Nauka o materiálu

Created by Michael Jurča

normalizační

nejpoužívanější typ žíhání

účel: zajišťuje jemnozrnou a rovnoměrnou strukturu po odlévání, tváření, dlouhodobém žíhání - pro podeutektoidní oceli

vzniká jemná austenitická struktura ⇒ po ochlazení na vzduchu - feriticko-perlitická

teplota: 30-50°C nad A₃

výdrž: 1-4 h

homogenizační

účel: snižuje nehomogenitu chem. slož tlustostěnných odlitků

difuzi uhlíku odchází ke snížení nežádoucí heterogenity, hrubne zrno ⇒ nutné normalizační žíhání

teplota: 1100-1200°C

výdrž: řídí se tloušťkou odlitku

rozpouštěcí

účel: rozpouštění karbidů, nitridů a dalších intermetalických fází ⇒ zvyšuje homogenitu austenitu a nasycení legurami

u vysokolegovaných asutenitických ocelí

teplota: 1050-1150°C

rychlé ochlazení - zabrání opětovnému vyloučení fází - čístý austenit

odstranění křehkosti po moření

účel: odstranění vodíku - vodíková křehkost

teplota: 300-500°C

výdrž: 1-4h

protivločkové

účel: prevence vzniku vloček při nadkritickém obsahu vodíku (tvoří trhliny - vločky)

teplota: 650-750°C - vlivem difuzivity H ve feritu se níží jeho obsah

výdrž: desítky hodin

ukončení: pomalé ochlazení alespoň do 500°C

na měkko

účel: lepší tváření za studena - mění se lamelární perlit na zrnitý

připravit vhodnou strukturu ke kalení

zrnitý krabid ulehčuje asutenitizaci ⇒ lepší zakalení (ložiskové oceli)

teplota: blízká eutektoidní ⇒ cca 727°C
výdrž: 4 h uhlíkové oceli, 16 h vyoskolegované

ukončení: v peci, pozvolným snižováním teploty

žíhání

cíl žíhání

• snížení vnitřního pnutí
• odstranění následků předcházejícího mech. zpracování
• zlepšení technologických vlastností
• zmenšení chem. a strukturní heterogenity

bez překrystalizace

• omezené shora teplotou A₁
• na snížení pnutí, rekrystalizační, na měkko, protivločkové

s překrystalizací

• v teplotním pásmu nad teplotou A₃ reps. A_cm
• homogenizační, normalizační, izotermické, kombinované

izotermické

spojení tří druhů: normalizační, na měkko, na snížení vnitřního napětí

účel: jemná homogenní struktura =< lepší obrobitelnost

postup: normalizační ⇒ ochlazení vzduchem 700-650°C ⇒ probíhá rozpad austenitu na perlit (IRA diagram) ⇒ ochlazení vzduchem

vhodné pro středně legované oceli

kalení

• cíl: zvyýšení tvrdosti, pevnosti, a odolnosti proti opotřebení ocelí
• tohle nabízí nerovnovážné struktury - těch lze docílit pomocí ochlazení austenitu nadkritickou rychlostí
• rozlišuje se martenzitické a bainitické kalení

rekrystalizační

účel: odstraňuje vzniklé zpevnění a regeneruje tvárné vlastnosti

lze měnit i velikost zrna ⇒ zjemnění

teplota: 550-700°C
výdrž: 1-5h

na snížení zbytkových napětí

účel: snížení vnitřního pnutí po tváření za tepla i ua studena, po obráběnímez kluzu je nízká - zbytková napětí se vyrovnají platickou deformací

teplota: 450-650°C
výdrž: 2-10 h

Tepelné zpracování slitin železa

• řízené využívání fázových a strukturních přeměn
• k čemu to je: zlepšení vlastností výrobku
• jak se to děje: v tepelných cyklech - zahřátí, udržení na teplotě, ochlazení
• parametry cyklu (teplota, rychlost ohřevu/ochlazení, čas) závisí na materiálu, účelu zpracování a rozměrech výrobku

   

rozdělení

žíhání - výsledný stav má rovnovážnější strukturu než stav výchozí

kalení - změna směřuje k určitému stavu nerovnovážnosti

Grafit (G)

• uhlík krystalizujícíc v šesterečné soustavě

G_I - primární grafit, krystalizuje z taveniny

G_II - sekundární grafit, vzniká z austenitu

G_III - terciární grafit, vzniká z feirtu_alfa

základní tvary grafitu v grafitických litinách

• lupínkovitý
• červíkovitý
• kuličkový
• temperový

škodlivé

síra

• obsah: cca 0,02% 
• zhoršuje mechanické vlastnosti, svařitelnost, koroziodolnost
• zlepšuje obrobitelnost

fosfor

• obsah: <0,03% (litiny: do 0,5%)
• způsobuje lámavost, snižuje houževnatost, zhoršuje svařitelnost a zvyšuje popouštěcí křehkost
• litiny: zhoršuje plasticitu, zvyšuje pevnost, zlepšuje slévatelnost

kyslík

• zvyšuje tvrdost a křehkost
• velké vměstky ⇒ bodová koroze, vznik prasklin
• litiny: do 0,015% nemá vliv

dusík

• obsah: 0,002-0,006%
• do 0,25% ⇒ zjemnění zrna, stabilizace austenitu
• způsobuje stárnutí ocelí - dusík se vyloučí jako nitrid na hranicích zrn ⇒ pokles vrubové houževnatosti

vodík

• rozpouští se v atomárním stavu
• vyvolává silné napětí ⇒ vznik trhlinek
• lze odstranit žíháním

přísadové (legující)

úmyslně se přidávají do ocelí za účelem zlepšení vlastností

zvýšení tvrdosti, prokalitelnosti, pevnosti, odolnost proti korozi, žáruvzdornosti, atd.

prvky na další straně tvoří se železem substituční nebo intersticiální tuhé roztoky

hlavní legující prvky

Mn - 1,65%
Si - 0,5%
Cr - 0,3%
Mo - 0,08%
Ni - 0,3%
V - 0,1%
W - 0,3%

rovnovážný stabilní diagram Fe-C

• uvažuje se až do 100% uhlíku

rovnovážné struktury

• austenit, ferit_alfa, ferit_delta, grafit, grafitický eutektoid, grafitické eutektikum
• probíhající změny jsou stále stejné, jen jiné teploty a koncentrace od uhlíku

Grafitický eutektoid (GE s pruhem)

eutektoidní bod

• teplota: 738°C
• koncentrace: 0,68% C
• směs feritu a grafitu
• z pákového pravidla plyne, že podíl grafitu v eutektoidu je minimální

pružná (elastická) deformace

• deformace po odlehčení vymizí
• časově nezávislá
• řídí se Hookeovým zákonem
  • R = E*epsilon
    • E - modul pružnosti v tahu
    • epsilon - poměrné prodloužení
    • epsilon = (L-L₀)/L₀

modul pružnosti

materiálová konstanta

vysoká hodnota = malé elastické deformace, vysoká tuhost, nízká poddajnost

vysoký modul pružnosti mají zpravidla kovy

skutečná deformace

prospěšné

mají za úkol deoxidovat oceli a vázat škodlivé prvky

mangan

• obsah: 0,4-1%
• zvyšuje tvrdost, pevnost, houževnatost
• deoxiduje, váže sýru

křemík

• obsah: do 0,5%
• zvyšuje pevnost, zpomaluje fázové přeměny
• litiny: nedůležitější přísada, podporuje grafitizaci

měď

• obsah: do 0,2%
• do oceli se dostává z rud a spracovaného šrotu
• zvyšuje odolnost vůči korozi

rekrystalizace

• plasitcká deformace ⇒ termodynamická nerovnováha
• dochází k ní při zvýšení teploty ⇒ nastává přechod do rovnovážného stavu
• materiál se vrací do původního stavu
• změna tvaru a velikosti zrna
• snižuje mez kluzu

statická

stálá teplota

dynamická

zvýšená teplota + tváření

zotavení

• zanikání bodových poruch i některých dislokací
• nevznikají nová zrna

primární rekrystalizace

• vznikají zárodky novýh zrn
• tvoří se v nejvíce deformovanýh oblastech
• cizí atomy a jemné částice - brzdí rekrystalizaci
• hrubé částice - urychlují rekryst. (koncentrují se tam deformace)

růst zrna

• změny velikosti nového zrna

sekundární rekrystalizace

• růst zrn na úkor sousedů
• dá se využít pro tvorbu hrubého zrna, monokrystalů
• je nežádoucí ⇒ hrubozrná směs má špatné mech. vlast.

určuje tváření za studena a za tepla
je určeno rekrystalizační teplotou

rekrystalizační teplota - cca. 35% z teploty tání materiálu

za studena - zpevňuje

za tepla - zpevňování je odstraněno

doprovodné prvky

ty, co tam jsou vždy 

souvisejí s výrobním procesem atd.

Pružnost

schopnost materiálu vyjadřovat pružnou deformaci, před porušením

vyjadřuje se modulem pružnosti E [MPa]

kovové materiály a jejich zpracování

železo

• alotropní materiál - dochází ke změnám mřížky při určité teplotě
• 4 modifikace - alfa, beta, gama, delta

Fe_alfa

• mřížka: BCC=K8

Fe_beta

• mřížka: BCC=K8
• stabilní mezi teplotami 760-911°C
• nejmenší mřížka alfa a beta ⇒ nejmenší rozpusnost uhlíku
• 760°C je tzv. Curieova teplota ⇒ železo ztrácí magnetické vlastnosti

Fe_gama

• mřížka: FCC=K12

• stabilní mezi teplotami 911-1392°C

• největší mřížka ⇒ největší rozpustnost uhlíku

Fe_delta

• mřížka. BCC=K8

  stabilní mezi teplotami 1392-1536°C

• větší mřížka než Fe alfa, beta ⇒ větší rozpustnost uhlíku
• 1536 - teplota tavení železa

Grafitické eutektikum (GE*)

eutektický bod

• teplota: 1153°C
• koncentrace: 4,23 % C
• směs asutenitu a primárního grafitu

Zbytkový austenit (Az)

Houževnatost

schopnost materiálu odolávat bez porušení velkým napětím

je závislá na pevnosti a plasticitě

měří se potřebná práce spotřebovaná na deformaci

Mechanické vlastnosti

• chování materiálu za působení vnějších sil
• pružnost, pevnost, plasticita, houževnatost, tvrdost, odolnost proti únavě, odolnosti proti tečení

anelastická deformace

• časově závislá
• rychlost deformace srovnatelná s rychlostí šíření elastické deformace

metastabilní rovnovážný diagram Fe-Fe₃C

• staví se podle teplot chladnutí železa
• částečně stabilní = metastabilní
• metastabilní je cementit v bílé (cementitické) litině
• končí intermediální fází Fe₃C,  protože nemá technické využití nad hodnotu 6,68%

DEFORMACE

• působením vnějších sil tělesa mění svůj tvar ⇒ deformují se
• překroči-li se mezní podmínky dojde k lomu

napětí

působení vnějších sil vyvolává v tělese napětí

reálné napětí - sigma=F/S

smluvní napětí - R=F/S₀ (S₀ - počáteční průřez)

Plasticita

schopnost materiálu zachovat si trvalé deformace vyvolané vnějšími silami

deformační diagram měkké oceli

čárkovaná - smluvní diagram

plná - skutečný diagram

Martenzit (M)

• tvrdý, křehký
• tvrdost dána: 
  • přesycení uhlíkem
  • tetragonalita mřížky
  • vyšší hustota dislokací
• vysoká křehkost se odstraňuje popouštěním ihned po kalení

nerovnovážné struktury

• vznikají při tepelném zpracování

význačné teploty

A₃ = 911°C

• křivka přeměny austenitu na ferit
• přeměna končí v eutekoidní teplotě A₁ = 727°C

A_cm

• souvisí se změnou rozpustnosti uhlíku v austenitu
• se snižující se teplotou rozpustnost klesá
• nejvyšší hodnota je 2,11% C a snižuje se až do eutektoidního bodu ⇒ 4,3% C
• pod čarou A_cm se vylučuje sekundární cementit (bohatý na uhlík)

A₁ = 727°C

• autektodiní teplota
• pod touto teplotou se veškerý austenit mění na ferit

Fe_alfa - 0-760-911°C
Austenit - 760-1392°C
Fe_delta - 1392-1536°C

zkouška rázem v ohybu

• zjišťuje se rázová houževnatost
• měří se množství aborbované energie při přeražení zkušebního tělesa
• vyhodnocuje se: absorbovaná energie, příčné rozšíření, podíl houževnatého lomu
• energie je závislá na teplotě ⇒ tranzitní křivka

tranzitní(přechodová) křivka 

• s poklesem teploty dochází k nežádoucímu přechodu od houževnatého ke křehkému lomu
• tvar je dán materiálem a zpracováním

tranzitní teplota

určuje se, když teplota dosáhne:

• specifické hodnoty absorbované energie
• určitého množství abs. energie
• se specifického podílu houževnatého lomu

zkoušení mechanických vlasností

jsou jasně definované pomocí norem

dělí se na: destruktivní a nedestruktivní

další kategorie:

• dle způsobu zatěžování
• podle stavu napjatosti
• dle časového průběhu - statické, dynamické
• dle fyzikálních podmínek - teplota, prostředí, atd.

dynamické

Pevnost

odpor materiálu proti deformaci a porušení vnějšími silami

rozlišuje se dle způsobu namáhání: tah, tlak, ohyb, krut, střih

plastická deformace

• těleso je zatíženo NAD mez Hookova zákona⇒ trvalá deformace i po odlehčení
• neplatí lineární vztah mezi zatížením a deformací

Trasformovaný ledeburit (L*)

• pod eutektoidní teplotou
• dochází k rozpadu austenitu na perlit ⇒ L* = P + C

Mechanizmy deformace

skluz

dvojčatění

plastická deformace monokrystalů

Oblast I - oblast snadného skluzu

• dislokace se neprotínají, pohyb je snadný

Oblast II - oblast intenzivního zpevňování

• krystal se natáčí ve směru působící síly
• nastává turbulentní skluz
• dislokace se protínají a jejich hustota roste

Oblast III - oblast parabolického zpevnění

• v důsledku příčného skluzu a šplhání dislokací zpevňování klesá

statické

• zkouška tahem
• zkouška tlakem - křehké materiály
• zkouška ohybem - plasty, ověření svarových spojů, konstrukční keramika

zkouška tahem

• nejčastější zkouška
• statická, destruktivní zkouška
• zkouší se pevnost a plasticita
• vyhodnocuje se: mez kluzu, mez pevnosti, tažnost a kontrakce

1. mez kluzu
2. mez pevnosti v tahu
3. přetžení vzorku

mez kluzu (R_e )

• napětí, při kterém dochází k výraznějším plastickým deformacím
• dochází k růstu deformace, bez růstu napětí

smluvní mez kluzu

• napětí, kdy je dosaženo předepsané smluvní hodnoty prodloužení
• zpravidla 0,2% (R_p0,2)

mez pevnosti v tahu (R_m)

• největší napětí, před přetržením zkušební tyče

tažnost (A)

• charakterizuje plasticitu
• trvalé poměrné prodloužení měřené délky po přetržení tyče
• vyjadřuje se v procentech

Kontrakce (Z)

• k vyjádření plasticity
• největší změna příčného průřezu tyče po přetržení

plastická deformace polykrystalu

• zrna se protahují a natáčejí ve směru deformace
• hranice zrn jsou neprůchodnou překážkou pro dislokace!!
• dislkoace se hromadí ⇒ větší zpevnění
• toho lze docílit např. tvářením

Ferit alfa

• Fe_alfa
• intersticiální tuhý roztok uhlíku v Fe_alfa
• dobře tvárný, málo pevný, měkký, feromagnetický

konstrukce diagramu

• Fe_alfa - 0-760-911°C
• Austenit - 760-1392°C
• Fe_delta - 1392-1536°C
• koncentrace C: 0,77; 4,3; 2,11; 6,68
• eutektoidní přem. - 0,77% C; 727°C
• eutektická přem. - 4,3% C; 1147°C
• do 2,11% C je maximální rozpuštění uhlíku v austenitu

únava materiálu

• dochází při cyklickém namáhání
• dochází k nevratným změnám

• měří se počet cyklů do lomu při dané hladině zatížení 

  • počet cyklů do lomu popisuje Wöhlerova křivka 
• zvolí se hladina zatížení ⇒ jedu, dokud to nerupne ⇒ zanesu do WK ⇒ snížím hladinu napětí a opakuju znovu

proces únavy

1. v celém objemu dochází ke změnám mech- vlastností
2. intenzivní plastická deformace vede ke vzniku únavové trhliny
3. šíření únavové trhliny
4. lom součásti

nízkocyklová únava

• prvních 80% životnosti
• dochází k cyklickému zpevňování nebo změkčování

vysokocyklová únava

• složka plastické deformace je zanedbatelná vůči elastické
• stádium šíření únavové trhliny
• VC únavu hodnotí Wöhlereova křivka a mez únavy
• závisí na:
  • pevnosti materiálu
  • mikrostruktuře
  • způsobu namáhání - Smithonův diagram
  • přítomnosti vrubů (zápichy, drážky, atd.)
  • kvalitě povrchové vrstvy
  • veliksoti součásti

dvojčatění

• energeticky náročnější než skluz
• posun o meziatomovou vzdálenost (kratší než u skluzu)
• doplňující deformační mechanizmus, kde není dostatek skluzu
• vzniká při nízké teplotě a vysoké rychlosti deformace

skluz

• dojde ke skluzu dislokací
• v rovinách a směrech nejhustěji obsazenými atomy
• posouvají se po sobě jednotlivá "patra"
• posunou se o celou atomovou vzdálenost, tzn. "přeskočí" o celý atom v krystalové mřížce
• skluz probíhá ve směru s nejmenším počtem překážek pro pohyb dislokací

Bainit (B)

• směs jehlicovitého feritu a cementitu
• méně pevný a tvrdý něž martnezit
• houževnatější

Ferit delta

• intersticiální tuhý roztok uhlíku v Fe_delta
• maximální rozpustnost uhlíku je větší než ve feritu alfa (dáno velikostí mřížkového parametru)

Ledeburit (L)

• eutektikum soustavy
• L = A + C

lom

• při překročení mezní hodnoty napětí dojde k porušení materiálu ⇒ nastane lom

zpevnění

• zpevnění je dáno růstem odporu proti pohybu dislokací
• dislokace naráží na různé překážky ⇒ napětí potřebné k jejich pohybu roste
• mez kluzu roste rychleji než mez pevnosti

tvrdost

odpor materiálu proti vniknutí cizích těles

pro zkoušku se používá tzv. indentor

indentor

• vtlačované těleso do součásti

zatěžující síla se uvádí v kilopondech

1 kp = 9,81 N

typy zkoušek

• vrypové
• odrazové
• vnikací - danou siou a rychlostí se vtlačuje vhodný indentor

rovnovážné struktury

eutektická přeměna

eutektický bod:

• teplota: 1147°C
• složení:  4,3% C
• eutektikum soustavy: ledeburit - směs 2 fází (austenit a cementit)

tečení (creep)

• nastává ⇔ součást je vystavena vysokým teplotám a cyklickému namáhání

•  

  dochází k předčasnému porušení materiálu i pod mezí kluzu
• ke creepu dochází např. u lopatek turbín parních generátorů

zpevnění kovových materiálů

deformační zpevnění

• překážkou pro pohyb dislokací jsou další dislokace

zpevnění hranicemi zrn

zpevnění legováním

Austenit (A)

• intesticiální tuhý roztok v železe gama
• nemagnetický, špatně obrobitelný, houževnatý
• vzniká z taveniny, v peritektickém bodě, z feritu delta

probíhající přeměny

Rockwell

Indentor: diamantový kužel/tvrdoková kulička

zápis: 48 HR_ (na poslední pozici je označení stupnice) A/B/C

jednoduché měření, hodnota se odečítá přímo ze stroje

Vickers

Indentor: diamantový pravidelný čtyřboký jehlan

značení: 640 HV 1/20 (hodnota HV síla/čas)

rozpad austenitu

• dělíme podle kinetiky na izotermický a anizotermický
• musí dojít k podchlazení pod teploty A₃, A₁, A_cm
• rovnovážné složky - nad 550°C
• nerovnovážné složky - pod 550°C
• znázorňují teplotní a časovou závislost přeměn přechlazeného austenitu

IRA (izotermní rozpad austenitu)

• dojde k prudkému ochlazení z austenitizační teploty na určitou teplotu pod A₃, A₁, A_cm
• teplota ochlazování je "konstantní"
• tvar křivek je ovlivněn chemickým složením a legujícími prvky

ARA (anizotermní rozpad austenitu)

• spočívá v plynulém ochlazování určitou rychlostí, tzn. teplota ochlazování nění konstantní
• diagram udává, jakou rychlotí je nutno ochlazovat, aby ve výsledné oceli byli požadované struktury
• používá se k procestu kalení

• teplota musí klesnout pod A1 - dochází k rozpadu austenitu
• M_s - martenzit start - začne se tvořit martenzit
• M_f - martenzit finish - přeměna je zastavena
• mezi M_s a M_f se tvoří martenzit

Cementit (C)

• karbid železa (Fe₃C)
• druhá složka diagramu Fe-Fe₃C

Primární cementit C_I

krystalizuje z taveniny

Sekundární cementit C_II

vzniká z austenitu

Perlit (P)

• eutektoid soustavy
• směs fetiru a cementitu
• morfologicky se dělí na lamelární a gloubulární

peritektická přeměna

peritektický bod:

• teplota: 1499°C
• složení:  0,16% C
• reaguje ferit_alfa + tavenina
• vzniká austenit

Brinell

Indentor: tvrdokovová kulička

zápis: 350 HBW 5/750 (hodnota HBW průměr kuličky/použitá síla/čas)

eutektoidní přeměna

eutektoidní bod

• teplota: 727 °C = teplota A1
• složení: 0,77 % C
• eutektoid soustavy: perlit
• pod eutektodidní teplotou se veškerý austenit změní na perlit

Bainitická přeměna

• transformace austenitu na ferit
• při větším podchlazení (500-200°C)
• rozlišuje se horní (>350°C) a dolní (<350°C) bainit
• bainit je tvořen jehlicovitým feritem a cementitem

Perlitická přeměna

• austenit uhlíkové eutektoidní ocel se rozpadá na perlit ⇒ eutektoidní směs feritu a cementitu
• heterogenní nukleace = tvorba krystalových zárodků feritu/cementitu
• nastává čelní nebo boční růst
• čelní je řízen difúzí uhlíku v austenitu
• boční růst opakovanou nukleací

rozpad martenzitu

• dochází k němu při tepelném zpracování - popouštění (probíhá ihned po kalení)
• dochází k rozpadu zbytkového austenitu, který zbyl z procesu kalení
• rozpadá se přesycený tuhý roztok uhlíku ⇒ precipitace
• rozpad má 4 fáze

první fáze

• ohřev do 150°C
• tetragonální martenzit se mění na kubický
• uvolňuje se uhlík ⇒ vznik epsilon-karbidu

druhá fáze

• teplota: 200-300°C
• zbytkový austenit se mění na bainit

třetí fáze

• teplota: vyšší než 250°C
• vzniká cementit Fe₃C z epsilon-karbidu
• vylučuje se uhlík z tuhého roztoku alfa

čtvrtá fáze

• teplota: nad 500°C
• rekrystalizace feritu
• spolu s cementitem vzniká feriticko-karbidická směs sorbit

Martenzitická přeměna

• bezdifuzní přemena
• největší ochlazení austenitu - pod M_s (martenzit start) v čase aniž by byla zahájena perlitická nebo bainitická přeměna
• mřížka: tetragonální tělesně středěná

Austenitizace

• mění se perlit, ferit a sekundární cementit na austenit, vše vychází z rovnovážného diagramu
• doje při ohřevu nad teploy A₁, A₃, A_cm

• překročení A₁ ⇒  perlitu na austenit

• mezi A₁ a A₃ ⇒ podeutektoidní oceli, ferit na austenit
• mezi A₁ a A₃ ⇒ nadeutektoidní oceli, C_II na austenit

Difuze

• jediný způsob přenosu hmoty v tuhé fázi
• částice hmoty nebo vakance se pohybují vzhledem k sousedním částicím
• Fickův zákon

mechanizmy difuze

• souvisí s teplenými kmity atomů-dostatečně vysoká teplota =>atom může přeskočit do sousední polohy
• probíhá neuspořádaně
• mřížkové poruchy urychlují difuzi

1. vakantní
2. intersticiání
3. výměnný
4. kruhový
5. nepřímý intersticiální

prospěšné koncentrační změny

• povrchové zvýšení obsahu vybraných prvků při CH-T zpracování
• přeměny při jistých duzích žíhání

škodlivé koncentrční změny

• difúze vakancí
• při tečení (creepu) se spojují na hranicích zrn v kavity

pohyb dislokací

šplh

• hranová

skluz

• hranová, šroubová

poznámka

vlastně já nejrpve provedu austenitizaci a pak se různými způsoby ten austenit rozpadne (přemění)

perliticky, martenziticky, bainiticky

primární

vznikají fázovou přeměnou z taveniny (kapalné fáze)

sekundární

vznikají fázovou přeměnou, které se účastní tuhá fáze

substituční 

• atomy RS a ZS mají srovnatelnou velikost
• atomy RS nahrazují rozpouštějící se atomy ZS

bodové

1. vakance
   • chybí atom v uzlovém bodu
2. vlastní intersticiály
   • přebývá atom stejného prvku mezi atomy
3. cizí intersticiály
   • přebývá cizí atom
4. substituční atom
   • místo atomu v uzlovém bodu je cizí náhradní atom

čárové

dislokace

• nositel plastické deformace, která se realizuje jejich pohybem 
• plastická deformace se projeví pohybem dislokací
• díky dislokacím, je pevnost materiálů větší
• termodynamicky nestabilní

Burgesův vektor

• vektor vzájemného posunutí 

HRANOVÁ dislokace

• Burgersův vektor je kolmý k dislokační čáře
• "chybí" řada atomů
• má jedu skluzovou rovinu
• pohybuje se: šplhem, skluzem

ŠROUBOVÁ dislokace

• Burgersův vektor je rovnoběžný s dislokační čárou
• má více skluzových rovin
• pohybuje se: skluzem, příčným skluzem

hustota dislokací

celková délky dislokačních čar na jednotku objemu

závislost meze kluzu na hustotě dislokací

poruchy krystalové mřížky

uspořádané

Krystalová mřížka

• představa uspořádání atomů
• vnitřní struktura

elementární krystalová buňka

• • základ mřížky, který se periodicky opakuje

intersticiální sloučeniny

• hydridy, boridy, karbidy, nitridy
• malé atomy nekovových prvků s kovy

plošné

vrstvená chyba

• změna pravidelného vrstvení

hranice zrn

• krystaly se různě orientují - vznikají zrna

volné poruchy

neuspořádané

Tuhé roztoky

• primární a sekundární

• substituční a intersticiální

• uspořádané a neuspořádané

RS - rozpouštějící se složka

ZS - základní složka

intersticiální

• atomy RS jsou výrazně menší než ZS

prostorové

nahromadění atomů přímesí bez porušení jednolitosti mřížky

Gunierovy-Prestonovy zóny

technické mnohosložkové materiály (slitiny)

Jednofázové

• austenitické oceli

mnohofázové

• dvoufázová mosaz (alfa+beta)

záleží na počtu základních fází, které při teplotě okolí tvoří mikrostrukturu

Tuhé fáze

mohosložkové soustavy

elektrochemické sloučeniny

• prvky, které se várazně liší svojí elektronegativitou
• vysoká teplota tání

intermediální fáze

tvořeny elektrochemickými sloučeninami

intermetalickými nebo intersticiálními fázemi

tvořena u kovů - např. karbid

Millerovy indexy

• určují směry a roviny v krystalových mřížkách
• nejmenší nesoudělná celá čísla

roviny

v kulatých závorkách (h k l)

úseky, které vytínají na osách

směry

v hranatých závorkách [u v w]

pokud je směr záporný, píšu mínus nad číslo

funguje to jako vektor v matice

krystalografické soustavy

7 základních krystalografických soustav

Koordinační číslo

• charakteristika mřížky
• udává počet nejbližších stejně vzdálených atomů od vytčeného atomu

tavení

kondenzace/vypařování

Fáze a fázové přeměny

• kvalitativní změna ve struktuře atomů
• dochází k ní samovolně nebo přenosem energie/hmoty z okolí

Gibbsův zákon fází

f = k-v+2
k - počet složek
v - počt stupňů volnosti

Termodynamika - energetické hledisko

Kinetika - rychlost přeměny

Mechanizmus - vysvětluje vztahy mezi strukturou původní a nové fáze

mřížky kovů

• kvůli kovové vazbě mají kovy těsné uspořádání a vysoké vyplnění prostoru atomy

krychlová plošně středěná (kps)

• označení: K12
• koordinační číslo: 12
• prostor vyplněný atomy: 74%
• 4 atomy v buňce
• př: Ni, Cu, Al, Ag, Fe (gama)
• dobrá tvářitelnost za tepla i studena
• EN: face-centered cubic (fcc)

kubická tělesně středěná (kts)

• označení: K8
• koordinační číslo: 8
• prostor vyplněný atomy: 68%
• 2 atomy v buňce
• př: Cr, V, Mo, Ta, Fe (alfa)
• méně tvárně, nižší houževnatost
• EN: body-centred cubic (bcc)

šesterečná těsně uspořádaná (štu)

• označení: H12
• koordinační číslo: 12
• prostor vyplněný atomy: 74%
• 6 atomů v buňce
• př: Mg, Be, Zr, Ti, Zn, Cd
• EN: hexagonal close packed (hcp)

Intermetalické fáze

tvořeny čistými kovy

krystalizace

• heterogenní fázová přemena
• je řízena přenosem tepla
• nutno podchladit pod teplotu tavení
• začnou vznikat zárodky (dendrity) v tavenině
• velké podchlazení - jemné zárodky⇒ pevnější
• menší podchlazení - méně zárodků ⇒ nižší pevnost

kinetické dělení

růst řizený přenosem tepla

krystalizace

tepelně aktivovaný růst

dlouhá vzdálenost - eutekdtoidní přeměna

krátka vzdálenost - bainitcká přeměna

atermální růst

martensitická přeměna

Sloučeniny

tzv. elektronové fáze

charakterizovány určitou koncentrací valenčních elektronů

Lavesovy fáze

tvořeny atomy jejichž rozdíl velikostí činí 20-25%

rovnovážné diagramy

• vymezují oblasti existence jednotlivých fází
• k opoisu potřebuji dva údaje - teplotu, koncentraci
• nejužívanější jsou binární rovnovážné diagramy (dvě složky)
• rovnovážný = ohřeju a pozvolna chladím (rovnovážné podmínky)

dělení podle rozpustnosti v tuhém stavu

1. úplná rozpustnost 
2. úplná nerozpustnost
3. částečná rozpustnost

kovové materiály

mikrostruktura

• podíl feritu, perlitu
• jaká je velikost zrna
• jak se vyloučil grafit v litině

makrostruktura

• hloubka zakalení
• jak vypadá lom

Struktura materiálu

mikrostruktura

• kolik a jakých fází se v materiálu nachází
• v jakém stavu jsou (velikost, tvar, atd.)

makrostruktura

• chemické složení
• jaké útvary vznikají při krystalizaci/tuhnutí
• hloubka tepelného zpracování

úplná rozpustnost

• diagram se konstruuje z křivek chladnutí
• k tuhnutí dochází mezi teplotami T1 a T_s
• počátek tuhnutí - tzv. likvidus
• konec tuhnutí - tzv. solidus
• likvidus a solidus tvoří příslušný rovnovážný diagram
• oblast nad likvidem je tavenina
• oblast pod solidem jsou krystaly tuhého roztoku
• v oblasti mezi jsou krystaly tuhého roztoku v rovnováze s taveninou

částečná rozpustnost

dva druhy diagramů: eutektická/peritektická přeměna

polymerní materiály

mikrostruktura

• sférolit - základní semikrystalický útvar (jakoby zrno)

nerozpustnost

• objevuje se eutektikum

likvidus má dvě větve (CE, DE)

solidus - FEG - tzv. eutektiála

E - eutektický bod

slitiny vlevo od E - podeutektické

slitiny vpravo od E - nadeutektické

v oblasti CEF - krystaly A jsou v rovnováze s taveninou

v oblasti DFG - krystaly B jsou v rovnováze s taveninou

keramické materiály

mikrostruktura

tvoří zrna a póry

póry vznikají při slinování

eutektikum (eutektická přemena)

• jemná směs krystalů čistých složek případně tuhých roztoků tvořených danou slitinou
• tuhne při jedné konstantní teplotě jako čistý kov
• vzniká z taveniny krystalizací, nemění se mřížka

struktury eutektika a uspořádání fází

1. lamelární
2. globulární
3. tyčinkovité
4. jehlicovité

eutektoid (eutektoidní přeměna)

• polymorfní přeměna (změna mřížky)
• tuhý roztok se rozpadá na směs dvou druhů krystalů
• probíhá při jedné konstantní teplotě

eutektodiní přemena