı́ slitin mědi Tavenı́ velektrických a plynových kelı́mkových pecı́ch. Hlavnı́ snaha je omezenı́ propalu a naplyněnı́. Tavenina se kryje dřevěným uhlı́m, promývá dusı́kem uvolňovaným z tablet a dezoxiduje fosforovou mědı́ CuP 12 Ovlivn Ï ova  nõ  struktury odlitku Ê ± modi®kace, oc Ï kova  nõ Â, tuhnutõ  a tepelne  zpracova Ân Abychom zı́skali konečnou požadovanou strukturu slitin, je třeba dokonale řı́dit jejich metalurgii a technologii výroby z hlediska 3 hlavnı́ch činitelů: 1. Chemické složenı́ • technické slitiny železa běžně obsahujı́ C, Si, Mn, P, S • největšı́ vliv na vlastnosti má C – podle jeho množstvı́ rozlišujeme oceli do 2%C, nı́zkouhlı́kové litiny 2-2,6%C a surová železa a litiny nad 2,6%C 2. Rychlost chladnutı́ • lze ovlivnit • rozdı́l teploty mezi kovem a formou v okamžiku litı́, členitost vtokové soustavy, charakter formy, konstrukčnı́ složitost a členitost odlitku 3. Zpracovánı́ slitiny v tekutém stavu je zastoupeno tepelným průběhem kovu v tekutém stavu vlivem očkovacı́ch přı́davků na žlábek či v pánvi. 12.1 Očkovánı́ Do roztaveného kovu, předehřátého na dostatečně vysokou teplotu se přidává malé množstvı́ látky – očkovadla, jež způsobı́ podstatnou změnu v přechlazenı́ litiny a tı́m ovlivnı́ jejı́krystalizaci, zejména krystalizaci eutektickou. Jako očkovadlo se nejčastěji použı́vá 75% ferosilicium 12.2 Tuhnutı́ odlitků Vytvářenı́ souvislé vrstvy tuhé fáze na úkor fáze tekuté. Průběh je dán teplotnı́m polem v chladnoucı́m odlitku, které závisı́ na charakteristikách odlitku, fyzikálně-tepelných vlastnostech slitiny a formy, podmı́nkách přı́stupu tepla z odlitku do formy. Tuhnutı́ odlitků může u širokých dvoufázových pásem být neprogresivnı́ (objemové) u většiny technických slitin, nebo progresivnı́ (vrstevnaté), dojde-li ke splynutı́ izolikvidy a izosolidy. Čı́m je dvoufázové pásmo širšı́, tı́m většı́ je výskyt mikrostaženin v odlitku. Teplotnı́ gradient, který ukazuje směr nejrychlejšı́ho růstu teploty ve sledovaném mı́stě, může být: • kladný – odlitek tuhne od odlehlých mı́st směrem k nálitku • záporný – nenı́ umožněno dosazovánı́ taveniny z nálitku do vzdálených mı́st, důsledkem toho je vznik staženin Tuhnutı́ lze řı́dit vhodným nálitkovánı́m nebo použitı́m různých chladı́tek. 37 12.3. Tepelné zpracovánı́ 12.3 38 Tepelné zpracovánı́ Zlepšuje mechanické vlastnosti odlitků a odstraňuje některé nedostatky licı́ struktury. 12.3.1 Žı́hánı́ ke snı́ženı́ pnutı́: • feritizačnı́ žı́hánı́ (snižuje tvrdost, zvyšuje plasticitu, zlepšuje obrobitelnost) • normalizačnı́ žı́hánı́ (zvyšuje pevnost, tvrdost, odolnost proti opotřebenı́) • žı́hán na měkko (zlepšenı́ obrobitelnosti) • grafitizačnı́ žı́hánı́ (u tvárných litin, k odstraněnı́ volného cementitu) • homogenizačnı́ žı́hánı́ (zvyšuje houževnatost a tažnost při zachovánı́ pevnosti a tvrdosti) • zušlecht’ovánı́ (pevnost a tvrdost, horšı́ plasticita) • kalenı́ (u ocelı́, zvyšuje se tı́m tuhost a odolnost) 13 Technologie vy  roby sle  va  rensky  ch forem ± charakteristika, vy  hody, oblasti pouz Ï it 13.1 Formy nádoba ze žáruvzdorného materiálu, jejı́ž dutina tvořı́ negativ odlitku Model má tvar odlitku zvětšenı́ o smrštěnı́ a přı́davek na obráběnı́. Mohou být nedělené nebo dělené. Formovacı́ látka směs ostřiv a pojiv, má být tvárná, pevná, soudržná, prodyšná, rozpadavá a žáruvzdorná. 13.1.1 Druhy forem 1. Trvalé – kovové formy pro odlévánı́ neželezných kovů • tlakové – velké série, slitiny s nı́zkou teplotou tavenı́ Al, Cu, Mg, Zn, vysoká přesnost • kokilové – beztlaké, malé odlitky ze ŠL, menšı́ série, důsledkem pomalého litı́ vysoce kvalitnı́ struktura, slitiny Al, Cu, Sn 2. Netrvalé – na jedno použitı́, vysoká odolnost proti teplotám, použitı́ pro vysokotavitelné materiály. • klasické pı́skové – univerzálnı́ pro všechny slitiny a velikosti • vytavitelný model – pro tvarově složité výrobky ze všech slitin a drahých materiálů – jinak neekonomické • skořepiny – sériová výroba, pro všechny slitiny, velikostně do 100 kg 3. Polotrvalé – z keramických látek pro jednoduché odlitky s většı́mi úkosy. Polotrvalý spodek formy a hornı́ dı́l se většinou pěchuje běžným způsobem. 13.1.2 Výroba forem Formovacı́ směsi s jı́lovými pojivy (bentonit, illitické jı́ly) přı́sady: vodnı́ sklo, cukernaté látky, škroby • Ručnı́ formovánı́ • Strojnı́ formovánı́ – lisovánı́m, střásánı́m, pı́skomety, impulznı́ formovánı́ Zvláštnı́ způsoby výroby forem • metoda chemicky tvrzených částı́ – směs s vodnı́m sklem je vytvrzována pomocı́ CO2 • výroba skořepinových forem – formovacı́ směs (ostřivo a pryskyřice) se nanese na kovový model ohřátý na teplotu vytvrzovanı́ – vytvořenı́ skořepiny, která je následně ještě vytvrzena 39 13.2. Jádro 40 • výroba keramických forem pomocı́ vytavitelného modelu – model z nı́zkotavitelného materiálu (vosku) se zalije samovolně tuhnoucı́ tekutou keramickou hmotou, po jejı́m zatuhnutı́ se model vytavı́ horkým vzduchem nebo ve vroucı́ vodě. 13.2 Jádro část formy, která vytvářı́ dutiny v odlitku. Nepravá a pravá jádra 13.2.1 Výroba jader • Foukánı́m • Vstřebávánı́m • Metodou chemicky vytvrzených směsı́ • Skořepinová jádra • Výroba jader ze samotuhnoucı́ch směsı́ s pryskyřicemi • Metoda horkého jadernı́ku • Metoda studeného jadernı́ku 14 Zpu Ê soby litõ  - odstr Ïedive  , kokilove  , tlakove  , plynule  a vakuove  , vy  hody a oblasti pouz Ï itõ  14.1 Odstředivé litı́ Je litı́ do rotujı́cı́ formy – zvýšenı́ tlaků – usnadňuje zaběhnutı́ členitých i tenkostěnných odlitků. Umožňuje vytvářet dutiny bez použitı́ jader. Užı́vá se na výrobu rotačnı́ch součástı́ – ložiskové výstelky a pánve, pı́stnı́ kroužky, kola, litinové trouby, nástroje. 3 způsoby litı́: • pravé odstředivé litı́ – forma rotuje kolem svislé či vodorovné osy a vnitřnı́ povrch odlitku je utvářen jen odstředivou silou – trouby • poloodstředivé litı́ – odlitek je utvářen nejen odstředivou silou, ale i formou a jádry – ozubená kola, oběžná kola, rotory elektromotorů • odstřed’ovánı́ – forma rotuje kolem centrálnı́ho rotoru a roztavený kov je tlačen odstředivou silou do dutin pro jednotlivé odlitky 14.2 Kokilové litı́ kokila – kovová forma pro gravitačnı́, kontinuálnı́ a odstředivé litı́ Kokilové litı́ – gravitačnı́ litı́ do kovovoých forem. Materiál kokil musı́ být dostatečně žáruvzdorný, žárupevný a odolný proti deformacı́m a vzniku trhlinpři změnách teploty. Kokily se předehřı́vajı́ na provoznı́ teplotu a by nedošlo k jejich poškozenı́. Odlitky majı́ mı́t co nejjednoduššı́ tvar a dostatečné úkosy. Použitı́ pro sériovou a hromadnou výrobu menšı́ch odlitků ze šedé litiny a zejména z neželezných kovů, série 100 – 10 000 odlitků. 14.3 Tlakové litı́ Roztavený kov je vtlačen do kovové formy vysokým tlakem (20 – 600 MPa), dı́ky tomu může zaplnit i velmi tenké stěny a složité detaily formy. • Stroje s teplou komorou – vstřikovacı́ komora je umı́stěna přı́mo v kelı́mku s roztaveným kovem • Stroje se studenou komorou – vstřikovacı́ komora je zcela oddělena od udržovacı́ pece. Do komory se nalévá tavenina lžı́cı́ a okamžitě se vstřikuje pı́stem do formy. Stroje mohou být s horizontálnı́ nebo vertikálnı́ komorou. Použitı́: všechny odlitky se slitin Zn, polovina ze slitin Al, drobné odlitky se slitin Cu, slitiny Pb, Sn, Mg. Velkosériová a hromadná výroba do 10 kg (blok motoru, těleso karburátoru, výroba kancelářských strojů, nářadı́, hraček, dekorativnı́ zbožı́, šperky) 41 14.4. Plynulé litı́ 14.4 42 Plynulé litı́ Tavenina se z pánve dopravı́ do udržovacı́ pece, odkud vytéká chlazeným krystalizátorem zvoleného průřezu, v němž povrch tuhne. Odtud ještě s tekutým jádrem je vytahován tažným zařı́zenı́m, chlazen a nakonec dělen na potřebné délky, vertikálnı́, horizontálnı́ uspořádánı́. Použitı́ – tyče do průměru 400 mm, silnostěnné trubky, pásy a speciálnı́ profily. Výhody: vysoké využitı́ tekutého kovu, vysoká kvalita odlitků, vysoká produktivita, dobrá kvalita a přesnost profilu, malé deformace a vnitřnı́ pnutı́. 14.5 Litı́ ve vakuu Použı́váno pro litı́ speciálnı́ch slitin, zejména pro letecký a kosmický průmysl – vysoká kvalita taveniny. K tavenı́ se využı́vá indukčnı́ pec s keramickým kelı́mkem, která je umı́stěna ve vakuové komoře, ve které se vývěvami tvořı́ vakuum. Výhody – velmi malé propaly prvků, odstraněnı́ prvků s nı́zkou teplotou varu, odstraněnı́ rozpuštěných plynů, omezenı́ znečišt’ovánı́ taveniny nitridy a oxidy. 15 Za  sady konstrukce odlitku Ê s ohledem na pracnost, jakost a na  klady 1. správná volba materiálu s ohledem na funkci součásti a navržený postup výroby 2. odlitek – hladké, jednoduché tvary o stejnoměrné tloušt’ce stěn, bez ostrých hran a koutů 3. konstrukce má vycházet z předpokládaného způsobu litı́ s ohledem na sériovost výroby 4. model odlitku – co nejméně dělicı́ch ploch pokud možno rovinných 5. modely a formy musı́ jı́t vyjmout – vhodné úkosy 6. jádra co nejjednoduššı́ – lehká odstranitelnost 7. různé tloušt’ky stěn třeba spojovat pozvolnými přechody 8. vnitřnı́ stěny chladnou pomaleji – majı́ mı́t asi o 20% menšı́ tloušt’ku než stěny vnějšı́ 9. vyhnout se hromaděnı́ materiálu a koncentraci napětı́ 10. konstrukce má umožnit rovnoměrné tuhnutı́ – nálitkovánı́ tloušt’ky stěn směrem k nálitku se majı́ rozšiřovat, nálitek musı́ tuhnout až jako poslednı́, nálitky pravidlo vepsané koule 11. deformovánı́ odlitku lze zabránit vhodným profilovánı́m a žebrovánı́m 12. pevnost v tlaku X v tahu 13. konstrukce odlitku má umožnit snadné čištěnı́ a odstraňovánı́ nálitku 14. velikost a počet obráběných ploch je třeba snı́žit na minimum 15. správná volba přı́davků na obráběnı́. 15.1 Možnosti mechanizace a automatizace • Mı́sı́cı́ a kontrolnı́ zařı́zenı́ v úpravně formovacı́ch materiálů • Formovacı́ a střásacı́ stroje • Vytřásacı́ rošty • Mechanické a pneumatické skáče na odstraňovánı́ vtokových soustav a nálitků • Tryskače na očištěnı́ odlitků a forem • Linky na čištěnı́ vratných formovacı́ch materiálů a vratných kovů • Linky na povrchovou úpravu modelů a odlitků • Různá dopravnı́ zařı́zenı́ mezi jednotlivými provozy 43 16 Plasticka  deformace kovu Ê a jejõ  vliv na strukturu a vlastnosti tva Âr Ïeny  ch dõ Âlu Ê Tvářecı́ pochody - válcovánı́, taženı́, protlačovánı́, kovánı́, lisovánı́ Základem jsou veliké plastické deformace umožněné plastickými vlastnostmi některých kovů a jejich slitin. Jde o trvalou změnu tvaru a rozměrů tělesa vyvolanou účinkem vnějšı́ch sil (tvářecı́ nástroj, stroj). V tělese musı́ být vyvolán stav napjatosti, aby byla překročena mez kluzu materiálu, a tak vznikla trvalá deformace materiálu, aniž by došlo k porušenı́ soudržnosti. Tento děj je provázen fyzikálnı́mi změnami materiálu (strukturálnı́ změny, změny fyzikálnı́ch a mechanických vlastnosti). Jde o postupné přemı́st’ovánı́ částic kovu v tuhém stavu. Měnı́ se krystalická stavba kovů - tvářenı́ se označuje jako plastické tečenı́ kovů. Objem tělesa se nezměnı́, tvářecı́ pochod je spojitý děj, čehož lze využı́t ve výpočetnı́ technice rovnic kontinuity. 16.1 Fyzikálnı́ povaha a mechanismus plastické deformace Proti vnějšı́m silám, které působı́ na těleso, působı́ sı́ly vnitřnı́ (kov se jimi bránı́ přetvořenı́). Tvářecı́ efekt závisı́ na stavbě tvářeného materiálu. Docházı́ k posuvu atomů v celých vrstvách a určitých rovinách mechanismem prostý kluz (translace). Napětı́ potřebné ke kluzu v určité rovině je kritické kluzné (smykové) napětı́. chybı́ obr. V polokrystalickém materiálu záležı́ i na: hranici a velikosti zrn, jejich orientaci a na přı́tomnosti různých fázı́. (kr - krystalografická mez kluzu (závisı́ na teplotě a rychlosti deformace, přı́padně na předešlé deformaci) 16.1.1 Vliv struktury Na vznik plastické deformace má vliv předevšı́m atomová stavba krystalové mřı́žky. Ta má různý charakter - různý počet možných kluzných rovin - různá možnost ke vzniku translace. Čı́m je struktura jemnozrnějšı́, tı́m roste deformačnı́ odpor a zhoršuje se plastičnost. U nepravidelného uspořádánı́ docházı́ k deformaci rychleji. 16.1.2 Vliv teploty • Za studena - velký odpor ke tvářenı́ + vznik poruch a trhlin - zpevňovánı́ (následným ohřevem docházı́ ke zotavovánı́ až k rekrystalizaci) • Za tepla - rekrystalizace probı́há současně se zpevňovánı́m a kompenzuje ho, nedocházı́ k velkým změnám vlastnostı́ tvářeného materiálu. 16.1.3 Vliv rychlosti deformace S rostoucı́ rychlostı́ deformace roste i odpor proti deformaci a zároveň klesá tvárnost materiálu. Ke skluzu docházı́ nejprve v těch rovinách, kde tangenciálnı́ smykové napětı́ vyvolané vnějšı́ silou dosáhne (kr. Měřenı́m u skutečných kovů a slitin byl zjištěn nesoulad s hodnotou vypočtenou na základě úvahy o mechanismu skluzu. Vysvětluje to teorie aislokaci = ke skluzu docházı́ postupným přemist’ovánı́m relativně malého počtu atomů. 44 16.1. Fyzikálnı́ povaha a mechanismus plastické deformace 45 Zotavenı́: nenı́ zcela teoreticky vysvětleno, celý děj souvisı́ s přesunem velkého počtu atomů Rekrystalizace: netvořı́ se nová fáze, tj. neměnı́ se typ strukturnı́ mřı́žky, nýbrž se upevňuje předchozı́ deformacı́ porušená stavba krystalu za současné změny velikosti zrna. 4 fáze rekrystalizace: 1. vznik zárodků nových krystalů 2. růst nových krystalů ze zárodků až k jejich vzájemnému dotyku 3. hubnutı́ rekrystalizovaného zrna 4. dostatečný růst některých zrn Po rekrystalizaci zı́skává materiál své původnı́ vlastnosti. Rekrystalizace a zotavenı́ jsou děje nevratné a souvisı́ tedy se zmenšovánı́m volné energie. 17 Hlavnõ  znaky a rozde Ï lenõ  tva Âr Ïecõ Âch pochodu Ê - vliv teploty, rychlosti a stavu napjatosti Tvářenı́ se dělı́ nejčastěji podle: 1. teploty tvářenı́ a tepelného efektu tvářecı́ho procesu 2. dosaženého stupně deformace 3. působenı́ vnějšı́ sı́ly na materiál, jaký je výchozı́ tvar materiálu Add 1 (dělenı́ podle teploty a tepelného efektu tvářecı́ho procesu) Plastické vlastnosti a odpor proti deformacı́m se měnı́ s teplotou. Základnı́ rozdělenı́ tvářecı́ch pochodů je podle rekrystalizačnı́ teploty: 1. tvářenı́ za studena - válcovánı́, lisovánı́, taženı́, ohýbánı́, raženı́ a kalibrace, vytlačovánı́, atd. při teplotě 0,3Ttav 2. tvářenı́ za tepla - válcovánı́, lisovánı́, kovánı́, protlačovánı́ při 0,7Ttav. Množstvı́ tepla, které vznikne přeměnou části energie vynaložené na deformačnı́ proces závisı́ na rychlosti deformace a velikosti deformačnı́ho odporu Tvářecı́ procesy: 1. izotermický - všechno teplo se odvede do okolı́ 2. adiabatický - všechno teplo se spotřebuje na zvýšenı́ teploty tvářeného materiálu 3. polytropický - část tepla odejde do okolı́ a část zvýšı́ teplotu materiálu Add 2 (dělenı́ podle dosaženého stupně deformace) Týká se tvářenı́ za tepla, kdy racionálnost různých způsobů tvářenı́ určujeme jako poměr velikosti volné plochy tvářeného tělesa k ploše, která je v dotyku s nástrojem. • volný povrch ¿ povrch v dotyku s nástrojem - k deformaci je zapotřebı́ malé sı́ly, hrozı́ nebezpečı́ trhlin, metody: volné kovánı́ mezi plochými kovadly • volný povrch = povrch v dotyku s nástrojem - k deformaci je zapotřebı́ většı́ sı́ly, metody: volné kovánı́ v tvarových kovadlech, kovánı́ v otevřených zápustkách • volný povrch ¡ povrch dotyku s nástrojem - k deformaci je potřeba velmi vysoké sı́ly, metody: kovánı́ v uzavřených zápustkách, protlačovánı́, válcovánı́, taženı́ průvlakem Add 3 (dělenı́ podle působenı́ sil na materiál a výsledného tvaru materiálu) Podle způsobu působenı́ vnějšı́ch sil na materiál rozeznáváme: válcovánı́ podélné a přı́čné, taženı́ průvlakem, protlačovánı́, kovánı́ a lisovánı́ (volné, zápustkové), ohýbánı́, kalibrovánı́, tvářenı́ vysokými energiemi. Podle tvaru výchozı́ho polotovaru se tvářenı́ dělı́ na plošné a objemové. Trek = 0,4 Ttav 46 18 Materia  ly a polotovary pro tva Âr Ïenõ Â, pr Ï õprava, ohr Ïev a volba tva Âr Ïecõ Âch teplot Pro tento účel se použı́vá celá řada čistých kovů či jejich slitin + kompozity 18.0.4 Použı́vané polotovary 1. ingoty - odlévajı́ se v hmotnosti 0,5 - 300 t ( ve strojı́renských podnicı́ch 10 - 15 t) 2. vývalky - finálnı́ hutnické výrobky vyráběné z ingotů válcovánı́m za tepla, použı́vajı́ se pro volné a zápustkové kovánı́, protlačovánı́, použitı́ většinou v přı́rodnı́m stavu. 3. plechy - výroba součástek hlubokým taženı́m, střihánı́m, ohýbánı́m, tlačenı́m, pro jejich výrobu platı́ zvláštnı́ předpisy, dodávajı́ se v tabulı́ch nebo svitcı́ch ¡ 4 mm - tenké, vı́ce tlusté O každém materiálu použı́vaném ke tvářenı́ je nutno znát jeho chemické složenı́, mechanické vlastnosti, způsob a teplotu ohřevu. Tvařitelnost se kvalifikuje těmito stupni: zaručená, velmi dobrá, dobrá, špatná 18.0.5 Přı́prava materiálu na tvářenı́ 1. Vstupnı́ kontrola materiálu - vstupnı́ kontrola jakosti přı́chozı́ho materiálu (množstvı́, hmotnost, chemické složenı́, mechanické vlastnosti, rozměrové a technologické parametry apod.) pomocı́ rentgenových, ultrazvukových, technologických a jiných zkoušek 2. Dělenı́ materiálu - vycházı́ se z tyčového materiálu, který se dělı́ na přesnou hodnotu (a) dělenı́ řezánı́m okružnı́, rámové, pásové pily (nejvýhodnějšı́ kotoučové pily se vsazovanými zuby nebo se vsazovanými segmenty zubů z rychlořezné oceli) - hladký řez, přesná hmotnost řezaného materiálu, kolmost řezu na osu materiálu, hmotnost odpadu závislá na šı́řce kotouče pily (b) dělenı́ upichovánı́m - zřı́dka použı́vané (drahé, ztráty materiálu), upichovacı́ automaty, universálnı́ soustruhy, velice hladké plochy, přesné rozměry, pouze pro materiál kruhového průřezu (c) dělenı́ lámánı́m - málo (nı́zká kvalita lomové plochy, možnost trhli, pouze pro tvrdé materiály, specielnı́ lámacı́ stroje, mı́sto lámánı́ se musı́ nahřát kyslı́ko-acetylenovým plamenem (vznikne vrub a malá plocha průřezu), pro tvářenı́ za tepla (d) dělenı́ sekánı́m - velmi málo, a to v procesech volného kovánı́, kde nenı́ jiná možnost dělenı́, náročnost, nerovnost odseknuté plochy, časté záseky, využitı́ při odseknutı́ přebytečného materiálu na konci výrobku (e) dělenı́ střihánı́m - nejrozšı́řenějšı́ operace, použitı́ v lisovnách a kovárnách na dělenı́ výchozı́ch polotovarů, vystřihovánı́ součástek z plechu, dokončovacı́ nebo pomocné operace (odstřihovánı́ výrobku, děrovánı́ blány u zápustkových výkovků) 47 48 18.0.6 Způsoby ohřevu na tvářecı́ teploty Cı́l: dosaženı́ správné tvářecı́ teploty, zajištěnı́ rovnoměrného prohřátı́ polotovaru, malé oduhličenı́ povrchu a malé ztráty okujenı́m Zdroje tepla: • plynná paliva (zemnı́ plyn, koksárenský plyn, svı́tiplyn, vysokopecnı́ plyn) • kapalná paliva (odpadnı́ olej z uhelných dehtů, nafta, ropa) • elektrická energie (přı́mý ohřev - pomocı́ odporového tepla vznikajı́cı́m indukčně nebo průchodem proudu přı́mo polotovarem, nepřı́mý ohřev - ohřı́vacı́ pece jsou opatřeny elektrickými topnými elementy) Spalovánı́ plynných a kapalných paliv vyžaduje předevšı́m velmi dobré promı́senı́ paliva s okysličovadlem (atmosférický kyslı́k) a zahřátı́ směsi na zápalnou teplotu. Zvýšenı́ spalované teploty lze dosáhnout předehřátı́m vzduchu nebo topného média. Atmosféra plamenných pecı́ je složena z produktů chemických reakcı́ mezi složkami paliva kyslı́ku a dusı́ku. U kapalných paliv probı́há oxidace C, H2 a uhlovodı́ků, u plynných paliv se měnı́ CO na CO2 . Obvyklá oxidačnı́ atmosféra vede ke vzniku okujı́ (propalu materiálu). Ztráta kovu propalem může být provázena oduhličovánı́m nebo nauhličovánı́m podle složek atmosféry. Ztráty okujenı́m jsou tı́m vyššı́, čı́m vyššı́ je obsah SO2 v pecnı́ atmosféře. Velikost propalu ovlivňuje: složenı́ atmosféry, typ pece, teplota, doba ohřevu, druh materiálu Za účelem zı́skánı́ neoxidujı́cı́ atmosféry se stavı́ komorové pece s plynovou clonou u dvı́řek pece, která je vytvořena plynovým plamenem tak, aby nevnikal do ohřı́vacı́ho prostoru nežádoucı́ vzduch. Jako ochranná atmosféra se může použı́t směs N2 a H2, ochranná atmosféra částečným spálenı́m svı́tiplynu, zemnı́ho plynu nebo propanbutanu. Při ohřevu neželezných kovů a slitin se použı́vajı́ ochranné atmosféry pouze u Cu, Ni a jejich slitin. Je možné též polotovary opatřit před ohřevem ochranným žáruvzdorným nátěrem. Základnı́ podmı́nka pro snı́ženı́ propalu je zkvalitněnı́ ohřı́vacı́ho procesu (zlepšenı́ podmı́nek spalovánı́, automatizace pracı́, rychloohřev). Rychloohřev - zvýšenı́ výkonu pece, snı́ženı́ vlivu oxidace, snı́ženı́ propalu a spotřeby paliva při nižšı́ teplotě (570 0C) je růst okujı́ pomalejšı́. Rychlost ohřevu na tvářecı́ teplotu závisı́ předevšı́m na teplotě pracovnı́ho procesu, na způsobu uloženı́ polotovaru v peci, na rozměrech a tvaru polotovaru a na fyzikálnı́ch vlastnostech kovu. Konečný teplotnı́ spád mezi teplotou pece a materiálu je kolem 100 0C. Teplo v ohřı́vacı́ch pecı́ch se předává konvekcı́ (prostupem), sálánı́m spalovacı́ch plynů, stěn a stropů pece a v polotovaru se šı́řı́ do středu vedenı́m. V hlubinné peci je možnost plynulé dodávky ingotů a jejich rovnoměrného ohřátı́ na válcovacı́ teplotu. • jednocestné (s jednı́m proudem spalin) • dvoucestné - s impulsnı́mi hořáky Dalšı́ typy pecı́: dvoukomorové, komorové, narážecı́, elektrické odporové pece... 19 Technologie objemove  ho tva Âr Ïenõ  - volne  a za  pustkove  kova  nõ Â, protlac Ï ova  nõ  a va  lcova  nõ  19.1 Kovánı́ a lisovánı́ pracovnı́ schopnost bucharů je hodnocena rázovou energiı́, u lisů je jejich mohutnost udávána maximálnı́ silou, kterou je schopen vyvinout. 19.1.1 Technologie volného kovánı́ pěchovánı́, prodlužovánı́, osazovánı́ (zmenšenı́ průřezů v některých mı́stech - hlavně u hřı́dele), přesazovánı́ (přemı́stěnı́ materiálu tak, aby osa přemı́stěné části byla paralelnı́ s původnı́), děrovánı́, ohýbánı́ (měnı́me tvar osy výkovku pomocı́ zvláštnı́ch přı́pravků), sekánı́, zkrucovánı́ (vzájemné natáčenı́ průřezů výkovků - kliky velkých klikových hřı́delů) Volba velikosti tvářecı́ho nástroje závisı́ na druhu operace, rozměrech polotovaru, materiálu výkovku, teplotě tvářenı́ a tvaru kovadel. V praxi se použı́vá empirických vztahů, tabulek a diagramů. Velikost polotovaru vsázeného do ohřı́vacı́ pece hmotnost (m) polotovaru = m výkovku + m odseknutých částı́ a propalu odpad může činit až 40%. Prokovánı́ zajištěnı́ odstraněnı́ nestejnorodostı́ v hrubé licı́ struktuře a odstraněnı́ metalurgických vad. Velikost prokovánı́ se určuje tzv. stupněm prokovánı́ (, který je při prodlužovánı́ dán poměrem: S0 L0 = S L S0 - střednı́ průřez ingotu S - přı́čný průřez výkovku Při přetvářenı́ hraje roli použitá šı́řka kovadel a velikost úderu při kovánı́. Volba velikosti ingotu proto souvisı́ s požadovaným stupněm prokovánı́. p= 19.1.2 Technologie zápustkového kovánı́ 1. Kovánı́ na bucharech - u výkovků s možnostı́ volné deformace v jednotlivých zápustkách (jejich dutina odpovı́dá tvaru hotového výkovku). Dutina je po obvodě opatřena drážkou pro výronek (pojmutı́ přebytečného materiálu, ovlivněnı́ toku materiálu uvnitř formy). Kovánı́ v několika dutinové zápustce (postupové - skládá se např. z dutiny prodlužovacı́, rozdělovacı́, ohýbacı́, předkovacı́, dokončovacı́). Umožňuje vyrobit výkovek na jednom stroji postupně v několika operacı́ch. 2. Kovánı́ na klikových lisech - lis působı́ konstantnı́m tlakem a má stálý zdvih. Na jeden zdvih musı́ být provedena v jedné dutině jedna operace. - menšı́ universálnost, ale i pracnost a náročnost na kvalifikaci pracovnı́ků, než u bucharu 49 19.2. Konečné úpravy výkovků 50 3. Kovánı́ na vodorovných kovacı́ch strojı́ch - výkovky s menšı́mi úkosy, různé tvary konců tyčı́, kovánı́ kruhových součástı́, děrovánı́, kovánı́ do uzavřených zápustek 4. Kovánı́ na vřetenových lisech - běžné zápustkové kovánı́, kovánı́ protlačovánı́m, v uzavřených zápustkách, rovnánı́, kalibrace, děrovánı́, střı́hánı́, pěchovánı́ Možnosti zvýšenı́ přesnosti výroby zápustkových výkovků: • kovánı́ v uzavřených zápustkách (zápustky neobsahujı́ výronkovou drážku) - celý objem polotovaru se spotřebuje na vyplněnı́ dutiny zápustky • kovánı́ protlačovánı́m - výrobky stopkovitého tvaru, výkovky s průběžným otvorem Stroje: 1. pro volné kovánı́ (a) pružinové buchary - v údržbě, nahrazujı́ ručnı́ kovánı́, lze kovat C-ocel o max. průřezu 100x100 mm (b) kompresorové buchary - pro malé a střednı́ výkovky z C-oceli 500x500 mm, rázová energie až 70kJ (c) parnı́ (vzdušné) buchary - nejpoužı́vanějšı́, dvoučinné, jednočinné, jedno nebo dvoustojanové, prodlužovánı́ polotovarů z C-oceli 350x350 mm (d) lisy - hydraulické - tlak až 130 MPa, kovacı́ - pro kovánı́ největšı́ch výkovků až 500 t těžkých 2. pro zápustkové kovánı́ (a) jednočinné padacı́ buchary - rázová práce při volném pádu beranu a hornı́ poloviny zápustky (b) vřetenové lisy (buchary) (c) svislé klikové kovacı́ lisy - až do sı́ly 120 MN (d) vodorovné kovacı́ stroje - kovánı́ tyčového materiálu (e) vertikálnı́ - 5 až 32 MN (f) hydraulické kovacı́ lisy - velké výkovky z lehkých slitin 19.2 Konečné úpravy výkovků povrchové vady (vysekánı́ či vybroušenı́), otřepy po špatném ostřiženı́ (ubroušenı́), vzniklé okuje (odstraněnı́ mechanické - otryskánı́, omı́lánı́ nebo chemické - mořenı́) Protlačovánı́: Výroba protlačků (finálnı́ výrobky) nebo polotovarů protlačovánı́m (trubek, tyčı́ a různých dutých profilů) na specielnı́ch vodorovných protlačovacı́ch lisech. Probı́há za studena (klikové, kolenové lisy), polotepla a za tepla (hydraulické lisy, zpracovánı́ materiálů nějak omezených složité profily, tyče, trubky, výrobky, které nelze válcovat) Dělenı́: 19.2. Konečné úpravy výkovků 51 1. dopředné - směr pohybu průtlačnı́ku souhlası́ se směrem pohybu protlačku, pro duté profily je výchozı́ polotovar protlaček (kalı́šek zı́skaný zpětným protlačovánı́m), jinak je výchozı́m polotovarem kalota (přı́střih zı́skaný lisovánı́m plechu nebo upichovánı́m tyčı́). 2. zpětné - pohyb průtlačnı́ku a protlačku je opačný, polotovar je výstřižek vyrobený lisovánı́m z plechu nebo přı́střih trubky 3. kombinované - část materiálu teče do dutiny průtlačnice a část do stěny průtlačnı́ku 4. přı́čné Po protlačenı́ jsou protlačky vysunuty vyhazovačem a vnitřnı́ stěny protlačků jsou mı́rně kuželovité (10 - 20) Válcovánı́ Nepřetržité tvářenı́ za podmı́nek převažujı́cı́ho všestranného tlaku od otáčejı́cı́ch se válců, výsledný produkt - vývalek. Dělenı́: 1. podélné - vývalek se pohybuje bez otáčenı́ kolmo k osám válců, má konstantnı́ průřez, vývalky profilované nebo ploché (a) tenkostěnné bezešvé roury kulaté i čtyřhranné (duté) - za studena (kuželový trn), za tepla (válcový trn), protlačovánı́ z tlustostěnné roury (b) kovánı́ na kovacı́ch válcı́ch - změna průřezu přetržitě i spojitě 2. přı́čné - vývalek bez posunu rotuje kolem své vlastnı́ osy mezi dvěma ve stojném smyslu se otáčejı́cı́mi poháněnými válci, užitı́ k válcovánı́ plných i dutých těles, válcovánı́ závitů (menšı́ přesnost, ale levnějšı́ než řezánı́) 3. kosé (osy válců jsou mimoběžné) - vývalek rotuje kolem vlastnı́ osy a podélně se posouvá, vývalek je do pracovnı́ho prostoru naváděn pomocı́ naváděcı́ch lišt a válců, koná šroubovitý pohyb ve směru posuvu proti děrovacı́mu trnu, pracovnı́ válce majı́ dvojitý kužel, výroba trubek a užitı́ též pro hladké válcovánı́ Válcovánı́ se nejčastěji užı́vá při zpracovánı́ odlitých ingotů, bloků nebo kontinuálně odlitých bram. Základnı́ jednotkou pro válcovánı́ je válcovacı́ stolice. 20 Technologie plos Ï ne  ho tva Âr Ïenõ  - str Ï õha  nõ Â, ohy  ba  nõ Â, taz Ï enõ  a tlac Ï enõ  Výchozı́m polotovarem je plech a třetı́ složka deformace je zanedbatelná. Nástroje - jednoduché (jednořadé pro jednu operaci), vı́cenásobné (vı́ceřadé), postupové (pro několik operacı́), sloučené (v jednom kroku vedle sebe) 20.1 Střı́hánı́ Oddělovánı́ části materiálu působenı́m protilehlých řezných hran způsobujı́cı́ch v řezné rovině smykové napětı́. Jeden nůž je pevný, druhý pohyblivý (u střihadel a děrovadel to je střižnı́k pohyblivý a střižnice - pevný). Operace: vystřihovánı́ (ve střihadlech), děrovánı́ (v děrovadlech), ostřihovánı́, přistřihovánı́... Nože: rovnoběžné, skloněné (zmenšı́ se střižná sı́la, protože se střı́há postupně), kotoučové (střı́hánı́ svitků plechů na pásy) Střı́hánı́ probı́há ve třech fázı́ch: 1. oblast pružných deformacı́ - materiál se pružně ohýbá a stlačuje 2. oblast plastických deformacı́ - střižnı́k se vtlačuje do plechu a ten do střižnice - vlákna se ohýbajı́ a prodlužujı́ 3. smyková - smykové trhliny Přesným střı́hánı́m dosahujeme menšı́ drsnosti povrchu střihu: 1. přistřihovánı́ - střihánı́ na dvě operace (a) normálnı́ střı́hánı́ s přı́davkem na ostřiženı́ (b) odstřiženı́ přı́davku 2. střı́hánı́ s nátlačnou hranou - před střı́hánı́m je nátlačná hrana natlačována do polotovaru kolem střižné hrany 3. reverznı́ střı́hánı́ - polotovar je sevřen ve všech částech tak, že se výrazněji neprojevı́ tahová pnutı́ 4. střı́hánı́ se zápornou vůlı́ - střı́hánı́ + přistřihovánı́ najednou, průstřižnı́k je většı́ než průměr střižnice, a tudı́ž do nı́ neprojde - vyvolá tlakové napětı́ ve vnějšı́m mezikružı́ polotovaru 20.2 Taženı́ Výchozı́m polotovarem je přı́střih plechu, pás plechu nebo již tažený polotovar. 1. prosté taženı́ - prstencová část přı́střihu se při točenı́ měnı́ na válec (tažnı́k, tažnice), při taženı́ vznikajı́ vlny - použitı́ přidržovače součinitel taženı́ d - průměr výtažku, D - průměr přı́střihu 52 20.3. Tlačenı́ 53 2. taženı́ se ztenčenými stěnami - probı́há jako 2. tažná operace, menšı́ vůle mezi tažnicı́ a tažnı́kem, menšı́ hlavnı́ napětı́, možnost většı́ch stupňů přetvořenı́ 3. taženı́ přehrnovánı́m - na dvojčinných či trojčinných lisech, na jedno uloženı́ přı́střihu se na dva tahy vytáhne nádoba 4. žlábkovánı́ - použı́vá se k vyztuženı́ plechu nebo výlisků, provádı́ se specielnı́mi nástroji Průřezy žlábku: (a) půlkruhový, obdélnı́kový, trapézový, trojhranný (b) vı́cenásobná drážka, skupina drážek (c) uzavřená drážka, otevřená drážka 5. přetahovánı́ - pro veliké výrobky jednoduchého tvaru z tenkých plechů, přı́slušný tvar se docı́lı́ taženı́m polotovaru přes tažnı́k 20.3 Tlačenı́ Rotačnı́ způsob tvářenı́, při kterém plech nebo plechový polotovar se otáčı́ kolem osy rotace. Působenı́m tlačného nástroje se postupně tvářı́. 20.4 Ohýbánı́ pružně - plastická deformace, která je způsobena momenty vnějšı́ch sil. Vzniklé tvary jsou rozvinutelné. chybı́ obr. 1. volné ohýbánı́ - pokud vnitřnı́ úhel ohybu je většı́ než rádius ohybnı́ku, resp. ohybné čelisti 2. ohýbánı́ v pevné ohýbačce - probı́há až na doraz, když ohybnı́k sevře ohýbaný materiál k ohybnici Ohýbánı́ do tvaru U nebo V. Technologické problémy: deformace průřezu, praskánı́ materiálu, tvořenı́ vln u tenkých plechů (lze zabránit dostatečně velikou silou při ohýbánı́ nebo bočnı́m přitlačenı́m materiálu k nástroji. 21 Technologie zpracova  nõ  pra Âs Ï kovy  ch kovu Ê , reaktoplastu Ê , termoplastu Ê a kompozitu Ê 21.1 Lisovánı́ práškových kovů Hlavnı́m znakem práškové metalurgie je použitı́ výchozı́ho materiálu v práškovém stavu - lze libovolně volit chemické složenı́ materiálu podle požadavků na vlastnosti finálnı́ho výrobku. Vhodně upravené prášky se zpravidla lisujı́ do požadovaného tvaru a zı́skané těleso se obvykle zpracovává spékánı́m, aby dosáhlo potřebných fyzikálnı́ch a mechanických vlastnostı́. Největšı́ výhodou práškové technologie je vysoký stupeň využitı́ kovu při nižšı́ spotřebě energie snı́žené pracnosti a nižšı́ch nákladech. Dalšı́ výhodou je také izotropie mechanických vlastnostı́. Polotovary práškové metalurgie se dále zpracovávajı́ kovánı́m, protlačovánı́m, válcovánı́m, apod.Docházı́ při tom ke zhutňovánı́, protože výchozı́ vylisovaný polotovar je poréznı́. Z prášku se polotovary vyrábějı́ nejčastěji lisovánı́m nebo válcovánı́m. Zhutňovánı́ se děje nejčastěji pěchovánı́m, protlačovánı́m a kovánı́m v zápustce. 21.2 Lisovánı́ plastů pro všechny druhy plastů jsou společné hlavně nı́zká hustota, dobré až vynikajı́cı́ mechanické vlastnosti, otěruvzdornost a korozivzdornost. Zpravidla nevyžadujı́ dodatečné povrchové úpravy. Pro své vlastnosti majı́ široké uplatněnı́. 21.2.1 Lisovánı́ reaktoplastů jako polotovar se použı́vajı́ prášky a předlisované tablety 1. přı́mé lisovánı́ - teplem vytvrditelná hmota (směs pryskyřice, tvrdidla,organických nebo minerálnı́ch plniv, maziva, brusiva) ve formě prášku, granulı́ nebo tablet se vložı́ v předepsaném množstvı́ do tvarové dutiny formy a tlakem tvárnı́ku se lisuje. Forma i tvárnı́k jsou temperovány elektrickými odporovými tělesy na teplotu 140 - 180 oC. Vlivem tlaku a tepla vyplnı́ hmota vizkóznı́m tečenı́m dutinu formy. Po vytvrzenı́ je hotový výlisek pomocı́ vyhazovačů vysunut z formy a po ochlazenı́ zbaven přetoků. Pro zkrácenı́ lisovacı́ho cyklu se často tablety vkládajı́ do nástroje v předehřátém stavu (80 - 130 oC). 2. přetlačovánı́ - do vyhřáté přetlačovacı́ formy, která je součástı́ nástroje, se vložı́ dávka zpracované hmoty (nejčastěji předehřátých tablet). Působı́cı́m teplem je hmota převedena do plastického stavu a tlakem hydraulicky ovládaného válce přetlačena plnı́cı́mi kanálky do tvarové dutiny formy, kde vytvrdı́. Výlisek je po ochlazenı́ z formy vyjmut, zbaven přetoků a plnı́cı́ho systému. 21.2.2 Vtřikovánı́ reaktoplastů možnost plné automatizace výroby. Lisovacı́ hmota je z násypky vtahována otáčejı́cı́m se šnekem do vyhřı́vané plastifikačnı́ komory a dopravována závity šneku k trysce. Zplastifikovaná hmota je vstřı́knuta vtokovým systémem do tvarové dutiny vyhřáté a uzavřené formy. Po vytvrzenı́ se forma otevře, hotový výlisek je vysunut pomocı́ vyhazovačů a celý cyklus se opakuje. Výhody oproti přı́mému lisovánı́ a přetlačovánı́ jsou: 54 21.2. Lisovánı́ plastů 55 • podstatné zkrácenı́ délky cyklu (až o 30 • v možnostech výroby součástek s velkými rozdı́ly ve tloušt’ce stěny, přesnějšı́ch rozměrů, s menšı́mi přetoky, přinášı́ úspory materiálu a pracnosti při dokončovacı́ch operacı́ch 21.2.3 Vstřikovánı́ termoplastů Výchozı́ materiál tvořı́ granule, které se v odporově vyhřı́vané šnekové komoře tavı́. Zpracovaný materiál se vstřikuje v roztaveném stavu do tvarové dutiny vstřikovacı́ formy. 21.2.4 Vytlačovánı́ a vyfukovánı́ 1. vytlačovánı́ je objemově nejrozšı́řenějšı́ technologiı́ zpracovánı́ plastů. Sloužı́ k výrobě polotovarů. Pro vytlačovánı́ se použı́vajı́ výkonné šnekové vytlačovacı́ stroje, obdobné vstřikovacı́m, pracujı́ v nepřetržitém cyklu. Vlastnı́ tvar zı́ská profil ve vyhřı́vané vytlačovacı́ hlavě. Vytlačovaný profil zpravidla procházı́ vodnı́ láznı́, kde se ochlazuje a tuhne. Použı́vá se při výrobě tyčı́ jednoduchých nebo složitých průřezů, fóliı́ a desek o šı́řce většı́ než 3 mm, oplášt’ovánı́ různých vodičů. 2. vyfukovánı́ navazuje na vytlačovánı́, použı́vá se pro výrobu dutých těles - lahve, kanistry, dětské hračky. Na vytlačovacı́m stroji opatřeném přı́čnou hlavou s kruhovou trubicı́, se vytlačuje trubka potřebného rozměru. Vytlačená trubka v plastickém stavu je po dosaženı́ požadované délky sevřena oběma polovinami formy, do nı́ž je zasunut trn. Jeho otvorem se přivádı́ po celou dobu ochlazovánı́ stlačený vzduch. Potom se během vyfukovánı́ dotkne stěn formy, ochladı́ se a ztuhne. 21.2.5 Válcovánı́ kontinuálnı́ způsob výroby fóliı́ z termoplastů, kaučuků a přı́sad. Užı́vá se pro výrobu podlahových krytin, ubrusů, tapet apod. Směs plastů se před válcovánı́m smı́sı́ a homogenizuje. Pro válcovánı́ se nejčastěji použı́vá kalandry s leštěnými válci. Válce jsou různě uspořádány a podle požadované tloušt’ky polotovaru se nastavuje jejich osová vzdálenost. 21.2.6 Plošné tvářenı́ desek a fóliı́ konečný tvar zı́skajı́ obvykle tvarovánı́m. Pro tvarovánı́ se musı́ desky rovnoměrně prohřát po celé své ploše. Tvarovánı́ musı́ proběhnout v co nejkratšı́ době. Tvaruje se pod velmi nı́zkými tlaky (do 1 MPa), výroba velkoplošných tvarů až do 2 m2 a tloušt’ce 0,5 mm. 21.2.7 Kovánı́ plastů je proces, při kterém je plastický materiál za zvýšené teploty tvářen do konečného tvaru v dutině zápustky. Výhody oproti vstřikovánı́ jsou: možnost výroby kvalitnı́ch, tvarově složitých výrobků i při značných rozdı́lech tlouštěk stěn, krátký tvářecı́ cyklus . Tvářenı́ ohřátého polotovaru ve tvaru špalı́ku probı́há v uzavřené zápustce na jeden zdvih. Děje se tak na hydraulickém lisu s regulovatelnou rychlostı́ smykadla. Použitı́ při výrobě série do 10 000 ks výrobků - převážně pro namáhaná bezhlučná ozubená kola. 22 Za  klady metalurgie svar Ïova  nõ  - svar Ïitelnost materia  lu Ê , vliv podmõ Ânek na jakost spoju Ê Svařovánı́ je spojovánı́ materiálů v nerozebı́ratelný celek, vytvořený: 1. za působenı́ tepla - tavné svařovánı́, ke spojenı́ docházı́ mı́stnı́m roztavenı́m svarových ploch základnı́ho materiálu s přidánı́m nebo bez přidánı́ přı́davného materiálu stejného nebo podobného složenı́, charakteristickým znakem je změna mechanických i technologických vlastnostı́ spoje, patřı́ sem: • svařovánı́ plamenem • svařovánı́ el. obloukem • svařovánı́ automatické pod tavidlem • svařovánı́ elektrostuskové • svařovánı́ plazmové • svařovánı́ el. obloukem v ochranných atmosférách • svařovánı́ el. paprskem • svařovánı́ laserem 2. za působenı́ tepla a tlaku nebo jen tlaku - tlakové svařovánı́ - jedná se o vzájemné přiblı́ženı́ spojovaných součástı́ na určitou vzdálenost, ke svařenı́ dojde vlivem difúze, kdy se ve stykových plochách vytvořı́ vazby mezi hraničnı́mi mřı́žkami, charakteristickými znaky jsou spojenı́ v plastickém stavu bez přı́davného materiálu, omezený výskyt vnitřnı́ch vad, menšı́ účinek vnitřnı́ho pnutı́, patřı́ sem: • svařovánı́ el. odporem • svařovánı́ indukčnı́m ohřevem • svařovánı́ třenı́m • svařovánı́ výbuchem • svařovánı́ ultrazvukem 22.0.8 Výhody svařovánı́ trvanlivost, pevnost, možnost rychlé realizace Svařitelnost je komplexnı́ charakteristika materiálů, která určuje, zda je materiál vhodný pro svařovánı́ spoje předepsané jakosti. Technologičnost svařovaných konstrukcı́ je koncepčnı́ řešenı́, při němž je dosaženo optimálnı́ho výsledku ve třech směrech: 1. ekonomickém (cenová výhodnost použité metody) 56 57 2. konstrukčnı́m (konstrukčnı́ spolehlivost svarového spoje) - ovlivněna konstrukčnı́m řešenı́m, technologičnostı́ 3. technologickém (technologické možnosti svařovánı́ kovu) - ovlivněna pracovnı́m postupem a metodou svařovánı́ Zaměřuje se na snı́ženı́ pracnosti, spotřeby materiálu a výrobnı́ch nákladů vhodnou volbou materiálu, optimálnı́ technologiı́ a jakostı́ svařované konstrukce. Klasifikace ocelı́ podle svařitelnosti: 1. svařitelnost zaručená (1a) 2. svařitelnost podmı́něná (1b) 3. svařitelnost dobrá (2) 4. svařitelnost obtı́žná (3) Kritériem svařitelnosti je chemické složenı́ svařovaného materiálu. Svařitelnost slitinových ocelı́ se určuje pomocı́ uhlı́kového ekvivalentu: M n Cr M o N i Cu P + + + + + ≤ 0, 5 6 5 4 15 14 2 Svařitelnost uhlı́kové konstrukčnı́ oceli Ce kv = C + 22.0.9 určuje se svařitelnost podle %C: zaručená svařitelnost (do 0,22%), podmı́něná (0,22 až 0,5%) a dobrá (0,5 až 0,8 22.0.10 Svařitelnost šedé litiny je dobře až obtı́žně svařitelná - použitı́ grafitických prvků. Musı́ být zajištěna v oblasti svarové lázně krystalizace v soustavě železo grafit. Svařovánı́ se provádı́ za tepla, tj. za předehřátı́ celého odlitku. Svařovánı́ za studena se použı́vá při opravách odlitků. 22.0.11 Svařovánı́ neželezných kovů a jejich slitin tyto kovy majı́ většinou dobrou svařitelnost, odlitky majı́ svařitelnost dobrou až obtı́žnou, je zapotřebı́ je předehřát. Měd’ lze svařovat tavně, hlinı́k pod tavidlem tavně i za studena. Svarový spoj je vlastnı́ svar + teplem ovlivněná oblast chybı́ obr. Druhy svarových spojů: chybı́ obr. 1. tupé 2. tvaru T, křı́žové, rohové 3. přeplátované Také rozlišujeme svary: jednostranné, dvoustranné a symetrické, nesymetrické Ostatnı́ druhy jsou kombinacemi třı́ výše uvedených svarů. a), b) je charakteristické pro tavné svařovánı́ c) je charakteristické pro svařovánı́ bodové, švové, na lisech 22.1. Struska 58 22.0.12 Svařovacı́ pochod 1. ohřı́vánı́ 2. vlastnı́ svařovánı́ 3. chladnutı́ - krystalizace svarového spoje 4. postupy ke zlepšenı́ svarového spoje po svařenı́, zejména tepelné zpracovánı́ (žı́hánı́ snı́ženı́ vnitřnı́ho pnutı́, normalizačnı́ žı́hánı́, žı́hánı́ svařenců na měkko) Prostředı́ při tavném svařovánı́ - prostředı́, které obklopuje oblast svařovánı́ a je ve styku se svarovou láznı́ má rozhodujı́cı́ vliv na jakost a vlastnosti svarového spoje. Toto prostředı́ tvořı́: 1. struska 2. ochranná atmosféra 3. plyny ovlivňujı́cı́ jakost svarového kovu svým fyzikálnı́m nebo chemickým účinkem 22.1 Struska vzniká tavenı́m obalu elektrod při ručnı́m svařovánı́ el. obloukem a tavidel při svařovánı́ pod tavidlem nebo v roztavené strusce (elektrostuskové svařovánı́) • rutilové (obsahujı́ železo a mangan) • kyselé (obsahujı́ složité křemičitany) • basické (patřı́cı́ k soustavě CaO - SiO2 či složitějšı́m silikátům) 22.1.1 Vlastnosti tuhne při nižšı́ teplotě než svarový kov, má nižšı́ teplotnı́ vodivost, musı́ snadno vystupovat z tavné lázně. 22.1.2 Funkce • ionizace a stabilizace elektrického oblouku • ochrana svarové lázně před atmosférickým vzduchem • čištěnı́ svarového kovu v důsledku přechodu nežádoucı́ch přı́sad ze svarového kovu do strusky • odplyňovánı́ svarové lázně vrstvou strusky • legovánı́ svarového kovu přı́sadami z obalu nebo tavidla • tepelná izolace - zpomalenı́ chladnutı́ povrchu svarové vrstvy 22.2. Ochranná atmosféra 22.2 59 Ochranná atmosféra 1. ochranná redukčnı́ atmosféra CO + H2 při plamenném svařovánı́ kyslı́k-acetylenovým plamenem 2. oxidačnı́ atmosféra kysličnı́ku uhličitého při svařovánı́ tavı́cı́ se elektrodou v atmosféře CO2 3. ochranná atmosféra netečných plynů argonu nebo hélia 22.2.1 Funkce • horšı́ stabilita oblouku • chránı́ svarovou lázeň před vlivem okolı́ atmosféry • nepodporuje odplynovánı́ • chladnutı́ svaru je rychlejšı́ než pod struskou Pájenı́: Spojenı́ kovu pomocı́ přı́davného materiálu (pájky). Pájené plochy nejsou nataveny, ale jen smáčeny roztavenou pájkou. Spojenı́ nastává v důsledku vzájemné difúze a rozpustnosti pájky a základnı́ho materiálu. Výhody: možnost spojenı́ všech kovů a slitin, menšı́ vnitřnı́ pnutı́, pájka vyplnı́ celý průřez spoje. Dělenı́: • měkké pájky (Sn) pod 450 oC • tvrdé pájky (Cu + Al + Ag) nad 450 oC 23 Technologie svar Ïova  nõ  plamenem a tepelne  ho de Ï lenõ  materia  lu Svařovánı́ plamenem patřı́ do tavného svařovánı́ - svarové plochy základnı́ho a přı́davného materiálu se natavujı́ formou plamene vznikajı́cı́ho hořenı́m směsi některého hořlavého plynu (např. C2H2) s kyslı́kem. Použitelnost plynného paliva je určena nejvyššı́ dosažitelnou teplotou v redukčnı́ oblasti plamene, nejvyššı́ majı́ kyslı́ko-acetylenové směsi (3150 oC) 23.0.2 Druhy plamene 1. podle poměru kyslı́ku a acetylenu ve směsi • plamen neutrálnı́ - O2 ku C2H2 = 1 až 1,2 (svařované oceli, měd’, olovo zinek, některé bronzy), výrazně neovlivňuje oblasti rozvrstvenı́ materiálu • plamen redukčnı́ - O2 ku C2H2 ¡ 1 - nauhličujı́cı́, přebytek acetylenu, neostrý plamen, svar je tvrdý, křehký, a často pórovitý (navařovánı́ tvrdých kobaltických slitin, svařovánı́ slitin Al, Mg a litiny) • plamen oxidačnı́ - O2 ku C2H2 ¿ 1,2 přebytek kyslı́ku, okysličenı́ svarové lázně vypalovánı́ legur, vzniklé kysličnı́ky snižujı́ tažnost a vrubovou houževnatost (svařovánı́ mosazi a některých bronzů, škodlivý při svařovánı́ mědi) 2. podle intenzity, tj. podle rychlosti, kterou vystupuje směs plynů z dýzy hořáku • plamen měkký - malá výstupnı́ rychlost (¡ 100 m/s), labilnı́ plamen, často šlehá zpět (pojistka na hadici 1 m od rukojeti), užitı́ pro svařovánı́ vysoce legovaných ocelı́, kovů s nı́zkým bodem tavenı́ (Pb, Zn) a pro pájenı́ • plamen střednı́ - rychlost 100 - 120 m/s, využitı́ pro běžné svařovánı́, nejčastějšı́ přı́pad plamene • plamen ostrý - vysoká rychlost ¿ 120 m/s, plamen má velký dynamický účinek na svarovou lázeň - častá přı́čina vad a poruch ve svarech 23.1 Technika svařovánı́ plamenem pro spoje tupé, křı́žové a rohové, materiály o t = 0,6 - 6 mm (do 1 mm bez přı́davného materiálu, jinak tyčky a dráty) 1. svařovánı́ vpřed (doleva) - drát postupuje před hořákem zprava doleva, sklon hořáku je 45o, kořen svaru je málo chráněn před přı́stupem vzduchu, tı́m má svar horšı́ mechanické vlastnosti - jelikož docházı́ k rychlému chladnutı́ svarových housenek za hořákem, vznikajı́ většı́ napětı́ a deformace, užitı́ pro slabé plechy (do 3mm) a pro kovy řı́dce tekoucı́, menšı́ nároky na svářeče 60 23.2. Tepelné dělenı́ materiálu 61 2. svařovánı́ vzad (doprava) - hořák postupuje ve směru svařovánı́ zleva doprava a drát za nı́m, housenka vzniká za přı́davným drátem, svarová lázeň je chráněna redukčnı́ oblastı́ plamene před oxidacı́, vytvořená housenka se zároveň vyžı́há, sklon hořáku je 30 - 75o, plechy nad 3 mm a kovy s hustě tekoucı́ láznı́ (nerez oceli), většı́ náročnost na svářeče, lepšı́ jakost svaru a menšı́ deformace 23.2 Tepelné dělenı́ materiálu Při tepelném dělenı́ materiálu se využı́vá vhodného zdroje soustředěného tepla. 23.2.1 Řezánı́ kyslı́kem spalovánı́ základnı́ho materiálu v proudu kyslı́ku, použitı́ při dělenı́ ocelı́, teplo urychluje dalšı́ proces spalovánı́ a vzniku strusky, jež je z mı́sta řezu vyfukována kyslı́kem. Tepelné zdroje pro řezánı́ kyslı́kem kyslı́ko-acetylenový ohřı́vacı́ plamen, vodı́ko-kyslı́kový ohřı́vacı́ plamen. Řezatelnost kovů kyslı́kem Kov musı́ splňovat následujı́cı́ podmı́nky: • kov ohřátý na zápalnou teplotu se musı́ v proudu kyslı́ku spalovat • dodatečné množstvı́ tepla ke krytı́ tepelných ztrát • zápalná teplota ( teplota tavenı́ • teplota tavenı́ oxidů ( teplota tavenı́ kovu • struska musı́ být tak tekutá, aby jı́ kyslı́k ze spáry vyfoukl Těmto podmı́nkám nejlépe vyhovujı́ nı́zkouhlı́kové oceli. Na řezatelnost má vliv: chemické složenı́, čistota povrchu materiálu i kyslı́ku Řezánı́ kyslı́kem vyvolává chemické i strukturálnı́ změny, vnitřnı́ pnutı́ a deformace řezného mateiálu. 23.3 Zvláštnı́ metody řezánı́ specielnı́ železný prášek se přivádı́ do mı́sta řezu, v proudu řezacı́ho kyslı́ku se spaluje - uvolňuje se teplo a zvyšuje se teplota reakce a těžko tavitelné oxidy, které se zředı́ s tekutým železem, mohou vytékat z řezné spáry. Dalšı́ modifikace použı́vá křemenného prášku nebo tavidla. 1. Řezánı́ metodou Oxyarc - použı́vajı́ se kovové obalené elektrody (duté), zdrojem tepla je elektrický oblouk, který hořı́ mezi elektrodou a řezaným materiálem, materiál z řezné mezery je odtavován a částečně spalován, použı́vá se pro řezánı́ a drážkovánı́ šedé litiny, legovaných ocelı́ a neželezných kovů 2. Řezánı́ plazmou - plazma se tvořı́ v elektrickém oblouku, který tvořı́ mezi elektrodou a materiálem, jako plyn se použı́vá dusı́k nebo směs argonu a vodı́ku - vzniká plazma, kovy se vypařujı́, užitı́ pro těžko řezatelné materiály (vysokolegované oceli, Cu, Al) 3. Řezánı́ elektronovým paprskem - proces je podmı́něn vakuovým prostředı́m 23.3. Zvláštnı́ metody řezánı́ 62 4. Řezánı́ laserem - využı́vá se kinetické energie fotonů, pro zabráněnı́ opalů použijeme inertnı́ plyn, jež vyfukuje taveninu zpátky, užitı́ pro kovové i nekovové materiály - kvalitnı́ a úzká spára, vysoká kvalita 5. Řezánı́ kyslı́kem pod vodou - zdrojem tepla je elektrický oblouk nebo ohřı́vacı́ plamen, řezánı́ až do hloubky 60 mm, kolem plamene ochranný plášt’ proti vniknutı́ vody, který tvořı́ přiváděný vzduch nebo ochranná špička na řezacı́ hlavě, kde pak voda vytlačuje splodiny hořenı́, princip stejný jako na souši 6. Vrtánı́ kyslı́kovým kopı́ - vrtánı́ kovových materiálů, v betonu, žule a jiných nekovových materiálech. Kyslı́kové kopı́: měkká tlustostěnná trubka dlouhá i několik metrů, uvnitř jsou tyče kruhového nebo čtvercového průřezu, na konci kopı́ připojena hadice s kyslı́kem. Volný konec kopı́ se opře o vrtaný materiál a jeho konec se ohřeje plamenem na zápalnou teplotu. Po vpuštěnı́ kyslı́ku se kopı́ tlačı́ silou (500 - 700N) do materiálu. Trubka se postupně spaluje a vzniklé teplo ji v předstihu předehřı́vá na zápalnou teplotu. 24 Svar Ïova  nõ  elektricky  m obloukem - obalenou elektrodou, pod tavidlem a v ochranny  ch atmosfe  ra  ch Patřı́ mezi tavné svařovánı́. Zdrojem tepla je elektrický oblouk, který hořı́ mezi elektrodou a základnı́m materiálem, jestliže je zapojı́me na vhodný zdroj. Oblouk se skládá ze třı́ součástı́: katodová oblast, sloupec oblouku (obloukové plazma - seskupenı́ elektronů, iontů a neutronů), anodová oblast. Důležitým údajem každého zdroje (svářečka) je statická charakteristika, která vyjadřuje závislost výstupnı́ho svorkového napětı́ na svařovacı́m proudu. 1. ručnı́ svařovánı́ elektrickým obloukem obalenou elektrodou Úkolem obalu je stabilizovat oblouk, chránit svařovaný kov před přı́stupem vzduchu, zpomalit chladnutı́ svaru vytvořenou struskou a dodat do tavné lázně přı́davné prvky. Elektroda je složena z kovového jádra a obalu jež může být: • kyselý (obsahuje kysličnı́k železa) - velká pracovnı́ výkonnost, velký závar, oblouk je velmi teplý - kov i struska velmi tenké - snadno odstranitelná struska, nevhodné pro svařovánı́ v polohách • bazický (převážně uhličitany - vápenec, křı́da, mramor) - oblouk méně teplý, elektroda se odtavuje ve velkých kapkách, tavná lázeň rychle tuhne - polohové svařovánı́, náchylné na vlhnutı́ - vznik pórů, nutnost vysoušet před použitı́m, svar vhodný pro dynamické namáhánı́ • rutilový (kysličnı́k titaničitý- rutil) - dobré operativnı́ vlastnosti ve všech polohách při snadno ovladatelné tavné láznı́, struska je snadno odstranitelná, svarový kov hustě teče a rychle tuhne a umožňuje tı́m překlenutı́ velkých mezer, malý závar 2. svařovánı́ pod tavidlem Elektrický oblouk hořı́ mezi elektrodou a základnı́m materiálem pod vrstvou tavidla. Přı́davný drát se odtavuje v uzavřeném prostoru - páry + plyny z tavidla chránı́ svarovou lázeň. Tavidlo se sype podél styčné mezery trubicı́, která je před elektrodou nebo kolem. Část se tavı́ - odchod do strusky, zbytek je odváděn zpět. Svařovánı́ je automatizované, tavidla jsou anorganické povahy, teplem oblouku se část tavı́ a pokrývá svarovou lázeň - po ztuhnutı́ vytvořı́ struskovou kůru. Funkce tavidla: chránit lázeň před účinky vzduchu, podpora stability taženı́, ovlivněnı́ tvorby a formovánı́ svarové housenky, působenı́ na chemické složenı́ svarového kovu, struska musı́ být snadno odstranitelná. 3. svařovánı́ v ochranných atmosférách - oblouk hořı́ mezi elektrodou a základnı́m materiálem z ústı́ kolem elektrody malou rychlostı́ proudı́ ochranný plyn, tı́m je svarová lázeň a část svarové housenky chráněna před účinky okolnı́ atmosféry. Značenı́: 1. pı́smeno použitá elektroda (M - metal, W - wolfram), 2. pı́smeno - druh ochranného plynu (A aktive, I - inert), 3. pı́smeno - jedná se o svařovánı́ v ochranném plynu (G - gas) 63 64 (a) metoda MAG - ochranný plyn CO2 - levná metoda, elektrický oblouk hořı́ mezi holým drátem (elektrodou), jež je legován Mn, Si a svařovaným materiálem je možná kombinace MAG plus tavidla (průvankové svařovánı́), tavné, bodové - svařovánı́ plechů, konstrukčnı́ uhlı́kové oceli (b) metoda MIG - netečné plyny Ar + CO2 nebo O2, svarová lázeň nenı́ metalurgicky ovlivňována, jinak stejný jako MAG (c) metoda WIG - oblouk hořı́ mezi netavnou wolframovou elektrodou a svařovaným materiálem v ochranné atmosféře netečného plynu Ar (vysoká cena argonu), ten chránı́ svar před přı́stupem vzduchu a zvyšuje stabilitu oblouku, vhodné pro legované oceli, neželezné kovy (Al, Mn) a jejich slitiny a pro vysokou kvalitu svaru (vysokotlaké potrubı́, letectvı́, tlakové nádoby, jaderná energetika). Čistı́cı́ účinek argonu (při opačné polaritě): Al a Mg majı́ velmi tvrdou oxidickou vrstvu, která má vysokou teplotu tavenı́ oproti základnı́mu materiálu - atomy Ar bombardujı́ povrch a kinetickou energiı́ rozrušujı́ vrstvičku oxidů Al nebo Mn Chybı́ obr. 25 Navar Ïova  nõ  - za  kladnõ  charakteristika, pr Ï õdavne  materia  ly a oblast pouz Ï itõ  Vytvářenı́ vrstev se zvláštnı́mi vlastnostmi na povrchu kovů, tzv. nanášenı́ přı́davného materiálu na povrch základnı́ho materiálu - součásti, pomocı́ vhodného energetického zdroje (př. plamen, el. oblouk) za účelem opravy původnı́ch vlastnostı́ součásti nebo dosaženı́ potřebných vlastnostı́ povrchu jako je tvrdost, otěruvzdornost, korozivzdornost, žáruvzdornost, odolnost proti chemickým agresivnı́m látkám a odolnost proti ostatnı́m druhům opotřebenı́. Modernı́ technologický postup umožňuje výrobu velmi trvanlivých a provozně spolehlivých součástı́ pro nejrůznějšı́ strojnı́ zařı́zenı́, ekonomicky velmi výhodné. 25.0.1 Přı́davný materiál Je ho nutno volit předevšı́m s ohledem na druh opotřebenı́ a způsob namáhánı́ dané strojnı́ součásti. 25.0.2 Požadavky • při rychlém ohřevu a náhlém poklesu provoznı́ teploty nesmějı́ návary popraskat • návar nesmı́ změknout, tzn. popouštěcı́ teploty návarů pracujı́cı́ch za tepla musı́ být nad oblastı́ pracovnı́ch teplot, návar by měl mı́t stejný součinitel teplotnı́ roztažnosti jako základnı́ materiál • odolnost návarů proti vzniku trhlin, tzn. musı́ být dostatečně houževnatý Druhy použı́vané podle zvolené technologie: • práškové slitiny, holé tyčinky, dráty - návar pomocı́ kyslı́ko-acetylenového plamene nebo el. obloukem v ochranné atmosféře • elektrody - přı́mé navařovánı́ ručně el. obloukem, často legujeme návarový kov přı́mo z obalu • dráty, pásy + tavidlo - el. oblouk pod tavidlem • trubičkové elektrody, specielnı́ slitiny ve formě prášků 25.0.3 Využitı́ nástroje (obráběcı́ i tvářecı́), kovové formy, ventily spalovacı́ch motorů, funkčnı́ části zemnı́ch strojů a různých podavačů, válce válcovacı́ch stolic atd. 65 26 Pa  jenõ  - podstata, metalurgie, pouz Ï õvane  pa  jky a tavidla, vy  hody a oblasti vyuz Ï itõ  Pájenı́: spojenı́ stejných nebo různých kovových materiálů pomocı́ přı́davného materiálu, tzv. pájky, která má odlišné chemické složenı́ a nižšı́ bod tavenı́ než základnı́ pájený materiál. Pájené plochy nejsou nataveny, ale jen smáčeny roztavenou pájkou - spojované materiály (mı́sto nebo součást) jsou ohřáty na teplotu cca 50 oC), spojenı́ nastává v důsledku vzájemné difúze a rozpustnosti pájky a základnı́ch materiálů. 26.1 Použitı́ Možnost spojovánı́ všech kovů a slitin, kombinovánı́ kovových i nekovových materiálů, jednoduchých i složitých tenkostěnných nebo tlustšı́ch součástı́, užitı́ všude tam, kde nelze z metalurgických nebo technologických důvodů použı́t tavného svařovánı́ - výroba oběžných kol turbokompresorů, plynových a parnı́ch turbı́n, tepelných výměnı́ků, palivových článků v jaderných elektrárnách, vodivé spoje, utěsňovánı́ spár a trhlin, pokrývánı́ různých povrchů. 26.2 Výhody • menšı́ spotřeba tepelné energie, většı́ pracovnı́ rychlost, vysoká hospodárnost i při použitı́ dražšı́ pájky • vysoká produktivita • možnost mechanizace a automatizace pájenı́ s menšı́ náročnostı́ na obsluhu • velká rozměrová přesnost součástı́, pěkný vzhled spoje • jednoduššı́ zařı́zenı́ pro montáž a údržbářské práce • pájka vyplnı́ celý průřez spoje • vzniká menšı́ vnitřnı́ pnutı́ ve spoji a zároveň docházı́ k menšı́m strukturnı́m změnám základnı́ho materiálu 26.3 Nedostatky • menšı́ pevnost spojů • méně vhodné pro dlouhé spoje tenkých plechů • přı́tomnost dalšı́ho materiálu ve spoji může zhoršit odolnost proti korozi • složitějšı́ tvar spojů - většı́ pracnost 66 26.4. Metalurgie 26.4 67 Metalurgie Při pájenı́ je tekutá pájka a tuhý základnı́ materiál určitou dobu (několik sekund až minut - podle doby ohřevu) ve vzájemném dotyku. tı́m je splněn nejdůležitějšı́ předpoklad metalurgických reakcı́ v oblasti spoje. Podle druhu pájky a základnı́ho materiálu může na hranici jejich styku nastat některá z reakcı́: 1. adheznı́ spojenı́ • nedocházı́ k vzájemnému rozpouštěnı́ pájky a základnı́ho materiálu (Pb-Fe, Pb-Cu, Pb-Ni, Pb-Mo, Pb-Al, Ag-Fe, Ag-Cr...) • využitı́ při spojovánı́, kdy nemá dojı́t ke změně chemického složenı́ spojovaných materiálů (např. Si-diody) • dobrá el. vodivost, menšı́ pevnost ve smyku a ohybu 2. difúze a rozpustnost: jejı́ podmı́nkou je přemı́stěnı́ atomů pájky a základnı́ho materiálu. Přemı́stěnı́ je podmı́něné nehomogenitou složenı́. Směr pohybu je dán gradientem koncentrace. Vliv majı́ druh základnı́ho materiálu, tepelná vodivost, způsob zpracovánı́ (rychlejšı́ u materiálu tvářeného za studena než u materiálu vyžı́haného). Difúze měnı́ chemické složenı́ pájky a tı́m i chemické, fyzikálnı́ a mechanické vlastnosti základnı́ho materiálu. Pronikánı́ pájky podél svaru může mı́t za následek pájecı́ praskavost, která vzniká za těchto podmı́nek: • velká rozpustnost pájky resp. některých jejı́ch prvků v základnı́m materiálu • značné vnitřnı́ pnutı́ v základnı́m materiálu • vysoké přehřátı́ pájky nad teplotu tavenı́ • dlouhá doba pájenı́ 26.5 Pájky čisté kovy nebo slitiny, jejichž volba se řı́dı́ podle hledisek: 1. požadované vlastnosti spoje 2. pracovnı́ teplota 3. způsob pájenı́ 4. náklady na pájenı́ 26.5.1 Měkké pájky teplota tavenı́ do 450 oC, pro materiály, které nelze přı́liš zahřı́vat a spoje, kde stačı́ menšı́ pevnost - oceli, Cu, Ag, Ni, Zn, Pb, Sn, Al a jejich slitiny, šedá litina, keramika 1. cı́nové pájky - slitiny Sn + Pb, pracovnı́ teplota 190 - 350 oC, Sn má dobrou smáčivost (obsah 4 - 90 2. speciálnı́ pájky - znamenajı́ úsporu Sn při malém množstvı́ jiných přı́sad (Ag, Cu), vyššı́ pracovnı́ teplota pro elektrotechniku, nižšı́ teplota pro nı́zkotavitelné kovy a slitiny, Pájky Pb-Sn-Bi smáčejı́ sklo, Sn-Zn +vydatný tepelný zdroj - pájenı́ hlinı́ku (350 oC) - oprava odlitků 26.6. Tavidla 26.5.2 68 Tvrdé pájky teplota tavenı́ nad 450 oC, spoje s vyššı́ pevnostı́ - oceli, litina, Al + slitiny, Cu, Ni + slitiny, žáropevné materiály, keramickokovové materiály, grafit. Některé materiály je vhodné předem na pájených plochách pokovit (pomědit, poniklovat, postřı́břit) Tvrdé pájky na bázi: 1. mědi 2. slitin mědi s obsahem fosforu 3. mosazné (čı́m vı́ce ZN, tı́m vı́ce křehké spoje) 4. střı́brné - dobré tepelná a el. vodivost, houževnaté spoje 5. hlinı́ku (slitina Al + Si) lze pájet hlinı́k 26.6 Tavidla Musı́ v maximálnı́ mı́ře podporovat smáčenı́ základnı́ho materiálu pájkou. Majı́ před pájenı́m převést kysličnı́ky z povrchu kovu do strusky a obránit pájený povrch i pájku před oxidacı́. Musı́ mı́t nižšı́ teplotu tavenı́ než pájka (50 - 150 oC), musı́ mı́t minimálnı́ tvorbu zdravı́ škodlivých sloučenin, kovových par a plynů při pájenı́ 26.6.1 Pro měkké pájenı́ 1. z organických látek - kalafuna - rozpouštı́ tenké vrstvy oxidů (menšı́ účinnost než anorganické, zbytky však nejsou tak korozı́vnı́ - forma pasty 2. z anorganických látek - chlorid zinečnatý, amonný, salmiak, kyselina solná (dodávajı́ se jako pájecı́ vody nebo pasty) - po pájenı́ nutno omýt - působı́ korozı́vně 26.6.2 Pro tvrdé pájenı́ borax nebo kyselina boritá 27 Odporove  svar Ïova  nõ  - bodove Â, s Ï vove  a stykove  , vy  hody a oblasti pouz Ï itõ  27.1 Odporové svařovánı́ patřı́ do skupiny tlakového, při kterém se svařuje v mı́stě ohřátı́ na svařovacı́ teplotu odporovým teplem při působenı́ tlaku. Teplo potřebné k natavenı́ materiálu na svařovacı́ teplotu vzniká průchodem proudu vysoké intenzity a nı́zkého napětı́. Teplo lze zı́skat použitı́m: 1. měkkého svařovacı́ho režimu - nı́zký svařovacı́ proud a dlouhý čas svařovánı́ (nižšı́ tlaky) 2. tvrdý svařovacı́ režim - vysoký svařovacı́ proud a krátký čas svařovánı́, svařovacı́ tlak a proud probı́hajı́ v určité časové závislosti (tzv. svařovacı́ cyklus), vyššı́ tlaky, efektivnějšı́ než měkký režim. chybı́ obr. 27.1.1 Bodové svařovánı́ Svařované součásti se složı́ mezi elektrody bodovacı́ho stroje - zapne se el. proud a svařenı́ nastane v mı́stě největšı́ho přechodového odporu (vzniká zde největšı́ teplo) - vypne se proud - svar tuhne pod tlakem. Svařovánı́ plechů o tloušt’ce t = 0,4 až 5) mm, pro zvýšenı́ produktivity použitı́ dvoubodového a vı́cebodového svařovánı́. Aplikace: svařovánı́ karosériı́ autobusů, trolejbusů, lokomotiv, automobilů. chybı́ obr 27.1.2 Švové svařovánı́ svařované plechy jsou k sobě tlačeny dvěma měděnými kladkami, jež převádějı́ do materiálu proud - vytvořı́ se pak řada bodů, jednotlivých nebo vzájemně překrytých. 27.1.3 Svařovánı́ na lisech Na jedné z části se mechanicky tvořı́ výstupky za působenı́ tlaku se vytvořı́ v mı́stě, kde byly výstupky, svary. Tento způsob je vhodný pro sériovou a hromadnou výrobu hlavně drobnějšı́ch součástı́. 27.1.4 Odporové stykové svařovánı́ Podle způsobu ohřevu stykových ploch se rozeznává: 1. svařovánı́ stykové tlakem - svařované součásti (tyče, profily, trubky) se k sobě přitisknou a nechá se jimi procházet proud - potřebná svařovacı́ teplota, materiál je v plastickém stavu - působenı́m tlaku se součásti spojı́, materiál se napěchuje. 2. svařovánı́ stykové odtavenı́m - zdrojem tepla je el. oblouk, který ohřeje a roztavı́ základnı́ materiál postupně v celém průřezu. Je možné svařovat s předehřevem nebo bez něj. 69 27.1. Odporové svařovánı́ 70 • svařovánı́ s předehřevem - materiál většı́ho průřezu a legované oceli, během předehřı́vacı́ fáze se obě části k sobě střı́davě přibližujı́ a oddalujı́, mı́stem dotyku projde zkratový proud, konce součástı́ se zahřı́vajı́ na teplotu, jež vede k vytvořenı́ el. oblouku, kterým docházı́ k odtavenı́ konců materiálu - svar (stlačenı́ stykových ploch k sobě a spojı́ se). • bez předehřevu - materiál malých průřezů 28 Pnutõ  a deformace pr Ïi svar Ïova  nõ Â. Za  sady navrhova  nõ  svarovy  ch konstrukcõ  Vnitřnı́ svarová pnutı́ a s tı́m souvisejı́cı́ deformace jsou doprovodným jevem při svařovánı́. Jsou přı́činou tvarových a rozměrových změn svařenců. Převážně nemajı́ vliv na provoznı́ bezpečnost a funkčnı́ způsobilost (s vyjı́mkou tlustostěnných konstrukcı́ nebo konstrukcı́ z materiálů vyššı́ch pevnostı́ s nı́zkými plastickými vlastnostmi). 28.0.5 Fyzikálnı́ podstata vzniku vnitřnı́ch pnutı́ a deformace při svařovánı́ 1. nestejnoměrný ohřev a chladnutı́ 2. teplotnı́ roztažnost a s tı́m souvisejı́cı́ pnutı́ a deformace v oblasti svaru 3. strukturnı́ změna základnı́ho i svarového materiálu, vyvolaná metalurgickým pochodem svařovánı́ 28.0.6 Základnı́ rozdělenı́ vnitřnı́ch pnutı́ a deformace při svařovánı́ 1. dle časové existence: (a) dočasná (teplotnı́) - jen po dobu trvánı́ teplotnı́ho pole, vliv na vznik trhlin za tepla. (b) konečná (zbytková) - zůstává ve svařenci po vychladnutı́, pokud se během ohřevu v teplem ovlivněné oblasti svaru překročı́ mez kluzu v tlaku a pokud dojde k plastické deformaci, tj. pěchovánı́. Vzniká i při upnutı́ svařovaných částı́ během chladnutı́. Proto je nutné, aby byl materiál dostatečně plastický. 2. dle orientace k ose svaru (a) podélné (b) přı́čné (c) úhlové deformace - vyvolány přı́čným pnutı́m u nesymetrických svarů 3. dle stálosti (a) pružná - pod mezı́ pružnosti (b) plastická - překročená mez kluzu vyvolá trvalé plastické deformace (c) pružně - plastická - obvykle u svarových spojů 4. dle rozsahu (a) makroskopická - vnitřnı́ pnutı́ a deformace 1. stupně - vliv na mı́stnı́ i celkové deformace svařence 71 28.1. Vliv svarových pnutı́ na pevnost svařence 72 (b) mikroskopická - vnitřnı́ pnutı́ a deformace 2. stupně - vzniká v rozsahu několika zrn struktury (strukturnı́ napětı́) (c) submikroskopická - vnitřnı́ pnutı́ a deformace 3. stupně - působı́ v rozsahu krystalové mřı́žky 28.1 Vliv svarových pnutı́ na pevnost svařence 1. při statickém namáhánı́ - zbytkové pnutı́ nezmenšuje pevnost svařené konstrukce a plastické deformace odčerpávajı́ deformačnı́ schopnost materiálu. 2. při dynamickém namáhánı́ - zbytkové pnutı́ snižuje výrazně mez únavy u křehkých materiálů - omezit ostré přechody, vruby 28.2 Opatřenı́ ke zmenšenı́ pnutı́ a deformacı́ v konstrukci 1. volit průřezy konstrukcı́ a svary souměrně (např. I, křı́žové průřezy mı́sto T, tupé I nebo symetrické svary mı́sto V a U svarů) 2. volit co nejmenšı́ průřezy svarů 3. nehromadit svary na jednom mı́stě 4. rozměrnějšı́ konstrukce vyrábět ve vhodných sekcı́ch a tyto po vyrovnánı́ nejprve spojovat 5. vyvarovat se přı́liš tuhých konstrukčnı́ch uzlů, které nedovolı́ ani malé deformace 6. navrhovat pozvolné přechody 7. předepisovat výrobnı́ tolerance přiměřeně použité technologii svařovánı́ z hlediska technologičnosti konstrukce 28.3 Opatřenı́ ke zmenšenı́ pnutı́ a deformacı́ ve výrobě 1. volit optimálnı́ mohutnost tepelného zdroje a rychlost svařovánı́ 2. podle potřeby použı́vat zvláštnı́ svařovacı́ postupy, např. vystřı́dánı́ svarů, postup kladenı́ vrstev, předehřátı́. 3. u vı́cevrstvých svarů klást vrstvy menšı́ tloušt’ky velkou svařovacı́ rychlostı́ 4. podle potřeby svařovat v upı́nacı́ch přı́pravcı́ch 5. k omezenı́ nebo vyloučenı́ úhlových deformacı́ použı́vat pružného nebo plastického předepnutı́ spojovaných částı́ (desky, pásnice, kolejnice) 6. vyjı́mečně lze použı́t i pokovánı́ jednotlivých vrstev svarů, pokud nenı́ nebezpečı́ znehodnocenı́ materiálu plastickou deformacı́. Nenı́ přı́pustné u poslednı́ vrstvy svaru, kde může dojı́t k nežádoucı́mu zpevněnı́ nebo i porušenı́ celistvosti (trhlinky) a zvýšenı́ sklonu ke stárnutı́. 29 Jakost svarovy  ch spoju Ê - za  kladnõ  metody kontroly, druhy vad a jejich hodnocenõ  29.1 Ověřovánı́ jakosti procesu 1. během svařovánı́ (kontrola materiálu, přı́pravy svarových ploch, předehřátı́ a vlastnı́ho svařovánı́) 2. po svařovánı́ - kontrola povrchu, zkoušky bez porušenı́ ke zjištěnı́ skrytých vad, zkoušky s porušenı́m svarového spoje ke zjištěnı́ mechanických a technologických vlastnostı́ spoje 29.1.1 Kontrola svaru povrchovou prohlı́dkou Provádı́ se po očištěnı́ svaru a ještě před dalšı́mi návaznými technologickými operacemi. Za pomoci lupy lze rozeznat trhliny a vady spojenı́ (3 - 5ti násobné zvětšenı́). 29.1.2 Kontrola svarů prozářenı́m Směr ionizujı́cı́ho zářenı́ je kolmý na plochu svaru, krátkovlnné zářenı́ proniká materiálem, v mı́stě vady proniká zářenı́ o většı́ intenzitě. Vada se zobrazı́ na fotografickém filmu (rentgenogramu). 29.1.3 Kontrola ultrazvukem Užı́váno ke kontrole tupých svarů o t = (5 - 600) mm pomocı́ odrazové metody. Ultrazvukový impuls procházı́ materiálem a odrážı́ se od stěny nebo od možné vady. zachycuje se ultrazvukovým přijı́mačem, na něm se zaznamenávajı́ základnı́ koncová poruchová echa. 29.1.4 Kontrola svaru magnetickou metodou práškovou: Svar se poleje magnetickou detekčnı́ tekutinou, v nı́ž je rozptýlené jemné práškové železo. V elektromagnetických deteskopech střı́davým proudem provádı́me tzv. přı́čnou či podélnou magnetizaci a zjišt’ujeme podélné nebo přı́čné vady na povrchu nebo těsně pod povrchem. 29.1.5 Kontrola svarů kapilárnı́ metodou Pro vady souvisejı́cı́ s povrchem svaru (např. těsnost), patřı́ sem metoda barevné indikace a fluorescenčnı́ metoda. Předmět ponořı́me do detekčnı́ tekutiny, opláchneme ho, osušı́me a naneseme vývojku, která usnadňuje výstup kapaliny z vad. 73 30 Koroze kovu Ê - druhy, charakteristiky, za  kladnõ  zpu Ê soby ochrany Samostatně probı́hajı́cı́ nevratný proces postupného narušovánı́ a znehodnocovánı́ materiálů chemickými a fyzikálně - chemickými vlivy prostředı́. Korodujı́ téměř všechny materiály - kovy a jejich slitiny, anorganické nekovové materiály (keramické, silikátové), organické materiály (plasty, guma) Samovolný průběh koroznı́ho procesu je způsobován tı́m, že koroznı́ systém (materiál - prostředı́) směřuje do pravděpodobnějšı́ho (neuspořádanějšı́ho) stavu s menšı́ volnou entalpiı́. Kovy se snažı́ vrátit do stabilnı́ho stavu (i v přı́rodě se nevyskytujı́ jako ryzı́ kovy. 1. koroze chemická: • děje, při kterých docházı́ k chemické reakci prostředı́ s materiálem. U koroze kovů jde o přı́mý přestup elektronů z kovů do koroznı́ splodiny. • četné chemické nebo fyzikálně - chemické reakce (např. hydrolýza, rozpouštěnı́, vylouhovánı́, výměna iontů, absorpčnı́ děje, ...), které nastávajı́: – při korozi elektricky nevodivých nebo velmi málo vodivých látek (sklo, sklovité smaltové povlaky, organické materiály) – při korozi kovů v plynných prostředı́ch za vyššı́ch teplot, v redukujı́cı́ch plynných prostředı́ch, v nevodivých organických prostředı́ch (organická rozpouštědla,...) 2. koroze elektrochemická Pro jejı́ vznik a průběh je nutná přı́tomnost elektrolytu (prostředı́, ve kterém je průchod proudu umožněn pohybem iontů a elektronů. Z kovu se mohou tyto částice pak přenášet na většı́ vzdálenost než tu, kterou majı́ dva sousednı́ atomy. Pak vzniká koroznı́ článek (možno přirovnat ke galvanickému článku). Mezi elektrodou článku a elektrolytem vznikne el. napětı́ = elektrodový potenciál. Jeho velikost může přibližně určit náchylnost určitého kovu ke korozi. Pro porovnánı́ je nutné vycházet z tzv. standardnı́ho potenciálu E0 přı́slušného kovu. tı́m pak charakterizujeme elektrochemickou ušlechtilost kovu nebo-li snahu kovu uvolňovat elektrony a přecházet do iontového stavu (oxidovat). Rozeznáváme kovy ušlechtilé (majı́ menšı́ snahu oxidovat)a neušlechtilé. Lze sestavit řadu: chybı́ obr. Povrch korodujı́cı́ho kovu si můžeme představit jako soustavu mnoha drobných galvanických článků, tzv. mikročlánků. Na těch mı́stech, která majı́ charakter anod, docházı́ k rozrušovánı́ kovů čili ke korozi. Rozdı́lné potenciály kovů v elektrochemické řadě vyjadřujı́ také ochrannou schopnost kovů, jsou-li použity jako ochranný povlak. Př.: povlak zinku, který je negativnějšı́m členem řady než železo, jej chránı́ proti korozi, protože jako anoda koroduje zinek nejdřı́ve. Ochrannou schopnost má proto i v přı́padě, že povlak je pórovitý. Povlak cı́nu, který je proti železu ušlechtilejšı́, je tedy katodou, chránı́ železo jen když je zcela bezzávadné. Je-li porušeno, koroduje železo v tomto mı́stě dokonce mnohem vı́ce než bez tohoto povlaku. 74 75 30.0.6 Charakteristika koroznı́ho působenı́ 1. dle charakteru koroznı́ho děje: • koroze kovů a slitin v plynech za vyššı́ch teplot • koroze kovů v redukujı́cı́ch plynných prostředı́ch • koroze kovů v nevodivých kapalinách 2. koroze elektrochemická (koroze v el. vodivých prostředı́ch) • koroze kovů ve vlastnı́ch roztocı́ch elektrolytu (kyselé, neutrálnı́ a alkalické) • koroze kovů působenı́m tavenin louhů a solı́ • koroze v tekutých kovech • atmosférická koroze • koroze ve vodách • půdnı́ koroze • koroze tzv. bludnými proudy 3. dle charakteru koroznı́ho prostředı́ • koroze atmosférická • koroze v kapalinách • koroze v plynech (oxidačnı́ a redukčnı́ plyny) • koroze půdnı́ (biologická apod.) 4. dle vnějšı́ formy koroznı́ho napadenı́ • koroze rovnoměrná (celková, plošná) • koroze nerovnoměrná (koroze důlková, bodová, mezikrystalová, transkrystalová, selektivnı́, nožová) 5. dle vnějšı́ho činitele podmiňujı́cı́ho korozi • koroze za napětı́ (koroznı́ praskánı́, koroznı́ únava) • koroze cizı́mi elektrickými (tzv. bludnými) proudy • koroze vibračnı́ Jednotlivé formy koroze nutno posuzovat komplexně. Ochrana proti korozi: 1. Úprava koroznı́ho prostředı́ • odstraněnı́ korozně aktivnı́ složky z koroznı́ho prostředı́ (např. snı́ženı́ relativnı́ vlhkosti ve skladech, ochranná atmosféra při ohřevu kovů) 76 • přı́sada látek, které zřetelně zpomalı́ průběh koroze (=inhibitory) velmi účinný a rozšı́řený způsob 2. Volba materiálu vcházı́ ze znalostı́ jeho koroznı́ch vlastnostı́ v uvažovaném prostředı́ hlediska: • termodynamická stálost kovu při přeměně v jeho sloučeniny (ušlechtilé kovy Pt, Au, Cu, Vi, Mb) • schopnost snadné a účinné pasivace - vytvořenı́ korozně odolné oxidické vrstvy na povrchu - antikoroznı́ ocel, Ti, Al) • vytvořenı́ tlustých vrstev koroznı́ch splodin (př. na Cu, Zn, Pb) • použitı́ materiálu s malým sklonem k nebezpečným druhům koroze 3. Návrh vhodného konstrukčnı́ho řešenı́ • zrovnoměrněnı́ koroznı́ch podmı́nek (vyhnout se např. konstrukci, při nı́ž vzniká bimetalický spoj dvou kovů elektrochemicky rozdı́lných - např. spojenı́ pozinkovaného plechu měděným šroubem, kdy se koroze výrazně uplatnı́ na kovu méně ušlechtilém.) • zkrácenı́ doby styku povrchu s agresivnı́m prostředı́m - nutnost odstranit štěrbiny, ostré úhly mezi spojovanými dı́ly a prohlubně - vady způsobujı́ zadržovánı́ kapalin, usazovánı́ kalů a tı́m i mı́stnı́ korozi. • přizpůsobenı́ konstrukce předpokládaným technologiı́m povrchových úprav 4. Elektrochemické ochrany - záměrná změna potenciálu kovu vůči danému elektrolytu je způsobena ovlivňovánı́m velikosti proudu na rozhranı́ kov - elektrolyt. Tři základnı́ potenciálové oblasti, které vyjadřujı́ náchylnost nebo odolnost kovu proti korozi v soustavě kov - elektrolyt: • aktivnı́ stav kovu, tj. potenciálová oblast, v nı́ž docházı́ ke korozi • imunnı́ stav kovu - má zápornějšı́ potenciál, než aktivnı́ oblast. Koroznı́ oblast zde prakticky neprobı́há. • pasivnı́ stav kovu - oblast pozitivity - má kladnějšı́ potenciál, než koroznı́ oblast. Kov je v této oblasti korozně odolný. Dalšı́ dělenı́: 1. katodická ochrana - chráněný kov je v důsledku tzv. katodické polarizace převeden do stavu imunity, užitı́ pro dálková potrubı́ (plynovody, vodovody, ropovody), přı́stavnı́ zařı́zenı́, lodě a ostatnı́ zařı́zenı́ ovlivňované účinky mořské vody, zařı́zenı́ na horkou vodu... 2. anodická ochrana - chráněný kov je v důsledku tzv. anodické polarizace převeden do pasivnı́ho stavu, velmi malé použitı́ 31 NC obra  be Ï cõ  stroje, syste  my a programova  nõ  Při čı́slicově řı́zeném obráběnı́ je program výroby součásti zadán ve formě čı́sel. Základnı́m nositelem informace je nejčastěji děrná páska. Výhody: Náklady na seřı́zenı́ stroje jsou zanedbatelné, velká pružnost užitı́, protože se řı́dı́cı́ programy dělajı́ mimo pracoviště, což umožňuje časté střı́dánı́ tvarově i rozměrově podobných sad výrobků. Pásku je možno využı́t okamžitě k výrobě součástı́ při opakované výrobě. 31.1 Čı́slicově řı́zené obráběcı́ stroje : Prvnı́ tyto stroje se objevily v 70. letech min. stoletı́ a byly využı́vány k obráběnı́ složitých součástı́ v leteckém průmyslu, ale postupem času se zavedly do běžného užı́vánı́ v hromadné a sériové výrobě. NC stroje dělı́me do 3 vývojových stupňů: 1. stupeň založený na užı́vánı́ konvenčnı́ch strojů, ke kterým jsou po úpravách pohonů posuvů přiřazovány NC stroje. Nejsou dostatečně přesné, spolehlivé a majı́ nižšı́ životnost. 2. stupeň - vybavené servosystémy, v pracovnı́m cyklu lze u nich užı́t většı́ počet nástrojů. Použı́vajı́ vedenı́ s dokonalým vymezenı́m vůle a nı́zkým třenı́m (valivá, hydrostatická). 3. stupeň - u nás vyvinuty ve spolupráci s VÚOSO stavebnicové stroje pro obráběnı́ rotačnı́ch a skřı́ňových obrobků. Majı́ maximálnı́ skupinovou produktivitu a sleduje se jejich využitı́ pro konkrétnı́ optimalizaci výroby součástı́. 31.2 Čı́slicově řı́zená obráběcı́ centra : Definice ISO pro OC: OC je řı́zený stroj, který je schopen vykonat různé operace při jednom upnutı́ obrobku, je schopen vybrat a vyměnit nástroje, nastavit vzájemnou polohu obrobku a nástroje a řı́dit otáčky, posuvy a pomocné úkony. Je to tedy vı́ceprofesnı́ stroj s automatickou výměnou nástrojů ze zásobnı́ku nástrojů. Podle polohy vřetena dělı́me OC na: • OC s vodorovnou osou vřetena - častějšı́, majı́ většı́ technologické možnosti. Jsou určeny pro obráběnı́ skřı́ňových součástı́ z vı́ce stran. • OC se svislou osou vřetena - pro obráběnı́ plochých součástı́. Možnost použitı́ dělı́cı́ch přı́strojů s vodorovnou osou hlavy pro všestranné použitı́. Na obou typech lze provádět vrtánı́, vyvrtávánı́, frézovánı́ a řezánı́ závitů. Zásobnı́ky nástrojů u OC: • revolverový • bubnový • deskový 77 31.3. Výrobnı́ systémy s NC stroji 78 • voštinový • řetězový Čas výměny nástrojů je 5 - 8s, kapacita 15 - 60ks. Výhodou OC je maximálnı́ snı́ženı́ nákladů na mezioperačnı́ dopravu a výměnu nástrojů. Jsou vysoce geometricky i rozměrově přesné: nastavenı́ polohy . . . ±0, 025 − ±0, 005mm opakovaná přesnost . . . ±0, 0125 − ±0, 0025mm 31.3 Výrobnı́ systémy s NC stroji : 1. Integrované výrobnı́ úseky (IVÚ): Majı́ vyššı́ stupeň automatizace, NC stroje 2. stupně s centrálně řešenou dopravou obrobků, nástrojů a upı́nacı́ch přı́pravků, jsou řı́zeny počı́tačem , zvyšujı́ produktivitu práce a snižujı́ průběžnou dobu výroby, šetřı́ pracovnı́ sı́ly a stroje. 2. Pružné výrobnı́ systémy: majı́ vysoký stupeň automatizace, jsou vybaveny NC stroji 3. stupně s optimálnı́m technologickým přı́slušenstvı́m, řı́zené počı́tačem. 3. Systémy CAD/CAM: integrovaný hardwarový a softwarový systém, který obsahuje: • automatickou konstrukci výrobku - CAD • automatickou technologickou přı́pravu výroby - CAPP • automatickou výrobu - CAM • automatickou informačnı́ systém - CAD/CAM 31.4 Generace řı́dı́cı́ch systémů NC strojů : 1. generace - na bázi elektronek a relé 2. generace - na bázi tranzistorů 3. generace - na bázi integrovaných obvodů 4. generace - na bázi mikroprocesorů 31.5 Programovánı́ Program obsahuje podrobný soubor všech technologických, geometrických a pomocných informacı́ v takovém rozsahu, aby v libovolně probı́hajı́cı́ dokončené fázi programu na stroji byly k dispozici informace pro realizaci následujı́cı́ch částı́ programu. • absolutnı́ - zadávajı́ se vzdálenosti bodů, resp. poloh nástroje od určitého počátku (nulového bodu) • přı́růstkové - postupně od výchozı́ polohy nástroje se zaznamenává přı́růstek dráhy ve směru dalšı́ho pohybu. • strojnı́ - pomocı́ počı́tače lze určit potřebné geometrické parametry relativnı́ dráhy nástroje a obrobku, stanovit řezné podmı́nky pro dané obráběcı́ nástroje. Počı́tač může rovněž provést volbu obráběcı́ch nástrojů, rozdělit operaci do jednotlivých úseků tak, aby délka pracovnı́ho cyklu byla co nejmenšı́. • ručnı́ 32 Obra  be Ï nõ  vne Ï js Ï õch rotac Ï nõ Âch ploch - metody, stroje, na  stroje 32.1 Soustruženı́ rotačnı́ pohyb obrobku, pohyb nástroje je přı́močarý (podélný, přı́čný posuv) 32.1.1 Druhy soustruhů : 1. universálnı́ hrotový soustruh: kusová a malosériová výroba, pro soustruženı́ hřı́delových a přı́rubových součástı́ bez náročného seřizovánı́ 2. revolverové soustruhy: pro výrobu malých a menšı́ch sériı́ vyžadujı́cı́ch většı́ počet nástrojů na jedno upnutı́ • s vodorovnou osou revolverové hlavy • se svislou osou revolverové hlavy • se šikmou osou revolverové hlavy 3. svislé soustruhy: obráběnı́ rozměrných a těžkých součástı́ v kusové a malosériové výrobě • jednostojanové • dvoustojanové 4. čelnı́ soustruhy: obráběnı́ rozměrných přı́rubových součástı́ malých délek v kusové výrobě 5. poloautomatické soustruhy: automatický cyklus pracovnı́ch nástrojů, obsluha vyměňuje pouze obrobky, vypı́ná a zapı́ná stroj i automatický cyklus, užı́vá se pro střednı́ série a velkosériovou výrobu. • hrotové - revolverové • čelnı́ - několikavřetenové (soustruženı́ několika kusů na několika vřetenech) 6. automatické soustruhy: velkosériová a hromadná výroby, podávánı́ a obráběnı́ zcela automatické, složité součásti z tyčového materiálu • jednovřetenové - upichovacı́ (krátké součásti), podélné (materiál veden v pevném pouzdru), revolverové • křivkové revolverové - řı́zenı́ křivkovými bubny a vačkami • bezkřivkové revolverové - řı́zenı́ narážky otáčivého bubnu • několikavřetenové - tyčovitý materiál 7. čı́slicově řı́zené soustruhy - řı́zenı́ programem, zkrácenı́ pracovnı́ho času 79 32.1. Soustruženı́ 32.1.2 Nástroje : Dělenı́ soustružnický nožů dle: 1. druhu materiálu řezné části: • • • • nástrojová RO s břitovými destičkami z SK z řezné keramiky diamantové, kobalt nitrid bóru 2. druhu obráběcı́ho stroje: • soustružnické • revolverové • automatové 3. charakteru obráběnı́: • hrubovacı́ • práce na čisto 4. způsobu obráběnı́ • • • • ubı́racı́ zapichovacı́ a upichovacı́ vyvrtávacı́ tvarové, hrotové 5. tvaru těla nože • • • • • • přı́mé prohnuté ohnuté osazené kotoučové prizmatické 6. polohy hlavnı́ho ostřı́ • pravé • levé • souměrné 7. požadavku výroby • normalizované • speciálnı́ 80 33 Obra  be Ï nõ  de Ï r - metody, stroje, na  stroje 33.1 Vrtánı́ obráběnı́ dı́ry do plného materiálu hlavnı́ pohyb - otáčenı́ vedlejšı́ pohyb - posuv Vrtačky: • stolnı́ - do průměru 16 mm (malé obrobky) • sloupové - do průměru 40 mm • stojanové - do průměru 60 mm (tužšı́ konstrukce) • otočné - nejrozšı́řenějšı́ (základnı́ deska, sloup s otočným pláštěm, rameno, vřetenı́k) • s revolverovou hlavou - do průměru 100 mm (několik nástrojů postupně) • speciálnı́ - mnohavřetenové, jednoúčelové, souřadnicové, čı́slicově řı́zené • radiálnı́ Vrtáky: • normalizované šroubovité (IT 11 - 14, Ra 3,2 - 6,3) • stupňovité • středı́cı́ na délku dı́ry • kopinaté • speciálnı́ na hloubku dı́ry - dělové, hlavňové (IT 7 - 10, Ra 1,6 - 3,2) • sdružený vrták 33.2 Vyvrtávánı́ zvětšovánı́ předvrtaných, předlitých nebo předkovaných děr hlavnı́ pohyb - otáčenı́ vedlejšı́ pohyb - posuv Vyvrtávačky: • vodorovné - stolnı́, deskové, NC • souřadnicové - jednostojanové, dvoustojanové, NC Nástroje: • vyvrtávacı́ tyče a hlavy pro hrubovánı́ a jemné vyvrtávánı́, • vyvrtávacı́ nože - konstrukcı́ podobné radiálnı́m nožům na soustruženı́ (hlavnı́m znakem těchto nožů je velký úhel nastavenı́) 81 33.3. Vyhrubovánı́, vystružovánı́ 33.3 Vyhrubovánı́, vystružovánı́ sloužı́ k obráběnı́ vyššı́ch kvalitativnı́ch parametrů děr výhrubnı́ky (IT 8 - 10, Ra 0,8 - 1,6) výstružnı́ky (IT 5 - 8, Ra 0,1 - 0,8) • strojnı́ • ručnı́ • rozpı́nacı́ • loupacı́ • stavitelné 33.4 Zahlubovánı́ úprava konců děr a ploch k nim přilehlých záhlubnı́ky (IT 7 - 10, Ra 0, 8 - 1,6): • nástrčné • s výměnným čepem • válcové, kuželové, přı́padně tvarové Dělenı́ nástrojů podle: • univrzálnosti - speciálnı́ (operačnı́), normalizované • materiálu - z RO, s břitovými destičkami ze SK • upı́nánı́ - stopka válcová, kuželová, nástrčné • rozteče zubů - stejnosměrné, nestejnosměrné • tvaru - válcové, kuželové, tvarové • způsobu obráběnı́ 82 34 Obra  be Ï nõ  rovinny  ch ploch - metody, stroje, na  stroje 34.1 Frézovánı́ zuby nástroje odebı́rajı́ materiál obrobku otáčejı́cı́ho se kolem pevné osy, posuv součásti je většinou k ose nástroje. • obvodem - válcové a tvarovacı́ frézy – sousměrné (smysl rotace nástroje je ve směru posuvu obrobku) – nesousměrné (smysl rotace nástroje je proti směru posuvu obrobku) • čelem • okružnı́ - obráběnı́ dlouhých válcových tyčı́ a výroba závitů • planetové - u čı́slicově řı́zených frézek nebo OC - frézovánı́ vnitřnı́ch zápichů, kruhových zaoblenı́, většı́ch otvorů Stroje: konzolová frézka vodorovná, svislá, universálnı́, stolové frézky, rovinné frézky Nástroje: • z hlediska geometrického tvaru: válcová fréza, úhlová fréza, kotoučová fréza, čelnı́ fréza, tvarová fréza, drážkovacı́ fréza, kopı́rovacı́ fréza, čelnı́ válcová fréza • z hlediska způsobu upnutı́ • nástrčné (válcové, úhlové, kotoučové frézy) • s válcovou stopkou (čelnı́ válcová fréza) • s kuželovou stopkou (kopı́rovacı́, drážkovacı́ fréza) Parametry: hrubovánı́ (válcová, čelnı́ fréza) - IT 10 - 13, Ra 6,3 - 25 na čisto - IT 9 - 12, Ra 1,6 - 6,3 jemné - IT 7 - 8, Ra 0,8 - 1,6 34.2 Obráženı́ a hoblovánı́ hoblovánı́: obrobek koná hlavnı́ pohyb přı́močarý vratný a nástroj posuv do řezu obráženı́: hlavnı́ pohyb koná nástroj, posuv obrobek Ploché povrchy mohou být obráběny v horizontálnı́ch, vertikálnı́ch a vzájemně skloněných rovinách, užitı́ pro kusovou a malosériovou výrobu Stroje: hoblovky (jednostojanové, dvoustojanové), vodorovná a svislá obrážečka Nástroje: uběracı́ nůž, hladı́cı́ nůž, drážkovacı́ nůž, uběracı́ nůž stranový, drážkový nůž ohnutý Parametry: hrubovánı́ IT 11 - 12, Ra 6,3 - 12,5 na čisto IT 8 - 11, Ra 3,2 - 6,3 83 34.3. Broušenı́ 34.3 84 Broušenı́ • rotačnı́ - broušenı́ symetrických rotačnı́ch ploch tvarovým obvodem rotujı́cı́ho brousı́cı́ho kotouče při otáčejı́cı́m se obrobku • podélné (obrobek upnut mezi hroty) • planetové broušenı́ děr (pro součásti, které nelze upnout do sklı́čidel), obrobek stojı́ a brousı́cı́ vřeteno otočné kolem své osy obı́há kolem osy obrobku a vykonává posuvný pohyb ve směru osy dı́ry. • bezhrotové broušenı́ (obrobek se pohybuje mezi 2 kotouči, které rotujı́ různými otáčkami) • rovinné - broušenı́ rovinných ploch obrobku čelem nebo obvodem brousı́cı́ho kotouče při přı́močarém nebo kruhovém posuvu obrobku Stroje: • brusky rovinné s vodorovnou a svislou osou vřetena • hrotové brusky • bezhrotové brusky (majı́ 2 vřetenı́ky) • brusky na dı́ry Nástroje: brusné kotouče • brusivo přı́rodnı́ (diamant, pı́skovec...) • brusivo umělé (umělý korund, karbid křemı́ku...) • pojivo organické (umělé pryskyřice, guma...) • pojivo anorganické (keramické, silikátové...) Parametry: hrubovánı́ IT 9 - 11, Ra 0,8 - 6,3 na čisto IT 5 - 7, Ra 0,2 - 1,6 jemné IT 3 - 4, Ra 0,025 - 0,4 34.4 Protahovánı́ Stroje: svislá, vodorovná protahovačka, oba typy se použı́vajı́ pro vnějšı́ i vnitřnı́ protahovánı́ ploch určitých rozměrů, tvarů a polohy, obrobek stojı́, nástroj se pohybuje řeznou rychlostı́. Efektivnějšı́ než frézovánı́, hoblovánı́ a broušenı́ Nástroje: protahovacı́ trny (části: vedenı́, řezacı́ část, upı́nacı́ část, kalibrovacı́ část a zadnı́ vedenı́) Parametry hrubovánı́ IT 7 - 9, Ra 0,8 - 1,2) na čisto IT 6 - 7, Ra 0,2 - 0,8) 34.5 Honovánı́ jemné přebrušovánı́ honovacı́mi kameny upevněnými v honovacı́ hlavě. Honovacı́ hlava koná rotačnı́ pohyb a současně přı́močarý vratný pohyb ve směru osy. Stroje: honovacı́ stroj se svislým vřetenı́kem Nástroje: honovacı́ kameny Parametry: IT 4 - 5, Ra 0,1 - 0,2 34.6. Lapovánı́ 34.6 85 Lapovánı́ Úběr materiálu účinkem volného brusiva přiváděného v kapalině nebo měkké pastě mezi nástroj a obrobek. Stroj: lapovacı́ stroj se svislým vřetenem Nástroj: lapovacı́ trn z mědi, měkké oceli, olova, plastických hmot Parametry: IT 3 - 4, Ra 0,08 - 0,16 34.7 Superfiniš přehlazovánı́ povrchu obrobku brousı́cı́mi kameny, kameny (1 - 4) konajı́ kmitavý pohyb o frekvenci 500 - 3000 dvojzdvihů za minutu a jsou přitlačovány hydraulicky. Tvar kamenů se upravuje podle tvaru obráběné plochy. Parametry Ra 0,05 - 0,1 35 Vy  roba za  vitu Ê - metody, stroje, na  stroje 35.1 Výroba vnějšı́ch závitů 35.1.1 Soustruženı́m vyrábı́ se na universálnı́ch a revolverových soustruzı́ch, použı́vané nože majı́ profil řezaného závitu (radiálnı́, prizmatický, kotoučový), přı́suv nože je radiálnı́ nebo ve směru boku závitu, ploché a lichoběžnı́kové závity se řežou noži odpovı́dajı́cı́ch profilů, produktivnı́ způsob řezánı́ je pomocı́ závitových hlav (s radiálnı́mi, kotoučovými nebo prizmatickými noži) - do závitu M60 35.1.2 Frézovánı́m vyrábı́ se kotoučovými frézami (dlouhé závity např. lichoběžnı́kové) hřebenovými frézami (krátké závity, frézujı́ se najednou v celé šı́řce) okružovacı́mi frézovacı́mi hlavami. Pro frézovánı́ závitu kotoučovou frézou se použı́vajı́ speciálnı́ stroje podobné soustruhům (suport nahrazen frézovacı́m vřetenı́kem) 35.1.3 Lı́covánı́m závity vytlačujeme na svornı́k plochými čelistmi nebo kotouči, které majı́ tvar profilu závitu a výchozı́ průměr majı́ menšı́ než průměr požadovaný. Válcovánı́ plochými čelistmi - součást se podává mezi dvě kalené čelisti radiálnı́ způsob: použı́vajı́ se 2 kotouče, na nichž je vytvořen negativ válcovaného závitu axiálnı́ způsob: závit se tvářı́ 3 kotouči volně otočnými (kruhové válcové čelisti, závitovacı́ hlava) použı́vajı́ se revolverové a automatické soustruhy 35.1.4 Broušenı́m použı́vá se broušenı́ plochým kotoučem s jednı́m profilem, hřebenovým kotoučem (na obvodu má několik závitových profilů v uzavřeném kruhu) a bezhrotý způsob broušenı́. 35.2 Výroba vnitřnı́ch závitů: Použı́vajı́ se vrtačky nebo specielnı́ závitořezy (podobné sloupovým nebo stojanovým vrtačkám - majı́ automatickou reverzi). Nástroje: závitnı́ky běžného provedenı́, s neprůchozı́ drážkou, nástrčný, maticový. Pro výrobu závitů do mědi, mosazi a hlinı́ku se použı́vajı́ tvářecı́ závitnı́ky. Závity většı́ch průměrů se mohou řezat závitovými noži (radiálnı́, kotoučový, kotoučový hřebı́nkový) Závity velkých průměrů se frézujı́ kotoučovými nebo hřebenovými frézami. 86 36 Vy  roba ozubenõ  - metody, stroje, na  stroje 36.1 Frézovánı́m dělı́cı́m způsobem (čepová nebo kotoučová modulová fréza), odvalovacı́m způsobem (pro evolventnı́ ozubenı́) odvalovacı́ frézou 36.2 Obráženı́m odvalovacı́m způsobem kotoučovým nožem nebo hřebenovým nožem (odvalovacı́ obrážečky) 36.3 Protahovánı́m nebo protlačovánı́m výroba vnitřnı́ho ozubenı́, protahovacı́ trny majı́ přesná tvar zubových mezer odpovı́dajı́cı́ vyráběnému kolu. 36.4 šneková kola obrábı́ se na odvalovacı́ch frézkách radiálnı́m nebo tangenciálnı́m způsobem, šneky se vyrábı́ nejčastěji soustruženı́m nebo frézovánı́m. 36.5 Kuželová kola s přı́mými a šikmými zuby obrábějı́ se frézovánı́m kotoučovou nebo čepovou tvarovou frézou dělı́cı́m způsobem, obráženı́m jednı́m nebo dvěma noži odvalem, hoblovánı́m podle šablony nebo frézovánı́m dvěma nožovými hlavami. 36.6 Kuželová kola se zakřivenými zuby 36.6.1 Gleason pro kruhově zakřivené zuby, jako nástroje se použı́vá čelnı́ nožová hlava, zuby se vyrábı́ frézovánı́m 36.6.2 Oerlikon zuby zakřiveny podle prodloužené epicykloidy, nástrojem je frézovacı́ hlava s noži lichoběžnı́kového tvaru, ozubenı́ se vytvářı́ kombinacı́ 3 pohybů - točivý pohyb nožové hlavy, obrobku a odvalovacı́ pohyb nožové hlavy. 36.6.3 Klingelnberg zuby zakřiveny podle prodloužené evolventy, nástrojem je kuželová fréza s lichoběžnı́kovým profilem, ozubenı́ se tvořı́ kombinacı́ 3 pohybů - točivý pohyb frézy a obrobku a odvalovacı́ pohyb frézy. 87 36.7. Dokončovacı́ operace na ozubenı́ čelnı́ch kol 36.7 Dokončovacı́ operace na ozubenı́ čelnı́ch kol 36.7.1 Ševingovánı́ 88 z boků zubů se odebı́rajı́ jemné třı́sky a opracovaný bok vykazuje vysokou geometrickou přesnost. Nástroj: ševingovacı́ kolo nebo hřeben - břity obou nástrojů jsou vytvořeny drážkami na bocı́ch zubů. Ševingovacı́ nástroj zabı́rá s obráběným kolem. (Ševingovacı́ kolo je hnacı́ a obráběné hnané kolo je bržděno.) Přı́davek na ševingovánı́ 0,04 - 0,1 mm. Ševingovánı́ podélné a diagonálnı́ 36.7.2 Broušenı́ ozubených kol • dělı́cı́m způsobem tvarovými kotouči (méně přesné, ale produktivnı́, kotouče majı́ tvar jednoho boku zubu, nebo majı́ tvar zubové mezery) • dělı́cı́m způsobem s odvalem brousı́cı́ho kotouče (přesnějšı́ - 1 nebo 2 kotouče brousı́cı́ jsou skloněny pod úhlem tvořı́cı́ přı́mky, takže představujı́ boky hřebene zubu) • odvalem brousı́cı́ho kotouče ve tvaru šneku (produktivnějšı́) 36.7.3 Lapovánı́ a zaběhávánı́ ozubených kol zlepšujı́ drsnost povrchu ozubených kol lapovánı́: princip jako u ševingovánı́ - nástrojem je přesné litinové kolo se stejným modulem jako obrobek + lapovacı́ pasta zaběhávánı́: spoluzabı́rajı́cı́ kola se nastavı́ do záběru a při otáčenı́ se na ně přivádı́ olej s jemným brusivem 36.7.4 Válcovánı́ ozubenı́ mı́sto ševingovánı́ či broušenı́, plastická deformace kovu v povrchových vrstvách na bocı́ch zubů 37 Nekonvenc Ï nõ  metody obra  be Ï nõ  - za  kladnõ  postupy a jejich vyuz Ï itõ  uplatněnı́ při obráběnı́ těžko obrobitelných materiálů elektrické metody: • elektroerozivnı́ obráběnı́ • elektrochemické obráběnı́ • chemické frézovánı́ • obráběnı́ ultrazvukem • obráběnı́ svazkem paprsků elektronů, fotonů a iontů 37.1 Elektroerozivnı́ obráběnı́ Úběr materiálu periodicky se opakujı́cı́mi elektrickými jiskrovými, přı́padně obloukovými výboji, které probı́hajı́ v médiu mezi dvěma elektrodami - nástroj, obrobek. Použitı́ na hloubenı́ tvarů, děrovánı́, broušenı́, řezánı́, složité tvary (např. závity). Na povrchu obrobku zůstávajı́ krátery. 37.2 Elektrochemické obráběnı́ Je založeno na elektrolytickém nebo elektrolyticko - mechanickém úběru materiálu, obrobek i nástroj musı́ být elektricky vodivé - během úběru se vzájemně přibližujı́. Nástroj může být tvarový. Použitı́ na elektrochemické broušenı́ a hloubenı́, elektrolytické honovánı́, vrtánı́ a soustruženı́, hlavnı́ užitı́ na srovnánı́ mikronerovnostı́ (leštěnı́) a na odstraněnı́ otřepů na těžko přı́stupných mı́stech. V mezeře mezi nástrojem a obrobkem je elektrolyt. 37.3 Chemické frézovánı́ Leptacı́ proces vyvolaný kyselinou nebo alkáliı́. Využitı́ na úběr materiálu malých tlouštěk z obrobků velkých rozměrů a složitých tvarů, málo tuhých tenkostěnných obrobků. Části povrchů, jež nemajı́ být odleptány jsou chráněny např. pryskyřicovými nátěry, speciálnı́mi laky. Drsnost obrobené plochy je horšı́ než původnı́. 37.4 Obráběnı́ ultrazvukem K úběru docházı́ mechanickým účinkem brousı́cı́ch zrn a kavitačnı́m účinkem kapaliny, která tvořı́ brousı́cı́ směs (brusivo SiC, Al2O3, B4C nebo diamant). Nástroj kmitá kolmo k povrchu obrobku. Použitı́ pro hloubenı́ a děrovánı́ různých tvarů do křehkých a tvrdých materiálů, nejčastěji nevodivých. 89 37.5. Obráběnı́ svazkem paprsků elektronů, fotonů (laser) a iontů 37.5 90 Obráběnı́ svazkem paprsků elektronů, fotonů (laser) a iontů Úběr materiálu je založen na tavenı́ a vypařovánı́ látky v ohraničené oblasti působenı́m soustředného svazku elektronů, fotonů nebo iontů. Použitı́ pro speciálnı́ přı́pady (např. při vytvářenı́ úzkých drážek, děr přı́padně jiných tvarů ve velikosti řádově setin až desetin mm). 1. svazek elektronů - dı́ry o průměru 0,1 - 0,8 mm, drážky šı́řky 1 mm s přesnostı́ ±0, 0025mm. Obrobek musı́ být umı́stěn ve vakuové komoře. 2. Laser - pracuje impulsně (krátký čas v malém prostoru), použı́vá se v oblasti technologie mikrosoučástı́ ( např. výrobě malých děr, drážek, pro úběr materiálu při dynamickém vyvažovánı́ rotujı́cı́ch součástı́ malých rozměrů) 38 Kontrola vy  roby - zpu Ê soby me Ïr Ïenõ  strojnõ Âch souc Ïa  stõ Â, automatizace a organizace kontroly 38.1 Kontrola délek ocelové pásky, měřı́tka, posuvná měřı́tka, posuvné hloubkoměry, mikrometrické hloubkoměry. 38.2 Měřenı́ průměrů měřenı́m - posuvné měřı́tko, mikrometr, mikrometrický odpich srovnánı́m - válečkový kalibr, třmenový kalibr 38.3 Kontrola tvaru a polohy nožovitá pravı́tka (rovinnost ploch), čı́selnı́kové úchylkometry (kruhovitost, válcovitost, kolmost, házivost) 38.4 Kontrola úhlů universálnı́ úhloměr, sinusové pravı́tko 38.5 Kontrola závitů měřenı́ vnějšı́ch závitů - závitový mikrometr měřenı́ stoupánı́ závitů - posuvné měřı́tko s pomocnými čelistmi, šablona měřenı́ meznı́m závitovým a meznı́m třmenovým kalibrem 38.6 Kontrola ozubenı́ kontrola tloušt’ky zubu - měřenı́ přes zuby talı́řkovým mikrometrem kontrola rozteče zubů provádı́ se na roztečné kružnici (přı́ručnı́ měřidla, universálnı́ stroje) obvodové házenı́ - měřı́ se v přı́stroji s hroty, kde se upne obrobek na třmen měřı́cı́ dotyk při otáčenı́ kola snı́má úchylky radiálnı́ho házenı́. 38.7 Měřenı́ drsnosti nejvyššı́ výška nerovnosti R, tj. vzdálenost mezi nejvyššı́m a nejnižšı́m mı́stem měřeného povrchu se měřı́ opticky. Použı́vá se dvojitý mikroskop (měřı́ se tak, že se světelná rovina vrhá šikmo na povrch a mikroskopem se čtou rozdı́ly mezi vrcholky a prohlubeninami povrchu. Drsnost povrchu lze také hodnotit porovnánı́m se vzorovou součástı́ nebo specielnı́mi vzorky. Porovnává se přı́mo okem nebo mikroskopem. 91 39 Tvorba vy  robnõ Âch postupu Ê - za  sady, obsah, forma, vyuz Ï itõ  Pořadı́ operacı́ v technologickém postupu: 1. Přı́prava polotovaru (dělenı́, rovnánı́, úprava výkovku a odlitku) 2. Tepelné zpracovánı́ (na odstraněnı́ vnitřnı́ho pnutı́) 3. Vstupnı́ kontrola 4. Výroba technologických základen (pro soustruženı́, frézovánı́, navrtávánı́, broušenı́) 5. Hrubovacı́ operace 6. Mezioperačnı́ kontrola 7. Tepelné zpracovánı́ 8. Obráběnı́ na čisto základnı́ch a druhořadých ploch 9. Obráběnı́ tvarových ploch 10. Mezioperačnı́ kontrola 11. Přı́prava pro tepelné zpracovánı́ (cementovánı́) 12. Obráběnı́ ploch (odstraněnı́ cementačnı́ vrstvy) 13. Závěrečné teplené zpracovánı́ 14. Povrchové úpravy 15. Dokončovacı́ operace funkčnı́ch ploch 16. Dokončovacı́ operace tvarových ploch 17. Konečná kontrola 18. Konzervace Obsah: název součásti, čı́slo výkresu, výrobnı́ středisko, čı́slo operace, název stroje, popis práce, řezné podmı́nky, nářadı́ a upı́nacı́ zařı́zenı́, měřidla 92 40 Technologic Ï nost konstrukce souc Ïa  stõ  a vy  robku Ê s ohledem na obra  be Ï nõ  a monta Âz Ï Účinnost technologičnosti konstrukce se projevuje v těchto směrech: • úspora materiálu • úspora pracnosti • lepšı́ využitı́ strojů • snı́ženı́ spotřeby energie • odstraněnı́ konstrukčnı́ mnohotvárnosti Na dosažený stupeň technologičnosti konstrukce má vliv: • volba materiálu - při výběru brát v úvahu technologické vlastnosti (obrobitelnost, svařitelnost, kalitelnost...), konstruovat výrobek s nejmenšı́m množstvı́m materiálu • volba polotovaru - druh polotovaru (odlitek, svarek, výlisek, výkovek...) se ověřuje ekonomickým rozborem. Za nejlepšı́ polotovary se považujı́ ty, které se co nejvı́ce přibližujı́ tvaru a rozměrům výrobku • volba tvaru - nejvýhodnějšı́ jsou plochy rovinné a válcové, méně vhodné jsou plochy kuželové a tvarové (nutné speciálnı́ nástroje). Z hlediska vzájemné polohy jsou nejvýhodnějšı́ plochy rovnoběžné a na sebe kolmé, méně vhodné jsou plochy k sobě skloněné o úhel většı́ než pravý. Tvar součásti by měl být takový, aby např. u skřı́ňových součástı́ bylo možno obrobit jednu jejich stranu na jeden záběr nástroje, rotačnı́ součásti majı́ být odstupňovány vzestupně nebo sestupně. Obráběné plochy musı́ být snadno přı́stupné s možnostı́ vyráběnı́ normalizovanými nástroji. Upnutı́ musı́ být snadné a bezpečné. U závitů je nutné uvažovat většı́ výběh pro nástroj (zápich, volný výběh). Vhodné jsou závity vnitřnı́ s poměrem délky k průměru ¿ 2. U vrtaných děr je třeba vyhýbat se odstupňovaným průměrům, neprůchozı́m dı́rám s rovným dnem, vstupnı́ a výstupnı́ plochy pro vrták musı́ být kolmé k ose dı́ry. Dosedacı́ plochy pro podložky, matice, šrouby jsou u malých součástı́ rovinné, u velkých součástı́ majı́ být opatřeny osazenı́m. Drážky pro klı́ny jsou vhodnějšı́ takového tvaru, který lze frézovat kotoučovou frézou, drážky pro pero na kuželových plochách jsou výhodnějšı́, jsou-li rovnoběžné s osou kužele. Montážnı́ práce: Pracnost montáže lze zmenšit: • rozdělenı́m výrobků na dı́lčı́ celky • volbou nejjednoduššı́ch rozebı́ratelných nebo pevných spojenı́ • volba takové koncepce výrobku, která vyžaduje nejmenšı́ počet součástı́. Organizačnı́ činitelé: užı́vánı́ typizace, unifikace, normalizace, dědičnosti. 93
