NAUKA O MATERIÁLU I

Přednáška č. 03: Vlastnosti materiálu II

(vlastnosti mechanické a technologické, odolnost proti opotřebení)

Autor přednášky: Ing. Daniela Odehnalová

Pracoviště: TUL – FS, Katedra materiálu

Mechanické vlastnosti

• Základní jsou:

• pružnost

• pevnost

• houževnatost

• plasticita

• Odvozené:

• odolnost proti opotřebení

• tvrdost

• další

Vyjadřují chování materiálu při působení vnějších sil.

NMI-P přednáška č. 3

Pevnost

• odolnost materiálu proti trvalému porušení soudržnosti jeho částic vnějšími silami

• Podle způsobu namáhání mluvíme o pevnosti v tahu, tlaku, ohybu……

• Známe tři druhy pevnosti: skutečnou, ideální a konvenční (smluvní). Pevnost, zjišťovaná mechanickými zkouškami je vždy pevností smluvní, tj. nebere v úvahu změnu průřezu zkušebního tělesa v průběhu zatěžování.

NMI-P přednáška č. 3

Pružnost = elasticita

• Schopnost materiálu před porušením se pružně deformovat

• Změna stavu materiálu při působení mechanických sil, která se projevuje deformací objemu

• Pokud napětí nepřekročí určitou hodnotu rozměry se obnovují vratný proces (makro)

• K vyhodnocení se používá modul pružnosti a mez pružnosti

NMI-P přednáška č. 3

Modul pružnosti v tahu – E, ve smyku - G

Vyjadřují odpor materiálu proti pružné deformaci čím modul pružnosti, tím napětí je nutné k vyvolání deformace

Mezi pružnou deformací a napětím existuje lineární závislost – Hookův zákon R = E . e

Pro většinu kovů je G = 0,373 E

Př.: pro uhlíkovou ocel E = 210 GPa

legované oceli E = 185 – 215 GPa

litiny E = 80 – 180 Gpa

uhlíkové nanotrubičky s jednoduchou stěnou E = 1000-5000 GPa

NMI-P přednáška č. 3

Mez pružnosti - Re

• nejvyšší napětí, při kterém ještě nevzniká

plastická deformace

• technicky přesné měření je nemožné

nelze určit přesný přechod mezi elastickou

a plastickou deformací

• prakticky se určuje přechod mezi pružnou

a plastickou deformací mezí kluzu

NMI-P přednáška č. 3

Plasticita • schopnost materiálu měnit působením vnějších sil

v tuhém stavu trvale svůj tvar bez porušení, tzn.

plasticky se před porušením deformovat

– Plastická deformace = trvalá změna stavu

začínající, když napětí překročí odpor materiálu

proti plastické deformaci (tj. mez pružnosti, resp.

mez kluzu)

• mechanická vlastnost, která má význam při

technologickém zpracování

– pro tváření se definuje jako tvářitelnost

NMI-P přednáška č. 3

Důsledky plastické deformace

• při plastické deformaci materiál zpevňuje,

vzniká deformační zpevnění

• Projeví se zvýšením meze kluzu, pevnosti,

tvrdosti a snížením tažnosti

• Ve struktuře se projeví textura a s ní

výrazná anizotropie vlastností

NMI-P přednáška č. 3

Důsledky plastické deformace

• Plasticky deformovaný kov je charakterizován

zvýšenou hustotou poruch (v žíhaném stavu asi

106 – 108 cm-2, v deformovaném stavu vzroste o

4 – 6 řádů)

NMI-P přednáška č. 3

Odpevňovací pochody -

rekrystalizace • Následky deformačního zpevnění se

odstraňují zotavením a rekrystalizací

• Zotavení – nízkoteplotní oblast uvolňování

energie, zotavení bodových poruch, při

vyšší teplotě pak dislokací, konečná fáze -

polygonizace

Odpevňovací pochody -

rekrystalizace • U čistých kovů se teplota zotavení

pohybuje kolem 0,1 – 0,35 teploty tání.

• Rekrystalizace navazuje na zotavení při vyšších teplotách – vznikají nová zrna stejné mřížky

• Teplota rekrystalizace u čistých kovů cca 0,4 teploty tání

• Nejde o fázovou přeměnu

NMI-P přednáška č. 3

Technologické vlastnosti • soubor vlastností materiálů, umožňující za

definovaných podmínek určitý způsob zpracování materiálu

• velmi úzce souvisí s používanou technologií a se změnou technologie se mohou měnit

• Mezi nejdůležitější technolog. vl. patří:

– tvárnost (tvářitelnost)

– svařitelnost

– slévatelnost

– obrobitelnost

NMI-P přednáška č. 3

Tvárnost resp. tvářitelnost • Tvárnost materiálu je schopnost materiálu

vytvořit požadovaný jakostní výrobek plastickou deformací za tepla nebo za studena, aniž by došlo k porušení materiálu.

• Úzce souvisí s vnitřní stavbou materiálu.

• Je ovlivněna jejich chemickým složením, teplotou a druhem napjatosti

během tvářecího procesu.

NMI-P přednáška č. 3

Svařitelnost

• schopnost materiálu vytvořit

kvalitní svarový spoj

• Dělení svařitelnosti:

technologická – závislá na technologii a parametrech svařování

metalurgická – závislá na složení, struktuře svařovaného materiálu, dilatacích a pnutích vzniklých v procesu svařování

konstrukční – závisí na tvarovém vyřešení svarového spoje

Slévatelnost • schopnost kovu tvořit jakostní odlitek

• dána především dvěma základními vlastnostmi:

– zabíhavostí - schopnost různých kovů

a slitin dokonale vyplňovat formu

– smrštěním kovu - zmenšení rozměrů odlitku, vznik staženin, tvarové zborcení odlitku, vznik vnitřního napětí a vznik trhlin a prasklin v odlitcích

Slévatelnost

Obrobitelnost

• souhrnná vlastnost určující:

– jak snadno a s jakým výsledkem se daný materiál obrábí

– s jakou intenzitou se otupuje břit nástroje

– jakou práci musíme vynaložit na oddělení třísky

– příp. jaké dosáhneme drsnosti povrchu.

Odolnost proti

povrchovému opotřebení

• Druhy opotřebení:

• ADHEZIVNÍ

• ABRAZIVNÍ

• EROZIVNÍ

• KAVITAČNÍ

• ÚNAVOVÉ (kontaktní)

• VIBRAČNÍ

• většinou kombinace a spolupůsobení teploty nebo koroze

NMI-P přednáška č. 3

Odolnost proti povrchovému

opotřebení

• Faktory – rozhodující

– fyzikálně-chemická nestabilita povrchu

– mechanické vlastnosti povrchu

– geometrie povrchu

• Faktory – spolupůsobící při opotřebení

– mechanické

– fyzikálně-chemické (teplota, vlhkost, koroze, …)

NMI-P přednáška č. 3

Adheziv.

opotřebení

Abraziv.

opotřebení

o Adhezivní

mikrospoje –

vzájemným třením

dochází k jejich

porušení nebo

deformacím

o Zlepšení – zvýším

tvrdost – snížím

tření

o Opotřebení účinkem tvrdých a drsných povrchů těles resp. částic mezi tělesy

o Závisí na:

–velikosti částic

–teplotě

–povrchu

–přítlačné síle

o Zk.: brusný kotouč + vzorek hm. úbytek

Hodnocení – úbytkem objemu nebo hmotnosti

Erozivní opotřebení Kavitační opotřebení

o Poškození povrchu

– nerovnoměrné –

částicemi nesenými

proudícími médii

(kapalina, plyn)

o Rýhování ploch,

oddělení částic

dál fungují jako

abrazivo

o V důsledku proudění

kapaliny vznik a zánik

kavitačních bublin při změně

podmínek proudění

Zánik kavit imploze

hydrodynamické nárazy na

stěny materiálu oddělování

částic, poškození povrchu

Jsou i případy kdy dojde ke

zpevnění povrchu

Kontaktní únava Vibrační opotřebení

o Při kmitavém namáhání

dvou těles v kontaktu

o Následek: malá

plastická deformace a

její hromadění

trhliny, jamky

PITTING konec

funkčnosti jamky

se chovají jako vruby

o Poškození povrchu na

styčných plochách dvou

pevně spojených těles

o Při velkém tlaku a

slabém kmitavém

pohybu FRETTING

výrazně snižuje mez

únavy c a životnost