KOVOVÉ MATERIÁLY

Se používají na výrobu funkčně mechanicky hodně namáhaných součástí. Jsou to:

železo a jeho slitiny

neželezné kovy a jejich slitiny (měď, cín, olovo, stříbro, zlato, paladium, platina)

Kovy a jejich slitiny jsou základními konstrukčními a vodivými materiály.

kovů používaných v elektrotechnické praxi tvoří železo a jeho slitiny. Zbytek připadá na neželezné kovy.

Kovy jsou látky krystalické (kovové předměty jsou tvořeny drobnými krystalickými útvary, které bývají označovány jako zrna, krystaly).

Nekovové materiály – většinou nepřenášejí žádné vnější zatížení nanejvýš malé. Jde tedy v podstatě jen o doplňky strojů a zařízení a jsou to například:

minerály keramika technické sklo

plasty a pryž technické tkaniny papír

dřevo kůže.

Pro volbu každého materiálu je nutné znát jeho vlastnosti.

Jeho mechanické vlastnosti jsou důležité pokud má materiál přenášet nějaké síly.

Volbu materiálu budou také ovlivňovat technologické vlastnosti.

Kovové materiály – mohou být

Čisté kovy – prakticky nelze získat.Vždy bude obsahovat nějaké procento nečistoty,

které se tam při výrobě dostane nebo jsou již obsaženy v hornině a nelze je eliminovat.

Čistota se vyjadřuje v procentech př: Al 99,998%

nebo počtem atomů nečistot na 1000000 atomů čistého kovu.

Čisté kovy jsou zpravidla

měkké málo pevné dobře tvárné

odolávají korozi dobře vodivé.

Slitiny – záměrně vytvořené soustavy dvou a více prvků s převahou prvků kovových.

Báze slitiny – označujeme kov jehož je ve slitině nejvíce.

nebo máme na mysli skupinu prvků která dodává té slitině charakteristické vlastnosti.

Přísady (legury) – všechny ostatní prvky, které nemají převahu nebo důležitost.

Litiny jsou většinou (oproti čistým kovům)

tvrdší mechanicky pevnější hůře tvárné

mají horší vodivost mají menší odolnost proti korozi

O vlastnostech slitiny rozhoduje:

chemické složení

struktura – vzájemné uložení elementárních částic

MATERIÁLY POUŽÍVANÉ V ELEKTROTECHNICE

Elektrotechnické materiály

materiály, které mají ve vztahu k elektromagnetickému poli určité vlastnosti

Většina těchto materiálů jsou látky nemagnetické.

Podle chování v magnetickém poli:

Vysoce magnetické látky

Látky slabě magnetické

Podle chování v elektrickém poli

Vodiče

Polovodiče

Dielektrika (izolanty)

Konstrukční materiály

Nejdříve se používaly nekovové (břidlice), pak kovové a dnes kovové a plasty. Protože

některé druhy plastů mají někdy lepší mechanickou pevnost než kovy.

Materiály se speciálním určením

Mohou to být materiály se zvýšenou odolností proti chemickému prostředí (tkaniny)

lepšími optickými vlastnostmi

ŽELEZO

V elektrotechnice má velký význam z důvodu, že se používá jako konstrukční materiál a je základem feromagnetických materiálů. Všelijak legované se používají jako další předměty.

Přechodem z tuhé do kapalné fáze zvětší svůj objem o 2,6%

Teplota tání:

Hustota:  hustota se mění i při tváření za studena a mění se s množstvím

uhlíku.

Železo je polymorfní kov tzn. že má dvě krystalicky odlišné modifikace.

v tuhé fázi existuje ve dvou teplotních rozsazích (0-900)

1400-1539 značí se

Železo při teplotě 768 C ztrácí feromagnetické vlastnosti a stává se paramagnetikem.

V kritických teplotách čistého železa  existuje tepelná hystereze (na obrázku se body nekryjí).

Modifikace má krystalickou mřížku prostorově středěnou

modifikace má mřížku opět krychlovou.

V technické praxi mají větší význam oceli a surové železo než čisté železo.

Čisté železo má dražší výrobu a horší mechanické vlastnosti.

Ve všech druzích technického železa je přítomen uhlík a tato příměs má rozhodující vliv na

jeho vlastnosti.

Dělení podle obsahu uhlíku

chudé slitiny < 1,7% C

oceli okolo 1,7% C

> 1,7 % C – označujeme pojmem surová železa, litiny

Surové železo

Zajímá nás pouze chemické složení

Surové železo je vyráběno ze základních surovin.

Surové železo ocelářské – používá se pro výrobu ocelí

Surové železo slévárenské – používá pro výrobu litiny

Litina

Je materiál, který se převážně získává přetavováním surového železa a kovového odpadu ve

slévárenských pecích.

Výrobky z litiny bývají většinou tvarové odlitky.

OCELI

Oceli nástrojové

Oceli konstrukční – materiály určené na určité části strojů.

mají vysoké hodnoty mechanických vlastností (v tahu, smyku, krutu, tlaku)

mohou být žáruvzdorné, nekorodující

Žárupevný materiál – nemění své vlastnosti s teplotou

Žáruvzdorný materiál – vysoké teploty na něj působí tak, že nedegradují jeho kovy.

TVÁŘENÉ OCELI

Se zpracovávají kováním, válcováním, lisováním, tažením a tyto procesy tváření mohou

probíhat jak za tepla tak i za studena.

Oceli tvářené mají vždy lepší mechanické vlastnosti než oceli lité.

Uhlíkové tvářené oceli – obsah uhlíku < 1,7%

Legované tvářené oceli

Mohou být legovány s niklem, molybdenem, zirkonem, wolframem …

Jsou výrazné tím, že mají vyšší čistotu tzn. že mají zaručený obsah fosforu a síry.

Používají se na: výroba stožárů pro VN, VVN, plechy pro statory turbogenerátorů, celé

rotory malých strojů, svorníky pro trafa.

LITÉ OCELI

Používají se na složitější tvary, které by se dali těžko nebo vůbec vyrobit.

Uhlíkové < 0,6% C

Slitinové – legovány

Lité oceli mají ve všech případech menší mechanickou pevnost než oceli tvářené.

Používají se na: ložiskové stojany a pánve ložisek turbogenerátorů, kostry asymetrických

motorů.

Oceli se zvláštními fyzikálními vlastnostmi

Jsou to oceli určené pro práci ve vzláštních podmínkách tzn. že od nich požadujeme nejenom

dobré mechanické vlastnosti, ale jsou u nich důležité i jiné vlastnosti např.:

Elektrické a magnetické vlastnosti, odolnost proti korozi, chemická odolnost.

Získatelné pouze u vysokolegovaných ocelí (velký obsah uhlíku 2,5 – 10% a více).

Používají se na: výroba měřících a regulačních systémů.

Oceli se zvláštními tepelnými vlastnostmi

s malým koeficientem lineární teplotní roztažnosti

s nízkou tepelnou vodivostí

oceli a slitiny pro zatavování skla a porcelánu

oceli s modulem pružnosti nezávislým na teplotě

Oceli s velkým elektrickým odporem

Jsou to vlastně slitiny, které se používají jako odporový materiál, reostaty, topné odpory.

Musí mít velký odpor a dobré tepelné vlastnosti

Oceli se zvláštními magnetickými vlastnostmi

Oceli nemagnetické (austenitické)

(autenit – tuhý roztok uhlíku v železe )

Tyto oceli se modifikují manganem, niklem, kobaltem

Manganové oceli se špatně obrábějí a při teplotách nad  vylučují karbidy které pomáhají vzniku magnetizace.

Použití: výroba nemagnetických částí strojů a zařízení, rotorové obruče turbogenerátorů

Dochází tu k cyklickému přemagnetování a v důsledku hysterezních ztrát by se materiál

přehříval tak použijeme nemagnetický materiál.

LITINY

Mají obsah uhlíku > 1,7%. Nemají zaručené množství příměsi. Z hlediska složení jsou to materiály nečisté. Nezajímá nás složení, ale zajímá nás jaké má mechanické a technologické vlastnosti.

Dělení litin:

Bílé litiny

Velmi tvrdé, křehké, nejsou dobře obrobitelné.

Grafitické slitiny

Vlastnosti jsou určeny množstvím, tvarem a rozložením grafitu který obsahují.

Litina šedá

Pro konstrukční účely

Použití: ložisková pouzdra, odporové články, pístní kroužky

Litina tvárná

Dražší než šedá, tvoří přechod mezi šedou litinou a ocelí. Je houževnatá.

Litina temperovaná

Vhodný materiál pro středně zatížené součásti

Levná, obrobitelná, odolná proti korozi

Temperování – je dlouhodobé žíhání surových odlitků bílé litiny a ta se změní v

temperovanou.

Litina s bílým lomem (tzv. Evropská) – žíhání probíhá v oxidačním prostředí.

Litina s černým lomem (tzv. Americká) – žíhání probíhá při teplotách okolo v tuhém

prostředí (křemičitý písek), v kapalinách (solné lázně) nebo v plynech (CO2, N2)

Nemagnetická litina (austenitická)

Může mít různé přísady. Používáme jako náhradu za barevné kovy.

Vlastnosti závisí na chemickém složení a jeho struktuře.

Strukturně citlivé vlastnosti jsou: pevnost, tvrdost, elektrické a magnetické vlastnosti

Strukturně necitlivé vlastnosti jsou: měrné teplo, teplota tání, atd

VODIVÉ MATERIÁLY (Cu, Al, Ag, Au)

Vodivé materiály jsou látky, které mají o několik řádů vyšší koncentraci nosičů elektrického náboje než mají polovodiče a izolanty. Jsou to látky s vysokou elektrickou vodivostí a malou rezistivitou která se pohybuje mezi  . Nejpoužívanějšími vodiči jsou vodiče první třídy.

Vodiče první třídy – vodiče na bázi kovů pro která je typické, že se během elektrického

přenosu proudu nemění.

Vodiče druhé třídy – jsou typické iontovou vodivostí tzn. že nositeli nábojů jsou u tohoto

typu ionty. U těchto vodičů stejnosměrný proud vyvolává změny ve

složení.

Mezi vodiče patří také elektrotechnický uhlík, vodivé plasty, supravodivé a hypervodivé materiály.