Skripta Nauka o mate..

název:
autor:
vyšlo:
náklad:
vydavatel:
Nauka o materiálu (návody na cvičení)
Ing. Jaroslav HORÁČEK, CSc.
2004
200 výtisků
Česká zemědělská univerzita
Vedoucí katedry: Doc. Ing. Milan BROŽEK, CSc.
určeno: pro posluchače všech oborů fakulty technické ČZU v Praze
vydání: dotisk 2. vydání z roku 2003
tiskárna: PowerPrint, Kamýcká 1219. 165 00 Praha 6 - Suchdol
Za jazykovou a věcnou úpravu díla odpovídá au ř "r.
Doporučená cena 45,-
ISBN 80-213-1018-9
ČESKÁ ZLMĚDĚLSKÁ UNIVERZITA V PRAZE
FAKULTA TECHNICKÁ
KATEDRA MATERIÁLU A STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE
NAUKA O MATERIÁLU
(návody na cvičení)
Ing. Jaroslav HORÁČEK, CSc.

studia.
Lektor; Doc. Ing. Milan BROŽEK, CSc.
© Jaroslav HORÁČEK, 2003
ISBN 80-213-1018-9
l ročníku prezenčního a kombinovaného studia technické fakulty České
. . Nauka VZáto, vU oboru Syrského s^a a bákaného
smdentv 4. ročniku Institutu tropického a subtropického zemědělství České
TecWcke .atenaly a strojní technologie" oboru zeuaédélská techn*a.
Předmluva
Výuka všech technických disciplín inženýrského studia zahrnuje nejen podání souboru teoretických
poznatků, ale i nezbytné seznámení s přístrojovou a měřicí technikou, hlavními metodami experimentálních
prací a způsoby zpracování výsledků. To je také úkolem laboratorních cvičení, která jsou ve většině
disciplín inženýrského studia nezbytným předpokladem i pro plné pochopení základních teoretických
závislostí a možností jejich účelného a účinného aplikování k řešení praktických úkolů. Zvláště v předmětu
Nauka o materiálu je význam laboratorních cvičení ještě podtržen jeho do značné míry interdisciplinární
povahou. Ta vyžaduje přístup, ve kterém se prolínají teoretické, fyzikální, íyzikálně chemické a fyzikálně
metalurgické pohledy na vnitřní uspořádání a podstatu vlastností jednotlivých skupin strojírenských
materiálů s praktickými poznatky a zkušenostmi z jejich zpracování a použití.
Předkládané skriptum je metodickou pomůckou pro laboratorní cvičení a seminární úlohy předmětu
Nauka o materiálu. Řadou svých kapitol poslouží pro zpracování ročníkových projektů a diplomových prací,
zaměřených na problematiku návrhu konstrukcí a strojních součástí v souladu s ověřením jejich jakosti a
spolehlivosti na základě laboratorních zkoušek.
Skripta navazují na přednášky, což umožňuje efektivní využití příslušného výukového času. V
souladu s časovým a věcným programem laboratorních cvičení se studenti mohou vždy seznámit s náplní a
cílem příslušného tématu, s metodou experimentu a způsoby zpracování výsledků, které bude úloha
vyžadovat. Proto jsou úlohy uváděny stručným výkladem, který- pro daný účel shrnuje, popřípadě doplňuje
látku z přednášek. U laboratorních cvičení nelze z technických důvodů zabezpečit vždy předstih přednášek
před cvičením. Proto prostudování příslušných statí z přednáškových a těchto skript je předpokladem pro
pochopení příslušné úlohy a zahrnuje komplexní přípravu na cvičení. U laboratorních cvičení je po
definování podstaty a cíle úlohy dodržen tento základní metodický- postup:
• základní teoretické podklady, nezbytné tabulkové údaje a další podklady pro řešení,
• pro potřeb}- řešení zadaných úkolů jsou uvedeny metodické postupy,
• úlohy jsou voleny podle přístrojového vybavení katedry s popisem přístrojů a zařízení,
• vyučující vždy oznámí čísla úloh na semestr z hlediska rozsahu výuky a náročnosti úlohy se zaměřením
na obor studia,
• z hlediska efektivity výuky a bezpečnosti práce je provedeno dělení studijních skupin na 4 pracovní
skupiny, s rozvrhem úloh na celý semestr.
Věřím, že předkádané skriptum bude dobrou pomůckou studentům technické fakulty ČZU v Praze,
při jejich studiu i při jejich pozdější činnosti v praxi.
Autor

l Mechanické zkoušky kovových materiálů
Podstata zkoušky: Součásti vyrobené z technických kovových materiálů jsou v provozu namáhány vnějšími
silami. Abychom zjistili, jak se daný materiál chová při různém charakteru zatížení, podrobujeme jej
mechanickým zkouškám. Na normalizovaných vzorcích nebo strojní součásti zjišťujeme vlastnosti
zkoušeného materiálu. Z takto získaných hodnot určujeme vhodnost použití materiálu v praxi, případně
jakost výrobků. Tyto metody zkoušek jsou ve velkém rozsahu normalizované, což umožňuje reprodukovat
výsledky zkoušek za stejných podmínek. Ze statických zkoušek je nejrozšířenější zkouška tahem a zkoušky
tvrdosti. Méně obvyklé jsou zkoušky tlakem, ohybem, střihem a krutém. Z dynamických zkoušek jsou
nejužívanější vrubové zkoušky rázové, které udávají citlivost kovů na místní koncentraci napětí při rázovém
namáhání. Únavové zkoušky jsou pak podkladem pro dimenzování součástí, které jsou vystaveny
opakovanému namáhání (cyklickému namáhání).
Mechanické vlastnosti materiálů vyjadřuji jejich schopnost odolávat mechanickému namáhání.
Mechanické vlastnosti a jejich charakteristiky se vydělují z oboru fyzikálních vlastností, neboť tvoří velmi
rozsáhlou a technicky důležitou problematiku. Mechanické vlastnosti materiálů vyjadřují obecné požadavky
na kvalitu materiálu, jsou určeny definovanými charakteristikami a určují se na konvenčně definovaných
vzorcích jednotlivých velikostí a tvarů. Při mechanickém zatížení dochází k deformaci zatěžovaných těles.
Mnoho mechanických charakteristik je tedy dáno hodnotami fyzikálních veličin napětí (sílá na jednotku
plochy) a deformace (poměrné prodloužení), odpovídající určitému, kvalitativně fyzikálně rozlišitelnému
napěťově - deformačnímu stavu vzorku daného materiálu. Tak např. mez úměrnosti je dána velikostí napětí
v okamžiku odklonu od Hookova zákona, mez kluzu Re je napětí odpovídající vzniku makroplastické
deformace, mez pevnosti tvárných materiálů v tahu R„ je napětí v okamžiku ztráty plastické stabilit)' vzorku,
rovnoměrná deformace je hodnota deformace v tomto okamžiku, atd. V převážné většině jsou tedy
mechanické charakteristiky určeny hodnotami fyzikálních veličin, resp. jejich funkcí v okamžicích, které
odpovídají přechodům mezi dvěma stavy s rozdílnou fyzikální podstatou (tzv. mezní stavy) nebo
reprezentují oblast s určitou neměnnou fyzikální podstatou v napěťově-deformační závislosti. Jednou z
výjimek jsou charakteristiky tvrdosti: Brinellova, Vickersova a Rockwellova tvrdost. Tyto charakteristiky
nereprezentují žádný mezní stav ani fyzikálně stejnorodou oblast. Závislost podílu síly a plochy vtisku (resp.
hloubky vniknutí) na zátěžné síle, nemá výrazné prodlev')' nebo extrémy s fyzikálním významem. Z tohoto
důvodu je nutno konvenčně určovat nejen tvar vzorku a vnikacího tělesa, nýbrž i velikost zátěžné síly.
Charakteristik)- pevnosti a tvrdosti však mají pro technickou praxi stále mimořádnou důležitost.
Obr. l. l Schéma univerzálního stroje ZDM 5t
l. zkušební tyč
2.a 3. upínací čelisti
4. a 5. pákový mechanismus
6. kyvadlo
7. závaží rozsahu měření
8. ukazatel síly
9. tlumicí zařízení
10. nastavení nuly
11. 12. 13. registrační zařízení
14. měřítko prodloužení
»
h
i
T
1
rižlfiSiiiS)
"Hhf
-0
L C
Lt
— ,._
.1
Obr. l .2 Rozměry zkušební tyče válcové
Tab. l. l Rozměry krátkých zkušebních tyčí válcových ( LO = 5d 0 )
d
/«"•/
5
t
e
10
/•«/
7
B
10
12
/mm/
22,5
25
30
35
/••/
25
30
40
50
/««/
27,5
JJ
M
55
/mm/
81
92
111
135
/••/
12
U
20
If
/»/
• 15
20
ti
JO
Pro dlcuhí 10d o Je vítsí o L O kritkí trte.
Imml
M
50
H
80
i h
/«»/
60
80
100
125
it;
- o
ť
/mm/
ti
M
110
137,5
Obr. l .3 Tahový diagram měkké oceli Obr. 1.4 Tahový diagram tvrdé oceli
íevnatýcti tvářených s!
„„ ty6k(, í„ rie;
. hcuD__.
•'Vakytuje se u tvrdSícn
ttných ocelí kromě křehkycti Já
zde taká oblasti tvární
B hrubořmn
nejeví stopy deformace. Povrch zríeskly
Obr. 1.5 Průběh tažnosti dílků tvče Obr. l .6 Tvar a vzhled lomových ploch
/mm/
15*
1J7
21D
304

1.1 Statická zkouška tahem
Tato statická zkouška se vyznačuje pozvolným zatěžováním zkušební tyče tahovým napětím
předepsanou rychlostí až do jejího porušení. Během zkoušky lze zjistit okamžitou velikost zatěžující síly a
velikost deformace zkušební tyče. Z naměřených hodnot se určí základní mechanické hodnoty: mez pevnosti
R m . mez kluzu Re (případně smluvní mez kluzu R p0 , 2 ), tažnost A a kontrakce Z.
Univerzální stroj ZDM 5t (obr. l .1) vyvozující maximami sílu 50 kN, je určen pro zkoušky tahových
a tlakových deformací materiálů. Tento typ stroje je založen na principu mechanického zatěžovacího
zařízení se systémem šroubového vřetene na táhlu pohyblivé části a matice šroubového kola. Deformace
zkušební tyče je snímána prostřednictvím pohybu příčníku s upínací čelistí a zatěžující síla pákovým
mechanismem. Hodnoty jsou též zaznamenány registračně. Pro přesná měření se používají průtahoměry
optické a elektrické.
Zadání úlohy:
Proveďte statickou zkoušku tahem na zkušební tyči oceli ČSN EN 10002-1 (42 0310)
Pracovní postup:
1. Proměřte zkušební tyč oceli a schematicky nakreslete do protokolu, včetně kót. Rozměry zkontrolujte
podle tab. 1.1.
2. Proměřte pracovní část zkušební tyče a značkovacím zařízením zhotovte rysky ve vzdálenosti 5 mm na
délce pětinásobku průměru tyče.
3. Připravte si tabulku pro jednotlivé dílky:
zápis rozměrů před zkouškou - d„, S 0 , L„
zápis rozměrů po zkoušce d„, S„, L„.
4. Na trhacím stroji ZDM 5t nastavte vhodný rozsah zatížení a stroj vyvažte na nulovou hodnotu. Současně
zajistěte na stroji záznam pracovního tahového diagramu na registrační papír (obr. l .3 a l .4 ).
5. Zkušební tyč upněte do upínacích klínových čelistí tak, aby byla namáhána pouze osovým tahem.
6. Zapnutím stroje zatěžujte zkušební tyč až do přetržení (návod k obsluze stroje je v laboratoři).
7. Po ukončení zkoušky tyč vyjměte z čelistí zkušebního stroje, oba díly přiložte k sobě lomy a proměřte na
mikroskopu délky jednotlivých dílků. Hodnoty zapisujte do tabulky.
8. Ze zjištěných údajů vypočítejte základní mechanické vlastnosti:
mez pevnosti v tahu
mez kluzu v tahu
(smluvní mez kluzu R P 0.2 )
tažnost
kontrakce
(L, - L.}
± ^.
Z/o
[MPa]
[MPa]
9. Mimo celkové tažnosti A 5 vypočítejte i tažnost na jednotlivé dílky a vyjádřete graficky (obr. 1.5).
10. Popište vzhled lomové plochy zkušební tyče podle vzoru na obr. 1.6.
(1)
(2)
(3)
(4)
zkušební tyč oceli, značkovač s mikroskopem, posuvné měřítko, tahový stroj ZDM 5t
1.2 Zkouška tvrdosti dle BRINELLA
Dříve používané vnikací těleso byla ocelová kalená kulička. Takto naměřená tvrdost byla
označována HB (HBS) s rozsahem měření do 450 HB. Současné měření tvrdosti dle Brinella spočívá ve
vtlačování kuličky z tvrdokovu (slinutého karbidu) o průměru D do povrchu zkoušeného materiálu a změření
průměru vtisku d. který zůstane na povrchu po odlehčení zkušebního zatížení F. Tvrdost se označuje HBW:
kde:
2
-d 2 }
HBW .. tvrdost při použití kuličky z tvrdokovu (do 650 HBW)
F .. zkušební zatížení [N]
D.. průměr kuličky [mm]
d .. průměr vtisku [mm]
Jako vnikací těleso se používají kuličky o průměru
D ... 10 - 5 - 2,5 - 2 - l mm , (přednostně 10 mm).
Obr. 1.7 Vtisk kuličky dle Brinella
Pro slitiny železa je jako základní uvažována zkouška kuličkou o průměru D = 10 mm a zkušební
zatížení 29 34frN (3 000 kp) po dobu 10 až 15 sekund.
l/W
Zkouška tvrdosti se provádí na povrchu, který je hladký a rovný, bez okujené vrstvy, cizích tělísek a
mazadel. Je důležité, aby zkoušený materiál ležel těsně na podložce tvrdoměru tak, aby se nepohnul během
zkoušky.Tato zkouška tvrdosti je vhodná pro měkké a středně tvrdé kovové materiály. Pro zkoušku tvrdosti
podle Brinella platí:
• Volba kuličky je závislá především na tloušťce zkoušeného materiálu. Tloušťka zkoušeného materiálu
musí být větší než desetinásobek hloubky vtisku a na rubu zkoušeného materiálu nesmějí být po zkoušce
patrné deformace. Malá kulička se používá pro měření tenkostěnných výrobků, např. plechů. U litiny,
která je heterogenní, je nutné použít kuličky' největší, tj. průměru 10 mm.
• Volba zatěžující síly je stanovena druhem materiálu a průměrem kuličky (tab. 1.2). S rostoucí tvrdostí
měřeného kovu a průměru kuličky má být i zatížení větší. U měkkého kovu je tomu naopak.
Tab. 1.2 Volba zatížení a časové prodlevy pro zkoušku tvrdosti dle Brinella
D[mm]
10,0
5,0
2.5
použití
doba působení [s]
29 430 (3 000)
7 355 (750)
1840(187,5)
slitiny Fe
10- 15
9800(1000)
2 450 (250)
613 (62,5)
slitiny Cu
30-35
Zatížení F [N] (kp)
4 900 (500)
1 225 (125)
306,5 (31,2)
lehké kovy
60 - 65
(5)
2 450 (250)
613 (62,5)
153,2 (15,6)
olovo, kompozice
180-185

• Volba časové prodlevy, po kterou se udržuje předepsané nejvyšší zatížení, závisí na struktuře materiálu.
U měkčích materiálů se prodlužuje doba působení zatížení (tab. 1.2).
• Za normálních podmínek zkoušky, uvedených v tabulce 1.2, se tvrdost označuje hodnotou tvrdosti a
písmeny HBW (např. 185 HBW). Při jiných podmínkách se uvádějí za označením HBW podmínky
zkoušky v následujícím pořadí:
průměr kuličky/zatížení/doba působení síly (např. 210 HBW 5 /75 0 o)-
e) Tvrdost HBW je úměrná pevnosti v tahu R„:
uhlíková ocel : R ra = 3,6 HBW slitinová ocel:
hliník: R m = 2,6HBW slitina Al-Cu-Mg:
měď po tváření za studena: R m = 4,OHBW měď po vyžíhání:
R m = 3,4 až 3,5 HBW
R m = 3,5HBW
R m = 5,5HBW
Uvedené vztahy jsou orientační a při výpočtu R m z hodnot tvrdosti je nutné tuto skutečnost uvádět.
f) Přístroj pro měření tvrdosti musí zajistit pozvolné a plynulé zvyšování zatěžující síly až do zvoleného
zatížení (nastaveno na tvrdoměru volbou závaží). Tvrdoměr HPO 250 má maximální rozsah síly 2 450 N a
optické odečítání vtisku. Přístroj HP 3000 má maximální rozsah síly 29 430 N a \tisk se odečítá pomocí
měřicí lupy.
Zadání úlohy:
Stanovte tvrdost zadaného materiálu zkouškou tvrdosti dle BRINELLA ČSN EN ISO 6506
Pracovní postup:
1. Zkontrolujte povrch vzorku, zda vyhovuje podmínkám zkoušky.
2. Zvolte vhodné zatížení na tvrdoměru HP 3000 (HPO 250) a změřte tvrdost.
3. Změřte průměr vtisku lupou (optikou).
4. Měření proveďte 3x a průměrnou hodnotu dosaďte do vzorce.
5. Vypočtenou hodnotu zkontrolujte podle tabulek.
Pomůcky:
zkušební vzorek materiálu
tvrdoměr HP 3000 (HPO 250)
Brinellova lupa
tabulky tvrdostí podle Brinella ČSN ISO 410.
V protokolu uveďte:
1. Odkaz na tuto normu.
2. Všechny podrobnosti nutné pro identifikaci zkušebního vzorku.
3. Pracovní postup zkoušky.
4. Výsledek zkoušky.
5. Podrobnosti, které mohly ovlivnit výsledek zkoušky.
1.3 Zkouška tvrdosti dle VICKERSE
Zkouška tvrdosti spočívá ve vtlačování diamantového vnikacího tělesa ve tvaru pravidelného
čtyřbokého jehlanu do zkoušeného materiálu pod zkušebním zatížením a změření úhlopříček vtisku, který
zůstane po odlehčení zatížení. Tato zkouška je určena pro tvrdé kovové materiály. Zakalená ocel má tvrdost
až l 000 HV.
(6)
kde: F.. zkušební zatížení [N]
u..aritmetický průměr délek úhlopříček vtisku Uj a Už [mm]
í
l * m / a \
\-f f / i1
/
45,6
íu= 0,616mfn
\
M #
...
^
Ji ^ ®
—
Obr. 1.8 Úhlopříčky vtisku a jejich odečítání na tvrdoměru HPO 250
Povrch vzorku musí být hladký a rovný, bez okujené vrstvy, cizích tělísek a mazadel.
Vzdálenost středů dvou sousedních vtisku musí být nejméně 3 násobek průměrné hodnoty délky úhlopříček
vtisku. Tloušťka zkoušeného materiálu musí být nejméně 1,5 násobek délky úhlopříčky vtisku.
Pro ocel platí základní zatížení 294 N (30 kp) a doba zatížení 10 až 15 sekund (zápis tvrdosti např. 324 HV).
Při jiných parametrech zápis ve zlomku (zatížení/čas), např. 138 HV' 9S/30 .
Zadám úlohy:
Stanovte tvrdost zadaného materiálu zkouškou tvrdosti dle VICKERSE ČSN EN ISO 6507
Pracovní postup:
1. U zadaného vzorku oceli zkontrolujte jakost povrchu.
2. Zkontrolujte, zda je nastaveno zatížení 294 N (30 kp).
3. Zkušební vzorek vložte do přístroje HPO 250 a proveďte měření dle návodu.
4. Měření tvrdosti proveďte 3x, průměrnou hodnotu dosaďte do vzorce.
5. Vypočtenou hodnotu zkontrolujte podle tabulek.
Pomůcky:
zkušební vzorek oceli
tvrdoměr HPO 250
tabulky tvrdostí podle Vickerse ČSN ISO 409-1
V protokolu uveďte:
1. Odkaz na tuto normu.
2. Všechny podrobnosti nutné pro identifikaci zkušebního tělesa.
3. Pracovní postup zkoušky.
4. Výsledky' zkoušky.
5. Podrobnosti, které mohly ovlivnit výsledek zkoušky.
1.4 Zkouška tvrdosti dle ROCKWELLA
Zkouška spočívá ve vtlačování diamantového kužele nebo ocelové kuličky do povrchu zkoušeného
materiálu a měří se trvalé zvětšení hloubky vtisku vnikacího tělesa. Celkové zatížení F je složeno z
předběžného zatížení F 0 a přídavného zatížení Fj (F = F„ + FI). Základní měření tvrdosti jsou ve stupnicích
A, B a C. Pro všechny stupnice platí jednotné předběžné zatížení F„ = 98 N (10 kp). Přídavné a celkové
zatížení je pro stupnici:
A: F! = 490 N ( 50 kp), F = 588 N ( 60 kp), diamantový kužel
B: FI = 883 N ( 90 kp), F = 981 N (100 kp), ocelová kulička
C: FI = l 373 N (140 kp), F = l 471 N (150 kp), diamantový kužel

F 0 - předběžné zatížení [N]
F] - přídavné zatížení [N]
a - hloubka vniknutí působením
předběžného zatížení před
přidáním přídavného zatížení [mm]
b - zvětšení hloubky vniknutí působením
přídavného zatížení [mm]
c - trvalé zvětšení hloubky vniknutí po
odlehčení přídavného zatížení, ale při
ponechání předběžného zatížení
(jednotkou měření je 0,002 mm)
HRC - tvrdost podle Rockwella stupnicí
C=100-c
HRA - tvrdost podle Rockwella stupnicí
A= 100-c
HRB - tvrdost podle Rockwella stupnicí
B = 130 -c
Rozsah měřené tvrdosti kovových materiálů:
HRA 20 až 88 (pro tvrdokovy a tenké tvrdé vrstvy)
HRB 20 až 100 (pro měkčí materiály)
HRC 20 až 70 (pro kalené oceli a tvrdé materiály)
Obr. 1.9 Schéma zatěžování indentoru u Rockwella
a) pro diamantový kužel b) pro ocelovou kuličku
Povrch zkušebního vzorku nebo součásti musí být hladký a rovný, bez okujené vrstvy a cizích
tělísek. Není zde nutné broušení nebo leštění povrchu, protože přístroje nemají optiku. Čtení tvrdosti je
přímo z hloubkoměru. Vzdálenost jednotlivých vtisků musí být nejméně 2 mm.
Metoda Rockwellova je velmi rozšířená pro svoji jednoduchost a rychlost. Přesnost měření je pro
provozní účely zcela postačující. Vzhledem k malým rozměrům vtisků je rozptyl hodnot tvrdosti u
heterogenních hrubozrnných materiálů větší. Naproti tomu malý vtisk je výhodou a umožňuje měřit tvrdosti i
drobných součástí bez nebezpečí jejich poškození. Pro své výhody se tvrdoměry Rockwell běžně zařazují do
výrobních a kontrolních linek strojírenských závodů a jejich význam pro technickou praxi stále vzrůstá.
Zavádění moderních průmyslových tvrdoměrů digitálních zvyšuje přesnost a rychlost měření.
Zadání úlohv :
Stanovte tvrdost vzorku oceli zkouškou tvrdosti dle ROCKWELLA ČSN EN ISO 6508
Pracovní postup:
1. Zkontrolujte povrch vzorku, zda vyhovuje podmínkám zkoušky.
2. Zkontrolujte zvolené zatížení a vnikací těleso tvrdoměru HP 250.
3. Uvedení přístroje do provozu (obr. 1.10).
Po zapnutí přístroje se rozsvítí kontrolní žárovka 9. Na podložku 3 tvrdoměru položte zkoušený
materiál 2 a pomocí ručního kola jej potlačujte k indentoru l tak dlouho, až zhasne kontrolní žárovka 9
(signalizuje nastavení předběžného zatížení F 0 = 98 N). Vysunutím západky 10 na čelní straně tvrdoměru se
uvolní závaží 7 vyvozující přídavné zatížení FI, současně se zapne elektromagnetická spojka hloubkoměru.
Až po zastavení ukazatele hloubkoměru 8 stlačte páku 6 dolů, čímž se odlehčí indentor opět na předběžné
zatížení F 0 . Na stupnici hloubkoměru 8 odečtěte tvrdost odpovídající hloubce vtisků. Vypnutím vypínače se
10
uvolní elektromagnetická spojka hloubkoměru, který se
vynuluje. Otáčením ručního kola uvolněte zkoušený
materiál a přestavte jej na další měření.
Obr. 1.10 Tvrdoměr HP 250
Indikační zařízení tvrdoměrů je řešeno tak, aby
se hloubka vtisků přímo převáděla na tvrdost. U
tvrdoměrů s pákovým zatěžovacím systémem se toto
řeší vložením převodu 5:1 mezi tlačný čep a
číselníkový úchylkoměr se setinným dělením. Stupnice
HRB, která je vzhledem ke stupnici HRC posunuta o
30 jednotek (30 dílků na stupnici B odpovídá O dílků
stupnice C), je obvykle barevně odlišena (většinou
červeně). Protože se tvrdost stanovuje z hloubky
vtisků, musí zkoušený materiál ležet pevně na
nepoddajné podložce, aby nemohlo dojít ke změně
polohy zkoušeného materiálu během měření. Styčné
plochy podložky a zkoušeného materiálu musí být
řádně očištěny od okují, oleje a jiných nečistot. Čistá musí být i styková plocha mezi výměnným stolem a
zdvihovým šroubem i zdvihový šroub sám.
4. Měření proveďte 3x a vypočítejte průměrnou hodnotu na celé číslo.
5. Zhodnoťte zjištěnou tvrdost a porovnejte s tvrdostí HV z tabulek tvrdostí.
Pomůcky:
tabulky tvrdostí podle Vickerse ČSN ISO 409-1
zkušební vzorek materiálu
tvrdoměr HP 250
V protokolu uveďte:
1. Odkaz na tuto mezinárodní normu.
2. Všechny podrobnosti nutné pro identifikaci zkoušeného materiálu a volby zatížení.
3. Pracovní postup zkoušky.
4. Výsledek zkoušky a porovnání s HV
5. Podrobnosti, které mohly ovlivnit výsledek zkoušky.
1.5 Zkouška tvrdosti Poldi kladívkem
Místo statickým tlakem se vtisky provedou rázem za použití kladiva o hmotnosti nejméně l kg. Jako
vnikací těleso se používá kulička D = 10 mrn z kalené oceli 850 HV uložená v přípravku "Poldi". Vtisky se
provádí na zkoušeném materiálu a současně na srovnávacím etalonu, viz obr. 1.12.
Tato zkouška tvrdosti slouží pro orientační měření slitin železa především v provozních a terénních
podmínkách. Povrch zkoušeného materiálu musí být dostatečně rovný, čistý a lesklý, aby vtisk byl čitelný
Brinellovou lupou. Vzdálenost vtisků je nutné dodržovat podle normy pro HBW.
Zadání úlohy :
Stanovte tvrdost zadaného materiálu "Poldi kladívkem"
Pracovní postup:
1. U zadaného materiálu zkontrolujte povrch zda vyhovuje podmínkám zkoušky.
2. Do přístroje "Poldi kladívko" vsuňte srovnávací tyč s vyznačenou pevností na čele tyče.
3. Ocelovou kuličku v držáku přiložte na zkoušený materiál a úderem kladiva kolmo na povrch hlavičky
přípravku proveďte vtisky současně na materiálu a etalonu.
11

4. U obou vtisků změřte Brinellovou lupou průměry d] a d 2 , z přiložené tabulky odečtěte tvrdost HB.
5. Pokud má srovnávací etalon jinou pevnost než 700 MPa, musí se tabulková hodnota HB násobit
korekčním koeficientem k.
6. U příslušné tvrdosti je třeba napsat, že se jedná o měření Poldi kladívkem.
•ZKOUŠENÍ
PÓEOHČT
Obr. 1. 11 Kladívko Poldi Obr. 1.12 Princip měření kladívkem Poldi
Příklad: srovnávací tyč má R m = 720 MPa
k = 720/700 = 1,029
z tabulky bylo odečteno 158 HB
skutečná tvrdost je 158 x 1,029 = 162 HB
7. Vypočtenou hodnotu HB zkontrolujte s tvrdostí zjištěnou Brinellovou metodou na tvrdoměru HPO 250.
Pomůcky:
zkušební vzorek materiálu, přístroj (přípravek) "Poldi kladívko", etalon a Brinellova lupa, tvrdoměr HPO
250 (HP 3000), kladivo, tabulky pro stanovení tvrdosti
V protokolu uveďte:
1. Označení zkoušeného materiálu
2. Použité zařízení a příslušenství.
3. Pracovní postup měření.
4. Naměřené hodnoty di a d 2 a výsledné HB.
5. Porovnání s tvrdostí stanovenou tvrdoměrem.
1.6 Zkouška niikrotvrdosti
Při studiu mikrostruktury kovů a slitin je někdy třeba určit i tvrdost jednotlivých strukturních složek
k posouzení jejich vlastností, popřípadě k jejich identifikaci. Zkouška mikrotvrdosti je charakteristická tím,
že se při měření používá velmi malých zatížení (až o několik řádů menší než při měření makrotvrdostí),
proto také velikost vtisků je nepatrná. Touto metodou je možné měřit tvrdosti miniaturních částic, drátků,
tenkých planžet a žiletek velké tvrdosti, hliníkových fólií malé tvrdosti, pochromovaných vrstev součástí
apod. Pro takováto měření tvrdostí se používají mikrotvrdoměry. Mikrotvrdoměry jsou buď jako samostatné
přístroje nebo v metalografických laboratořích, kde se tímto způsobem převážně měn tvrdost strukturních
částic, jsou součástí metalografických mikroskopů. Mikrotvrdoměry pracují nejčastěji v rozsahu zatížení
4,3. 10" 3
N (0,5 p) až 196 N (200 p). Při užití Vickersovy pyramidy se mikrotvrdost označuje písmeny HM a
užitým zatížením (p), např. 560 HM 30. Tyto typy přístrojů jsou rovněž založeny na vnikací metodě. Podle
provedení mohou být tyto přístroje rozděleny do dvou skupin:
a) mikrotvrdoměry, u nichž je diamantový Vickersův jehlan vsazen přímo do speciálního objektivu, který' se
vloží místo normálního objektivu do metalografického mikroskopu. Takto jsou vybaveny metalografické
přístroje (obr. 1.13), jako např. Hanemannúv, Jenavert. U těchto přístrojů je objektiv pro měření
mikrotvrdosti zavěšen na pružných membránách, které mu dovolují pohyb ve směru optické osy a zároveň
při průhybu vyvozují sílu zatěžující diamantový jehlan. Zkoušený metalografický výbrus se upne na stolek
mikroskopu a jeho přibližováním k objektivu se vtlačuje diamantový jehlan do zvoleného místa. Prohnutí
12
membránových pružin, kterému odpovídá zatížení působící na diamant, se měří na obrazu zatěžovací
stupnice uvnitř objektivu. Po odlehčení a zaostření na strukturu se pomocí měřícího okuláru změří rozměry
úhlopříčky vtisků. Odpovídající mikrotvrdost se naide v tabulkách nebo se vypočítá ze vztahu pro výpočet
HV.
centrování do
otvoru pro
''objektiv
Obr. 1.13 Schéma Hanemannova mikrotvrdoměru a vtisky diamantu do struktur (l - Vickersova pyramida,
2 - nosič objektivu. 3 - závěsné membránové pružiny, 4 - optický hranol, 5 - stupnice zatížení.
6 - kryt, 7 - metalografický výbrus zkoušeného vzorku)
b) mikrotvrdoměry s diamantovým Vickersovým jehlanem v samostatném nástavci mimo optiku. Většinou
jsou konstruován) jako přístroje pracující samostatně. Na tomto principu je založen mikrotvrdoměr PMT-3,
uvedený na obr. 1.14. Zatížení vyvozují závaží o hmotnosti l až 200 g. působící přímo na vnikací těleso.
Velikost vtisků se měří mikroskopem, který je upevněn na téže konzole vpravo od vnikacího tělesa. Dva
xýměnné objektivy umožňují jednak odečítat velikost vtisků při zvětšení 485x, jednak adjustovat optiku při
zvětšení lOOx. Vzorek (metalografický' výbrus leptaný) se zalisuje v přípravku do plasteliny měřenou
plochou směrem nahoru a uloží na otočnou podložku 8. Oběma krajním polohám při otáčení podložky
odpovídají polohy \ optické ose mikroskopu a v ose vnikacího tělesa, případně se provede seřízení. Držák,
pomocí kterého se podložka otáčí, musí být v pravé krajní poloze, tj. na straně mikroskopu. Pohybem
mikrometrických šroubů se nastaví vzorek pod objektiv. Celkové výškové přestavení konzoly se provede
pomocí matice na sloupku, další zaostření mikrometrickým šroubem. Podložka se pak otočí do levé krajní
polohy tak. aby měřený vzorek byl pod vnikacím tělesem. Vnikací těleso je upevněno na dvou rovnoběžných
plochých pružinách 2 a aretováno v horní poloze. Otočením kličky aretačního zařízení 3 se toto uvolní a
pružiny se prohnou hmotností držáku s vnikacím tělesem. Hrot diamantu se má při správném seřízení lehce
dotknout povrchu vzorku, aniž by v něm vytvořil vtisk. Po správném výškovém nastavení se provede
otočením kličky aretace. Nyní je možno na držák vnikacího tělesa 5 uložit závaží 6, která mají tvar
proříznutého kotouče. Kontrolními vtisky se provede nastavení objektivu tak, aby vtisk byl uprostřed
nitkového kříže, který musí být při seřizování uprostřed zorného pole mikrornetrického okuláru, tj. pod
číslem 4 stupnice (obr. 1.14 a). Mikrometrický okulár se natočí tak, aby nitkový- kříž byl rovnoběžný s
hranami vtisků (obr. 1.14 b,c). Rozdíl hodnot obou krajních poloh násobený přepočítacím koeficientem je
délka úhlopříčky.
Zadání úlohy:
Změřte mikrotvrdost strukturních složek na zadaném výbrusu ČSN 42 0375
Pracovní postup:
1. Zalisovaný vzorek položte na otočnou podložku mikrotvrdoměru PMT-3 a proveďte seřízení.
2. Změřte délku úhlopříčky vtisků a vynásobte přepočítacím koeficientem (např. O, l mm odpovídá 324 -
dílkům, koeficient = 100/324 = 0,309).
13

3 7
Obr l 14 Schéma mikrotvrdoměru PMT-3 a odečítání velikosti vtisku (l - nástavec s diamantem,
2 - listové pružiny, 3 - aretační mechanizmus, 4 - pevná konzola, 5 - vertikální držák, 6 - zavazí,
7 - stavěči matice, 8 - otočná podložka).
3. Proveďte výpočet mikrotvrdosti HM. Výpočet se provede podle vzorce pro HV, je-li úhlopříčka do vzorce
dosazena v um, je nutné výsledek násobit 10 .
4. Porovnejte výsledek s hodnotou z tabulek.
5. Porovnejte výsledek s hodnotou odečtenou z nomogramu (klíč je uveden na obr. 1.15).
Obr. l.lSNomogram
mikrotvrdosti pro PMT-3
1.7 Zkouška rázem v ohybu ČSN 42 0381
Zkouška spočívá v přeražení zkušební tyče na kyvadlovém kladivu (Charpy kladivo) a v určení
nárazové práce, která se přitom spotřebovala. Tato práce, vztažená na průřez tyče v místě přeražení,
vyjadřuje houževnatost materiálu. Tyto zkoušky se provádějí za normální teploty, za snížených teplot (až do
teploty - 190 °C) a zvýšených teplot (až do teploty + 1000 °C ).
V provozu se vyskytují nebezpečné křehké lomy u strojů a konstrukcí namáhaných rázem. Příčinou
těchto lomů je buď všeobecně nízká houževnatost použitého materiálu nebo nečekaný pokles houževnatosti,
vyvolaný vnějšími okolnostmi. Odolnost materiálu proti rázovému namáhání se zjišťuje rázovými
zkouškami ohybem na zkušebních tělesech s vrubem, v jehož kořeni dochází při úderu kladiva ke
koncentraci napětí, což vytvoří předpoklady pro křehké porušení. Na průběh rázové zkoušky má vliv nejen
teplota, ale i tvar zkušebních tyčí (normalizované dle ČSN 42 0381) rozměru 10x10x55 mm rozlišené
tvarem vrubu U nebo V a jeho hloubkou (normou je určena hloubka pro U-vrub 5 mm, 3 mm nebo 2 min,
pro V-vrub 2 mm).
Zkouškou více vzorků s odlišnými vruby je možné vyhodnotit citlivost materiálu na vruby a
navrhnout konstrukční a technologické úpravy výrobků z tohoto materiálu. Dále vrubová houževnatost
obvykle vzrůstá s klesající pevností a tvrdostí určitého materiálu.
55i2p
*
MtfU
Obr. 1.16 Zkušební tyč a její uložení v podpěrách Charpy kladiva
Zadání úlohy :
Určete vrubovou houževnatost zadaného vzorku oceli
Pracovní postup :
1. Zkušební tyč proměřte a schematicky' nakreslete včetně kót.
2. Před zkouškou zkontrolujte Charpy kladivo (obr. 1.16) volným výkyvem kladiva z výchozí polohy
západky. Předem nastavte ukazatel stupnice 9 na hodnotu 50 nebo 100 J (podle typu kladiva).
!!Pozor, nebezpečí úrazu!! Zkoušku provádějte pouze za přítomnosti vyučujícího. Kývající kladivo zastavte
pákovou třecí brzdou.
3. Uložte zkušební tyč na podpěry tak. aby vrub byl obrácen na stranu odvrácenou od směru rázu a umístěn
symetricky uprostřed mezi podpěrami.
4. Kladivo zajistěte ve výchozí poloze západkou.
5. Uvolněním západky se spustí kladivo s kyvadlem. Zkušební tyč se musí přerazit jedním udeřeni, v
opačném případě volíme jiné parametr}' vrubu nebo jiný typ vrubu dle ČSN.
15

6. Po zastavení kladiva brzdou přečtěte na stupnici 9 hodnotu přetvářné (nárazové) práce K.
7. Proveďte výpočet vrubové houževnatosti.
vrubová houževnatost KČ je podíl nárazové práce K a plochy vzorku pod vrubem S 0 "
KC = — [J.cm- 2 ] ' . / • • - - . - • '
označení KCV pro V vrub, KCU pro U vrub • ~ '
kde: '
K ... nárazová práce [J]
S 0 ... příčný průřez tyče v místě vrubu [cm"2]
8. Vyhodnoťte lomovou plochu zkušební tyče podle schématické přílohy (obr. 1.17).
Obr. 1.17 Hodnocení lomové plochy
A- přetvářný lom s velkou deformací (sametově jemný)
B - přetvářný lom s velkou deformací (jemný)
C- smíšený lom s velkou deformací (méně než 10% křehkého lomu)
D- smíšený lom s deformací (asi 10 až 20% křehkého lomu)
E- smíšený lom s deformací (asi 30% křehkého lomu)
F- smíšený lom s deformací (asi 40% křehkého lomu)
G- smíšený lom s deformací (asi 60% křehkého lomu)
H- smíšený lom s deformací (asi 90% křehkého lomu)
l- křehký 1 lom s nepatrnou deformací (jemnozrnný)
J- křehký lom bez deformace (hrubozrnný)
zkušební tyč oceli s vrubem V (U), posuvné měřítko, Charpy kladivo
V protokolu uveďte:
1. Rozměry a úpravy zkušebního vzorku.
2. Pracovní postup měření.
3. Výsledek zkoušky stroje naprázdno.
4. Naměřené a vypočtené hodnoty, vyhodnocení lomů.
16
(7)
1.8 Zkoušky únavy kovů ČSN 42 0363
Podrobíme-li součást (zkušební tyč) působení časově proměnlivých vnějších sil. dochází po určité
době k jejímu lomu, který' je výsledkem mikroskopických procesů probíhajících ve struktuře materiálu.
Přitom velikost těchto vnějších sil může být tak malá, že její statické působení snese kov bez známek
porušení. Postupné rozrušování kovů při proměnlivém zatěžování má nevratný charakter, který se až v
samotném závěru procesu hmatatelně projeví růstem makroskopických trhlin a lomem.
Únavové porušení může vznikat kmitajícím namáháním osovým (tah, tlak, tah-tlak). ohybovým,
krutovým, popřípadě jejich kombinacemi. Při cyklickém namáhání se napětí v součásti mění periodicky od
horní hodnoty na dolní hodnotu.
Základní charakteristiky nízkocyklové únavy (f < 3 Hz) se stanoví z výsledků při zatěžování
zpravidla souměrně střídavém tlaku-tahu, obvykle s řízenou deformací. Ke zkouškám s řízenou podélnou
deformací se používá skupiny nejméně 8 zkušebních tyčí se snímači podélné deformace, zatěžovaných na 4
až 5 různých hladinách výkmitů celkové nebo plastické deformace, příp. napětí tak, aby hodnoty životnosti
byly v rozmezí od 10" do 10" kmitů. Zkoušky únavové s řízenou deformací končí zpravidla při poklesu síly
(např. na čtvrtinu její počáteční hodnoty).
Při zkouškách vysokocyklové únavy (f = 10 až 200 Hz) se téměř výhradně řídí síla a časový 1 průběh
amplitudy zatížení má obvykle sinusový charakter. Únavová zkouška probíhá v podmínkách převážně
pružných opakovaných deformací při životnosti nad l O' kmitů odstupňovaně na nejméně 8 zkušeních tyčí až
do úplného zlomení nebo do stanoveného počtu kmitů (časovaná mez únavy). Namáhání první zkušební tyče
volíme tak, aby došlo k lomu (a = 0,6 R„,). U dalších tyčí se pak napětí snižuje, až se zajistí mezní hodnoty
napětí, při nichž zkušební tyč ještě vydrží počet kmitů zvolených za základ pro stanovení meze únavy.
Výsledkem vysokocyklických zkoušek skupiny stejných tyčí zkoušených na odstupňovaných hladinách
zatížení je únavová (Wohlerova) křivka a hodnota meze únavy o c v MPa. Tato únavová křivka představuje
grafickou závislost napětí a - počet cyklů N a vynáší se v lineárních nebo semilogaritmických souřadnicích
(viz obr. 1.19).
Základní počet kmitů pro stanovení meze
únavyje :
- u ocelí a litin N^IO 7
- u mědi a jejích slitin N c = 10'
- u lehkých kovů a jejich slitin N c = 10 8
Obr. 1.18 Průběh druhů cyklického napětí
Zkušební tyče musí mít povrch upraven na drsnost R, = 0,4 \im a zkoušky se provádí převážně na
rezonančních strojích (pulzátorech).
Zadání úlohy :
Vyhodnoťte výsledky únavových zkoušek materiálu
(výsledky zkoušek rezonančním pulzátorem RPu 6 dodá vyučující při cvičení v laboratořích)
Pracovní postup:
1. Zkušební tyč kruhového průřezu je vyrobena z oceli 14331 a normalizačně žíhaná, jakost povrchu měřené
části R, = 0,8 [on. Mechanické vlastnosti oceli:
R,„ = 930 MPa, R, = 610 MPa, A 5 = 16%, Z = 57%, KČ = 70 J.cm' 2
17

Způsob namáhání:
plochý ohyb, souměrnost ohybu n/h = -l, frekvence 50 Hz.
Zkušební tyč proměřte a zakreslete do protokolu.
napětí a [MPa]
počet cyklu N c
560
1.10 4
540
3.10 1
520
6.10"
490
7.10 4
485
9. 10"
440
2 10 !
425
3.10 6
420
4.10 6
3. Z Wohlerovy křivky stanovte mez únavy oc a časovanou mez únavy aN při l O 5
cyklech.
4. Popište únavový lom a určete druh únavového lomu.
Fomůckv :
10=
• POČCT ZATĚŽOVtCÍCH CYKLŮ log N
zkušební tyče oceli, posuvné měřítko, rezonanční pulzátor RPu 6
V protokolu uveďte :
1. Rozměry zkušebních tyčí a materiál.
2. Podmínky, za kterých byly provedeny zkoušky.
3. Naměřené hodnoty a grafické zpracování.
4. Mez únavy a časovanou mez únavy.
5. Popis únavového lomu.
415
10 7
410
10 1
Obr. 1.19 Wohlerova křivka v semilogaritmických
souřadnicích . •
Obr. 1.20 Únavový' lom
čepu zalomeného hřídele
._._. .... (l-oblastvýchodiska
lomu, trhlina 1-1 vznikla druhotně, 2 - únavový lom s postupnými liniemi šíření, 3 - zbytkový- statický lom
18
2 Metalografické zkoumání struktur
2.1 Makroskopické zkoušky
Podstata zkoušky: Na základě makroskopického pozorování výbrusu povrchu nebo řezu zkoumaného
materiálu je možné určit jakost materiálu a technologický postup zpracování.
Makroskopické pozorování nevyžaduje obvykle speciální pomůcky. Vzorky se posuzují buď pouze
okem nebo jednoduchou lupou (zvětšení až 20x). Příprava vzorků není náročná a naprostá rovinnost vzorku
není zpravidla nutná, více však záleží na tom, aby vzorek nebyl při přípravě tepelně ovlivněn nebo plasticky
deformován. Velikou pozornost je třeba věnovat odmaštění a vysušení vzorku. Vzorky jsou bud' pouze
vybroušené nebo i leptané. Postup příprav) metalografických vzorků pro makroskopické pozorování je
následující:
1. Odebrání vzorku a jeho označení - správně odebraný vzorek materiálu ze součásti musí plně
charakterizovat zkoumaný materiál. V celé řadě případů se doporučuje vzorky odebírat z míst, kde lze
očekávat poruchy materiálu (trhliny, slévárenské vady. vady svarů, deformace při tváření apod.). Při
oddělování vzorku je třeba dbát na to, aby materiál nebyl tepelně namáhán nebo v příliš silné vrstvě tvářen
(stříhání nebo obrábění tupým nástrojem). Vzorky je třeba při odebírání zřetelně a trvale označit (razidly,
elektrickou jehlou nebo laserovým popisovačem).
2. Broušení - povrch určený k makroskopickému pozorování brousíme na řadě brusných metalografických
papírů s odstupňovanou zrnitostí od nejhrubších k nejjemnějším (80 až 400 případně až na 3/0). Brusný
papír se pokládá na skleněnou nebo ocelovou desku. Broušení probíhá za sucha a vzorek přitlačujeme k
brusnému papíru zlehka, abychom zabránili vyhřáti nebo plastické deformaci.
3. Leptání - pro zvýraznění vad a jiných podstatných změn vlastnosti materiálu se provádí leptání povrchu
ponořením do leptacího roztoku. Doba leptání se určuje experimentálně. Po leptání se vzorek opláchne
destilovanou vodou a osuší.
Zadání úlohy :
Proveďte pozorování a vyhodnocení makrostruktury zadaného vzorku.
Pracovní postup:
1. Připravte povrch vzorku na příslušných brusných papírech.
2. Proveďte následující makroskopické zkoušky:
- stanovení odmíšeniny síry v oceli (Baumannův otisk),
vybroušený vzorek se dobře přitlačí na bromostříbrný (fotografický) papír, který byl 5 minut ponořen do
vodného roztoku kyseliny sírové. Vzorek se sejme z papíru za 5 minut, papír se opláchne ve vodě a ustálí v
ustalovači. Po ustálení se promyje vodou a osuší. Na obrazu otiskuje patrné rozložení síry v oceli.
- určení hloubky cementované vrstvy,
vybroušený vzorek se potírá nebo ponoří asi na 10 sekund do 10 % vodného roztoku kyseliny dusičné.
Následuje oplach vodou a sušení.
- vyhodnocení průběhu vláken po tváření za studena.
vybroušený vzorek se před leptáním ohřívá na teplotu 200 °C asi 1/2 hodiny. Při leptání v chloridu měďném
se povrch vzorku potírá několik minut vatou s naneseným práškovým chloridem měďnatým. Po ukončení
leptání se vzorek omyje kyselinou chlorovodíkovou, pak vodou a osuší se.
- vyhodnocení typu svaru oceli, vrstvy, tvaru a jakosti,
vybroušený vzorek se ponoří do leptadla, které obsahuje chlorid měďnato-amonný, kyselinu
chlorovodíkovou a chlorid železitý. Po objevení struktury svaru následuje omytí vodou a osušení.
19

Pomůcky:
brusné papíry, leptadla, vata, líh, laboratorní kleště, teplovzdušný vysoušeč.
V protokolu uveďte:
1. Druh materiálu a výrobek.
2. Postup přípravy vzorku včetně popisu leptadla.
3. Zjištěné skutečnosti a náčrt.
4. Celkové zhodnocení experimentů.
2.2 Mikroskopické zkoušky
Podstata zkoušky: Na základě mikroskopického pozorování výbrusu řezu zkoumaného materiálu je možné
určit jakost materiálu, jeho mikrostrukturu a tepelné zpracování.
Mikroskopické pozorování vyžaduje speciální přístroje (optické metalografické mikroskopy se
zvětšením až 1500x, avšak z hlediska rozlišovací schopnosti se používají do zvětšení 500x , elektronové
mikroskopy REM (rastrovací) a TEM (transmisní) s vysokou rozlišovací schopností až do zvětšení 50 OOOx).
Vzhledem ke zvětšení pozorovaných ploch je dokonalá příprava vzorků základem úspěchu pro
vyhodnocení mikrostruktur. Vzhledem k poměrně malým rozměrům vzorků a zajištění rovinnosti se vzorky
zalévají do pryskyřice a rovněž nesmí dojít při broušení k tepelnému ovlivnění. Postup přípravy
metalografických vzorků pro mikroskopické pozorování je následující:
1. Odebrání vzorku a jeho označení - platí stejné pravidlo jako u makroskopického pozorování (kap. 2.1).
2. Zalévání vzorku do pryskyřice (Dentacryl) viz obr. 2.1 - označený vzorek l
se vloží do duté válcové formy 2 podložené skleněnou deskou. Vzorek se zalévá
pryskyřicí 3 (nejčastěji Dentacryl), po vytvrzení se oddělí od skla.
3. Broušení - povrch vzorku určený k mikroskopickému pozorování na brusných
metalografických papírech s odstupňovanou zrnitostí od hrubé k nejjemnější (80
až 400 a 1/0 až 10/0). Broušení se provádí na kotouči metalografické brusky pod
vodou. Proudící voda odplavuje brusivo a ochlazuje plochu vzorku. U vzorku,
který' držíme v ruce je nutné měnit směr broušení občasným pootočením o 90 .
Obr. 2.1 Zalévání vzorku do formv
4. Leštění - nejčastější je leštění mechanické. Vybroušený vzorek se opláchnutím zbaví zbytků brusiva. Při
leštění se vzorkem otáčí a nepravidelně pohybuje po rotujícím leštícím kotouči, na němž je nanesen leštící
prášek nebo vodní suspenze. U jednotlivých vzorků se leštění provádí ručně, při více vzorcích na automatu.
Je možno též leštit elektrolyticky či chemicky nebo se uvedené způsoby kombinují. Po ukončení leštění se
vzorky omyjí destilovanou vodou, opláchnou lihem a osuší.
5. Leptání - pro pozorování mikrostruktury je nezbytněji zviditelnit leptáním (potíráním vatou nasycenou
leptadlem). Leptání je ukončeno když povrch výbrusu ztratí zrcadlový lesk a zmatní. Tento postup trvá
několik sekund ( pozor na přeleptání). Po leptání se vzorek oplachuje destilovanou vodou, lihem a vysuší
proudem horkého vzduchu. Pro běžná pozorování uhlíkových nebo nízkolegovaných ocelí a litin světelnou
mikroskopií se používá jako leptadlo 2 - 5% roztok kyseliny dusičné v etylalkoholu (Nital). Po leptání se
vzorky ukládají do skleněných prachovnic se silikagelem, kde jsou chráněny nejen proti prachu, ale i proti
korozi.
20
Zadáni úlohy:
Proveďte pozorování a vyhodnocení mikrostruktury zadaného vzorku.
Pracovní postup:
1. Stručně v bodech popište postup přípravy metalografického výbrusu pro pozorování mikrostruktury
optickými metalografickými mikroskopy.
2. Podle fotografické přílohy mikrostruktur v příslušném zvětšení určete materiál zadaných vzorků kovových
materiálů a jejich mikrostrukturu.
3. Zakreslete a popište mikrostrukturu pozorovaných vzorků (uveďte leptadlo a zvětšení pod obrázkem) a
určete přibližný obsah uhlíku v oceli.
4. Popište strukturní přeměny v okolí svarového spoje oceli.
5. Nakreslete principiální schéma optického metalografického mikroskopu
Pomůcky:
metalografické výbrusy kovových vzorků, fotografická příloha mikrostruktur, optický metalografický
mikroskop Neophot a Jenavert.
V protokolu uveďte:
1. Přípravu metalografického vzorku.
2. Obrázek mikrostruktury' s popisem.
3. Principiální schéma optického metalografického mikroskopu.
Obr. 2.2 Schéma metalografického optického mikroskopu (l - zdroj světla, 2 - kolektor, 3 - tepelný filtr,
4 - čočka. 5 - aperturní clona, 6 ,7,9 - čočky osvětlovací soustavy, 8 - clona, 10 - planparalelní
sklíčko, l1 - objektiv, 12 - okulár, 13 - stolek mikroskopu, 14 - metalogarfický výtrus).
b..b. _.a,aa
Obr. 2.3 Lamelami struktura perlitu s hranicemi zrn (3 - optimální naleptání. 4 - přeleptání vzorku)

Obr. 2.4 Mikrostruktura oceli (1 - ferit, 2 - austenit, 3 - perlit s feritickými hranicemi zrn 0,4 % C,
4 - deformace hranic zrn po tváření za studena)
Obr. 2.5 Mikrostruktura litiny (a - perlitická šedá, b - feritická tvárná)
22
3 Stanovení teplot fázových přeměn kovů a slitin
Podstata zkoušky: U kovů a slitin se z teoretických a praktických důvodů věnuje velká pozornost studiu
teplot, při nichž probíhají fázové přeměny. Změny skupenství a uspořádání atomů v krystalové mřížce jsou
provázeny změnami fyzikálních vlastností. Sledujeme-li závislost vhodné fyzikální veličiny na teplotě, lze z
nepravidelnosti této závislosti určit teplot)', případně interval teplot, ve kterém přeměny probíhají.
Železo a slitiny železa mají při různých teplotách i různou krystalickou strukturu. Přeměna jedné
krystalové mřížky (např. a železa) na jinou krystalovou mřížku (např. y železo) se označuje jako
překrvstalizace nebo alotropická přeměna. Překrystalizací se mění primární struktura, která vznikla
krystalizací z taveniny. na strukturu sekundární. Tyto fázové přeměny lze stanovit termickou analýzou, při
které se zjišťuje závislost teploty na času buď při ohřevu nebo chladnutí kovu nebo slitiny (křivka ohřevu,
křivka chladnutí). Fázová přeměna se projeví teplotní prodlevou nebo zlomy na těchto křivkách. Pro
přesnější měření se používá diferenční termická analýza DTA, při které se zaznamenává rozdíl teplot
zkoušeného vzorku v závislosti na teplotě srovnávacího vzorku. Srovnávací vzorek musí mít podobné
tepelné vlastnosti, nesmí však u něho v měřené oblasti teplot dojít k fázovým přeměnám.
K ohřevu vzorku oceli při termické analýze se používají elektrické laboratorní kelímkové pícky. Pro
měření teploty se používají termočlánky ve spojení s ukazatelem teploty. Termočlánky mohou být například
typu: Fe - Konstantan, Chromel - Alumel, Ni - NiCr. Pt - PtRh.
3.1 Sestrojení rovnovážného diagramu
Diagram dvousložkové soustavy v souřadnicích teplota - složení při konstantním tlaku se nazývá
binární rovnovážný diagram. Tento diagram je důležitý' při interpretaci struktury slitiny v rovnovážném
stavu a stanovení teplot přeměn, složení a množství fází.
Pro sestrojení rovnovážného diagramu binárních slitin je nutno zjistit křivky ohřevu (nebo
chladnutí) několika slitin o různých koncentracích. Čím je počet slitin větší, tím přesnější je rovnovážný
diagram. Z naměřených údajů se nejprve sestrojí křivky v souřadnicích teplota - čas, dále ze zlomů a prodlev
na jinak plynulých křivkách se teploty přenáší do diagramu teplota - složení a sestrojí se křivky
rovnovážného diagramu. Nejčastěji se rovnovážné diagramy třídí podle rozpustnosti obou složek v tuhém
stavu na základní 3 typy uvedené na obr. 3.1 až 3.3.
100V. A 100% B čas
Obr. 3.1 Binární rovnovážný diagram s dokonalou rozpustností složek v tuhém stavu

K: B cos
Obr. 3.2 Binární rovnovážný diagram s omezenou rozpustností složek v tuhém stavu
Obr. 3.3 Binární rovnovážný diagram s dokonalou nerozpustností složek v tuhém stavu
V binárních rovnovážných diagramech výše uvedených na obr. 3.1 až 3.3 jsou složky slitin označeny
ecně písmeny A a B. Zastoupení jednotlivých složek v příslušné slitině je vyjádřeno na vodorovné ose
diagramu v hmotnostních procentech. Diagramy mají dvě křivky spojující body teploty tavení čistých složek
;horní je likvidus, dolní je solidus). Rovnovážně diagramy s omezenou rozpustností a dokonalou
rozpustnosti složek v tuhém stavu obsahují eutektikum E (směs krystalů složek A.B v diagramu
označených a, (3, K A) K B), v němž se likvidus i solidus protínají. Likvidus vyjadřuje složení kapalné fáze
vemny), která je při stanovené teplotě v rovnováze s vyloučenými krystaly. Solidus vyjadřuje při
stanovené teplotě složení vylučujících se krystalů z taveniny, jejíž složení je dáno křivkou likvidu. Na solidu
je ukončena primární krystalizace a slitina je v tuhém stavu (krystalická v celém objemu).
Fázové přeměny, které probíhají při změně stavu ze skupenství kapalného do skupenství pevného při
tuhnutí, mají vyznaní pro vznik primární struktury kovů a slitin. Fázové přeměny, které probíhají v tuhém
stavu, způsobují změny struktury a tím i změnu vlastností kovů a slitin. Z rovnovážných diagramů lze
24
COS
dvodit i řadu základních informací pro správnou volbu parametrů technologického zpracování. Jde o
Zadání úlohy :
Sestrojte rovnovážný binární diagram olovo - cín
Pracovní postup:
1. Změřte časovou závislost teploty na času pro čisté složky slitiny Pb-Sn a pro slitiny 20% Sn 62% Sn
(eutektická slitina) a 85% Sn. Teploty odečítejte po 15 sekundách. V kelímcích laboratorních elektrický h
jsou v tuhém stavu uvedené čisté složky a slitiny s termočlánky pro snímání jejich teplotv Měření
provádějte pn ohřevu čistých složek a slitin od teploty 150 °C.
a
. Sestrojte rovnovážný diagram olovo - cín v souřadnicích teplota - složení. Nejdříve wznačte teploty
taven, čistých kovu, emekttckou teplotu a eutektickou čáru. Dále vyznáte: maximální rozpustnost cTnu^
olovu za eutektické teploty je 19,5% a olova v cínu na téže teplotě je 2,6%.
4. Vyznačené body a úseky spojte křivkami a sestrojte rovnovážný diagram, kterv patří k tvpn s omezenou
rozpustnost, složek v tuhém stavu (obr. 3.2). Segregační křivky vyznačte dle vlastních představ protože
dals, měřeni pod eutektickou teplotou je náročné a není v této úloze zařazeno.
5. V rovnovážném diagramu popište jednotlivé fáze přeměn a eutektikum.
Pomůcky:
V protokolu uveďte:
1. Princip měření a sestrojení rovnovážného diagramu.
!. Použité přístroje a pomůcky.
3. Křivky ohřevu (teplota - čas) jednotlivých vzorků.
4. Rovnovážný diagram Pb-Sn.
5. V rovnovážném diagramu vyznačte jednotlivé fáze přeměn.
6. Popište eutektikum a význam eutektické slitiny.
4 Tepelné zpracování kovových materiálů
é Pícky
' te
°'lanky, měřicí
Tepelné zpracování kovů je proces, při kterém je předmět nebo jeho část v tuhém stavu podroben
u nebo v,ce tepelným cyklům za účelem dosažení požadovaných vlastností materiálu. PH ohř u
vydrž, na teplotě a hlavně pak při ochlazování, probíhají v kovovém materiálu procesv,
lkem je urc,ta konečná struktura. Na charakteru výsledné struktury po tepelném zpracování
závisí mechanické a fyzikálně - chemické vlastnosti daného materiálu.
ochla ,
otazováni.
Způsoby tepelného zpracování jsou:
° SálU10Ut neb ° S£ aleSp ° ň dostateíně P fiblížit rovnovážnému
- - Dováni n a strukturu. Proto po žíhání vždy následuje pomalé
aní muže byt bez překrystalizace a s překrystalizací:
' Žíh ?f ! tepl ° ta PK Žíhani bez Překrystalizace je pod příslušnou teplotou A, . Do
měkkoe sníže f¥' MMke^sMenUffiutí a rekrvstalizačnLžiháni. Účelem žíhání „a
e smzen, tvrdosti a z epsen, obrobitelnosti, žíhání ke snížení pnutí se používá k odstranění
'elkeho vnitřního pnut, (po tváření za studena, rychlém a nestejnoměrném ochlazování z vyšší teploty po

odebírání velké třísky při obrábění, po svařování apod.), rekrystalizační žíhání se používá k obnovení
tvárných vlastností po tváření za studena.
• Žíháni s překrystalizací. Žíhací teploty jsou pro podeutektoidní oceli nad A 3 , pro nadeutektoidní nad A cm .
Do této skupiny patří žíháni normalizační (k zjemnění hrubého zrna odlitků a výkovků), homogenizační
žíhání (k vyrovnání nestejnoměrnosti chemického složení difúzí u odlitků ze slitinových ocelí).
b) Kalení - cílem kalení je dosáhnout stavu odlišného od rovnovážného stavu. Po ohřevu na kalicí teplotu (u
ocelí uhlíkových s vyšším obsahem než 0,2 % uhlíku stanovíme z rovnovážného diagramu Fe-Fe 3 C, pro
podeutektoidní oceli 30 až 80 °C nad Ac 3 , pro nadeutektoidní oceli 30 až 80 °C nad teplotu Aci) a výdrži na
kalicí teplotě následuje rychlé ochlazení ve vodě, oleji nebo solných lázních (podle druhu oceli). Při
ochlazení nadkritickou rychlostí nastává přeměna austenitu na martenzit, kdy u ocelí dosahujeme vysoké
tvrdosti a zvýšené odolnosti proti opotřebení. Rychlosti kalení a tedy i kalicí prostředí se volí pro jednotlivé
oceli na základě transformačních diagramů ARA současně s vyhodnocením struktury a tvrdosti. Jestliže
kalitelnost je schopnost ocelí získat kalením strukturu o velké tvrdosti, pak prokalitelnost ie schopnost oceli
dosáhnout této tvrdosti do určité hloubky.
c) Popouštění - následuje po kalení a jeho cílem je dosáhnout stavu bližšího rovnovážnému stavu oceli se
snížením vnitřního pnutí po kalení. Skládá se z ohřevu na teploty nižší než Aci, výdrže na teplotě a
následujícího ochlazování vhodnou rychlostí. Podle výšky popouštěcí teploty, která má na výsadné
vlastnosti převládající vliv, rozlišujeme popouštění při nízkých a vyšších teplotách. Popouštěni při nízkých
teplotách se uskutečňuje obvykle v rozmezí teplot 100 až 300 °C, kdy dochází ke snížení podílu zbytkového
austenitu, snížení vnitřních pnutí a zlepšení houževnatosti při zachování vysoké tvrdosti. Popouštěni při
wššich teplotách se provádí v rozmezí teplot 400 až 650 °C, jsou-li požadovány vysoké pevnostní vlastnosti
oceli. U nástrojových ocelí legovaných karbidotvornými prvky (rychlořezné) dochází při popouštění nad
teplotu 550 °C buď k rozpouštění karbidotvorných prvků v cementitu nebo i ke vzniku zvláštních karbidů
Mo 2 C, V 4 C 3 . W 2 C aj. Precipitace těchto karbidů v oblasti teplot kolem 575 °C je spojena s výrazným růstem
tvrdosti a tento jev je označován jako sekundární tvrdost.
d) Chemicko - tepelné zpracování - je difuzní obohacování povrchových vrstev ocelových součástí při
zvýšené teplotě některým prvkem, který' jim dává požadované vlastnosti, zvláště tvrdost, odolnost proti
opotřebení a únavě nebo odolnost proti korozi. Nejpoužívanější jsou cementováni (sycení povrchu ocelí
uhlíkem), nitridování (sycení povrchu oceli dusíkem), nitrocementování a karbonitridováni (sycení povrchu
oceli dusíkem a uhlíkem). Po cementování a nitrocementování následuje vždy kalení a popouštění, tj.
zušlechťování povrchové vrstvy.
4.1 Rekrystalizace kovů po tváření
Podstata zkousla': Tvářením se zrna kovů deformují a drtí na větší počet jemnějších zni. Při tváření za tepla
tato jemná zrna opět narůstají stejnoměrně na všechny strany, takže ve výsledné struktuře není deformace
zrn patrná (dochází průběžně k tzv. rekrystalizaci). Čím nižší je teplota tváření, tím větší je stupeň
deformace, tím méně rekrystalizace probíhá a tím jemnější je zrno. Naproti tomu materiál dokovaný nebo
doválcovaný při vysoké teplotě má zrno hrubé.
Tvářením kovů za studena dochází ještě k deformačnímu zpevnění, které se projevuje změnou
mechanických vlastností kovů: zvětšením meze kluzu, pevnosti a tvrdosti, zmenšením kontrakce a
houževnatosti. Protože mez kluzu roste s deformací rychleji než pevnost, blíží se poměr Re/R„, se zvětšující
se deformací k jedničce. Tažnost zároveň klesá téměř na nulu a kov se při další deformaci porušuje.
Deformačním zpevněním je možno zvětšit pevnost zhruba dvakrát, mez kluzu třikrát až šestkrát (podle
výchozího poměru Re/Um). Uplatňuje se zejména u neželezných kovů a některých uhlíkových ocelí.
V závislosti na deformaci za studena se mění i některé fyzikami a chemické vlastnosti kovu:
zvětšuje se elektrický' odpor, zmenšuje se permeabilita, snižuje se ušlechtilost kovu (klesá odolnost proti
korozi).
26
Prvotní příčinou změn vlastností deformačně zpevněného kovu proti nezpevněnému je uložená
deformační energie. Označujeme tak část z energie, vynaložené na plastickou deformaci, která zůstala ve
zpevněném kovu především ve formě deformace zrn a nových mřížkových poruch. Tvářením za studena
stoupá hustota dislokací až o několik řádů a rovněž se o řády zvětší hustota bodových poruch. Deformačně
zpevněný kov se vlivem uložené deformační energie vzdálil od termodynamické rovnováhy a je v
metastabilním stavu. Při žíhání se uložená deformační energie postupně uvolňuje. Zároveň mizí vlastnosti,
které kov získal deformačním zpevněním a obnovují se vlastnosti a struktura odpovídající vyžíhanému
stavu. Jedná se o tzv. odpevňovací pochody tvořené "zotavením" v nízkoteplotní oblasti (0,1 až 0,35 teploty
tavení kovu), kdy dochází k zotavení dislokací a bodových
poruch v submikrostruktuře - klesá elektrický odpor a roste
korozní odolnost. Na zotavení při zvýšení teploty navazuje
"rekrystalizace" (začíná při 0,35 teploty tavení kovu). Při
rekrystalizaci se netvoří nová fáze, nemění se strukturní
mřížka, nýbrž se obnovuje předchozí deformací porušená
stavba krystalu, přičemž dochází ke změně zrnitosti a
výraznému obnovení mechanických vlastností. Bez
rekrystalizačního žíhání není možno si představit tváření
materiálů za studena (tažení drátů, plechů, tvarování apod.).
Jsou-li správně voleny - stupeň tváření, výška teploty a doba
rekrystalizace (rekrystalizační diagramy), lze tímto způsobem
dosáhnout značného zjemnění zrna.
Zadání úlohy:
Obr. 4.1 Izotermické řezy v rekrystalizačním diagramu
nízkouhlíkové oceli
Určete velikost zrn technického hliníku po rekrystalizaci v závislosti na předchozím stupni tváření za
studena
Pracovní postup:
1. Vzorky válcovaného plechu z hliníku technické čistoty o rozměrech 7 x 70 mm, které jsou vyžíhány při
teplotě 360 až 400 °C po dobu 5 hodin, označte pořadovými čísly l až 7. Vzorky l až 6 deformujte tvářením
za studena. Vzorek číslo 7 nebude tvářen, slouží jako referenční při vyhodnocování rekrystalizace. Tváření
vzorků za studena proveďte tahem na trhacím stroji FM 100. Konce vzorku upněte do čelistí trhacího stroje
a proveďte tváření tahem na pracovní délce vzorku 50 mm (nastaveno na stroji nebo označit na vzorku) u
jednotlivých vzorků prodloužení o 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 12%.
2. Tvářené vzorky a netvářený referenční vzorek č.7 žíhejte při rekrystalizační teplotě 600 "C po dobu 15
minut.
!!! Pozor !!! Teplota tavení hliníku je 660 "C !!!
3. Zviditelnění zrn hliníku proveďte leptáním vzorků v 10%ním roztoku NaOH po dobu 15 minut. Vzorky
opláchněte vodou a osušte.
4. Spočítejte zrna na tvářené ploše každého vzorku a vypočítejte průměrnou plochu zrna.
5. Plochu rekrystalizovaných zrn vyneste do grafu v závislosti na stupni předchozí deformace při tváření za
studena. V diagramu vyznačte kritickou deformaci (je-li patrná) a porovnejte zrna netvářeného vzorku č.7 se
vzorky tvářenými.
Pomůcky:
7 zkušebních pásků hliníkového plechu, trhací stroj FM 100 - Schopper, roztok 10% NaOH (leptadlo),
laboratorní misky, pinzety a kleště, laboratorní pícka, ukazatel teploty s termočlánkem.

vzorek č. 1: 175 °C, vzorek č. 2: 250 °C, vzorek č. 3: 350 °C, vzorek č. 4: 500 °C
5. Na vyleštěné ploše vzorků změřte tvrdost HV popouštěných vzorků oceli.
6. Naměřené tvrdosti zpracujte do grafické závislosti: tvrdost - popouštěcí teplota. Proveďte vyhodnocení.
Pomůcky:
4 vzorky oceli, elektrické kelímkové laboratorní pícky, kalicí vodní a olejové prostředí, ocelové kleští,
tvrdoměr HPO 250, brusný papír.
V protokolu uveďte:
1. Vzorek oceli (označení a chemické složení).
2. Kalicí teplotu a kalicí prostředí.
3. Popouštěcí teploty.
4. Postup měření a použité zařízení a pomůcky.
5. Naměřené hodnoty a graf: tvrdost - popouštěcí teplota, závěrečné vyhodnoceni
4.3 Kalicí účinek ochlazovacích prostředí
Podstata zkoušky: U uhlíkových ocelí je horní kritická rychlost ochlazování 140 až 250 "C.s" 1 a dolní kolem
40 °C.s"' v oblastí teplot kolem 550 "C. Se vzrůstajícím obsahem uhlíku se kritická rychlost zmenšuje za
předpokladu, že při ohřevu se dosáhne dokonale homogenního austenitu. Má-li vzniknout v uvažovaném
objemu oceli martenzitická struktura, musí být ocel v celém průřezu ochlazována rychlostí větší než je
uvedená hodnota. Aby ochlazování probíhalo předepsanou rychlostí, je nutné austenitizovanou ocel
ochlazovat v prostředí, jež je schopno odvést dostatečné množství tepla. Na obr. 4.2 jsou vyobrazeny ideální
průběhy křivek ochlazování při kalení v diagramu ARA pro eutektoidní ocel. Pro martenzitické kalení
nadkritickou rychlostí (křivka 5) při počátku kalení nad perlitickým nosem (nad 650 °C) nemusí být rychlost
ochlazování příliš veliká, protože zde rozpad austenitu začíná až po delším čase. Se snižující se teplotou se
křivka P s přibližuje k ose Y (perlitický nos křivky okolo 650 °C. který u podeutektoidních ocelí bývá ještě
výraznější), austenit se rozpadá v kratším čase a proto rychlost ochlazování musí být největší. Při dalším
poklesu teploty jsou rozhodující křivky B s a M„, kdy rychlost ochlazování by se měla zmenšit vzhledem ke
snížení pnutí a zvláště pod M s , kdy se rozdíly teplot povrchu a jádra kalené součásti vyrovnávají. Pro
posouzení kalicího prostředí je tedy rozhodující, jak rychle ochlazuje za teplot kolem 600 °C, kdy se
vyžaduje velká rychlost ochlazování a kolem 300 "C , kdy má být rychlost ochlazování nižší. Užívaná kalicí
prostředí jsou uvedena v tab. 4.1.
Z tabulky je zřejmé, že nejintenzivnějším kalicím prostředím je voda a vodné roztoky. Jejich
rychlost ochlazování v rozmezí teplot 350 až 250 °C je však veliká, což způsobuje vznik velkého vnitřního
pnutí po kalení. Zvýšením teploty vody se zmenšuje rychlost ochlazování za vyšších teplot, ale téměř se
nemění při teplotách kolem 300 °C.
Olejové lázně ochlazují ve srovnání s vodou obvykle asi 3 až 4 krát pomaleji v oblasti teplot 650 až
550 °C a téměř 10 krát pomaleji za teplot martenzitické přeměny. Jejich použití jako měně intenzivního
kalicího prostředí je velmi výhodné a není dosud možné je nahradit kalicími lázněmi, jejichž hlavní součástí
je voda. Pro některé způsoby kalení (např. termální kalení) se používá solných nebo kovových lázní o teplotě
200 až 500 °C. Ochlazovací účinnost solných lázní i lázní roztavených kovů je většinou menší než lázně
olejové. Nebezpečí vzniku vnitřních pnutí a deformací předmětů kalených do teplých lázní je značně
sníženo.
Pro oceli, jejichž kritická rychlost je vysoká (oceli uhlíkové), se používá intenzívně působících
prostředí, jako je voda nebo vodní roztoky. Pro oceli s nízkou kritickou rychlostí (oceli legované) stačí
mírněji působící prostředí, např. olej. Silně prokalující vysokolegované oceli s velmi nízkou kritickou
rychlostí je možno zakalit ochlazováním na klidném vzduchu nebo v proudu vzduchu. Oceli kalitelné
vzduchem jsou označovány jako samokalitelné a součásti z těchto materiálů mají minimální deformace.
29

Tab. 4.1 Rychlost ochlazování oceli v různých kalicích prostředích
Voda 1 8 °C
Voda 26 °C
Voda 50 D
C
Kalicí prostředí
Roztok 1 0% NaOH ve vodě 1 8 °C
Roztok 10!/o NaCl ve vodě 18 "C
Emulze oleje ve vodě
Mýdlová voda
Minerální olej strojní
Transformátorový olej
Rvchlost ochlazování
650 - 550 °C
600
500
100
1200
1 100
70
30
150
120
"C.s" 1
] v rozmezí teplot
320 - 250 °C
Značný vliv na kalicí účinek různých prostředí má i množství rozpuštěných plynů, které spolu s
parami lázně vytvářejí plynný obal (parní film) kolem kaleného předmětu. S ohledem na vznik par a plynuje
velmi důležitý' relativní pohyb předmětu v lázni (případně cirkulace lázně nebo snížení stability parního
polštáře přísadami), čímž se tento obal snadno poruší. Kalicí účinek lázní je důležitou hodnotou, kterou lze
stanovit určováním vztahu mezi průměrem nezakaleného jádra a průměrem tělesa při různých velikostech
průměru a vyjadřuje se intenzitou kalicího prostředí součinitelem H. Hodnoty součinitele H pro některá
běžná měření jsou uvedeny v tab. 4.2.
Tab. 4.2 Intenzita kalicího prostředí (součinitel H)
Kalicí prostředí
Bez pohybu
Velmi malý pohvb
Mírný pohyb
Intenzívní pohyb
Prudký pohyb
Velmi prudký' pohyb
Zadání úlohy;
Vzduch
0,02
_
_
0.05
_
0.08
Olej
0,25 - 0,3
0,30-0,35
0,35-0,40
0,4-0,5
0,5-0,8
0,8-1,1
Voda
0,9-1,0
1,0-1,1
1,2-1,3
1,4-1,5
1.6-2,0
4,0
Určete vliv kalicího prostředí na tvrdost zakalené oceli
Pracovní postup:
Voda +
5- 10% NaCl
2.0
2,0-2,2
1. Z rovnovážného diagramu Fe-C (materiálových norem) určete kalicí teplotu zkoušené oceli.
2. Vzorky oceli zakalte v prostředích s různou ochlazovací intenzitou.
3. Na zakalených vzorcích změřte tvrdost HRC.
4. Naměřené výsledky tvrdosti zpracujte graficky v závislosti na intenzitě kalicího prostředí H.
Pomůcky:
vzorky kalitelné oceli označené pořadově, elektrická pícka s regulací teploty, různá ochlazovací prostředí,
tvrdoměr HP 250.
30
_
_
5.0
270
270
270
300
200
200
200
30
25
*
J
l
V protokolu uveďte:
1. Druh materiálu, jeho označení dle ČSN a chemické složení.
2. Kalicí teplotu, kalicí prostředí a intenzitu kalicího prostředí.
3. Naměřenou tvrdost vzorků po zakalení.
4. Grafické zpracování výsledků HRC - H.
5. Posuďte průběh grafu a vhodnost intenzity kalicího prostředí.
4.4 Zkouška prokalitelnosti oceli (Jomminyho zkouška) ČSN 42 0447
Podstata zkoušky: Způsoby tepelného zpracování, jejichž cílem je dosáhnout stavu odlišného od
rovnovážného stavu oceli, se označují jako kalení. Podle převažující strukturní složky, kterou může být ve
výsledné struktuře buď martenzit nebo bainit, jedná se o kalení martenzitické a bainitické. Většinou je cílem
dosáhnout martenzitické struktury, u konstrukčních ocelí se popuštěním martenzitu získá struktura sorbitická
s výhodnou kombinací pevnosti a houževnatosti. Teploty pro kalení najdeme v rovnovážném diagramu Fe-C,
který je uveden na obr. 4.3. Tyto teploty jsou pro podeutektoidní oceli 30 až 50 °C nad Ac 3 (křivka GOS),
pro eutektoidní a nadeutektoidní oceli nad Aci (čára PSK).
isoo
S
l f+
O Of 1,0

získáme u nich většinou martenzitickou strukturu v celém průřezu. Z toho vyplývá, že prokalitelnost oceli
závisí na vztahu mezi kritickou rychlostí a skutečnou rychlostí ochlazování uvažované vrstvy oceli.
Ke stanovení prokalitelnosti ocelí je určena zkouška prokalitelnosti. Při této zkoušce se čelo
standardního válcového tělesa (D=25 mm, L=100 mm), zahřátého na kalicí teplotu, ochlazuje proudem vody
v přípravku za definovaných podmínek. Po zakalení se na válcovém povrchu vybrousí dvě protilehlé plochy
a na nich se změří tvrdost po celé délce tělesa. Výsledkem zkoušky je grafická závislost tvrdost (HRC nebo
HV) na vzdálenosti od čela. U ocelí s malou prokalitelnosti (uhlíkové oceli) tvrdost již v malé vzdálenosti od
čela výrazně klesá, u ocelí s vysokou prokalitelnosti (legované oceli) je pokles tvrdosti mírný. Hodnota
kritického průměru D k se stanovuje tak, že se za prokalený průměr považuje průměr válce, v jehož středu je
struktura tvořena 50 % martenzitu (polomartenzitická). Na křivce prokalitelnosti se označuje bodem P, který
je inflexním bodem křivky. Protože u každé
SUO | 1 1 1 1 1 1 1 oceli je normou stanoven obsah chemického
složení, nejsou křivky prokalitelnosti pro
různé tavby oceli identické. Tvoří pás
prokalitelnosti vymezený nejvyššími a
nejnižšími hodnotami tvrdosti, v němž leží
křivka prokalitelnosti dané oceli (obr. 4.4).
Hranice pásu prokalitelnosti lze číselně
vyjádřit indexem prokalitelnosti: J HRC - d
(např. J 45 - 15, což znamená tvrdost 45 HRC
ve vzdálenosti 15 mm od kaleného čela).
Zadáni úlohy;
x x w a
ntíloiwt ti kuleného četo lim)
Proveďte zkoušku prokalitelnosti oceli
Pracovní postup:
"jg Obr. 4.4 Pásmo prokalitelnosti
l. Pro stanovení prokalitelnosti dané oceli použijte Jomminyho čelní zkoušku prokalitelnosti.
PODLOŽKA 2. Zkušební válcové těleso z oceli zahřejte na kalicí teplotu
(použijte materiálové normy ČSN a rovnovážný diagram Fe-C).
Doba ohřevu v elektrické peci cca 20 minut. Po dobu ohřevu a výdrže na
kalicí teplotě nesmí dojít k oduhličení nebo nauhličení zkušebního tělesa.
Proto zkušební těleso předem uložte do pouzdra ve kterém je na dně jako
redukční činidlo grafit nebo litinová drť.
Obr. 4.5 Přípravek pro zkoušku prokalitelnosti
3. Kalení proveďte v kalicím přípravku (obr. 4.5), u kterého je předem
seřízena výška volného proudu vody na 65 mm od ústí trysky. Ohřáté
zkušební těleso se po výdrži na kalicí teplotě vyjme z pece. pouzdra a
okamžitě vloží ve svislé poloze do kalicího přípravku, přičemž
ochlazování je Celní proudem studené vody.
4. Kalení proudem vody musí probíhat až do zchladnutí (nejméně 10 minut).
5. Pro měření tvrdosti vybruste dvě protilehlé, navzájem rovnoběžné plochy po celé délce zakaleného
zkušebního tělesa. Broušení je nutno provádět tak, aby nedošlo k ohřátí, které by mohlo změnit tvrdost
zkušebního tělesa.
6. Na jedné z vybroušených ploch vzorku změřte tvrdost HRC nebo HV postupně od kaleného čela ve
vzdálenostech (1,5 - 3,0 - 5,0 - 7,0 - 9,0 - 11,0 - 13,0 - 15,0) mm a dále po 5,0 mm.
7. Sestrojte graf: tvrdost - vzdálenost od kaleného čela.
32
8. Na křivce prokalitelnosti vyznačte bod P odpovídající struktuře s 50% martenzitu. Pro tento bod zapište
index prokalitelnosti.
Pomůcky:
zkušební vzorek příslušné oceli, kalicí pec elektrická, ocelové kleště a azbestové rukavice, brusný papír,
kalicí přípravek, tvrdoměr HP 250 nebo HPO 250, materiálové normy.
V protokolu uveďte:
1. Chemické složení oceli a předběžné zpracování materiálu.
2. Kalicí teplotu.
3. Křivku prokalitelnosti s vyznačením bodu P. K bodu P zapište index prokalitelnosti.
4. Napište co znamenají bod P a index prokalitelnosti.
5 Mechanické zkoušky plastů
Podstata zkoušky: S rozvojem techniky se stále mění materiálová skladba strojírenských výrobků. Vedle
tradičních kovových materiálů se poměrné v krátkém časovém období vytvořila nová skupina technických
nekovových materiálů a to především plastů. Příčinou je nejen stále větší nedostatek kovových materiálů
(zvlášť neželezných kovů), ale snaha o vylehčení strojírenských konstrukcí, snížení pracnosti, zlepšení
vzhledu a zvýšení životnosti výrobků. Pří vhodně zvoleném použití pomáhají plasty řešit náročné úkoly
nejen ve strojírenství, ale i v ostatních oborech (stavebnictví, elektrotechnika, doprava, potravinářství,
zemědělství aj.). Rovněž rostoucí cena energie podporuje zvyšování produkce polymerů a výrobků z nich,
neboť představují menší vklad energie než většina ostatních materiálů.
Plasty jsou převážně synteticky vyráběné materiál}' nízké hustoty (p = 900 - 2000 kg.m") a nízké
pevnosti (nevyztužené plasty R„ = 30 - 80 MPa, vyztužené R m = 100 - 200 MPa). Základní stavební
(monomerní) jednotka charakterizuje chemickou strukturu polymeru, která nejvýznamněji rozhoduje o jeho
chemických, fyzikálních a mechanických vlastnostech. Organické plasty mají základní skelet tvořený atomy
C, N, O, S, na něž jsou vázány další atomy (H, Cl, F. Br) a různorodá seskupení atomů. Jestliže monomer
obsahuje pouze dvě místa (funkce) schopná vytvořit kovalentní chemickou vazbu, vznikají polymery
lineární. Při větším počtu funkcí mohou vznikat polymery- rozvětvené nebo prostorově zesíťované. Plasty
obsahují kromě makromolekulami látky jako hlavní složky i přísady (plnivo, stabilizátor, mazivo,
změkčovadlo, nadouvadlo, antistatikum, barvivo). Na základě chemického složení se plasty dělí na:
• termoplasty - které lze opakovaně tavit a ochlazením převést zpět do tuhého stavu a je možné jejich
tvarování za tepla. Lineární a rozvětvené makromolekuly jsou typické pro termoplasty.
• reaktoplastv - jsou tvrditelné hmoty, které při zahřívání přecházejí nevratně do netavitelného a
nerozpustného stavu. Zesíťované makromolekuly jsou typické pro reaktoplasty.
Při působení vnějších sil se především termoplasty podobně jako kovy deformují nejdříve pružně a
při větších napětích plasticky. Způsob a velikost deformace závisí na velikosti a charakteru napětí a na
teplotě. Výrazná závislost mechanických vlastností na teplotě se projevuje především u termoplastů, které
mají lineární vazbu a jejich teplotní odolnost je nižší než u reaktoplastů. Velikost deformací elastické a
viskoelastické povahy závisí nejen na teplotě, ale i na čase.
Proto pro aplikace plastů je nutné prověřit plasty mechanickými zkouškami v laboratorních a
provozních podmínkách. Při mechanických zkouškách se zjišťuje pevnost v tahu a ohybu, rázová nebo
vrubová houževnatost, tvrdost a odolnost proti opotřebení. Jestliže v měřeném časovém období dochází k
poklesu mechanických vlastností zkoušených plastů, pak se projevil vliv vysokého tepelného nebo
mechanického namáhání, případně vliv agresivního prostředí degradací těchto polymerních materiálů.
Dalšími zkouškami se stanovují vhodné a odolné plasty.
33

Vybrané základní typy plastů a jejich obchodní názvy jsou:
PE
PS
PP
PC
PVC
PPO
PĚT
PMMA
polyetylén (Liten, Bralen. Alathon, Baylen)
polystyren (Krasten, Koplen, Distrene, Dylene)
polypropylen (Mosten, Tatren, Hostalen PP, Moplen)
polykarbonát (Lexan, Makrolon. Merlon )
polyvinylchlorid (Slovinyl, Viniplas, Azopal, Cautex)
polyfenylenoxid (Noryl, Nerafen, Alphalux)
polyetylentereftalát (Tesidur, Crastin, Dakron. Tesil - vlákno)
polymetylmetakrylát (Akrylon, Umacryl, Plexiglas, Dentacryl).
5.1 Ohybová zkouška plastů ČSN 64 0607, ČSN 64 0608
Podstata zkoušky: Zkouška je určena k hodnocení vlastností plastů s modulem pružnosti E > 500 MPa
čtyřbodovým ohybovým namáháním zkušebního tělesa na přístroji Dynstat.
Zadání úlohy:
Proveďte ohybovou zkoušku plastů na přístroji Dynstat
Pracovní postup:
l. Vyrobte mechanickým dělením a jemným opracováním ze zadaných plastů po třech zkušebních tělesech
rozměrů:
délka
šířka
tloušťka
L= 15 mm
b = 10 mm
s tolerancí l nim
s tolerancí 0.5 mm
h = (1,5 - 4,5) mm podle tloušťky dodaného plastu
2. Dle přiloženého návodu připravte přístroj Dynstat (obr. 5.1), zvolte podmínky zkoušky a závaží. Klikou
nebo elektrickým pohonem otočte střední terč 12 tak, aby se ryska 9 na terči kryla s ryskou 60° na pevném
mezikruží 3. Na střední terč přišroubujte držák 8 s čelistí pro vzorek. Zkušební těleso 5 vložte do čelistí
držáku 8 a kyvadla l a lehce utáhněte. Do kyvadla l nasuňte a upevněte příslušné zvolené závaží, ukazatel
l O posuňte do dolní polohy na 0.
3. Proveďte ohybovou zkoušku. Zapnutím elektrického pohonu (nebo stejnoměrným otáčením klikou) se
otáčí střed terče 12 současně s kyvadlem a závažím. Současně je zkušební těleso zatěžováno čtyřbodovým
ohybovým momentem, přičemž ukazatel 10 ukazuje okamžitou hodnotu úhlu ohybu y na stupnici terče 12 a
ohybový moment M„ (v jednotce N.m) na příslušné stupnici mezikruží 3. odpovídající zvolenému závaží.
Proveďte přepočet na N.mm! Po prasknutí zkušebního tělesa zastavte pohon otáčení terče 12 a odečtěte na
stupnicích ohybový moment a úhel ohybu.
4. Přístroj připravte pro další měření.
5. Nedojde-li při zkoušce k prasknutí zkušebního tělesa, zvolte smluvní průhyb ve stupních podle tloušťky
zkušebního tělesa (tah. 5.1). Na tento smluvní průhyb nastavte pohonem ohybové zatížení dalšího
zkušebního vzorku a odečtěte ohybový moment na příslušné stupnici mezikruží 3 přístroje Dynstat.
6. U každého materiálu proveďte zkoušku 3x.
34
Tab. 5. l Stanovení smluvního průhybu plastů
tloušťka h [mm]
1,5
2,0
3,0
4,0
4,5
7. Proveďte výpočty podle vzorců:
smluvní průhyb y [ °]
17
14
10
Pevnost v ohybu o> 0 (pro smluvní průhyb
7
6
1 - kyvadlo se závažím
2 - ukazatel pro rázovou zkoušku
3 - pevné mezikruží se stupnicemi
4 - stojan přístroje
5,6 - zkušební těleso
7 - spouštěcí zařízení
8 - držák s horní čelistí
9 - nastavení 60 °
l O - ukazatel pro ohybovou zkoušku
11-klika
12 - otočný terč se západkou
M,,je ohybový moment odečtený na stupnici a přepočítán na [N.mm]
Průřezový modul zkušebního tělesa W„
Pomůcky:
b.h 1
Obr. 5.1 Přístroj Dynstat pro ohybovou zkoušku
W = - [mm 3
] (9)
šířka zkušebního tělesa [mm]
tloušťka zkušebního tělesa [mm]
zadané materiály plastů, pilka, pilník, svěrák, posuvné měřítko, přístroj Dynstat a příslušenství.
V protokolu uveďte:
1. Druh plastu a jeho označení.
2. Použitý' přístroj a pomůcky.
35
(8)

3. Postup měření.
4. Naměřené a vypočtené hodnoty pro každý vzorek.
5.2 Rázová zkouška plastů
Podstata zkoušky: Rázová houževnatost je kinetická energie rázového kladiva, spotřebovaná na přeražení
zkušebního tělesa bez vrubu, vztažená na plochu jeho příčného řezu. Udává se v J.cm' 2 . Vzorky určené pro
tuto zkoušku jsou stejných rozměrů jako pro zkoušku ohybovou, neboť obě zkoušky se' provádí na
univerzálním přístroji Dynstat.
Zadání úlohv:
Stanovte rázovou houževnatost plastů na přístroji Dynstat ČSN 64 0611
Pracovní postup:
1. Vyrobte mechanickým dělením a jemným opracováním ze zadaných plastů po třech zkušebních tělesech
rozměrů:
délka
šířka
tloušťka
L = 15 mm
b = 10 mm
h = (1,5-4,5) mm
s tolerancí l mm
s tolerancí 0,5 mm
podle tloušťky desky dodaného plastu.
2. Připravte přístroj Dynstat (obr. 5.2) ke zkoušce, zvolte podmínky zkoušky, závaží a stupnice. Přístroj
vyrovnejte podle libely. Ze středového terče odšroubujte držák s čelistí. Kyvadlo l odaretujte a do kyvadla
nasuňte a přišroubujte příslušné závaží podle charakteru zkoušeného plastu. Zavěste kyvadlo na západku 7
na otočném kotouči. Zkušební těleso 6 lehce utáhněte šroubem v čelisti stojanu 4. Podle závaží v kyvadlu a
výchylky kyvadla nasaďte na levou část mezikruží 3 příslušnou stupnici. Klikou nebo elektrickým pohonem
otočte středový-m terčem tak, aby ryska 9 ukazovala na 60° nebo 90° (na každé stupnici je uveden typ závaží
a nastavení). Ukazatel 2 posuňte na první rysku stupnice zdola.
rázová houževnatost a = ——
" b.h
vrubová houževnatost a, — •
3. Proveďte rázovou zkoušku. Uvolněním západky 7 se
spustí kladivo, které přerazí vzorek. Podle výchylky
ukazatele 2 přečtěte na stupnici 3 příslušnou hodnotu rázové
energie potřebné k přeražení zkušebního tělesa (údaj v kp.cm
je nutné převést na J = 9.81 . 0,01 kp.cm).
4. Nedojde-Ii k přeražení zkušebního tělesa, provádí se tzv.
vrubová zkouška houževnatosti zkušebních těles s vrubem za
obdobných podmínek.
5. U každého materiálu proveďte měření 3x.
6. Proveďte výpočty podle vzorců:
Obr. 5.2 Přístroj Dynstat při rázové zkoušce (l - kladivo,
2 - ukazatel, 3 - stupnice, 4 - zkušební těleso,
7 - spouštěcí zařízení)
[J.cm' 2 ]
[J.cnť 2 ]
36
(10)
01)
kde:
A„ (At) ... energie spotřebovaná k přeražení zkušebního tělesa bez vrubu (s vrubem) [J]
b ... šířka zkušebního tělesa [cm]
h (hk) ... tloušťka zkušebního tělesa bez vrubu (uprostřed vrubu) [cm]
Pomůcky:
zadané materiály plastů, pilka, pilník, svěrák, posuvné měřítko, přístroj Dynstat a příslušenství.
V protokolu uveďte:
1. Druh plastu a jeho označení.
2. Použitý přístroj a pomůcky.
3. Postup měření.
4. Naměřené a vypočtené hodnot}' pro každý zkušební vzorek.
5. Vypočtené průměrné hodnoty pro každý druh plastu.
6 Zkoušky vlastností pryže
Podstata zkoušky: Pryž se vyrábí vulkanizací kaučukové směsi, kdy dochází k vytvoření lineárních
chemických vazeb makromolekul a zesíťování prostorové struktury (sirné můstky).
Podobně jako u plastů, určuje vlastnosti pryže chemická struktura makromolekul kaučuku, který je
převážně obsažen v kaučukové směsi. Vlastnosti technické pryže jsou ještě ovlivněny přísadami k
přírodnímu nebo syntetickému kaučuku a samostatným zpracováním. Měkká a tvrdá pryž se navzájem
odlišují svými mechanickými vlastnostmi. Zatím co měkké pryže vykazují značné tažnosti (od 150 do 900
%), tvrdá pryž má tažnost kolem 6 %. Pevnostní hodnot}'jak měkké, tak i tvrdé pryže jsou závislé nejen na
chemické struktuře použitého elastomeru a stupni vulkanizace. ale též na druhu a množství plniva. U měkké
pryže zvyšují pevnost především vysoce aktivní saze, v menší míře saze s nižší aktivitou, zinková běloba,
aktivní kaolin, křída apod. U tvrdé pryže, kterou nelze plnit aktivními sazemi, jsou pevnostní hodnot}' dány
především stupněm vulkanizace a obsahem síry.
Hodnoty mechanických vlastností pryží získané krátkodobými statickými zkouškami mají pro
konstrukční využití dosti omezený význam. Tyto zkoušky jsou proto využívány pouze pro kontrolu jakosti.
Významnou vlastností technické pryže je odolnost proti opotřebení. Na odolnost proti opotřebení má typ
elastomeru větší vliv než na pevnostní hodnoty. Nejdůležitějším činitelem ovlivňujícím odolnost pryže proti
opotřebení je typ plniva a jeho množství. Elasticita technické pryže je mimo jiné závislá na její odolnosti
proti působení nízkých a zvýšených teplot a odolnosti proti chemickému prostředí.
Laboratorní zkoušky pryží jsou předpokladem k doporučení pryží pro specifické provozní zkoušky.
Praktické zvládnutí metody zkoušek a hodnocení vlastností pryží rozšiřují oblast znalostí těchto
makromolekulárních elastomeru.
6.1 Odrazová pružnost pryže ČSN 62 1480
Podstata zkoušky: Pro stanovení odrazové pružnosti pryže (elasticity) se používá elastomeru SCHOB (obr.
6.1) za podmínek uvedených v návodu. Zkušební tělesa pryže mají tvar kotouče o průměru nejméně 36 mm
nebo čtverce o velikosti strany nejméně 36 mm. Tloušťka zkušebních těles musí být nejméně 6 mm.
Odrazová pružnost R s je poměr energie vrácené k energii dodané při rázu a je vyjádřená v %. Odpovídá
podílu výšky odskoku kladiva h r a výchozí výšky pádu kladiva ho (12).
37

Zadání úlohy;
Proveďte stanoveni odrazové pružnosti zadaných vzorků pryže na elastoměru SCHOB
Pracovní postup:
Odrazová pružnost:
,= — .100 [%]
flo
(12)
Obr. 6.1 Přístroj SCHOB
(l - podstavec, 2 - rameno, 3 - kladivo na páce,
4 - ocelová kulička, 6 - podložka, 7 - západka. '
8 - ukazatel, 9 - stupnice)
1. Vyřízněte 3 ks zkušebních těles od každého druhu pryže (označení podle barvy pryže) z desky pryže.
2. Elastoměr SCHOB uložte na pevnou podložku do vodorovné polohy a kladivo zajistěte do výchozí polohy
stanovené označením na stupnici h=l (případně h=0,5).
3. Zkušební těleso pryže připevněte pružinou k podložce nárazníku kladiva přístroje, kladivo uvolněte a
nechtě volně dopadnout na zkušební těleso. Velikost odrazu kladiva se zaznamenává vlečnou ručičkou na
stupnici. Stupnice je cejchována tak, že vyjadřuje přímo hodnotu energie spotřebované na odraz kyvadla,
vyjádřené v %. Tato hodnota se nazývá odrazová pružnost f.,, (případně elastický' činitel), odečtěte přímo v
procentech na stupnici pro příslušné h.
4. Měření opakujte 3x pro každý druh pryže.
5. Výsledná hodnota odrazové pružnosti R s je aritmetický průměr zaznamenaných tří měření.
Pomůcky:
zkušební vzorky pryží, nůž nebo vykrajovač, elastoměr SCHOB.
V protokolu uveďte:
1. Druh zkoušené pryže.
2. Použitý' přístroj a pomůcky.
3. Postup měření.
4. Naměřené a vypočtené hodnoty (naměřené hodnot)' RS, aritmetický' průměr R s).
6.2 Zkouška tvrdosti dle SHORE - A ČSN 62 1431
Podstata zkoušky: Metoda se používá pro středně tvrdé pryže a je založena na měření odporu proti
vtlačování ocelového hrotu ve tvaru komolého kužele do povrchu zkoušené pryže. Tvrdost je nepřímo
úměrná vniku ocelového hrotu do zkoušeného materiálu a závisí na modulu pružnosti a viskoelastickém
stavu materiálu. Tloušťka zkušebního tělesa pryže musí být nejméně 6 mm. U tvrdoměru Shore-A je
vnikacím tělesem ocelový" kaleny a vyleštěný válcový čep průměru 1.27 mm, zakončený komolým kuželem o
vrcholovém úhlu 35° a s průměrem otupené části 0,79 mm. Zatížení na ocelový čep je provedeno pružinou,
která musí -vyvozovat sílu 0,549 N při 0,0 HSA a 8,06 N při 100 HSA.
Zadáni úlohy
Stanovte tvrdost pryže metodou Shore - A (HSA)
Pracovní postup:
1. Měření tvrdosti pryže proveďte na vzorcích dodaných vyučujícím.
2. Před měřením proveďte seřízení přístroje Shore-A na skleněné desce a etalonem pro 50 HSA, který je v
příslušenství přístroje (plochu přístroje s ocelovým hrotem přitlačte na měřený materiál a na stupnici
odečtěte tvrdost). Měření proveďte přístrojem analogovým i elektronickým digitálním.
3. Proveďte měření tvrdosti vzorků pryže. Tvrdost se odečítá ze stupnice po době 3 sekund.
4. U každého druhu pryže proveďte 3 měření. Výslednou hodnotou je aritmetický' průměr 3 naměřených
tvrdostí zaokrouhlený na celé číslo. Srovnejte výsledky měření obou přístrojů.
5. Rozhodněte zda se jedná o tvrdou nebo měkkou pryž podle rozmezí tvrdosti O až 100 HSA.
Pomůcky:
zkušební vzorky pryže, skleněná deska, etalon 50 HSA, analogový tvrdoměr Shore.- A, elektronický
digitální tvrdoměr HPE Shore - A.
V protokolu uveďte:
1. Druh zkoušené pryže.
2. Použitý přístroj a pomůcky.
3. Postup měření.
4. Naměřené hodnoty při kontrole přístroje.
5. Naměřené hodnoty tvrdosti pryže a aritmetické průměry.
6.3 Zkouška odolnosti pryže proti odírání ČSN 62 1466
Podstata zkoušky: Zkouška odolnosti pryže proti odírání spočívá ve stanovení vztahu mezi zjištěnou
objemovou ztrátou zkoušené směsi a objemovou ztrátou standardní směsi při přítlaku zkušebního tělesa na
odírací prostředky za stanovených podmínek. Odolnost proti odírání je měřítkem jakosti pryžových směsí.
popř. výrobků proti mechanickým účinkům vnějších vlivů působících na jejich celistvost.
Zadáni úlohv :
Stanovte odolnost pryže proti odírání
Pracovní postup:
Nejprve se zkouší standardní směs a pak zkoušená
směs. Vzhledem k obtížnosti míchání, hnětení a
vulkanizování standardní směsi a její uchování na
delší dobu. se zkouška se standardní směsí v
podmínkách našich laboratoří neprovádí a potřebná
hodnota k výpočtu je přímo dána vyučujícím.
Obr. 6.2 Přístroj AP Gi (l - válec s brusným plátnem,
2 - objímka se vzorkem, 3 - vodítko, 4 - lišta).
1. Proveďte na střihadle výrobu 3 kusů válcových zkušebních těles od každého typu pryže (dle dispozic).
2. Před zkouškou očistěte žíněným kartáčem odírací prostředí (smirkové plátno) od zbytků pryže po předešlé
zkoušce.
3. Před zkouškou proveďte zvážení zkušebních těles v mg.
39

4. Po vsunutí zkušebního tělesa do pouzdra přístroje APGi upravte vyčnívající část vzorku mikrometrickým
šroubem na 2 až 2,5 mm.
5. Spusťte stroj vypínačem, po proběhnutí předepsané dráhy (na válci průměru 150 mm s obalem
smirkového plátna je automatický posuv s celkovou odírací dráhou 40 m = 100 posuvů) vyjměte zkušební
těleso z pouzdra, očistěte štětcem a zvažte.
6. Všechna měření provádějte 3x. Měření provádějte postupně na jednom vzorku.
7. Proveďte výpočet průměrné odolnosti pryže proti odírání (vyšší číslo značí odolnější materiál):
kde:
S
V
Pomůcky:
A=—.lOO
V
objemový' úbytek standardní směsi [mg] (pro výpočet je stanovena hodnota 50 mg)
objemový úbytek zkoušené směsi [mg]
desky pryže a střihadlo, technické váhy a závaží, kartáč, štětec, brusné smirkové plátno, přístroj APGi
V protokolu uveďie:
1. Druh pryže.
2. Pracovní postup, pomůcky a přístroje.
3. Naměřené a vypočtené hodnoty.
4. Vypočtené průměrné hodnoty pro daný druh pryže.
7. Seminární úlohy
7.1 Výběr materiálu (seminární úloha I.)
Cíl úlohy: Cílem úlohy je seznámit studenty s postupem při volbě materiálu jednoduché součásti namáhané
ohybem a u vybraných polotovarů zadaných materiálů porovnat rozměr}', hmotnost a cenu.
Pro vybrané materiály a zvolené namáhání se vypočítají rozměry trubky a navrhne příslušný
polotovar. Cena za materiál se stanoví z vypočítané hmotnosti součásti a jednotkové ceny polotovaru.
Výběr vhodného materiálu lze provést dvěma způsoby :
1) Volíme jedno kritérium výběru. Pokud chceme součást co nejlehčí, je kritériem hmotnost, chceme - li
součást nejmenšího rozměru, je kritériem vnější průměr trubky, chceme - li součást nejlevnější, je kritériem
cena polotovaru potřebného pro součást.
2) Chceme - li při výběru zohlednit více kritérií, musíme vypočítané rozměry, hmotnosti a ceny převést na
číselné řady. Každou vypočítanou hodnotu nahradíme číslem číselné řady. Toto číslo vyjadřuje zvýšení dané
hodnoty vzhledem k nejnižší hodnotě podle stejného kritéria. Nejnižší hodnota je považována za etalonovou
a při vyjádření v % jí přísluší číslo 100.
40
(13)
Číslo n-tého členu řady určíme :
kde:
B
H,
£J
C„= .100
Hi
hodnota n-tého člena řady
nejnižší hodnota v určitém kritériu
Do výpočtu zahrneme rozdílnou významnost kritérií a to tak, že každý člen číselné řady, určený dle vztahu
(14), vynásobíme koeficientem významnosti kritéria K. Vypočítané hodnoty zaznamenáme do tabulky, v
prvním sloupci seřadíme zadané materiály a jim přiřadíme čísla z číselných řad vynásobená koeficientem K.
U každého materiálu tato čísla sečteme. Pořadí výhodnosti sestavujeme od nejnižší hodnoty.
Na vysvětlení je uveden příklad :
Kritérium rozměru
Materiál
A
0D
[mm]
40
čís. řada
CD 100
CD.K K=3
CKD 300
B 60 150 450
C 70 175 525
D 90 225 675
Zadání úlohy:
ČÁST A - Výpočet podle průměru trubky
. hmot.
M
[kg]
40
20
50
30
Kritérium hmotnosti
čís. řada
C M
200
100
250
150
CM.K
K=5
CKM
1000
500
1250
750
Součet
CKo+CK^
1 300
950
1 775
1425
(14)
Pořadí
výhodnosti
2
1
4
3
AI) Pro materiály zadané z tab. 7.1, zatížení a délku nosníku zadané podle tab. 7.2 a spočítejte
potřebný průměr trubky a vyberte vhodné polotovar}'.
kde.-
F
i
W,

in
P
hmotnost [kg]
hustota [g.cm" 3
]
A3) Vypočítejte ceny pro zadané materiály podle vzorce:
kde:
C
c
C=m.c (19)
cena materiálu [Kč]
cena materiálu [Kč.kg" 1
] (tab. 7.1)
A4) Seřaďte zadané materiály podle výhodností na základě porovnání:
• rozměrů (průměr trubky),
• hmotnosti,
• ceny
AS) Proveďte vícekriteriální porovnání zadaných materiálů podle bodu 2 v úvodu úlohy (str. 40).
ČÁST B - Vvpočet podle dovoleného průhvbu
Bl) Pro zadané hodnoty z tab. 7.2 vypočítejte průhyb nosníku (rozměry byly určeny v části A) pro
materiál ocel 17 240 podle vzorce:
F./ 3
• y ~48.£.J
kde:
>
E
J
pro mezikruží:
průhyb nosníku [mm]
modul pružnosti [MPa]
kvadratický' moment [mm 4
]
B2) Dovolený průhyb nosníku se určí:
yo = 0,8. j-
kde:
>
průhyb vypočítaný v bodě B l [mm]
B3) Určete rozměry nosníků výpočtem ze vzorců (20) a (21) pro 6 materiálů uvedených v tab. 7.1 pro
vypočítaný dovolený průhyb y D .
B4) Dále postupujte v souladu s částí A:
• výpočet objemu a hmotnosti podle A2
• výpočet ceny podle A3
• seřazení výhodnosti uvažovaných materiálů podle A4
• vícekriteriální porovnání podle A5
42
(20)
(21)
(22)
I
^
ĎJ
Í
>O
S
Rozměr}
ta O
1 8
>
S CU
a NOJ
JD
J 1
«f
sí JEL
3 "^
a CL ^£
IÍ
-£- u
w •
~ Q
'i C
'= Q.
CL »ž
3 Uj
O
E
| '**
3 S
N ' — '
Materiál !
í> í^ ^
sflš"
. f^í ' '
Koo
OJ f^l
~-~
O
S
o"
II
6
m
a
(N
fN
(N
(N
fO
2 S
o o
r^ o
*— i CN
m

-y
J
F
*
H
fa? yfo\a
,
Tab. 7.2 Zadání úlohv - výběr materiálu
Pořadové
číslo
1
2
3
4
5
6
7
g
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Zatěžovací
síla
F[kN]
2
4
6
9
12
15
20
24
28
32
36
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Délka
nosníku
1 [mm]
800
840
880
920
950
1000
1040
1080
1140
1200
1240
1300
1350
1400
1460
1500
1550
1600
1660
1700
1740
1800
1900
2000
kritérium
rozměru
2
2
2
4
4
4
4
6
5
5
5
5
3
3
3
3
3
3
1
1
1
1
6
6
7.2 Zkoušky koroze materiálů (seminární úloha n.)
Obr. 7.1 Symboly rozměrů trubky
Významnost kritérií K
kritérium
hmotnosti
6
4
2
2
4
5
1
2
3
2
4
1
3
1
4
5
2
6
3
4
6
5
1
3
kritérium
cenv
6
4
2
2
4
5
1
2
2
3
1
4
4
6
3
2
5
1
6
5
3
4
3
1
Cil úlohy: Koroze materiálů je znehodnocení materiálů kovových i nekovových působením vnějšího
prostředí kapalného nebo plynného. Účinek koroze závisí na agresivitě prostředí. Korozní zkoušky zrychlené
(v modelovém laboratorním prostředí) a provozní (prototypové) stanoví stupeň korozní odolnosti zvoleného
materiálu, případně výběr materiálu při srovnávacích zkouškách koroze.
Korozní odolnost materiálu je vyhodnocována změnou hmotnosti zkušebních vzorků a změnou
mechanických vlastností. Současně je hodnocen povrch materiálu vizuální metodou.
44
Tadáni úloh :
A) Vyhodnoťte korozní zkoušku šedé litiny na základě hmotnostních změn ze souboru exponovaných
vzorků v atmosférickém průmyslovém prostředí.
Postůj):
1) Hodnoty hmotnosti vzorků šedé litiny (oceli) před zkouškou m„ a po zkoušce m t jsou zpracovány v
tabulce, která bude předána vyučujícím. Celková doba expozice vzorků činila 720 dnů při pěti odběrech v
intervalech 48 dnů, 96 dnů, 192 dnů, 384 dnů, 720 dnů. V každém odběru jsou hodnoceny 4 vzorky, každý o
ploše S = 0,0116 m 2 .
2) Vyhodnoťte změny vlastností pro každý odběr:
změna hmotnosti A m = m 0 - mt
Am
měrný korozní úbytek K — o
korozní rvchlost
K
[g]
[g.nV 2 ]
3) Vypočtené hodnoty zpracujte graficky: K = f(t), v k = f(t).
4) Vyhodnoťte průběh koroze.
B) Stanovte stupeň prorezavění ochranných povlaků.
[g.m- 2 .den-']
Stupeň prorezavění je dílčím hodnocením ochranné účinnosti povlaků na oceli a je to poměr
porušené plochy povlaku (body a skvrny výrazně ohraničené) k celkové hodnocené ploše a je vyjádřen v %.
• metoda A (srovnávací): hodnocený povrch se porovnává s obrazy uvedenými v ČSN 03 8151 a zařadí se
do odpovídající skupiny (AI až A7 ) podle tabulky.
• metoda B (lineárně integrační): hodnocený povrch se protne skutečnými nebo myšlenými rovnoběžkami
(fólie), hodnocení na délkách úseček procentem pokryté rzí.
• metoda C (čtvercové sítě): vyhodnocení povrchu pomocí fólie se sítí čtverců, výsledkem je procento
čtverců s korozními body.
C) Stanovte lesk nátěrů vizuální metodou.
Lesk nátěru je jako optická vlastnost povrchu materiálu jednou z kvalitativních vlastností nátěrů a
projevuje se pravidelným odrazem světelných paprsků. Při stanovení lesku nátěru se hodnotí ostrost nátěru
(zrcadlení) pozorovaného světlého objektu pod úhlem 45°.
Hodnocení lesku: zrcadlový', lesklý, pololesklý, polomatný, matný (dle ČSN 67 3063).
7.3 Slitiny železa a jejich tepelné zpracování (seminární úloha m.)
Cíl úlohv: Znalost o sortimentu a vlastnostech vyráběných slitin železa a zvyšování jejich jakosti tepelným
zpracováním, jsou předpokladem správné volby materiálů pro konkrétní použití.
45
(23)
(24)
(25)

Zadání úloh:
1. Napište druh, použití a číselnou značku oceli:
A) třídy 14 - nežíhané, chem. složení: C 0,5-0,6% Mn 0,7-1,0% Cr 0,3-0,5%
B) třídy 14 - žíhané na měkko, chem. složení: C 0,9-1,1% Mn 0,9-1,2% Cr 0,8-1,2%
C) třídy 14 - žíhané na měkko, chem. složení: C 0,14-0,19% Mn 1,1-1,4% Cr 0,8-1,1%
D) třídy 15 - zušlechtěné, chem. složení: C 0,35-0,42% AI 0,7-1,1% Mo 0,15-0,25% Cr 1,35-1,65%
E) třídy 16 - žíhané na měkko, chem. složení: C 0,14-0,19% Ni 1,3-1,6% Cr 0,8-1,1%
2. Vysvětlete číselné označení a druh oceli a k jakému účelu se tato ocel využívá:
A) 12 010, B) 12 020, C) 12 050, D) 13 240, E) 13 270
3. Popište postup výroby, hlavní prvky a metalografickou strukturu a číselné označení:
A) šedé litiny, min R m = 294 MPa; B) šedé litiny, min R„ = 360 MPa;
C) tvárné litiny, min R„ = 500 MPa; D) bílé litiny, min R m = 520 MPa;
E) bílé litiny, min R„ = 720 MPa
4. Pro ocelovou kliku (viz náčrt a popis na obr. 7.2) navrhněte podrobný postup tepelného zpracování.
Výkovek je již v kovárně částečně tepelně zpracovaný. V obrobně se obrobí na rozměr)' s přídavkem
před následujícím zušlechtěním na tvrdost 40 HRC a R m = 700-900 MPa. Materiál je ocel:
A) 16 240, B) 15 260, C) 16 440, D) 12 050, E) 12 060
Postup:
330
hmotnost l kliky je 5.4 kg
vsázka do kalicí pece 21 kusů klik
kalit a popouštět na požadovanou tvrdost 40 HRC
kontrola tvrdoměrem
Obr. 7.2 Výkovek ocelové kliky
a) určete chemické složení a pojmenování oceli ze značky oceli
b) stanovte jaké tepelné zpracování bylo provedeno v kovárně a proč ?
c) navrhněte vhodné uspořádání součástí v elektrické (plynové) peci - celé vsázky
d) navrhněte kalicí teplotu T k . stanovte dobu ohřevu t„ k . výdrže na kalicí teplotě t vk a celkový čas t ck
e) stanovte nutný příkon pece P p pro ohřátí vsázky podle hmotnosti a bodu d (účinnost ohřevu 80%,
spotřeba elektrické energie W 5 = 0,16 kWh/kg)
f) navrhněte kalicí prostředí
g) navrhněte popouštěcí teplotu T p , dobu ohřevu t op a výdrže t, p na popouštěcí teplotě
h) vyznačte postup kalení a popouštění v diagramu teplota - čas s vyznačením A c i případně A^ (viz příklad
na obr. 7.3)
ch) navrhněte způsob kontroly
i) na základě předchozích bodů vypracujte postup tepelného zpracování kliky v tabulce.
46
Pomocné údaje:
- materiálové normy
- ad d) ^ = 40 min, t vk = 10 min
pro slitinové oceli zvyšujeme tyto hodnoty o 35%
- ad g) t^ = 25 min, tvp = 15 min
pro slitinové oceli zvyšujeme tyto hodnoty o 35%
5. Pro 2 ks čepů z oceli 12 010 obrobených na přesný rozměr průměru 20 x 100 mm navrhněte
podrobný postup chemicko - tepelného zpracování "cementováním" na vrstvu 0,5 mm. Finální
výrobek musí splňovat požadovanou tvrdost vrstvy 50 HRA.
Postup:
a) určete pojmenování oceli a chem. složení
b) navrhněte případné tepelné zpracování před cementováním
c) navrhněte vhodné uspořádání součástí včetně kontrolních tyčí v peci
d) navrhněte cementační prostředí
e) navrhněte cementační teplotu T c , stanovte dobu ohřevu t oc , výdrž na teplotě t vc a celkový čas t c .
(hmotnost čepu 0,5 kg. přípravky 2 kg, účinnost ohřevu 50 %).
f) navrhněte postup při průběžné kontrole cementace
g) navrhněte postup kalení na jádro a na vrstvu, stanovte kalicí teploty T k i a T^ a doby ohřevu t„ k , výdrže t vk
a celkový čas kalení t ck
li) navrhněte kontrolu po kalení
cli) navrhněte teplotu T p pro popouštění za nízké teploty, dobu ohřevu t

7.4 Vyhodnocení tloušťky nekovových povlaků (seminární úloha IV)
*
Cíl úlohy: Zkoušky jsou zaměřeny na nedestruktivní měření tloušťky nekovových a nemagnetických povlaků
povrchové ochrany kovových materiálů a tloušťky polymerních fólií. Měření jsou založena na principu
změny elektrického odporu, magnetismu a indukce.
Změřte tloušťku nekovového povlaku na vzorku ocelového plechu přístroji:
A) Somet V4 - 072 (obr. 7.4)
B) Tesla 641 (obr. 7.5)
C) DUO-CHECK "S" (obr. 7.6)
Postup:
a) proveďte měření tloušťky povlaku na 5 místech a vypočítejte průměrnou hodnotu
b) vyhodnoťte náročnost měření a spolehlivost výsledků z měření jednotlivými přístroji
c) vyhodnoťte kvalitu povlaků z hlediska povrchových defektů a rovnoměrnosti tloušťky povlaků
d) při měření postupujte podle návodů k přístrojům v laboratoři. V tomto textuje stručný přehled.
Obr. 7.4 Jehlový tloušťkoměr Somet V4 - 072
Obr. 7.5 Magnetický tloušťkoměr Tesla 64] (l - tlačítko, 2 - aretační matice, 3 - točítko, 4 - ukazatel.
5 - průzor, 6 - pouzdro magnetu, 7 - krytka, 8 - ústí, 9 - pólový nástavec)
Jehlový indikátor tloušťky nátěrů a plastových povlaků Somet V4 - 072 (obr. 7.4) je založen na
principu propíchnutí nekovové vrstvy až na podkladový kovový materiál měřicí jehlou otáčením
mikrometrického šroubu v centrální části měřícího přístroje. Dosažení povrchu podkladu indikuje
mikroampérmetr. Tloušťka nekovové vrstvy je pak dána rozdílem hodnot odečtených na mikrometru při
dosažení povrchu nátěru (indikace pomocí hliníkové fólie 0,01 mm) a podkladového materiálu. Přístroj
musí mít v dobrém stavu NiCd akumulátor 1.5 V a měření je spolehlivé v rozsahu 0,02 mm až 3 mm a to
především na rovinných plochách.
Magnetický tloušťkoměr Tesla 641 (obr. 7.5) je kapesní přístroj tužkového provedení určený k
nedestruktivnímu měření tloušťky nemagnetických povlaků na feromagnetické oceli a tloušťky polymerních
fólií. Tloušťka povlaku nebo fólie odpovídá výchylce měrné pružiny indikované na stupnici (50-ti dílková
stupnice) v okamžiku odtržení permanentního magnetu na principu kompenzace jeho přitažlivé síly k
4í
feromagnetickému podkladu silou cejchované měrné pružiny. K. přístroji je přiložen též cejchovací graf s
křivkou převodu naměřených dílků na mikrometr)' tloušťky v rozsahu 10 až l 000 //m.
Moderní přístroj DUO-CHECK „S" (obr. 7.6) umožňuje vhodnou volbou měřicí sondy měřit
tloušťky nekovových povlaků na feritických (magnetickou indukcí) i neferitických podkladech (vířivými
proudy). Přístroj je připraven k měření po vynulování a provedení základní kalibrace pomocí přiložených
měřicích plastových fólií. Naměřené hodnoty jsou ukládány do zvolených aplikačních pamětí, v každé
aplikační paměti může být uloženo a statisticky vyhodnoceno až 2 000 údajů (čtení). Statistické
vyhodnocení se vždy vztahuje k vybrané aplikační paměti. Při vypnutí přístroje zůstávají kalibrace i
jednotlivá čtení zachovány v paměti, tzn., že jsou použitelné kdykoliv po opětném zapnutí přístroje.
indikace stavu baterie Konektor pro měficl sondu
indikace
statistického
vyhodnocení
indikace
základního
materiálu
(závisející n
měřicí sondě)
vyvoláni
statistického
výpočtu
výstup pro
interface
a tiskárnu
tlačítko QN/DFF
(zap./vyp. )
vymazání všech
ulož.záznamů
(stisk. 3 sec.)
8 Formuláře pro vypracování laboratorních úloh
Konektor pro interface
RS 232 C
ednotka měřeni / ,
volitelné .um nebo 355;
tisíciny palce)
- zapínání statistiky
- volba použité paměti(Al-A4)
současně stisk.tlač. CAL
- zapnuti InterlacE
pro tiskárnu
- výstup pro individuální
odečítání údajů
vybraných pamětí
>- - nastavení nuly
- mazání naposled uloženého
odečtu
automatické kalibrace
bez měřicí folie
(jednobodová kalibrace)
kalibrace s měřicí fólií
(dvoubodová kalibrace)
Tyto formuláře jsou předepsány pro jednotný zápis naměřených a vypočtených hodnot při
laboratorním měření. Formuláře tak zvýší kvalitu zpracováni laboratorních úloh a urychlí průběh výuky
laboratorního cvičení
49

STATICKÁ ZKOUŠKA TAHEM
příjmení, jméno, studijní skupina
zkušební tyč z konstrukční oceli třídy 11, značka: 11 ...
materiál tvářen za: studena - tepla
rozměry zkušební tyče
před zkouškou
d„ [mm] S 0 [mm 2 ] L 0 [mm]
F e(F pO,2) F m R=(RpO,2)
[N] [N] [MPa]
dílek
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
délka dílku [mm
před zkouškou
5,00
0 1 2 3 4 5 6 7
dílky
© M.B.
po zkoušce
10
po zkoušce
d u [mm]
R-m
[MPa]
souřadnice rysek
[mm]
100
90
80
70
60
50 [%]
40
30
20
10
O
50
S„ [mm 2 ] L„ [mm]
A Z
[%] [%]
tažnost dílku
[%]
MĚŘENÍ TVRDOSTI
l. Zkouška tvrdosti podle Brinella
označení zkušebního vzorku: HB ....
průměr vtisku [mm] aritmetický průměr
měření
vtisku [mm]
d, d2 d
1.
2.
3.'
2. Zkouška tvrdosti podle Rockwella
označení zkušebního vzorku: HRC ....
měření tvrdost
průměrná tvrdost
1.
2.
i.
->
HRC
HRC
3. Zkouška tvrdosti podle Vickerse
označení zkušebního vzorku: HV ....
úhlopříčka vtisku aritmeticky- průměr
měření [mm] délek úhlopříček [mm]
d, d2 d
1.
•")
3.
4. Zkouška rázem v ohybu
příjmení, jméno, studijní skupina
tvrdost
HBW
tvrdost
tvar vrubu: U V
výška zkušební tyče v místě vrubu: h = [mm]
plocha příčného průřezu zkušební tyče v místě vrubu před zkouškou:
S0 = [cm
nárazová práce: K = [J]
vrubová houževnatost: KČ =
2 ]
[J.cnť 2 ]
© M.B.
51
HV
prumema
tvrdost
HBW
průměrná
tvrdost
HV

SESTROJENÍ ROVNOVÁŽNÉHO DIAGRAMU
příjmení, jméno, studijní skupina
čas t teplota T část teplota T čas t teplota T čas t teplota T čas t teplota T
©M.B.
52
ZKOUŠKA PROKALITELNOSTI OCELI
vzdálenost od
kaleného čela
[mm]
1,5
3
5
7
9
11
13
15
20
25
30
35
40
tvrdost
HRC
příjmení, jméno, studijní skupina
70
65
60
55
50
45 HRC
40
35
30
25
20
O 5 10 15 20 25 30 35
vzdálenost od kaleného čela [mm]
materiál vzorků
kalicí teplota [°C]
doba ohřevu vzorku [min]
53

KALENI A POPOUŠTĚNI OCELI
materiál vzorků
kalicí teplota [°C]
doba ohřevu vzorku před kalením [min]
1
2
3
4
©M.B.
vzorek
175 °C
250 °C
350 °C
500 °C
O 100 200 300 400 500
popouštěcí teplota [°C]
tvrdost
po zakalení po popuštění
54
příjmení, jméno, studijní skupina
ZKOUŠENÍ PRYŽE
l. Odrazová pružnost pryže - pro H = 0,5
druh
pryže
červená
černá 0
hnědá
černá D
druh
pryže
červená
černá 0
hnědá
černá D
odrazová
měření 1 měření 2
Družnost R s
měření 3
- pro H = l
odrazová jDružnost
RS
měření 1 měření 2 měření 3
2. Zkouška tvrdosti dle SHORE - A
druh
pryže
červená
černá 0
hnědá
černá D
%1
R s průměrná
%]
RS průměrná
tvrdost Shore - A (HSA)
měření 1 měření 2 měření 3 HSA průměrná
3. Zkouška odolnosti pryže proti odíránf
druh
pryže
červená
černá 0
hnědá
černá D
příjmení, jméno, studijní skupina
hmotnost [mg]
před zkouškou po I . broušení po 2. broušení po 3. broušení
objemové úbytky V [mg] a odolnost pryže proti odírání A [%]
druh po 1 . broušení po 2. broušení po 3 . broušení A průměrná
pryže
červená
černá 0
hnědá
černá D
V, A, V2 A2 V, A
© M.B.
55

ZKOUŠENÍ PLASTŮ
l. Ohybová zkouška plastů
druh
plastu
PMMA
PP houževnatý
PP
PS
PC
PPO
naměřené hodnoty
b [mm] h [mm] M 0 [N.m]
2. Rázová (vrubová) zkouška plastů
druh
plastu
PMMA
PP houževnatý
PP
PS
PC
PPO
naměřené hodnoty
b [cm] h (h k) [cm] A„ (A k) [J]
56
příjmení, jméno, studijní skupina
vypočítané hodnoty
W 0 [mm 3 ] a Po [MPa]
vypočítané hodnoty
an (ak ) [J.cm" 2
]
Otázky ke zkoušce z předmětu NAUKA O MATERIÁLU
Skupina A - Kovově soustavy
1. Krystalová mřížka a její poruchy, krystalové soustavy
2. Vnitřní stavba slitin, krystalizace. překrystalizace
3. Binární rovnovážné diagramy
4. Zkoumání makrostruktury
5. Zkoumání mikrostruktury
6. Překrystalizace čistého železa
7. Rovnovážné diagramy Fe-C
8. Rozdělení železných slitin a účel přídavných prvků
9. Diagram IRA
10. Diagram ARA
11. Rozdělení tepelného zpracování
12. Žíhání
13. Objemové kalení, způsoby, účel a kalicí prostředí
14. Kalení martenzitické a bainitické
15. Povrchové kalení
16. Tepelné zpracování litin
17. Chemicko - tepelné zpracování
18. Tepelně mechanické zpracování
19. Konstrukční oceli, rozdělení, charakteristika
20. Oceli korozivzdorné a nástrojové
21. Šedá a tvárná litina
22. Litina bílá, temperovaná, ocel na odlitky
23. Hliník a jeho slitiny
24. Měď a titan a jejich slitiny
25. Slinuté kovy
Skupina B - zkoušení materiálů a nekovově materiály
1. Fyzikální vlastnosti materiálů
2. Zkouška tahem
3. Zkoušky tvrdosti
4. Zkouška rázová a únavová
5. Koroze materiálů a ochrana proti korozi
6. Polymery (rozdělení, struktura, polymerační stupen)
7. Viskoelastické deformační chování polymerů
8. Teplotní závislost chování polymerů, degradace
9. Plasty (rozdělení, přísady, vlastnosti)
10. Odolnost plastů (degradace, korozní zkoušky)
11. Kaučuky a pryže
12. Kompozity (struktura, rozdělení)
13. Přenos zatížení v kompozitech
14. Konstrukční keramika
15. Recyklace technických materiálů
Při zkoušce je vždy l otázka ze skupiny A a l otázka ze skupiny B
Otázky jsou platné pro rok 2003 - případné změny oznámí vyučující
57

OBSAH Strana
Předmluva 3
l Mechanické zkoušky kovových materiálů 4
1.1 Statická zkouška tahem 6
1.2 Zkouška tvrdosti dle BRINELLA 7
1.3 Zkouška tvrdosti dle VICKERSE 8
1.4 Zkouška tvrdosti dle ROCKWELLA 9
1 .5 Zkouška tvrdosti Poldi kladívkem 11
1.6 Zkouška mikrotvrdosti 12
1.7 Zkouška rázem v ohybu 15
1.8 Zkoušky únavový kovů 17
2 Metalografické zkoumání struktur 19
2.1 Makroskopické zkoušky 19
2.2 Mikroskopické zkoušky 20
3 Stanovení teplot fázových přeměn koví a slitin 23
3.1 Sestrojení rovnovážného diagramu 23
4 Tepelné zpracování kovových materiálů 25
4.1 Rekrystalizace kovů po tváření 26
4.2 Kalení a popouštění oceli 28
4.3 Kalicí účinek ochlazovacího prostředí 29
4.3 Zkouška prokalitelnosti oceli (Jomminyho zkouška) 31
5 Mechanické zkoušky plastů 33
5.1 Ohybová zkouška plastů 34
5.2 Rázová zkouška plastů 36
6 Zkoušky vlastností pryže 37
6.1 Odrazová pružnost pryže 37
6.2 Zkouška tvrdosti dle SHORE - A 38
6.3 Zkouška odolnosti pryže proti odírání 39
7 Seminární úlohy 40
7.1 Výběr materiálu (seminární úloha I.) 40
7.2 Zkoušky koroze materiálů (seminární úloha II.) 44
7.3 Slitiny železa a jejich tepelné zpracování (seminární úloha ni.) 45
7.4 Vyhodnocení tloušťky nekovových povlaků (seminární úloha IV.) 48
8 Formuláře pro vypracování laboratorních úloh 49
(zpracoval Doc. Ing. Milan Brožek. CSc.)
Otázky ke zkoušce z předmětu Nauka o materiálu 57
Obsah 58
5 S