Tahák

ací jsou dislokace v jiných skluzových rovinách, tzv. „dislokace lesa“. Proto během plastické deformace pozorujeme kladnou hodnotu směrnice křivky  = f(), tzv. koeficient zpevnění.
Různé způsoby strojního tváření za studena: a) válcování, b) kování, c) tažení, d) protlačování, e) hluboké tažení, f) tváření tažením, g) ohýbání.
5.3. Příměsové zpevnění.
Vzájemným slitím dvou měkkých kovů, tj. mědi (44 HB) a cínu (4 HB) lze získat mnohem tvrdší slitinu, zvanou bronz (360 HB). Zde je HB tvrdost podle Brinella. V okolí větších, nebo menších atomů vzniká velké napěťové pole a oblastí, v níž jsou taková pole rozmístěna, se dislokace obtížněji „prodírají“). Pokud jsou poloměry obou druhů atomů přibližně stejné, je vliv atomů příměsí nepříliš velký. Je-li rozdíl poloměrů atomů příměsí a atomů základního prvku větší, je vliv atomů příměsí na mez plasticity slitiny mnohem zásadnější.
Závěrem odstavce shrňme kvalitativně vše, co známe o vlivu atomů příměsí na vlastnosti slitin:
Mez plasticity, zpevnění a tvrdost slitiny je větší, než pro čistý kov, jeden, nebo druhý).
U většiny slitin je jejich tažnost menší, než tažnost čistého kovu
Elektrická vodivost slitiny je mnohem nižší, než vodivost čistého kovu
5.4. Precipitační zpevnění.
V případě omezené, nebo nulové rozpustnosti vznikají v materiálu matrice tzv. vměstky, neboli precipitáty. Jsou to tzv. částice druhé fáze, které mají často zcela odlišné fyzikální a chemické vlastnosti a krystalickou strukturu.
Obr,5.9. Nekoherentní a) a koherentní precipitát b).
Z obrázku je na první pohled jasné, že oba druhy precipitátů jsou značnou a většinou nepřekonatelnou překážkou pro pohyb dislokací. Typickým materiálem, ve kterém se vyskytují precipitáty různého složení i různého tvaru je ocel, což je slitina železa a uhlíku.
Tepelným zpracováním můžeme změnit tvar precipitátů a tím i mechanické vlastnosti oceli v širokém intervalu hodnot.
5.6. Zpevnění pomocí hranic zrn.
Hranice zrn jsou jako plošné poruchy složeny buď z dislokací (maloúhlové hranice), nebo z tenké téměř amorfní vrstvičky (velkoúhlové hranice) a již na první pohled jsou značnou překážkou pro pohyb dislokací.
Velikost a tvar zrn se během deformování mění, přičemž se tvar jednoho zrna přizpůsobuje tvaru zrn sousedních. V tom případě hraje velký význam mechanismus difúze atomů, silně ovlivňovaný teplotou deformovaného materiálu.

6. Mechanické vlastnosti kovů.
Kovy jsou již po několik století nejvýznamnějšími konstrukčními materiály ve strojírenství a stavebnictví.
6.1. Pružné (elastické) vlastnosti kovů.
Jestliže namáhané těleso zaujme po odtížení svůj původní tvar, potom říkáme, že jsme nepřekročili oblast pružné (nebo též elastické) deformace. Z technického hlediska lze pružnou deformaci uskutečnit několika způsoby:
deformací v tahu (tlaku),
deformací ve smyku ,
všestrannou deformací (v tlaku),
deformací v torzi – ta se dá převést na deformaci ve smyku.
6.1.1. Deformace v tahu, nebo tlaku.
Působí – li na těleso ve směru podélné osy síla F, dojde k protažení tělesa o délku Δl = l – l0. Pro malá prodloužení potom pozorujeme přímou úměrnost mezi silou a prodloužením.
EMBED Equation.3
tzv. relativní prodloužení a veličinu normálové napětí vztahem
Potom lze psát Hookův zákon ve tvaru,
kde E je materiálová konstanta, tzv Youngův modul pružnosti v tahu.
V případě deformace v tlaku je situace obdobná jako v tahu, pouze směr síly je opačný.
V případě krystalických materiálů jsou v důsledku jejich anizotropie veličiny  a E závislé na směru působení síly, jsou tzv. tenzory (veličiny, reprezentované maticemi).
Je to klasický způsob využití tzv. deformačních strojů různého typu.
6.1.2. Deformace ve smyku
Po zavedení bezrozměrné veličiny
zvané zkos a tečného napětí
má Hookův zákon pro pružnou deformaci ve smyku tvar
kde G je modul pružnosti ve smyku. I v tomto případě jsou pro krystalické materiály veličiny a G tenzory.
6.1.3. Všestranný tlak.
Působí – li na dané těleso síla F symetricky se všech stran, lze tuto deformaci převést na deformaci v tlaku a Hookův zákona napsat ve tvaru
S působením všestranného tlaku se setkáme například u těles, nacházejících se pod vodní hladinou (ponorky, batyskafy).
Znalost pružných vlastností materiálů má velký význam ve strojírenství a stavebnictví.
Při definování pojmu pružnost (elasticita) jsme uvedli, že po ukončení působení síly na těleso se obnoví jeho původní tvar. Tento návrat k výchozímu tvaru je velmi rychlý. Pokud se původní tvar tělesa obnoví až po jisté delší době, hovoříme o jevu anelasticity.
6.2. Plastické vlastnosti kovů.
Deformujeme-li určitý vzorek například v tahu, získáme závislost  = f(), na níž lze názorně demonstrovat jak oblast pružné deformace, tak i oblast plastické deformace. Napětí, příslušející začátku plastické deformace je technicky i z hlediska fyzikálního poznání velmi významné a nazývá se mez kluzu (neb kritické skluzové napětí). Podle tvaru diagramu pozorujeme buď tzv. horní a dolní mez kluzu (někdy též ostrou mez kluzu), nebo smluvní mez kluzu. Ta udává napětí, potřebné k dosažení určité trvalé deformace.
Obr.6.5. Typická křivka ( = f((), získaná pomocí stroje na Obr.6.2.
Deformování některých materiálů může být značně nehomogenní (v jistém místě vzorku se vytvoří zúžení (krček) a v tomto místě dojde nakonec k přetržení vzorku. Protože však napětí kvůli jednoduchosti stále počítáme jako poměr síly a původního průřezu materiálu, klesá křivka  = f() s rostoucím  .
Důležitou vlastností materiálů je jejich tažnost. Je to velikost plastické deformace, kterou je třeba dodat materiálu, než dojde k lomu. Materiály, u nichž je tato veličina malá, nazýváme křehkými, na rozdíl od materiálů tažných, kde je plastická deformace do lomu velká.
6.3. Tvrdost materiálu.
Tvrdost je další veličinou, charakterizující mechanické vlastnosti materiálů. Výhodou této veličiny je snadný způsob jejího měření a skutečnost. Nevýhodou může být poměrně složitá fyzikální interpretace získaných výsledků.
Jednou z prvních metod kvalitativního měření tvrdosti materiálů je metoda užívaná zejména v mineralogii. Je založena na tzv. Mohsově stupnici tvrdosti, podle níž vždy následující materiál je schopen udělat vryp do materiálu předcházejícího.
Mohsova stupnice: mastek, sůl kamenná, vápenec, kazivec, apatit, živec, křemen, topaz, korund, diamant.
Tvrdost je podle nich definována jako „odpor materiálu proti vnikání jiného, tvrdšího tělesa definovaného tvaru“.
Tvrdost podle Brinella – vtlačována je malá kulička z tvrdokovu, měřeno je zatížení, působící na kuličku a plocha vtisku (kulový vrchlík). Tvrdost HB je potom rovna poměru těchto změřených veličin.
Tvrdost podle Vickerse - vtlačován je čtyřboký diamantový jehlan s vrcholovým úhlem 1360 . Měřeno je opět zatížení a plocha vtisku, tvrdost HV je rovna jejich poměru.
Tvrdost podle Berkoviche je analogická tvrdosti HV, pouze indentor má tvar trojbokého diamantového jehlanu. Trojboký jehlan lze vybrousit do téměř ideální špičky.
Tvrdost podle Knoopa je opět podobná tvrdosti podle Vickerse, diamantový indentor má takový tvar, že vtisk má dvě různé diagonály, jednu kratší a druhou delší. Metoda je vhodná k měření tvrdosti tenkých vrstev a křehkých materiálů
Tvrdost podle Rockwella – vtiskována je buď tvrdá kulička, nebo diamantový kužel. Měřeno je zatížení a hloubka vtisku, z níž se dá snadno vypočítat plocha vtisku. Tato metoda je vhodná pro drsnější povrchy, neboť k měření nepotřebujeme optický mikroskop.
7. Slitiny.
V případě pevných látek pak mluvíme o slitinách. Protože slitiny mívají v mnoha případech lepší vlastnosti než čisté látky.
7.1. Fáze a fázové přeměny.
Definice fáze: Jestliže soustava je v celém svém objemu jednolitá a to nejen po stránce chemického složení, ale i po stránce fyzikálního stavu, říkáme o ní, že je homogenní, nebo že se skládá z jediné fáze.
Podobně jako je tomu u kapalin, existují i u pevných látek tři případy rozpustnosti jedné látky ve druhé: úplná rozpustnost, částečná rozpustnost a nerozpustnost. Na Obr.7.3a,b. je znázorněn případ úplné a částečné rozpustnosti.
Rozpustnost v pevném stavu není omezena jenom na kovy. Na Obr. 7.5. je ukázán příklad úplné rozpustnosti v případě keramických materiálů MgO a NiO. Jedná se o úplnou rozpustnost proto, že obě sloučeniny mají stejnou krystalovou strukturu a blízké poloměry iontů i stejné mocenství.

Obr.7.3. Úplná rozpustnost atomů Ni v Cu a částečná rozpustnost atomů Zn Obr.7.5. Příklad úplné rozpustnosti v případě keramických materiálů.
7.2. Binární slitiny v případě úplné rozpustnosti.
V případě úplné rozpustnosti jedné látky v druhé má fázový diagram v proměnných teplota – složení tvar, uvedený pro slitiny. Jako liquidus je zde označena čára, rozdělující oblast kapalné fáze a oblast, v níž dochází ke krystalizaci pevné fáze. Solidus je název pro křivku, oddělující tuto posledně jmenovanou oblast od pevné fáze slitiny.
Názorně je struktura, vznikají při tuhnutí slitiny. pro případ rovnovážného (pomalého) tuhnutí, kdy je umožněna dostatečná difúze atomů, takže vznikne homogenní rovnovážná struktura slitiny.
7.3. Binární slitiny v případě částečné rozpustnosti.
Zvláštním případem je tzv. eutektická slitina takového složení, že z kapalné fáze tuhne přímo pevná fáze, aniž tuhnutí prochází oblastmi, v nichž je tuhnoucí fáze obklopena fází kapalnou. Složení eutektické slitiny má výraznou lamelární strukturu.
Ještě složitější situace nastává v případě, kdy je rozpustnost jednoho prvku velmi malá, jako je tomu v případě oceli (Fe + C). Fázový diagram pro technicky významné oceli. (pro vyšší koncentrace uhlíku dostáváme technicky nevyužívané slitiny, připomínající keramika či strusku).
8. Tření.
Ze zkušenosti víme, že vyrobit ideálně hladký povrch pevné látky bude asi dosti obtížné. Proto posouváme-li po sobě dvě tělesa, budou mezi nimi působit tzv. síly tření. Tyto síly dělíme na síly tření smykového, valivého, řemenového a vrtného. Z jiného hlediska dělíme tření na tření suché a mokré.
8.1. Tření smykové (suché).
Tření smykové vzniká při pohybu jednoho tělesa po druhém. Pro sílu tření mezi oběma tělesy platí Coulombův – Amontův zákon:
Ft = .N
kde  je koeficient tření a N je kolmý tlak, tj. složka výsledné síly, kolmá k třecí ploše.
Koeficient tření je funkcí (zřejmě kromě jiných parametrů) rychlosti vzájemného pohybu obou těles. Jeho závislost na době, po kterou obě tělesa na sobě spočívají.
Obě uvedené závislosti lze kvalitativně vysvětlit pomocí tzv. teorie mikrosvárů. Základní myšlenka této teorie plyne. Právě v místech, kde se vzájemně dotýkají „výstupky“ obou ploch, dochází k tak těsnému kontaktu, že atomy obou povrchů jsou tak blízko u sebe, že mezi nimi začnou působit meziatomové síly – vzniknou mikrosváry. V případě kovů je situace komplikována v důsledku přítomnosti heterogenní vrstvy, která vzniká na jejich povrchu v důsledku oxidace a technologického zpracování .
Obr.8.4. Závislost síly tření (koeficientu tření) na tažné síle (čase)
8.2. Měření koeficientu tření.
Koeficient tření  lze měřit různými metodami.
Základní zákony suchého tření lze shrnout do několika bodů:
Úměra mezi velikostí třecí síly a kolmým tlakem je důsledkem skutečnosti, že každá z obou veličin závisí na materiálových konstantách, charakterizujících obě kontaktní plochy, násobené toutéž hodnotou skutečné kontaktní plochy AS.
Nezávislost třecí síly na zdánlivé kontaktní ploše AZ lze objasnit pomocí představy, že to je skutečná a nikoliv zdánlivá plocha, která řídí interakci mezi oběma tělesy.
Poměrně slabá závislost třecí síly na rychlosti pohybu obou těles po sobě souvisí s malou závislostí mezi napětím a relativním prodloužením v plastické oblasti většiny materiálů. Tam, kde je tato závislost výraznější, je výraznější i závislost třecí síly na rychlosti pohybu.
Slabá závislost třecí síly na drsnosti třecích ploch souvisí s tím, že nejvíce deformační práce se spotřebuje na vyvolání smykového posunutí výstupků na plochách
8.3. Snížení tření mazáním.
Praxe nám ukazuje, že suché tření lze značně snížit, použijeme – li maziv.
Mazání pomocí tenkého kapalného filmu. V ideálním případě takového mazání jsou obě třecí plochy vzájemně odděleny tenkou vrstvičkou vhodné kapaliny. Mezera mezi oběma plochami bývá velká ve srovnání s jejich drsností. Koeficient tření je v tomto případě dán vlastnostmi mazací kapaliny. Proto hovoříme o tzv. hydrodynamickém mazání.
Mazání pomocí vytvoření povrchové vrstvičky. Tento způsob mazání spočívá ve vytvoření dvou povrchových vrstviček na obou třecích plochách tak, aby nedošlo ke vzájemnému kontaktu kovů. Zmíněné vrstvičky jsou vytvořeny pomocí adsorpce různých maziv (minerální či rostlinné oleje, tuky, mastné kyseliny, mýdla apod.). Tento způsob mazání se používá většinou při nižších teplotách a tlacích. Pro vysoké teploty a tlaky se tyto vrstvičky vytvářejí pomocí různých aditiv, přidávaných do minerálních olejů (fosfor, chlór a síra). Tak vzniknou poměrně pevné vrstvičky (soli), které mají vysokou teplotu tání a brání přímému kontaktu obou kovů mezi sebou.
Mazání pomocí tuhých maziv. Mezi tuhá maziva řadíme grafit, sirník molybdenu a teflon. Tyto látky aplikujeme ve formě prášku, který přilne k oběma třecím plochám a chemicky s nimi reaguje. Posláním těchto maziv je oddělit od sebe obě třecí plochy prostředím s malým koeficientem tření. Tohoto způsobu mazání se používá při vysokých teplotách a tlacích a v agresivním prostředí, kde jsou jiné druhy maziv neefektivní.
Konkrétní druhy maziv a jejich vlastnosti :
Minerální oleje: Vyrábějí se z ropy a vytvářejí na povrchu třecích ploch tenké povrchové vrstvičky. Jsou velmi rozšířené.
Rostlinné oleje, tuky a jejich deriváty: Vyrábějí se z rostlin a zvířecích tuků. Patří k prvním používaným mazivům. Řadíme k nim i mýdla, tuky, vosky a mastné kyseliny.
Syntetická kapalná maziva: Většinou jsou svojí strukturou podobné olejům. Patří sem syntetické estery a silikonové oleje. Používají se za vysokých teplot.
Kompozitní maziva: Sem řadíme minerální oleje, doplněné tzv. aditivy, kterými jsou: (1) sloučeniny fosforu, síry a chlóru. (2) Pevné látky, jako grafit a sirník molybdenu. (3) Oxidační inhibitory. (4) Přídavky, zamezující pěnění. (5) Přídavky proti množení bakterií a jiných organismů.
Vodní maziva: Voda je sama o sobě špatné mazivo, avšak přidáme – li do ní vhodné látky, můžeme ji k mazání použít, neboť má dobré chladící schopnosti. Jako přísady můžeme použít olej.
Povrchové vrstvy: Povrchy třecích ploch lze pokrýt například (1) kovy (Zn, Sn apod.), které na nich vytvářejí plastické povlaky. (2) polymery (teflon). (3) skla (pro vysoké teploty.
8.4. Mokré (vazké) tření.
Názorně si to lze představit tak, že se po sobě již nepohybují obě plochy, ale tenké vrstvičky kapaliny (maziva) – tzv. mokré tření. Podobně je tomu v případě, že se v nějaké kapalině pohybuje těleso. V obou případech pozorujeme, že statické tření je nulové. Je to rozdíl proti suchému tření, u kterého bylo třeba působit jistou (někdy dosti značnou silou), aby se tažené těleso dalo do pohybu.
Závislost síly mokrého tření na rychlosti.
8.4. Valivé tření.
Další cestou je použití valivých ložisek, tj. přeměnou suchého nebo mokrého tření na tření valivé.
Při valivém pohybu pevného oblého tělesa po jiném pevném tělese, k němuž je oblé těleso přitlačováno nějakou silou, odporuje tomuto pohybu tzv. tření valivé. Protože na kuličku působí síla, která ji vtlačuje do podložky, dojde k deformaci jak kuličky, tak i podložky. Pokud by tato deformace byla ideálně pružná, nevznikala by síla valivého tření.

Obr.8.14. K objasnění valivého tření.
Protože je však ve skutečnosti tato deformace plastická (i když velmi malá), vzniká síla valivého tření a síly F1 a F2 budou různé, takže jejich výslednice bude mít složku vertikální i horizontální. Moment síly F2, brzdící otáčení kuličky je větší, než moment síly F1, který ji urychluje, takže výsledkem je zpomalování rotace kuličky a tedy vznik valivého tření.
Síla valivého tření je tedy důsledkem nepružného charakteru deformace kuličky (válečku) a povrchu ložiska v okolí jejich vzájemného kontaktu.
Síla valivého tření je nepřímo úměrná poloměru křivosti kuličky (válečku).
Síla valivého tření je tím menší, čím hladší jsou oba povrchy (kuličky i povrchu ložiska).
9. Povrchové napětí kapalin. Povrchová energie pevných
látek. Tekuté krystaly.
9.1. Povrchové napětí kapalin.
Kapalné skupenství látek je s jedné strany ohraničeno skupenstvím pevným a s druhé strany skupenstvím plynným. Hustota kapalin se příliš neliší od hustoty pevných látek a proto i v kapalinách budou tyto částice (atomy nebo molekuly) dosti blízko u sebe, ale přitom nebudou na sebe vázány tak velkými silami jako v pevných látkách (proto kapaliny nemají stálý tvar), ale přesto ještě dosti velkými (takže kapaliny udržují svůj objem).
Podle Frenkela částice poskočí o malý úsek, chvíli kmitá na místě a opět poskočí náhodným směrem a zase kmitá, atd. Zcela jinak je tomu blízko povrchu a na povrchu kapaliny. Tam je výslednice sil, působících na částici nenulová a směřuje dovnitř kapaliny. Situace je tedy taková, jakoby byla kapalina stlačena silou, působící směrem dovnitř kapaliny. Na povrchu kapaliny je něco, co připomíná tenkou elastickou blanku, snažící se co nejvíce zmenšit svůj povrch.

Obr.9.1. Ke vzniku síly povrchového Obr.9.2. Směr síly povrchového napětí .
Povrchové napětí kapalin závisí na více parametrech (to plyne z Obr.9.1.) Bude záviset na kvalitě přechodu kapalina – plyn i na prostředí nad kapalinou, tedy zřejmě na hustotě obou prostředí, teplotě, tlaku čistotě kapaliny.
Obdobu povrchového napětí kapalin mají i pevné látky. V případě pevných látek se povrchové napětí nazývá povrchovou energií pevných látek. Proto můžeme kvalitativně i kvantitativně objasnit tvar povrchu kapaliny na rozhraní tří prostředí, pevného, kapalného a plynného, stejně jako tvar kapiček jedné kapaliny na povrchu druhé.

Obr.9.4. Tvar kapiček jedné kapaliny na kapalině druhé.
Obr.9.5. Tvar kapiček kapaliny na pevném povrchu (např. skle).

9.2. Výskyt a využití povrchového napětí.
Jevy povrchového napětí pozorujeme téměř všude v přírodě:
Využití v chemii: Chromatografie, vysvětluje vlastnosti povrchově aktivních látek a katalyzátorů, atd.
Využití v biologii: povrchové napětí vysvětluje mnoho jevů, souvisejících s činností buněk.
Využití v domácnosti: mytí, praní, holení, jsou činnosti, které mají společnou podstatu. Jde o umožnění smáčení nečistot a tím jejich odstranění.
Využití v zemědělství: správně aplikovat herbicidy a insekticidy, je třeba upravit vhodně povrchové napětí postřiků
Přírodní jevy: existence povrchového napětí vysvětluje takové jevy, jako je pohyb drobného hmyzu po vodní hladině, „plavání“ drobných předmětů.
9.3. Měření povrchového napětí.
Povrchové napětí lze měřit buď metodami přímými, nebo nepřímými:
Přímá metoda, vycházející z definice:
Do měřené kapaliny ponoříme tělísko definovaného tvaru o známé délce a měříme
sílu, potřebnou k vytažení tělíska z kapaliny.
Metoda, využívající vzestupu v kapiláře: Plyne, že síla povrchového napětí je v rovnováze s tíhou sloupce kapaliny. Toho lze využít k měření povrchového napětí kapalin.
Metoda kapková: necháme-li odkapávat kapalinu z tenké trubičky (Obr.9.12.), můžeme tvrdit, že kapička odkápne tehdy, když je síla tíhová rovna síle povrchového napětí.

9.4. Tekuté krystaly.
Reinitzer při zahřívání různých pevných látek až nad bod tání, že vzn