Strojírenské materiály - maturitní otázka

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.