Kovy ve vakuové technice • ocel • Al a Al slitiny • CuaCu slitiny • Ti • Kovar • Hg • Spojovaní F6450 1 / 38 cm3(NTP) r 7 500 1000 1500 2000 Obr. 6.1. Závislost množství vodíku (v cm3 při normálním tlaku) rozpuštěného v 100 g kovu na teplotě (podle Waldschmidta a kol., 1954) 0 F6450 2 / 38 3 / 38 F6450 Obr. 6.2. Proud uvolňovaného plynu z jednotky povrchu kovu a skla (/, dlJ v závislosti na době během níž byl materiál vložen do vakua (podle R. Henryho, í 969). Nerezavějící ocel X18H10 při 670 K (plné křivky): 1 — neopracovaná, mořená: 2 — mechanicky leštěná, mořená: 3 - elektrolyticky leštěná po dobu 15 min. Lehká hliníková slitina (s obsahem Mg, Mo a Cr) při 300 K (čárkované křivky): 4 — neopracovaná; 5 — neopracovaná, mořená. Borokřemičitě sklo při 300 K (čerchované křivky): 6 - předem neodplyněné; 7 - po odplynení při teplotě 370 K během 5 h a potom vystavené vzduchu po dobu ■e(h) 14 h 0 F6450 4 / 38 Pevnost Hemispherical D/h LJD V« R/h2 Copper at 20°C 84 10 52 15 600 Copper at 500°C 58 8.5 Nickel at 20°C 100 11 73 8 780 Nickel at 500°C 90 10.5 Aluminum 20°C 70 9 37 57 470 Aluminum 500°C 62 8.7 Stainless steel 20°C 105 11.6 89 3 830 Stainless steel 500°C 89 10.5 Glass (hard) 20°C 70 9 16 117 470 Neoprene 20°C 2.5 1.7 10 0.2 30 Teflon 20°C 12 3.8 14 9 PVC (Tygon) 3.7 2.1 Perspex — 30 Mica — 58 15 □ fiP - = = OQ>0 Válec, Di ~ D = 25 cm, T = 20 °C h[mm] h i [mm] ó [mm] Cu 3 5 0.33 Al 3.6 6.76 0.12 nerezová ocel 2.4 2.81 0.93 tvrde sklo 3.6 15.6 0.13 teflon 20.8 17.9 1.88 F6450 6/38 Ocel Ocel je slitina železa, uhlíku a dalších legujících prvků, která obsahuje méně než 2,14 % uhlíku. Vyrabí se asi 2500 druhu ocelí. • nelegovane oceli - obsah legujících prvku je nižsí než 2,11 % • nízkolegovane oceli - obsah legujících prvku po odectení obsahu uhlíku je nižsí než 5 % • vysoce legovane oceli - obsah legujících prvku je vyssí než 5 % Nerežova ocel • austenitickí - minimalne 10% chromu a Ni, nemagneticka • feriticka - minimalne 10% chromu, magneticka F6450 7 / 38 Vlastnosti najdôležitejších austenitických chrómniMových ocelí čs. výroby (Poldina hul) Druh ocelí AKVN AK V S AKL AKV AKV AKOK AK S 2 AKS Hustota g/cm3 7,85-7,9 ca 8,0 Najväčšia prevádzková teplota °C 400 800 400 400 800 (900) (600) (600) Pevnosť v ťahu7 kg/mm2 65 65 35 65 65 70 55 65 Ťažnosť7 % 55 45 52 50 35 - 40 35 Medza tečenia7 kg/mm2 25 28 20 27 30 35 24 25 Kontrakcia7 % 60 60 63 60 60 55 65 65 Vrubová húževnatosť kg. m 30 25 - 30 20 195 15 30 30 Brinellova tvrdosť7 kg/mm2 185 185 155 185 - - 185 Eriehsenova skúška7 mm 13 11 14 12 11 - - - Merné teplo pri 20 CC cal/g ca 0,12 Tepelná vodivosť (20 °C) cal cm sek °C 0,035-0,0 5 Súč. lin. rozťažnosti pri: 20-100 °C pri: 20-500 °C 10-71/°C 150 150 150 150 150 130 145 170 10~7xl/°C 180 180 180 180 180 150 173 185 Magn. vlastnosti nemagn. (/t = 1,001-1,04) Chemicky odoláva HN03 HN03; H2S04; so2 HNO3 K,S04 HC1 HC1 (nie proti HN03) Dodáva sa v tvare 3 4 5 3 3 4 5 6 1 2 1 2 3 4 12- 1 Tyče. 3 Výkovky. 3 Plechy. 4 Zvárané rúry. 6 Bezošvové rúry. 6 Drôt. 7 Vo vyžíhanom stave. o F6450 8/38 Stainless steel blank cleaned 2.7 107 5.4 10 8 Stainless steel polished cleaned 2 10s 4-10"9 Stainless steel pickled heated for 1 hour, 1.4 10 9 2.8 10"10 Stainless steel bead blasted vented with normal air 3 10"10 6.5 10" Steel Ni plated polished cleaned 2 10"7 1.5 ■ 108 Steel Cr plated polished cleaned 1.3 ■ 10 s 2.2 109 Steel rusted 6 107 1.6 10' Steel blank cleaned 5 10"7 1 • 10"7 Steel bead blasted cleaned 4 107 8 10~8 Aluminium cleaned 6 108 1.7 • 10"8 Brass cleaned 1.6 10"6 5.6 10 7 Copper cleaned 3.5 10"7 9.5 ■ 10 s □ fli - = s •OQ.O () F6450 9 / 38 Al a Al slitiny (Čistý Al se spatne obrabí. Dural je obchodní označení pro ruzne slitiny obvykle 90 - 96 % hliníku a 4 - 6 % medi s menšími prísadami medi, horčíku, manganu aj. Oproti Cistemu hliníku (merní hmotnost 2,7 g/cm3) je dural jen nepatrne teZsí (typicky 2,8 g/cm3), ale az petkrat pevnejsí v tahu i tvrdsí. Pevnost i tvrdost se zvysuje tepelním opracovaním a zuslecht'ovaním, podobne jako u ocelí. □ &> - F6450 10 / 38 Používají se následující třídy hliníkových materiálů: • 2000 - nesvařitelne, vytvrditelne ža tepla, dobrá pevnost; použití na komponenty; duralove slitiny (AlCuMg), • 3000 - slitiny AlMn, • 5000 - svařitelne, nevytvrditelne, • 6000 - svaritelne (musí se jeste ale tepelne upravit), vytvrditelne ža tepla. Slitiny AlMgSi, • 7000 - svaritelne, vytvrditelne ža tepla; slitiny AlZnMg, • 7075 - nejpevnejsí hliníkova slitin □ &> - F6450 11 / 38 Cu a Cu slitiny Druhy medi Obsah v % Cu +Ag O P S Zn Hg Poznámka Odkyslicená meď Meď Lake Elektrolytická meď ETPC1 ^ 99,90 > 99,90 ^ 99,90 (>0,04) 0,025 (0,003) (0,03) odkyslicená prísadou fosforu do taveniny obsah Ag asi 0,003% (= 10oz/t) neobsahuje Ag Meď OFHC II. bez kyslíka2 ^ 99,92 < 0,001 0,0003 < 0,004 skúška na ohyb ^4x Meď OFHC I. bez kyslíka3 ^ 99,96 0,0000 0,0000 < 0,004 0,0003 0,0001 skúška na ohyb ;> lOx Meď bez plynov, vysoko čistá „GFHP"4 ^ 99,993 0,0000 0,0000 ^ 0,0001 tavená a odliata vo vákuu 1 Druh: .Electrolytic rough pitch copper. a Druh: Oxygen free Aigh Conductivity „regular" podia ASTM spec. B 170-47 (stopy Cu.O sú nedokázateľné v mikroskope pri zväčšení 75 x ). 200 ^ruh: 0xySen 'ree ňi"h Conductivity ..certified" (stopy Cu^O sú nezistiteľné v mikroskope pri zväčšení 4 Druh: Gas free Mgh purity. Výrobca: American Metal Corp. F6450 12 / 38 F6450 14 / SS Označenie Obsah % fľu j Sn | P Pb Fe Zn Sb Fosforový bronz 1 > 98,5 1,0-1,5 stopa Fosforový bronz 5 zvyšok 3,5-5,8 0,03=0,035 < 0,05 <0,1 < 0,30 (< 0,0i)1 Bronz na valcovanie WBz 6 podľa DIN 1705 d=94 = 6 « 0,2) 4 4 4 Fosforový bronz 8 92 7,0-9,0 0,03=0,35 < 0,05 < 0,10 <0,20 K 0,0i)1 Fosforový bronz 10 = 90 9,0-11,0 0,03=0,25 < 0,05 < 0,10 < 0,20 K 0,0i)1 Bronz na zlievanie GBz 14 86 ± 1 14 ± 1 < 1,0 <0,2 2 < 0,23 Bronz na zlievanie GBz 20 80 ± 2 20 ± 2 < 1,0 < 0,3 2 < 0,23 1 Sb sa prisádza len pre plechy. a Obsah Zn = 1 % včítane obsahu vSetkých ostatných znečistenín (Pb, Sb, Fe, Mn, Bi; Al, Mg, S, As). 3 Ostatné znečisteniny [v %} podia DIN 1705 : Mn < 0,2; Bi < 0,01; Al < 0,01; Met < 0,01; As < 0,15 (Ni < 0,5, v prípade potreby max. 1 % Ni). 4) Pre vákuovú techniku 0,01 aj menej. F6450 15 / 38 Mosaz Obsah Cu asi % Symbol Označenie (*v USA) Zloženie % Hlavné použitie Cu 1 Zn j Pb Fe Ostatné 95 ♦Gilding metal 94-96 zvyšok < 0,03-^0,05 0,05 spracovanie za studena (plechy, kovový tovar, jemné drôty, sitá, filtre) 90 Ms 90 Červený tombak ♦Commercial Bronze 90 89-91 zvyšok zvyšok < 0,05 < 0,05 celkom < 0,13 85 Ms 85 Stredný tombak ♦Red Brass 85 84-^-86 zvyšok zvyšok < 0,05-0,06 < 0,05 Sn: < 0,15 80 Ms 80 Svetlý tombak ♦Low Brass 80 78,5-^81,5 zvyšok zvyšok < 0,05 < 0,05 72 Ms 72 Žltý tombak 72 zvyšok ťahanie, tlačenie, razenie (drôty, pružné vlnovce, plechy) 70 (Ms 70) ♦Cartridge Brass 68,5-^71,5 zvyšok <0,07 < 0,05 ostatné < 0,15 67 Ms 67 Polotombak 67 zvyšok hlboké ťahanie (rúrky, dutinky, profily) tvrdé spáj-kovanie, použivatelné na vzduchu 65 (Ms 65) ♦Yellow Brass 64^67,5 zvyšok < 0,lH-0,3 < 0,05 63 Ms 63 Mosadz na tlačenie 63 zvyšok < 0,5 ostatné < 0,2 ťahanie, dobre tvárna za studena, spájkovatelná s ľahko tavitelnou spájkou striebornou 60 Ms 60 Mosadz kujná ♦Muntzov kov 60 59-^63 zvyšok zvyšok < 1,1 0,2 0,15 lisovanie za tepla, zlé trieskové opracovanie ♦Forging Brass = 60- 38 — 2 kovanie, opracovanie trieskové na automatoch 58 Ms 58 Mosadz tvrdá 58 zvyšok 2 i Podlá DIN 1709, Werkstoffhandbuch a Metals Handbook. i V zátvorkách uvádzané druhy sa v Európe nepoužívajú a nie sú normalizované. () F6450 16 / 38 Konstantan Titan 0 WO 200 300 400^ 500 600 rronHj 800 Obr. 7,2-18. Rozpustnost vodíka m v titáne v závislosti od tlaku H„pri rôznych teplotách T (izotermy podia Sievertsa). o---o---o: sorpcia; x — x — x : desorpcia. atomu plynu 10* atomů kovu Obr. 3,5-6. Závislosť rozpustnosti (C) vodíka v tantale a v iných kovoch od teploty T (posri obr. 4,2-5,- 5,2-10, 7,1-7). F6450 19 / 38 Kovářové slitiny ■ // / / / / 4 z.,-*^— -Ar3 200 m m --- T f"íl Obr. 6,1-9. Priebeh rozťahovania pře zátavy do skla nevhodnej (nezvratnej) zliatiny ľeNiCo (52/24/24) pri ochladzovaní (---) a novom ohreve (-----): v bode Ars nastáva pri ochladzovaní premena štruktúry z fázy y na fázu a, ktorá má ovela väčšieho súčinitela rozťažnosti ako sklo ( — . — . — .—), ktoré bolo svojím súčiniteľom rozťažnosti prispôsobené pôvodnej fáze y zliatiny FeNiCo. Pri ohreve zliatiny nad bod Ae3 sa síce premení do fázy y, avšak pri ochladzovaní na teplotu okolia sa" táto opätovne premení na fázu a, takže priebeh rozťažnosti je vždy nezvratný (pozri Espe U]). Ac3 Si / / / / / / / ^Corninq T . 7052 0 200 m soo T[°C) Obr. 6,1-10. Priebeh rozťahovania pre zátavy do skla vhodnej (zvratnej) zliatiny FelílCo (54/28/17,5), pri ktorej na rozdiel od zliatiny podia obr. 6,1-9 bol bod Ar3 znížený podstatne pod teplotu okolia znížením obsahu kobaltu: žíháním pri vysokej teplote raz nadobudnutý stav y sa zachová at pri ochladení na normálnu teplotu i počas ďalšieho ohrievania. Priebeh rozťahovania tejto kovarovej zliatiny na zátavy je a ostáva zvratný, pokiaľ sa zliatina ne-ochladí pod —100 °C. Avšak aj vtedy môžeme zliatinu dokonale previesť späť do fázy y ohrevom nad 800 °C. Podobné zliatiny môžu byt bezchybne za-tavované do skla, ktorého súčiniteľ rozťažnosti je prispôsobený íáze y (napr. sklo „Cornina 7052", krivka —. — . — ). F6450 20 / 38 □ g - = = () F6450 21 / SB O ffl 200 300 ťffl 500 m Obr. 6,1-16. Rozptyl kriviek roztažnosti rovnakej obchodnej zliatiny FeNiCo pre zátavy z rôznych šarži metalurgickej výrobne (Henry Wiggin [1]). □ g - ■» 5 ~0<\0 0 F6450 23 / 38 ¥ 5 : E ] f si ■ž" /"ľ O 200 400 600 800 1000 120C ^T[°C] Obr. 6,1-35. Príznačné krivky rozťažnosti pre zliatiny chrómželeza (schematicky, pozri Rose [1]). (Plná krivka: fáza a; čiarkovaná: fáza y.) I: stabilná zliatina FeCr s 28% Cr a reverzibilnou krivkou rozťažnosti bez bodu zvratu a nepravidelnosti napriek ohrevu na 1200 °C: súčiniteľ rozťažnosti «25^500 = (108-110). 10-' . 1/"C; II: nestabilná zliatina FeCr s 28% Cr ( + 0,12% C + 0,15% N2 + 0,30% Ni): pri ohreve nad 1150 °C nastane premenou fázy a na fázu •/ značne stabilná fáza austenitická, ktorá sa nedá previesť pri bežnom ochladení na -185 "C nazad do feritickej fázy a; preto zliatina po ohreve nad 1200 °C nadobudne väčšieho súčiniteia rozťažnosti fázy -/(« . ■_ až do 120 . 10-'. 1/°C); III: nestabilná zliatina FeCr so 17% Cr (bez ďalších prísad): krivka rozťažnosti vyka2zuje°počas ohrevu pri 800 'C nepravidelnosť vyvolanú premenou zliatiny z fázy a na fázu y; pri ochladzovaní však spätná premena z fázy ■> na a prebieha až medzi 350-200 °C, čo spôsobuje (pri zatavovaní do skla v tomto teplotnom rezsahu neúnosnú) nepravidelnosť v rozťažnosti. F6450 25 / 38 Hg T v m T v m T v m °C tor g/cm2 sek °c tor g/cm2 sek °C Atm g/cm1 sek -1801 2 . 10-27 XO-28 48 1 . 10-2 4,6 . 10-4 400 2 - 782 10-11 10-13 82 1 . 10-1 4,4 . 10-3 450 4,3 -38,93 2,5.10-« 1,3 . 10-' 128 1 4,1 . 10-2 500 1~% -23,9 1 . ío-5 5,2 . 10-' 200 17 6,5 . 10-1 600 22 -5,5 1 . io-4 5,5 . 10-« 300 246 800 86-102 18 1 . ío-3 4,8 . 10-5 356,7 760 Přibližná teplota tekutého vzduchu. Přibližná teplota suchého ladu (C02) v acetone, Bod tavenia Hg. F6450 26 / 38 C a P2 KpAl | TDPT KO