"Mezi niklové slitiny můžeme zařadit velkou škálu materiálů s velmi rozdílnými vlastnostmi. Většinou je rozdělujeme na slitiny konstrukční, niklové slitiny se zvláštními vlastnostmi a slitiny žáruvzdorné a žárupevné. Využití těchto slitin je velmi široké a to i přesto, že patří mezi drahé konstrukční materiály. Tyto slitiny se často legují velmi drahými materiály, například wolframem, kobaltem, vanadem, titanem atd. Jejich vlastnosti jsou výjimečné. Dokáží odolávat velmi vysokým teplotám a zatížení a mohou pracovat i ve velmi agresivním prostředí, jako je například mořská voda.
Díky výborným vlastnostem se škála použití niklových slitin neustále zvětšuje. Je důležité sledovat hlavně mikrostrukturu a její vliv na vlastnosti jednotlivých materiálů. Tato práce se zaměřuje na slitinu Monel alloy K 500 a jeho mikrostrukturu.

1.1.Nikl a jeho slitiny
Nikl je těžký feromagnetický, dobře kujný a tažný kov bílé barvy. Díky volným valenčním elektronům je dobrým vodičem tepla i elektřiny. Je odolný proti korozi tím, že se potáhne tenkou pasivační vrstvou na povrchu a zabrání tak dalšímu šíření koroze. Je odolný vůči zásadám, ale málo odolný vůči kyselinám. Další vlastnosti niklu jsou zobrazeny v tabulce 1. Jemně rozptýlený nikl je na vzduchu samozápalný. Čistý nikl je pro člověka toxický – můžeme napsat, že je karcinogenní, mutagenní, teratogenní a alergenní. V přírodě se vyskytuje poměrně hojně ve formě rudy [1,2,3].

Sloupec1 Sloupec2
Relativní atomová hmotnost 58,71 g / mol
Struktura KPC
Mřížková konstanta 0,35168nm
Hustota 8 908 kg /m3
Teplota tavení 1453 oC
Skupenské teplo tání 309kJ/kg
Elektrický odpor 6,844 µΩ.cm (20o)
Teplota Curieho bodu 357oC
Tab.1. fyzikální vlastnosti niklu [3].

Postup výroby závisí na typu použité rudy, jde o poměrně složitý proces. Výsledkem je NiO, které se v konečné fázi redukuje na nikl pomocí koksu. Pokud potřebujeme čistý nikl, musíme ještě dále pročistit pomocí elektrolýzy. Nikl se používá k pokovování a výrobě chemického nádobí – díky svým dobrým korozním vlastnostem, k legování ocelí a na výrobu slitin, které mají výborné vlastnosti. V elektrotechnice se nikl uplatňuje pro výrobu baterií, termočlánků atd. [1,2].
1.2.Slitiny niklu
Slitiny na bázi niklu jsou velmi žádané, protože jsou schopné odolávat i těm nejtěžším pracovním podmínkám, proto se používají na výrobu zařízení, které jsou v provozu vystavovány vysokým teplotám a zatížení. Tyto zařízení musí být navíc odolné proti korozi i v agresivním prostředí jako je např. mořská voda atd. Nejčastěji se používají slitiny na bázi Ni-Cu, Ni-Fe, Ni-Cr, Ni-Mo nebo Ni-Co [4].
Rozdělení slitin niklu:
• Technický nikl a nízkolegovaný nikl
• Ni-Cu slitiny
• Ni-Mo slitiny
• Ni-Cr slitiny
• Slitiny se zvláštními vlastnostmi
• Niklové superslitina
Výborné vlastnosti niklových slitin se odvíjejí od složení jejich vnitřní struktury a jejich chemického složení. Každá z legur má ve slitině svůj význam. Cr a Al zajišťují výbornou korozní odolnost slitiny. Al a Ti jsou základem pro tvorbu vytvrzující fáze Ni3Al nebo Ni3Ti. Kobalt zamezuje tvorbu karbidů na hranicích zrn atd. V tabulce 2 jsou vypsány nejčastější legující prvky vyskytující se v niklových slitinách a jejich vliv na vlastnosti slitiny [3,5].

Sloupec1 Sloupec2
Struktura Prvky
Substituční zpevnění matrice Co, Cr, Mo, Fe, W, Ta
Tvorba koherentních precipitátů Al, Ti, Nb
Tvorba karbidů W, Ta, Ti, Mo, Nb, Cr
Tvorba karbidonitridů Ti, Zr, Hf, Nb
Tvorba nežádoucích fází Cr, Mo, W, Fe, Nb, Co
Korozní odolnost Al,Ta, Cr
Zlepšení vysokoteplotní korozní odolnosti La, Th
Zpevnění hranic zrn B, Zr, Hf, C
Tab.2 Vliv jednotlivých prvků na vlastnosti niklových slitin [5]
Niklové slitiny jsou zpevňovány substitučně, nebo precipitačně. Precipitační zpevnění má daleko větší význam pro využití niklových slitin. Nejdůležitější prvky pro tvorbu precipitátů jsou Al a Ti, které s niklem tvoří fáze typu Ni3Al a Ni3Ti. Výhodou je, že jsou tyto fáze stabilní, i za vysokých teplot. Někdy můžeme titan a hliník nahradit jinými prvky např. Ta, Nb nebo V. [6,7]
Kromě prvků, které jsou ve slitině žádoucí a zlepšují její vlastnosti, se mohou vyskytnout i prvky, které naopak mají škodlivý vliv. Do slitiny se mohou dostat z výchozích surovin nebo při výrobě během technologických postupů. [6]
Škodlivé prvky:
O, He, H, N, Ar – zbytkové plyny
P, S nemetalické nečistoty
Pb, Bi, Sb, Se, Ag, Cu, Te- metalické nečistoty
Nejškodlivějšími prvky jsou S, O a N. Nežádoucí účinky síry a kyslíku můžeme potlačit technologickými opatřeními, mikrolegurami nebo rafinačními prvky. Dusík, který má na svědomí defekty při odlévání, je velmi těžko odstranitelný, avšak je nutné jeho účinky potlačit. [6]

1.3.Monely
V této práci se zabýváme slitinou typu Monel. Jde o slitinu, kde se jako hlavní legující prvek používá měď, a to kolem 27-34%. Měď a nikl jsou vzájemně plně rozpustné, díky tomu tvoří binární jednofázovou slitinu (obr.1). To znamená, že nevznikají sekundární fáze a slitina je v celém svém objemu tvořena pouze jednou fází, tedy tuhým roztokem mědi v niklu nebo obráceně. Díky tomuto typu struktury je tato slitina velmi odolná proti korozi a dá se dobře tvářet za studena [6,7].


Obr.1. Rovnovážný fázový diagram binárního systému Cu-Ni s dokonalou rozpustností v tuhém stavu [3].
Kromě základních dvou prvků slitiny, niklu a mědi se zde mohou vyskytovat i další prvky a to jak ty žádoucí, které zlepšují vlastnosti, ale i ty nežádoucí, kterých se chceme co nejvíce zbavit. Mezi základní prvky patří zejména železo, uhlík, mangan a křemík. Dalším legujícím prvkem může být hliník. Slitiny s obsahem hliníku jsou vytvrditelné a jejich pevnost dosahuje až 1400 MPa. Nežádoucím prvkem je síra, která se vyskytuje na hranicích zrna a zmenšuje mechanickou odolnost slitiny[6].
Pro průmyslové využití se nejčastěji používají tři typy monelů a to Monel -400, Monel R-400 a Monel K-500. Tyto slitiny se nejčastěji používají pro loďařský průmysl, na zařízení pro výrobu chemikálií, plechy, trubky, čerpadla, hřídele atd."

VŠB-TU Ostrava

PRÁCE BYLA UVOLNĚNA BEZ NÁROKU NA HONORÁŘ