Jdi na obsah Jdi na menu
 


MRI 21 - 30

 

21. Krystalizace nadeutektické slitiny

Obsahuje více jak 4,3 % C

Slitina II (nadeutektická litina) začne tuhnout při dosažení teploty likvidu. Z taveniny krystalují hrubé krystaly primárního grafitu, který je přibližně 3x lehčí než tavenina, takže vyplouvá na povrch. Tavenina se tak postupně ochuzuje uhlíkem až do eutektického obsahu. Další změny při ochlazováni probíhají podle stejného schématu jako u slitiny I (slitina I - Při dalším poklesu teploty klesá rozpustnost uhlíku v austenitu podle čáry Acm (obr.). Primární i eutek-tický austenit se přesycuje uhlíkem, který se vylučuje jako sekundární grafit - ukládá se většinou k již existujícím krystalům grafitu. Při eutektoidní teplotě obsahuje austenit 0,69 % C a rozpadá se podle schématu

Z austenitu tak vzniká grafitický eutektoid. Podobně jako sekundární grafit, ukládá se také eutektoidní grafit na lupínky dosud vzniklého grafitu).Výsledná struktura slitiny II je tvořena feritickou základní hmotou, v niž jsou uloženy jednak hrubé primární krystaly grafitu a jednak jemnější eutektické krystaly grafitu. Obojí ještě obsahují také sekundární a eutektoidni grafit.

Druhá varianta:

 Slitiny nadeutektické o obsahu uhlíku větším než 4,3% tuhnou tak, že se z taveniny vylučují podle větve        likvidu CD krystaly cementitu zvaného primární. Vylučují se v podobě dlouhých rovných desek,                 které se pod mikroskopem jeví jako jehlice. S klesající teplotou roste množství vyloučených krystalů primárního cementitu a tavenina se ochlazuje o uhlík podle křivky DC. Při teplotě eutektické přeměny bude vyloučeno max. množství primárního cementitu. Zbývající tavenina tuhne za stálé teploty v eutektikum, ledeburit. Výsledná struktura těchto slitin se bude po rozpadu ledeburitu skládat z primárního a sekundárního cementitu uloženého v perlitu. Podle, za kterých vzniká cementit, rozlišujeme v metastabilní soustavě Fe-Fe3C cementit primární vylučující se pod čarou CD, který je součástí eutektika – ledeburitu. Cementit sekundární vzniká na čáře SE , který je součástí eutektoidu – perlitu, a cementit terciální vylučující se na čáře PQ.

22. Povrchové kalení

Pozn.: Kalení je způsob tepelného zpracování oceli. Při něm se ocel ohřeje na tzv. kalící teplotu a po té se prudce ochlazuje. Tím získává lepší mechanické a fyzikální vlastnosti.                                                                                         

Jedním ze způsobů přímého chlazení na martenzit je povrchové kalení, jehož účelem je dosažení vysoké tvrdosti pouze v malé povrchové vrstvě při zachování měkkého a houževnatého jádra. Provádí se u podeutektoidních ocelí (výrobky mají vysokou tvrdost povrchu, oděruvzdornost a houževnaté jádro.  Povrch. Kalení se používá u uhlíkových ocelí ( = malá hloubka zakalené vrstvy i při ohřevu v celém objemu).  Slitinové ocely = větší hloubka zakalené vrstvy, protože mají větší prokalitelnost. Nejvhodnější struktura před povrchovým kalením je sorbit vzniklí z martenzitu nebo jemný lamelární perlit. Podeutektoidní ocely se před povrchovým kalením upravují normalizačním žíháním.  Hloubka zakalené vrstvy je  0,5 – 3 mm (je dána velikostí součásti a jejím použitím). Důležitá je rovnoměrnost zakalené vrstvy a její pozvolný přechod do nezakaleného jádra.

 

Povrchové kalení se provádí:

22.1. Indukční ohřev – se provádí průchodem elektrického proudu o různých frekvencích v požadované povrchové vrstvě kalené součástky. Kalený předmět se ohřívá v induktoru, který je tvořen závity z měděné trubky, v kterých protéká chladící voda. Ohřátá vrstva závisí na použitém kmitočtu, příkonu a na době ohřevu. Hloubka proniku proudu je tím tenčí, čím je frekvence proudu vyšší.

22.2. Ohřev plamenem – provádí se spalováním topných plynů s čistým kyslíkem v upraveném hořáku. Vzniklé teplo se dovnitř šíří jen vedením. Hloubka povrchové vrstvy závisí na výkonu hořáku, velikosti kaleného předmětu, době ohřevu a délce prodlevy mezi ukončením ohřevu a počátkem ochlazování.

23. Eutektoidní přeměna

Reakce probíhající při konstantní teplotě 740°C, kdy se austenit rozpadá na grafitický eutektoid (ge), což je směs feritu (F) a eutektoidního grafitu (Ge).

Rozdíl mezi eutektickou a eutektoidní přeměnou je v tom, že eutektoidní přeměna probíhá pouze v tuhém stavu bez jakékoliv souvislosti s taveninou. Ta je zde nahrazena tuhou fází, kterou lze nazvat ,,vysokoteplotní,,.  Chemické složení Xeo, které odpovídá eutektoidnímu bodu E0, se nazývá eutektoidní. Bod E0 je bodem nonvariantním, protože jsou v něm v rovnováze tři tuhé fáze α,ß,γ. Eutektoidním bodem prochází eutektoidála, kterou tvoří spojnice bodů C-E0-D. Ta určuje i eutektoidní teplotu TEO. Těsně nad eutektoidní teplotou je slitina tvořena tuhou fází S1. Při poklesu na eutektoidní teplotu se tato tuhá fáze přeměňuje na směs dvou odlišných tuhých fází S2 a S3. Při eutektoidní přeměně z jedné tuhé fáze vznikají tak při ochlazování jiné dvě tuhé fáze, při ohřevu je tomu naopak: ze dvou tuhých fází vzniká jedna fáze tuhá = eutektoidní přeměna a tematicky se zapisuje S1 <=> S2+S3

Směs dvou tuhých fází vzniklých eutektoidní přeměnou se nazývá eutektoid, který má lamelární strukturu.

Tuhnutí slitin I – oceli podeutektoidní                 

- při teplotách nad likvidem AC existuje homogenní tavenina. Ve které všechen uhlík tvoří samostatnou fázi Fe3C. Slitina začíná tuhnout při teplotě dané bodem a1 ( zhruba 1500°C ) Při této teplotě se vyloučí první krystaly austenitu. Jejich složení je dáno bodem . Při dalším ochlazování pokračuje vylučování krystalů austenitu, současně se také mnění jejich složení podle křivky solidu AE. S klesající teplotou roste počet krystalů austenitu – γ  a klesá množství taveniny. Také ta mění své složení podle čáry likvidu AC.Při teplotě dané bodem a2 jsou v rovnováze krystaly austenitu γ a složeniny a taveniny o složení 2t. Poměrné množství obou fází je určeno:

Pákovým zákonem:             Krystaly γTavenina=a2 2t2γ a2

 

Tuhnutí je ukončeno dané bodem a3. Struktura slitiny I  se pod teplotou a3 skládá jen z krystalů austenitu γ s průměrným obsahem C  odpovídajícím původní koncentraci C v slitině I .


Ochlazujeme-li slitinu I dále, dochází k čáře GOS ( nazývá se feritickou čarou ) k překrystalizaci tuhého                roztoku γ na tuhý roztok α .

Překrystalizace  u čistého železa  probíhá při 900°C = bod G . S přibývajícím obsahem C v tuhém roztoku  γ        se však teplota počátku překrystalizace austenitu na ferit snižuje podle křivky GS.

Překrystalizace tuhého roztoku γ na α probíhá tak, že při přeměně 14atomové mřížky austenitu na 9atomovou mřížku feritu přebývajících 5 atomů z každé mřížky austenitu se shlukuje na okraji austenitických zrn.

Tak vznikají zárodky feritu které difúzí postupně rostou.

Protože rozpustnost uhlíku ve feritu je i při vysokých teplotách nepatrná ( čára GPQ ) musí atomy uhlíku          přejít ještě před jeho překrystalizací do nepřeměného austenitu = > Množství uhlíku v austenitu stoupá, tak že z jedné homogenní fáze – austenitu – vzniknou fáze dvě = ferit a austenit.

Při dalším poklesu teploty pod 760°C se změní paramagnetický ferit na feromagnetický.

S dalším poklesem teploty přibývá feritu a ubývá austenitu.

Překrystalizace se ukončí tím, že zbytek austenitu, který dosáhl eutektoidního složení 0,765% uhlíku (bod S)   se přemění za konst. Teploty 727°C na lamelární eutektoid – perlit.

Je to směs destiček ( lamel ) feritu a cementitu , který se pří eutektoidní koncentraci uhíku a eutektoidní teplotě střídavě vylučují  z austenitu.     

Poměr množství obou fází v perlitu je podle pákového zákona:

Množství feritu                   =   SK   =   6,67   -   0,765    =   7,7                                                                   Množství cementitu                         PS                             0,765                      1

V perlitu připadá tedy na 1 díl cementitu 7,7 dílu feritu  => obsahuje 88,5% feritu a 11,5% cementitu

Za určitých podm. Se destičky  sbalují  v zrníčka, globule => perlit zrnitý – lobulární.

Tuhnutí slitin II – ocel eutektoidní

Je to slitina s obsahem uhlíku 0,765%.U této slitiny zůstává austenit stabilní až do teploty eutektoidní přeměny 727°C. Při této teplotě se přeměňuje na perlit.

Na křivce chladnutí se eutektoidní proměna projeví jako prodleva.

Překrystalizace probíhá v tuhém stavu, kdy pohyblivost atomů je menší než ve stavu kapalném.

Eutektoidní přímka PKS vyjadřuje třífázovou rovnováhu :  γ ↔ α  + Fe3C.

Pod teplotou eutektoidní už nedochází k žádné přeměně. Pouze u slitin s velmi malým obsahem uhlíku má význam ještě vylučování cementitu z přesyceného tuhého roztoku α podle čáry PQ.Tomuto cementitu říkáme terciální. U slitin s převážně feritickou strukturou se vylučuje na hranicích zrn feritu. Za přítomnosti perlitu se však připojuje k cementitu.Ve struktuře ani na vlastnostech slitin se neprojevuje.

Tuhnutí slitin III – ocel nadeutektoidní

Tuhne stejně jako slitina I a II pouze s rozdílem, že počátek i konec tuhnutí probíhá při teplotách nižších.Pod solidem se struktura  této slitiny skládá pouze z austenitu, a to až k čáře ES (segregační čára).Při překročení teploty Acm se začne z austenitu vylučovat cementit nazývaný sekundární – segregační. Vylučuje se z přesyceného tuhého roztoku γ .Vzhledem k vysokému obsahu uhlíku ve vznikajícím cementitu (obsah 6,67%) ochlazuje se zbývající austenit o uhlík.Největší množství vyloučeného cementitu bude při teplotě 727°C v bodě S.Množství uhlíku v austenitu zde klesne na 0,765%.Při dalším poklesu teploty pod 727°C se austenit změní na perlit.Struktura těchto slitin se bude za normálních teplot skládat ze sekundárního  cementitu uloženého v perlitu ve tvaru žilek.Čím více uhlíku bude ve slitině, tím více cementitu bude ve struktuře.

24. Fáze v Ocelích

Ferit – je nízkoteplotní intersticiální tuhý roztok C v Fe (α). Strukturu tvoří krychlová prostorově středěná mřížka (BCC). Ferit má malou pevnost, je měkký, tvárný i zastudena a magnetický do teploty 760°C, kdy se mění na paramagnetický ß-ferit. Vysokoteplotní formou feritu je δ-ferit.

Austenit – intersticiální tuhý roztok C v Fe (γ). Má strukturu s krychlovou mřížkou plošně středěnou (FCC), která je nemagnetická, houževnatá a ze všech struktur ocelí nejlépe tvárná.

Cementit – je chemická sloučenina (karbid železa), která se teplotou nemění. Je to fáze velice tvrdá, křehká a netvárná.

Čisté železo se vyskytuje ve dvou krystalických modifikacích: Při teplotě pod 911°C je stabilní železo s kubickou prostorově centrovanou mřížkou (BCC), které označujeme jako α-Fe. Při teplotách v intervalu 910 – 1392°C má železo kubickou plošně centrovanou mřížku (FCC) a označuje se γ-Fe. Nad teplotu 1392°C je stabilní opět modifikace s kubickou prostorově centrovanou mřížkou a nazývá se δ-Fe. Bod tání čistého železa je 1539°C.
Hlavním příměsovým prvkem ve slitinách železa je uhlík, který tvoří se železem intersticiální tuhý roztok. Tuhý roztok uhlíku v α-Fe se nazývá ferit. Rozpustnost uhlíku v α-Fe je velmi nízká (max. 0,018% při teplotě 723°C). Tuhý roztok uhlíku v γ-Fe se nazývá austenit. Rozpustnost uhlíku v γ-Fe je podstatně vyšší (max. 2,11% při teplotě 1147°C). Tuhý roztok uhlíku v δ-Fe se označuje jako δ-ferit.
Při vyšším obsahu uhlíku než udává uvedená rozpustnost dochází k vylučování karbidu železa Fe3C (cementitu), případně grafitu.
Oblasti stability jednotlivých strukturních složek za rovnovážných podmínek znázorňuje rovnovážný fázový diagram železo – uhlík. Podle toho, zda se při krystalizaci vylučuje cementit nebo grafit, rozlišujeme tzv. stabilní systém Fe-C (železo – grafit) a metastabilní systém Fe-Fe3C (železo – cementit). Ke krystalizaci podle stabilního rovnovážného diagramu Fe-C dochází u slitin železa s obsahem C vyšším než 2,11% při velmi nízkých rychlostech ochlazování. Slitiny železa s méně než 2,11% uhlíku krystalizují prakticky vždy podle metastabilního diagramu Fe-Fe3C.

25. Termální kalení

Je kalení na martenzit, které spočívá v rychlém ochlazení kaleného předmětu v lázni o teplotě o málo vyšší než je Ms. Po určité době výdrže, která je kratší než je doba začátku bainitické přeměny, se předmět z lázně vyjme a rychle ochladí pod teplotu Ms. Výsledkem je martenzitická struktura s minimálním pnutím. Také tohoto způsobu se používá u ocelí legovaných, které mají delší inkubační doby pro přeměnu austenitu na bainit.

26. Prokalitelnost

(Je schopnost oceli dosáhnout při kalení určité tvrdosti do určité hloubky od povrchu). Prokalitelnost je schopnost oceli dosáhnout tvrdosti odpovídající její zakalitelnosti v určité hloubce pod povrchem kalené součásti. Prokalitelnost především závisí na tvaru diagramu ARA. Rychlost ochlazovaného předmětu na jeho povrchu je dána kalícím prostředím, a tím, jak rychle je schopno odnímat teplo z jeho povrchu. Rychlost ochlazování uvnitř průřezu v určitých vzdálenostech od povrchu je dána tepelnou vodivostí oceli a teplotním rozdílem mezi daným místem a povrchem.  

Na tvar diagramu ARA mají velký vliv legovací prvky a určují prokalitelnost oceli. Veškeré prvky s výjimkou kobaltu, které se v austenitu rozpouštějí, snižují kritickou rychlost ochlazování a z toho vyplývá, že legovanou ocel volíme tam, kde potřebujeme prokalit součástky s větším průřezem, tzn. větší než 30 mm.
Na prokalitelnost má ještě velký vliv velikost austenitického zrna. Čím bude zrno jemnější, tím bude vyšší kritická rychlost a naopak. Protože prokalitelnost je ovlivňována, celo řadou činitelů, je vhodné prokalitelnost určovat zkouškou, tzv. čelní zkouškou prokalitelnosti.

Prokalitelnost závisí na velikosti kritické rychlosti ochlazování dané oceli, která musí být tím menší, čím má být zakalená vrstva oceli větší. Snížení kritické rychlosti ochlazování  příznivě ovlivňují všechny legující prvky kromě Al a Co tím, že se prodlužují inkubační doby pro difúzní rozpad austenitu. To se v diagramech IRA a ARA projeví posunem křivek počátků a ukončení přeměn, a tím i nosu, k delším časům. Pro vznik martenzitu pak postačuje nižší ochlazovací rychlost. Zvláště intenzivně na posunutí nosu působí karbidotvorné prvky jako jsou např. Mn, Mo, Cr, W,V a další. Vysoce legované oceli (př. rychlořezné) mají nos křivky v IRA i ARA diagramech již tak vzdálen od počátku ochlazování, že k zakalení dojde i při volném chlazení na vzduchu. Takové oceli se označují jako samokalitelné. Vztah mezi tvrdostí a hloubkou zakalené vrstvy znázorňuje pro danou ocel diagram prokalitelnosti:

 

Diagram prokalitelnosti: 1 – křivka prokalitelnosti, 2,3 – hranice pásu prokalitelnosti  

Martenzit po zakalení má vysokou tvrdost, ale nízkou houževnatost a obsahuje vysoké vnitřní pnutí. Proto musí následovat popouštění, při kterém se ocel zahřívá na teplotu pod A1 a na této teplotě se udržuje po stanovenou dobu. Při popouštění dochází ke snižování obsahu uhlíku v martenzitu vylučováním cementitu, zbytkový austenit transformuje na bainit. Při popouštění na velmi vysoké teploty dochází k transformaci martenzitu na ferit. Popouštění je tedy proces směřující k dosažení termodynamické rovnováhy. Při popouštění klesá tvrdost a vzrůstá houževnatost. Proto je nutné volit teplotu a dobu popouštění tak, aby bylo dosaženo požadované kombinace mechanických vlastností. Nepříznivým jevem při popouštění je tzv. popouštěcí křehkost vznikající precipitací karbidů a příměsových prvků na hranicích zrn. Nízkoteplotní popouštěcí křehkost, objevující se při teplotách okolo 300°C, je neodstranitelná. K vysokoteplotní popouštěcí křehkosti dochází při teplotách 450-500°C a lze ji omezit rychlým ochlazením oceli po popouštění.

27. Krystalizace podeutektické slitiny

Tuhnutí slitin IV – ocel podeutektické

Tuhnutí této slitiny, která má obsah 3% je obdobné jako u předchozích slitin.Liší se pouze nižší teplotou tuhnutí.Složení primárně vyloučených krystalů austenitu se mění podle solidu AE a taveniny podle větve likvidu AC.Krystaly austenitu i taveniny se obohacují při klesající teplotě uhlíkem.Nejvíce uhlíku bude austenit obsahovat při 1147°C a to 2,14%.Krystalizace této slitiny končí proměnou taveniny o 4,3% uhlíku při teplotě 1147°C.Eutektikála ECF představuje třífázovou rovnováhu: tavenina ↔ γ + Fe3C.Eutektikum vznikající při této přeměně se skládá z krystalů austenitu  o obsahu 2,14% uhlíku a cementitu o obsahu 6,67% uhlíku (koncové body eutektické přímky).Nazývá se ledeburit. Při poklesu teploty pod teplotou eutektickou se primární austenit (vyloučený z taveniny mezi likvidem a eutektikálou) i austenit eutektický přesycuje uhlíkem, který se z něho vylučuje ve tvaru sekundárního cementitu podle segregační křivky ES.Při eutektoidní teplotě se austenit, jehož schopnost rozpouštět uhlík klesla z hodnoty 2,14% při 1147°C na 0,765% při 727°C => po skončení fázové přeměny je ve struktuře cementit a perlit.Ten je ve dvou odlišných útvarech.Rozpadem primárně vzniklých krystalů austenitu vzniká poměrně rozsáhlá pole perlitická, zatím co z drobných zrn ledeburitického austenitu vznikají drobné perlitické ostrůvky, uložené v cementitu.Struktura jemných zrníček perlitu v základním cementitu se také někdy označuje jako ledeburit (přěsněji ledeburit rozpadlí).

28. Krystalická struktura v pevných látkách

Fyzikální vlastnosti všech látek závisí na jejich struktuře, jinak se chovají pevné látky, jinak kapaliny a jinak plyny. Pevné látky Pevné látky zachovávají svůj tvar a objem. Pevné látky lze rozdělit na krystalické a amorfní. Krystalické látky jsou charakterizovány pravidelným uspořádáním částic. Rozložení částic se periodicky opakuje v celém krystalu nebo v části krystalu o rozměrech větších než 10 mm → dalekodosahové uspořádání – monokrystaly – všechny částice jsou v jedné krystalické struktuře, která není přerušená, rozložení částic se periodicky opakuje v celém krystalu. Celý monokrystal má pravidelný geometrický tvar. Vlastnosti monokrystalů se v určitých směrech mohou lišit – jsou závislé na jejich uspořádání (slída se v jednom směru snadno rozdělí na plátky, ale tyto plátky je velmi obtížné rozdělit) → jsou anizotropní (tzn. fyz. vlastnosti látky závisí na směru vzhledem ke stavbě krystalu). Př. kamenná sůl NaCl, křemen SiO2; pro polovodiče se musí používat monokrystaly křemíku Si a germania Ge. – polykrystaly – skládají se z velkého počtu drobných krystalků – zrn (rozměry od 10 mm po několik mm). Částice uvnitř mají opakující se strukturu, ale zrna jsou uspořádány nahodile, vzájemná poloha je nahodilá, proto bývají izotropní – mají ve všech směrech stejné vlastnosti. Patří sem všechny kovy. Amorfní látky – periodické uspořádání těchto částic je omezeno na vzdálenost méně než 10–8 m. Pro větší vzdálenosti je struktura látky porušena. Struktura amorfních látek má krátkodosahové uspořádání. Patří sem sklo, pryskyřice, vosk, asfalt, mnohé plasty. Ideální krystalová mřížka je modelem uspořádání částic v krystalu. Jejím základem je elementární buňka, která je vždy rovnoběžnostěn. Nejjednodušší případ je mřížka, která má uspořádání krychlové (kubické). Kubická základní buňka může být prostá (primitivní) – body jen vrcholy krychle (8 bodů), plošně centrovaná – vrcholy krychle a středy stěn (14 bodů), prostorově centrovaná – vrcholy krychle a střed krychle (9 bodů). Délka hrany základní buňky je mřížkový parametr a (nebo mřížková konstanta). Částice v krystalu kmitají kolem bodů krystalové mřížky. V reálném krystalu existuje vždy mnoho odchylek od pravidelného uspořádání → každý reálný krystal má ve struktuře poruchy (defekty). BODOVÉ PORUCHY: a)Vakance – v mřížce je jedno místo nezaplněno b)Intersticiální poloha částice – částice leží mimo pravidelný bod mřížky; tato porucha může doprovázet vakanci, kdy se bod uvolní z mřížky a unikne na jiné místo c)Příměsi – v krystalové mřížce jsou jiné atomy než atomy prvků, které tvoří danou látku. Cizí atom může být v mřížce (polovodiče typu P nebo N – příměsi do struktury křemíku) nebo v intersticiální poloze (uhlík ve struktuře železa → ocel; množství uhlíku ovlivňuje vlastnosti oceli). Síly které působí mezi částicemi v krystalické mřížce: 1.Iontová – mřížku drží pohromadě elektrické přitažlivé síly mezi kationty a anionty 2.Kovová – odpudivé elektrické síly kationtů kovu nepustí atomy na novou polohu, elektrony tvoří elektronový plyn mezi kationty – jsou volné 3.Kovalentní – je to chemická vazba mezi atomy, kdy atomy mají společné valenční elektrony; je u izolantů nebo polovodičů (Si, Ge) 4.Molekulová – síly mezi molekulami – je velmi slabá Když na pevné těleso působíme silou, dojde ke změně tvaru nebo objemu – deformaci tělesa. Deformace tělesa je změna rozměrů, tvaru nebo objemu tělesa způsobená vnějšími silami. Deformace může být pružná (elastická) – když síly přestanou působit, těleso se vrátí do původního tvaru; nebo tvárná (plastická) – když síly přestanou působit, těleso už zůstane v novém tvaru. Těleso se může deformovat – tahem – dvě síly působí ven z tělesa, př. lano výtahu – tlakem – dvě síly působí dovnitř tělesa, př. nosné pilíře – ohybem – u tyče podepřené na koncích, když na ni působí síla kolmá k podélné ose – spodní vrstvy jsou deformovány tahem, horní tlakem, střed zůstává zachován – tyč se prohne. K deformaci ohybem dochází často kvůli tíze; lze jí zabránit podepřením, př. most – smykem – na horní a na dolní podstavu tělesa působí tečné síly, které způsobují vzájemné posunutí jednotlivých vrstev tělesa, přitom vzdálenost vrstev se nemění, př. nýt – kroucením – na koncích tyče působí dvojice sil tak, že momenty působí proti sobě, př. hřídele strojů, vrtáky, šrouby při utahování Je-li pevné těleso deformováno tahem silami o velikosti F, vyvolává struktura tělesa v rovnovážném stavu stejně velké síly pružnosti Fp, které působí proti deformujícím silám. To, do jakém míry má těleso vůli vracet se do původní polohy, charakterizuje normálové napětí sn Fp je síla pružnosti, která působí kolmo na plochu příčného řezu tělesa o obsahu S. [sn] = Pa Protože v rovnovážném stavu Fp = F, můžeme určit velikost normálového napětí z velkostí sil na těleso působících. Každý materiál má některé významné hodnoty normálového napětí: – mez pružnosti sE – největší hodnota normálového napětí, kdy je deformace ještě pružná. Po překroční této meze je těleso trvale deformováno. – mez pevnosti sp – po překročení této hodnoty normálového napětí dojde k porušení materiálu – přetrhne se, rozdrtí se – v tahu, nebo v tlaku – u některých materiálů se mohou lišit – křehké látky mají mez pevnosti blízko meze pružnosti (sklo) – dovolené napětí – nejvyšší přípustná hodnota sn při deformaci tahem nebo tlakem. Jeho hodnota je značně menší než mez pevnosti. Podíl meze pevnosti a dovoleného napětí je součinitel (koeficient) bezpečnosti. Hookův zákon Když na těleso začneme působit silou, prodlouží se z původní délky l1 o délku Dl na délku l l = l1 + Dl Dl – prodloužení → závisí na počáteční délce tělesa. e – relativní prodloužení – je to prodloužení tělesa o původní délce 1 m. Hookův zákon: Normálové napětí je přímo úměrné relativnímu prodloužení.

29. Plastická deformace:

Je trvalá změna tvaru tělesa, která nastává při překročení meze úměrnosti daného materiálu. V krystalografických rovinách kovových materiálů přitom dochází ke kluzu atomů. Trvalá deformace vzniká pouze dostatečně velkým smykovým napětím. To způsobí pohyb dislokací, při čemž se uplatňují mechanizmy kluzu nebo dvojčatní, při čemž může docházet ještě k rotaci těchto buněk. Největší význam pro tvárnost krystalů mají dislokace. Dislokace postupuje napříč krystalem a buď zůstane ukotvená v krystalu, nebo na hranici krystalu vymizí (anihiluje). Při deformaci se tvoří další dislokace, které si samy mezi sebou překážejí v pohybu. Tím se materiál zpevňuje, ale současně se snižuje jeho plasticita. To je velice důležité u kovových materiálů používaných pro konstrukce.

29.1. Plastická deformace kluzem:

Působením dostatečně velkého kluzového (smykového) napětí se atomy posouvají podél určitých krystalografických rovin, nazývaných roviny kluzu o celé násobky meziatomových vzdáleností. V reálném materiálu existují vždy poruchy krystalové struktury, z nichž nejvýznamnější jsou dislokace. Kluz v polykrystalické struktuře se vždy realizuje pohybem dislokací, které se začnou posouvat v rovině kluzu, popř. šplhají do jiných rovin. Odlišně se krystal chová při pružné deformaci, kdy se brání jako celek. Dislokace, a proto i kluzy v jednotlivých rovinách kluzu daného krystalu se netvoří stejně snadno. Je to ovlivněno sklonem roviny v krystalu ke směru působící síly a hustotou atomů v rovině. Kluz probíhá přednostně v rovinách nejhustěji obsazených atomy. Proto deformace materiálu je tím snadnější, čím mají krystaly daného materiálu více rovin kluzu.

Nejmenší smykové napětí, které je potřebné k uskutečnění kluzu u ideálního krystalu, (monokrystalu) se nazývá kritické kluzové napětí.   

Druhy kluzu:

Jednoduchý kluz: je nejjednodušší případ kluzu a představuje prostý posuv atomových rovin, který probíhá v jednom směru a jedné soustavě rovin. Ve skutečnosti se neposouvají buňky ve všech kluzových rovinách, ale jen v blocích ohraničených kluzovými rovinami.

Dvojitý kluz: nastává tehdy, jestliže se k jednoduchému kluzu připojí ještě natáčení (rotace) jednotlivých rovin kluzu kolem směru působící síly. Rotací rovin se během deformace dostávají  do příznivé polohy i další, dosud nevyužité, kluzové roviny, které umožní další trvalou deformaci. Tak vzniká výrazná deformační krystalografická textura.

29.2 Plastická deformace dvojčatěním

Tam, kde není dostatek kluzových systému, může vzniknout deformace dvojčatěním. Stává se to především při vyšší rychlosti zatěžování, která se vyskytuje např. při deformaci rázem nebo výbuchem, protože hodnota kritických napětí pro dvojčatění je vyšší než hodnota kritických napětí pro kluz. Kluz ale probíhá přednostně a teprve pak dochází k deformaci dvojčatěním.

Trvalá deformace dvojčatěním se uskutečňuje rovněž pohybem dislokací. Na rozdíl od kluzu dochází při trvalé deformaci dvojčatěním k posuvu mnoha atomových rovin tak, že se atomy přemisťují vzhledem k sousední rovině o celé mřížkové parametry, ale jen v části krystalické mřížky tak, že deformovaná část krystalu vytvoří zrcadlový obraz neposunuté části mřížky. Obě mřížky jsou zrcadlově symetrické k určité rovině, která se označuje jako rovina dvojčatění. 

29.3. Krystalografická textura:

Náhodné rozložení krystalů tvořících polykrystalickou strukturu zajišťuje struktuře rovnoměrné (izotropní vlastnosti. Plastická deformace nebo určitý způsob žíhání popř. jejich kombinacemi se může náhodná orientace polykrystalické struktury usměrnit do určitých poloh. Je to způsobeno natáčením  elementárních krystalových buněk a z nich sestavených krystalů do určitých směrů ve větší míře než do směrů jiných. Krystalové buňky tak vytvářejí přednostně orientovanou (tzv. usměrněnou) krystalovou strukturu, která se nazývá krystalografická textura.

Textura ovlivňuje všechny vlastnosti struktury jako jsou pružnost, pevnost, elektrickou vodivost, magnetické vlastnosti, optické vlastnosti, tepelnou roztažnost, chem. vlastnosti. Krystalografické textury se podle původu svého vzniku dělí na deformační a rekrystalizační (žíhací). Vjednom materiálu se může vyskytovat více textur najednou.

Při tažení drátů vzniká textura vláknitá. Při válcování pásů nebo plechů se vytváří textura válcovací.

30. Soustava s neomezenou rozpustností v tekutém a tuhém stavu