1

Hořčík a jeho slitiny

2

Hořčík Mg je nejlehčí z konstrukčních kovů, za

studena špatně tvárný (hexagonální mřížka).Teplota tání 650°C.

zejména při vyšších teplotách je velmi reaktivní a jeho výroba a zpracování jsou tudíž obtížné

Čistý Mg jako redukční činidlo při výrobě Ti a pro modifikaci litiny s kuličkovým grafitem.

Většina pro výrobu slitin, zejména s Al (Al-Mg, Al-Mg-Si)

Dále pro výrobu hořčíkových slitin

3

Hořčíkové slitiny

• Přednosti: nízká měrná hmotnost (1,7 až 1,9.103 kg/m3), měrná pevnost srovnatelná se slitinami hliníku, velmi dobrá obrobitelnost, vysoký útlum vibrací

• Nevýhody: nízká tvárnost, sklon k elektrokorozi v kontaktu s většinou kovů a slitin, obtížnější svařitelnost než Al slitiny

4

Hořčíkové slitiny

• Mg-Al-Zn: nejvíce používané slitiny hořčíku, známé jako elektrony. Hlavní zpevňující účinek má Al, tloušťka stěny odlitku je min. 3 – 4 mm, max.teplota pro dlouhodobější použití 150°C.

• Mg-Zn-Zr : vyšší mech.vlastnosti (Zn zpevňuje, Zr zjemňuje zrno, množství 0,4 až 1 %)

5

Hořčíkové slitiny

• Další slitiny, obsahují různé prvky vzácných zemin, které umožňují použití slitin dlouhodobě při vyšších teplotách (do 250°C) – Mg-Zn-Zr-Nd, slitiny s thoriem až do 350°C.

• Slitiny Mg-Li jsou velmi lehké, ještě lehčí než Mg (Mg 1740 kgm-3, Li 530 kgm-3). S vyšším obsahem Li pevnost klesá.

6

Mg a jeho slitiny

• Výroba Mg a jeho slitin nevyhovuje ekologickým požadavkům. Mg je reaktivní kov, jehož styk s vodní párou vede k explozím. Lázně musí být chráněny chloridy, sírou a oxidem uhličitým.

• Rozvoj Mg slitin se orientuje na zvyšování korozní odolnosti, teplotní stability a dobře smáčivých kompozitních matric při vytvrzování SiC a Al2O3.

7

Titan a jeho slitiny

• Praktické využití cca od roku 1950• Výroba z minerálů rutilu nebo ilmenitu, ze

kterých se získává oxid titaničitý, který je převáděn chlorováním na chlorid titaničitý a ten pak redukován hořčíkem na kovový titan

8

TITAN - Ti Ti je nemagnetický polymorfní kov, jehož

význam značně vzrostl po II. světové válce hlavními výhodami Ti jsou nízká měrná

hmotnost (4 505 kgm-3) a zároveň vysoká pevnost (měrná pevnost je stejná nebo i vyšší než u ocelí),

dobrá vrubová houževnatost i za nízkých teplot a

dobrá odolnost proti korozi, vysoká tepelná odolnost, teplota tání 1668°C

9

Titan - vlastnosti hlavní nevýhodou je obtížné

zpracování, způsobené hlavně vysokou reaktivitou Ti za teplot nad 700°C, Ti má i horší obrobitelnost, (zásadní význam má chlazení), horší slévatelnost, ale dobrou tvářitelnost i svařitelnost.

Nelze zpracovávat vratný odpad ve větším množství. Má i špatné třecí vlastnosti.

10

Použití Ti hlavní oblasti použití Ti –

chemický, papírenský a textilní průmysl (využívá se zejména odolnost proti Cl a jeho sloučeninám), součásti lodí (využívá se výborná odolnost proti mořské vodě), zdravotní nezávadnost Ti dovoluje jeho použití v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, v chirurgii (nástroje, šrouby, implantáty), nízká měrná hmotnost a zároveň značná pevnost v letectví, raketové technice i v dopravě.

Lehký titanový sendvič, lepený viskoelastickým plastem ze dvou 0,5 mm plechů. Foto: ThyssenKrupp

11

Výjimečné vlastnosti titanu, spočívající v poměru jeho pevnosti k hmotnosti, znamenají, že při volbě materiálu se v dohledné budoucnosti bude jeho pozice upevňovat. Jedná se zejména o rostoucí počet součástí v odvětví letectví a kosmonautiky, včetně částí nosných konstrukcí, křídel, trupu a podvozku.

Jako příklad lze uvést nový letoun společnosti Boeing 787 Dreamliner, který v porovnání s předchozími generacemi boeingů využívá dvojnásobné množství titanu. V nadcházejících letech již nebude vzácností, že v nových letounech bude podíl titanu představovat kolem 15 % celkové hmotnosti.

MM 2009/03, str.56

12

Slitiny Ti

• Dělí se podle konečné struktury, vytvořené při pomalém ochlazování na:

• Slitiny α – obsahují vždy Al, dále Sn a Zr• Slitiny α + β• Slitiny β

13

Slitiny α• Slitiny α – velká tepelná stabilita, dobrá

pevnost, odolnost proti křehkému porušení v širokém teplotním intervalu. Optimální vlastnosti mají slitiny s cca 5 % Al a 2-3 % Sn.

• Pseudoslitiny α – slitiny s ještě vyšší pevností (o cca 10 – 20%), lepší tvářitelností za normální teploty a lepší plasticitou než slitiny α, díky přítomnosti 2 – 6 % fáze β.

14

Slitiny β

• Jsou pořád ještě ve vývoji, předností je vysoká odolnost proti korozi a dobrá tvářitelnost, nedostatkem vyšší hmotnost a cena, protože přísady tvoří prvky s vysokou teplotou tání a velkou měrnou hmotností v poměrně vysokých koncentracích. Pevnost v tahu těchto slitin po vytvrzení je až 1 400 MPa.

15

Slitiny α + β

• Široká škála struktur a tedy i vlastností, které závisejí na podmínkách TZ a tváření.

• Nejpoužívanější slitinou Ti je TiAl6V4 s pevností až 1125 MPa. Má lepší tvářitelnost a odolnost proti únavě než slitiny α, svařitelnost a odolnost proti tečení je horší než u těchto slitin.

• Používají se pro silově zatížené součásti jako lopatky turbin a kompresorů, součásti letadel, jízdní kola, sportovní nářadí apod.

16

Slitiny α + β

• Slitinu lze vytvrzovat, je dobře svařitelná a tvárná. Lze vyrobit i jako plechy pro lisování i složitých výlisků. Použitelná do pracovní teploty 300 až 400°C. Tepelně se zpracovávají hotové výkovky.

17

Žáropevné pseudoslitiny Ti• Jsou to intermetalické

sloučeniny aluminidu Ti. Žáropevnost srovnatelná se slitinami Ni, ale hmotnost asi 2,5x nižší Odolávají teplotě až 900°C, ale mají velmi malou tvárnost do teplot 600°C a lze je jen obtížně zpracovávat.

Výfukové systémy Deutsche Titan jsou z Ti plechu plátovaného Al, jsou až o 40% lehčí a odolné proti korozi do 800°C. Základem odolnosti je vrstva titanakuminidu na rozhraní Ti-Al. Foto: ThyssenKrupp

18

Materiály s tvarovou pamětí• Základem je intermetalid TiNi, lze ho tvářet

za tepla i za studena. Projevuje se zde jev, zvaný jako marmem (Martenzit Memory), založený na vratné martenzitické přeměně a je podstatou schopnosti materiálu ohřevem výrobku obnovit původní tvar polotovaru, ze kterého byl zhotoven.

• Př.: nýty pro otvory přístupné jen z jedné strany, dráty pro fixaci fraktur čelistí apod.

• Ptáček,L.a kol.: Nauka o materiálu II

19

Slitiny Ti - vlastnosti