Funkčnost

Funkčnost odlitého kusu a použití výrobku jsou ve vývoji nového komponentu důležitými principy. Proto je potřeba položit následující otázky:

  • Jaké bude užití a účel výrobku?
  • Jakou musí mít výrobek pevnost a tvrdost?
  • Bude muset výrobek vzdorovat extrémním teplotám?
  • Musí být materiál korozivzdorný?
  • Jakých rozměrů musí být dosaženo a jaké rozměry jsou kritické?
  • Jak bude výrobek vestavěn?

Toto jsou důležité otázky pro zajištění funkčnosti výrobku a proto, aby byl návrh odlitku vytvořen dle uvedených parametrů. Díky těmto úvahám z pohledu funkčnosti jsou pak realizovány výrobky s nejlepším možným technickým řešením za výhodné výrobní ceny. S tímto přístupem jsou důležité jen funkčně nezbytné prvky. A to charakterizuje naši specifickou pracovní metodu.

Funkčnost odlitého kusu

Výběr materiálu vychází z funkčnosti a použití výrobku. Každá ocelová slitina má své specifické vlastnosti. Na základě těchto vlastností je vybrán typ oceli vhodný pro dané použití. Každý výrobek musí být trvanlivý a odolný proti vzniku trhlin. Tyto mechanické vlastnosti materiálu určují tyto charakteristiky. Také tepelné a chemické vlastnosti hrají důležitou roli ve výběru správného materiálu.

Naši specialisté z oboru metalurgie vám s výběrem nejvhodnější slitiny pro vaše účely rádi pomohou.

Mechanické vlastnosti

Pružnost

Pružnost materiálu značí, jak snadno lze změnit jeho délku, jestliže je použita síla. Materiál je pružný, pokud se při použití síly deformuje. Tato deformace je netrvalá deformace. To znamená, že materiál se vrátí do svého původního tvaru, jakmile síla přestane působit*. Pružnost materiálu je vyjádřena modulem pružnosti v tahu (E). Ten se nazývá také Youngův modul. Jednotkou modulu pružnosti v tahu je síla na povrchu neboli N/m2 or Pa. Většinou se používá větší jednotka N/mm² = MPa, např. ocel má E-modul 210,000 MPa = 210 GPa.

* Dobrý praktický příklad je natažení gumového pásku. Je-li na gumový pásek vyvíjena síla, jeho délka se změní. Po odstranění síly se guma vrátí do svého původního tvaru, aniž by se změnil.

d.

Pevnost v tahu a mez pružnosti

Je důležité vědět, jak velkou tahovou sílu můžete na výrobek z daného materiálu vyvinout, než dojde ke vzniku trhlin. Materiál se doformuje elasticky až do bodu meze pružnosti (Re). Poté už zůstane materiál zdeformován natrvalo. To se někdy nazývá plastická deformace. Pevnost v tahu je maximální mechanické napětí, které se objeví v materiálu, jestliže se po své plastické deformaci rozlomí či vzniknout v něm trhliny.

Například, pevnost v tahu u oceli je ta největší tahová síla v jednotkách Newton (N), kterou můžete působit na ocelový prut o průměru 1 mm2 v příčném řezu. Pokud je, kupříkladu, pevnost v tahu oceli 360 N, pak to znamená, že můžete kulatinu z oceli o průměru 1 mm2 napínat silou 360 N, aniž by vznikly trhliny (nebo 720 N o průměru 2 mm2 v příčném řezu). Takže tuto tyč můžete napínat silou až do 36 kg bez vzniku trhlin.

Prakticky vzato je důležitější mez pružnosti (0.2%).  Za mezí pružnosti (Re) se materiál zdeformuje  plastickým způsobem. Taková deformace materiálu je nežádoucí, protože pak nelze garantovat funkčnost, výkonnost a bezpečnost výrobku. Maximální mez pružnosti je označován N/mm². Tato hodnota ukazuje, jak velkému napětí dokáže materiál odolat, než dojde k plastické deformaci.

Tvrdost

Tvrdost materiálu je odolnost proti permanentní mechanické deformaci. Určuje míru, do jaké je materiál schopen odolat opotřebení. Existují různé metody pro určení tvrdosti. Nejobvyklejší metody měření tvrdosti jsou tyto:

  • Brinell (jednotka: HB)
  • Vickers (jednotka: HV)
  • Rockwell (jednotka: HRB nebo HRC)

Měření tvrdosti se provádí vtlačováním tvrdého hrotu nebo kuličky do povrchu materiálu a hloubka vtisku v testovaném materiálu se pak měří standardními měřidly.  Jak se hrot vtlačuje do materiálu, zvyšuje se pozvolna kontaktní povrch. To způsobí, že se v místě působení na materiál zvýší tlak. To pokračuje až do chvíle, kdy už nelze hrot dále do materiálu vtlačit. Stupeň vtlačení, tj. vtisk určuje hodnotu tvrdosti.

Křehkost a houževnatost

Křehkost materiálu je vlastnost, kdy se tvoří trhliny i bez napínání. Trhlina v křehkém materiálu vznikne, i když je k tomu vynaložena malá energie.  Křehký materiál se rozlomí či praskne ihned po užití omezené tahové síly.

Houževnatost daného materiálu vypovídá o tom, jak se materiál vlivem mechanického zatížení zachová, tj. jakým způsobem v něm dochází k trhlinám. V podmínkách zvýšeného mechanického napětí, se houževnatý materiál nakonec zdeformuje plasticky, přičemž zatížení lze stále zvyšovat, aniž by okamžitě došlo k tvorbě trhliny či rozlomení. Materiál je houževnatý, pokud se před rozlomením významně zdeformuje. Houževnatost rovněž indikuje odolnost proti rozšíření vrubů, prasklin a trhlin.

V praxi lze říci, že požadovaná houževnatost materiálu chránící proti trhlinám je určena svou rázovou houževnatostí (pevností v rázu). Pokud jsou stanoveny požadavky na vlastnosti materiálu, je kromě parametru pevnosti požadována často také hodnota rázové houževnatosti v dané teplotě. Tato hodnota rázové houževnatosti je ve skutečnosti energie potřebná k rozlomení tyče. Takže houževnaté materiály mají vyšší pevnost v rázu než křehké materiály.

Měřená houževnatost daného materiálu závisí na materiálu samotném, ale také na tloušťce kusu, teplotě, rychlosti deformace a přítomnosti prasklin, vrubů či prasklin.

Otěruvzdornost

Otěruvzdorná ocel je typ oceli s vysokou odolností proti opotřebení. Tato odolnost výrobku proti opotřebení v důsledku tření nebo rázu se získává kalením materiálu. Materiál s vysokou tvrdostí tak může negativně ovlivnit opotřebení materiálu s nižší tvrdostí. Nicméně, tvrdost samotná není dostačující. Materiál musí být také houževnatý, aby byl odolný proti přímému rázu. Pokud materiál není houževnatý, bude mít tendenci praskat, když do něj něco silně narazí.

Chemické vlastnosti

Kyselinovzdornost

Odolnost materiálu proti kyselinám indikuje maximální koncentrace kyseliny, kterou materiál dokáže absorbovat bez známky opotřebení. Je to míra, do jaké materiál vzdoruje kyselým kapalinám. Například se zvažuje odolnost vůči kapalinám, jako je kyselina chlorovodíková.

CIREX vám poradí, jaké materiály jsou vhodné pro použití v kyselém prostředí. Také vám můžeme doporučit doplňkové povrchové úpravy, které budou pravděpodobně potřeba.

Korozivzdornost

Koroze (známá také pod pojmem „rez“) je rozklad kovů vlivem prostředí.

Jakmile je kov vystaven vzduchu, začne se chemicky spojovat s kyslíkem obsaženým ve vzduchu. Tento proces se nazývá oxidace. Rez je červeno-hnědá hmota, která se vytvoří, když železo reaguje s kyslíkem v přítomnosti vody. Rezivění je běžně užívaný pojem pro formu koroze u materiálů, které obsahují železo, například ocel.

Koroze způsobuje ztrátu pevnosti, neboť produkty koroze (oxidy a soli) jsou mnohem slabší než kov. Produkty koroze se drolí a kovové části se ztenčují. Mohou se objevit i díry.

Nerezavějící ocel je slitina oceli, která je korozi odolná. Nerezové slitiny jsou mimo jiné složeny z niklu (Ni) a chromu (Cr). Přidáním chromu do slitiny se na povrchu utvoří vrstva oxidu chromitého. Tato vrstva chrání povrch před korozí. CIREX vám velmi rád poskytne rady a doporučení ohledně možných užití a vlastností nerezových slitin.

Tepelné vlastnosti

Součinitel roztažnosti

Jako mnoho dalších materiálů se ocel při zahřívání roztahuje a při ochlazování smršťuje. Míra, do jaké se materiál roztahuje nebo smršťuje, je dána teplotním součinitelem roztažnosti.  Teplotní součinitel roztažnosti se vyjadřuje v hodnotách na ˚C.

Většina materiálů se zahříváním roztahuje, čemuž se také říká kladný součinitel roztažnosti. Při vyšších teplotách molekuly vibrují silněji a tím zaujímají více prostoru (objem se zvětšuje). Čím silněji jsou atomy vzájemně svázány, tím nižší je součinitel roztažnosti. Obecně to znamená, že oceli mají vyšší součinitel roztažnosti.

Žáruvzdornost

Domníváme se, že žáruvzdorné materiály jsou takovéto: slitina oceli si i pod vlivem extrémně vysokých teplot zachovává své mechanické vlastnosti. Žáruvzdorné typy oceli dokážou odolávat oxidaci stejně jako vlivu teplých plynů a spalin při teplotách nad 600°C. Tyto kovy si poté, co přijdou do styku s takto extrémně vysokými teplotami, udrží i nadále svou formu, funkčnost a rozměry.  Legující prvky, které zesilují žáruvzdornost, jsou nikl (Ni) a chrom (Cr).

Díky přítomnosti niklu a chromu je většina typů nerezavějící oceli žáruvzdorná, ovšem méně než specifické žáruvzdorné typy oceli.