Strojírenské materiály – maturitní otázka

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

 

   Otázka: Strojírenské materiály

   Předmět: Strojírenská technologie (STT)

   Přidal(a): J

 

 

Materiály používané ve strojírenské výrobě, dělení:

  • 1) Kovy
  • 2) Nekovy
  • (Kompozity)

 

Materiály
Kovy železné oceli
litiny
speciální slitiny
neželezné těžké
lehké
Nekovy přírodní
syntetické
Kompozity

 

Kovy

a) železné kovy

Ocely

Ocely ingotové, dělí se do množství tříd, označujících jejich určení, složení apod.

Oceli třídy 10-17 jsou oceli konstrukční, oceli třídy 18-19 jsou oceli nástrojové:

  • Ocel třídy 10 – stavební, nejlevnější, na podružné součástky
  • Ocel třídy 11 – zaručené složení, pevnost, mez kluzu a tažnost, kvalitnější než oceli třídy 10
  • Ocel třídy 12 – ušlechtilé oceli, vyšší obsah uhlíku.
  • Oceli třídy 13 – legovány Mn a Si, na středně namáhané součásti s vyšší odolností proti opotřebení
  • Oceli třídy 14 –  legovány Cr, Mn a Si, dobře prokalitelné, lze nitridovat a povrchově kalit, tvrdé a odolné proti otěru, široké použití pro namáhané součásti
  • Oceli třídy 15 –  legovány Cr, Mn, Mo, V, W a Si, vysoká pevnost, mez kluzu, mez tečení, dobře odolávají korozi, dobře prokalitelné, vhodné k zušlechťování (povrchovému kalení, cementaci nebo nitridaci), na velmi namáhané součásti
  • Oceli třídy 16 – legovány Ni a Cr, vysoká pevnost, mez kluzu, houževnatost, dobře prokalitelné, dobré vlastnosti i při nízkých teplotách, pro vysoce namáhané součásti
  • Oceli třídy 17 – vysoce legované zejména Ni (až 70 %) a Cr, dále Mo, Ti a Mn, velmi odolné proti žáru, korozi a otěru, pro silně namáhaná zařízení vystavená vyšším provozním teplotám či silně agresivnímu koroznímu prostředí a pro součásti vystavené otěru při velkém zatížení
  • Oceli třídy 19 – užívané k výrobě obráběcích a tvářecích nástrojů
    • Dělí se na uhlíkové: (od 0,7 do 1,5 % C).
    • Nízkolegované
    • Vysocelegované (nejkvalitnější na nejodolnější materiály)
    • Oceli na odlitky

 

Třída 26-29

Legovací a doprovodné prvky ocelí

Prvek Zvyšuje Snižuje
Al= hliník Odolnost okujím, pronikání dusíku
Cr-Chrom Pevnost v tahu, tvrdost, odolnost proti teplotám, opotřebení a korozi tažnost
Co-kobalt Tvrdost, řezivost, tepelnou odolnost
Mn-Mangan Pevnost v tahu, prokalitelnost, tuhost Obrobitelnost, tvářitelnost za studena

 

Mo-Molybden Pevnost v tahu, tepelnou odolnost, řezivost, prokalitelnost Popouštěcí křehkost
Ni-Nikl Pevnost, houževnatost, prokalitelnost, odolnost korozi Tepelnou roztažnost
V-Vanad Trvanlivost, tvrdost , tepelnou odolnost Citlivost na přehřátí
W-wolfram Pevnost v tahu, tvrdost řezivost, tepelnou odolnost Tažnost, obrobitelnost
Doplňkové prvky
C-uhlík Pevnost a tvrdost, kalitelnost, tvoření vloček Teplotu tavení, tažnost, svařitelnost, a kujnost
H2-Vodík Pevnost v tahu, stárnutí křehnutím Vrubovou houževnatost
;N-Dusík Křehnutí, tvorbu austenitu Odolnost proti stárnutí
P-Fosfor Pevnost v tahu, odolnost teplu a korozi Vrubovou houževnatost
S-Síra obrobitelnost Vrubovou houževnatost, svařitelnost
Si-křemík Pevnoist v tahu, mez kluzu, odolnost proti korozi Vrubovou houževnatost, Hlubokotažnost, svařitelnost

 

Litiny

Jsou železné kovy, využívané na odlitky. Existuje několik druhů:

  • Šedá litina – vyrobena přetavením šedého surového železa, vratného materiálu ze sléváren a železného šrotu, obsahuje cca 3 % C + další prvky(převážně křemík, mangan).
    • Využití na rámy obráběcích strojů, skříně převodovek….
  • Bílá litina – vyrobena přetavením bílého surového železa. Díky vysokému obsahu cementitu je velmi tvrdá, křehká a prakticky neopracovatelná. Ve své základní podobě  se tak užívá jen výjimečně.
    • Využití na odlitky, které mají mít velkou tvrdost a odolnost proti otěru (funkční části mlýnů a drtičů), výchozí materiál pro výrobu temperované litiny.
  • Tvárná litina – vzniká zvláštní úpravou šedé litiny (tkz. očkováním) přidáním hořčíku do licí pánve před odlitím, dosahuje globulární (kuličkové) perlitické struktury vyznačující se vyšší tažností a pevností, vrubovou houževnatostí a mezí únavy.
    • Využití na součásti silničních vozidel, zemědělských strojů, převodové skříně, ozubená kola, součásti pístů, brzdové bubny…
  • Temperovaná litina – vzniká z bílé litiny dlouhodobým žíháním v pecích a temperováním, snižuje se tak tvrdost a křehkost a zvyšuje se pevnost, je houževnatá a snadno obrobitelná, svými vlastnostmi je přechodem mezi šedou litinou a ocelí.
    • Využití ve stavbě strojů (velmi široké).

 

b) Neželezné kovy (a jejich slitiny)

  • Všechny ostatní takto využívané kovy, je jich poměrně velké množství.
  • Lehké neželezné kovy: hustota do 5 kg/ dm³
    • Hliník, Titan, Hořčík, Křemík
  • Těžké neželezné kovy
    • Měď , Cín, Olovo, Wolfram, Nikl, Rtuť, Cín, Zinek, Germanium, Zlato, Stříbro, Platina

 

Delší dělení

  • Radioaktivní kovy uran, plutonium, thorium…
  • Polovodičové kovy: křemík, germanium

 

Těžké neželezné kovy

  • Měď
    • Těžký, obtížně tavitelný kov.
    • Rudozlatá barva
    • Vede dobře teplo a elektřinu, odolná korozi
    • Špatně slévatelná a obrobitelná.
    • Využití: Čistá měď se využívá na vodiče, výměníky tepla a podobné aplikace. Jinak spíše ve slitinách.
  • Olovo
    • Měkké a tvárné, dobře pohlcuje radioaktivní záření, je jedovaté.
    • Užití chemický průmysl, zdravotnictví slitiny.
  • Cín
    • Měkký, snadno tavitelný, těžký, zdravotně nezávadný.
    • Využití Povlaky(potravinářství), ve slitinách.
  • Zinek
    • Křehký, Dobře slévatelný. Využití ve slitinách, pokovení (ochrana proti korozi), galvanické články.

 

Lehké neželezné kovy

  • Hliník
    • Z neželezných kovů nejvyužívanější.
    • Dobrá tepelná a elektrická vodivost, odolnost chemickým vlivům.
    • Dobrá svařitelnost, slévatelnost, obrobitelnost a tvárnost.
    • Využití: V elektronice, chemickém průmyslu, lehké součásti.
  • Titan
    • Velmi dobré mechanické vlastnosti, chemická odolnost, špatně obrobitelný, tavitelný Má velkou výrobní cenu.
    • Využití: Letecký průmysl, Zdravotnictví a chemicky průmysl.
  • Hořčík
    • Hořlavý, slévatelný, využití hlavně ve slitinách.

 

Slitiny neželezných kovů

  • Bronzy
    • Slitina Mědi + delších kovů (nejčastěji cínu)
    • Cínové bronzy – dobře odolávají korozi a opotřebení, zpracovávají se tvářením či litím
      • Využití na trubky, dráty, plechy, pružiny, membrány, pouzdra kluzných ložisek, oběžná kola čerpadel, armatury atd..
    • Olověné bronzy – do 33 % Pb (někdy také menší množství Sn), zvládnou vysoká zatížení, odolné proti otěru.
      • Využití na pouzdra kluzných ložisek.
    • Hliníkové bronzy – 3 až 11 % Al (někdy jsou legovány Fe, Ni nebo Mn), odolávají zvýšeným teplotám a chemickým vlivům.
      • Využití na armatury pro přehřátou páru, výfukové ventily motorů, části chemických zařízení
  • Mosaz
    • Slitiny mědi a zinku (některé obsahují olovo, nikl, hliník…)
    • S obsahem mědi nad 80 % = tombaky -> dobře tvárné a výborně odolávají korozi
      • Využití na trubky, plechy, dráty, výměníky tepla, lopatky parních turbin a pro součásti vyráběné hlubokým tažením.
    • S nižším obsahem mědi (63 až 68 %) se užívají na drobné součásti. Přidáním olova se dosahuje lepší tvárnosti a obrobitelnosti (vhodné pro obrábění na automatických strojích). Nejlepší slévatelnost má mosaz s obsahem 60 % Cu.
      • Využití na lisované elektrotechnické součásti, pružiny, vruty…
    • Niklová mosaz obsahující 12 až 20 % Ni má dobrou tažnost. Nikl měď odbarvuje, a proto mají niklové mosazi bílou barvu a velmi pěkný vzhled. Známá pod obchodními názvy alpaka nebo pakfong (nové stříbro).
      • Využití na výrobky zhotovené hlubokým tažením, dříve se z nich vyráběly jídelní příbory a další podobné předměty
  • Dural
    • Slitina Hliníku, mědi a hořčíku (případně dalších kovů). Je lehký, pevný a lépe odolává teplotám.
    • Využití v leteckém a automobilovém průmyslu

 

Plasty

  • Syntetické materiály vyráběny z uhlovodíků.
  • Vlastnosti a použití.: Velmi různorodé, jsou lehčí než kovy, dobrá izolace, obvykle dobrá odolnost proti korozi a chemikáliím, dobře tvárné a obrobitelné.

Dělení

  • Termoplasty
  • Reakotplasty
  • Elastomery

 

a) Termoplasty

  • Nejčastější používané, dobře zpracovatelné a za teplala jsou tvárné a jdou dobře svařovat.
  • Příklady:
  • polyethylen PE:
    • bezbarvý, hladký, chemicky odolný.
    • použití: různé dle druhu
      • vysokotlaký: trubky a nádoby
      • nízkotlaký: Folie, hadice
  • polypropylen PP:
    • tvarově stálejší, odolnější teplotě než PE, využití automobily, domácí spotřebiče…
  • polyvinylchlorid PVC:
    • odolný kyselinám a louhům, tvrdý, houževnatý, těžko lámavý, měkčený je pak elastický
    • Použití: Trubky, kryty přístrojů, profily, ventily
    • Měkčené PVC: koženka, kadice, holínky atd…

 

b) Reaktoplasty

  • Zpracovávají se jako kapalný nebo práškový meziprodukt, musí se vytvrzovat (po vytvrzení nejsou svařitelné ani tvarovatelné za tepla).
  • Příklad: různé umělé pryskyřice
  • Epoxidová pryskyřice
  • Chemicky odolná, dobře lepí.
  • Součást laků a tmelů, odlévání a pojivo sklolaminátu.

 

c) Elastomery

Elastické (gumové) plasty, odrazová pružnost, odolnost proti opotřebení a cyklickým deformacím, chemicky odolnosté, nepropustnostné pro plyny a vodu, elektroizolace.

 

Syntetický kaučuk

Elastický jako tvrzená pryž, nebo měkký jako měkká pryž (podle výroby). Tlumí vibrace a zvuk, použití: těsnění, pneumatiky, ochraně kryty, hadice.

 

Ostatní technické materiály

Sklo

  • Tepelně odolný a průhledný materiál.
  • Využití: průhledy, chemický průmysl, potravinářský průmysl, optika
  • Druhy: Bezpečnostní sklo, olověné sklo…

 

Textilie

  • Různé látky v podobě do sebe zakleslých/zapletených vláken.
  • Je jich velké množství druhů umělého i přírodního původu.
  • Využití jako Lana, obaly, pásy, filtry, tlumící podložky atd. Často součásti kompozitů nebo jako výztuha některých výrobků (pneumatiky)

 

Kompozitní materiály

  • Spojení dvou nebo více materiálů tak aby výsledný materiál kombinoval dobré vlastnosti obou.

Druhy:

  • Sklolaminát.
    • Plasty zesílené sklenými vlákny. Využívají ohebnost a plastů a pevnost skla.
    • Použití části letadel, karosérií, trupy menších lodí, trubky, nádoby, listové pružiny.
  • Slinuté karbidy a řezná keramika
    • Spojení karbidů/keramiky a vhodného pojiva. Výsledné materiály mají odolnost proti opotřebení a tvrdost karbidů/keramiky ale zároveň i houževnatost kovového pojiva.

 

Speciální materiály

Uhlíkové vlákno,

  • Konstrukce z uhlíkového vlákna jsou mimořádně pevné vzhledem ke své váze. Nevýhodou je však to že nejsou odolné při svém případném narušení integrity a na opotřebení.
  • Využití letectví, automobilový průmysl, kosmický a vojenský průmysl.