Podcast na Výroba a klasifikace oceli a litiny

Kapitoly

Ocel, vybíravá slitina

Výroba v konvertorech

Elektrické pece a jejich kouzlo

Litina, starší sestra oceli

Druhy litiny

Bílá litina a další

Co jsou třídy ocelí

Konstrukční a legované oceli

Shrnutí a závěr

Přepis

Vojtěch: Každé ráno, když odemykáš dveře, držíš v ruce klíč. Pravděpodobně je ocelový. A chladič, který tě v zimě hřeje? Ten je zase z litiny. Dva materiály, které vypadají podobně, ale jsou naprosto odlišné... a dneska zjistíme proč. Posloucháte Studyfi Podcast.

Anna: Přesně tak, Vojtěchu. Všechno je to o jednom jediném prvku – uhlíku.

Vojtěch: Takže ocel. Co to vlastně je? Není to prostě jen železo?

Anna: Je to slitina železa s uhlíkem, ale je v tom háček. Ocel je tak trochu vybíravá. Obsah uhlíku v ní nesmí překročit 2,14 %.

Vojtěch: Jen 2,14 procenta? To je docela přesné číslo. Proč je to tak důležité?

Anna: Protože právě tenhle nízký obsah uhlíku jí dává její supervlastnosti. Je houževnatější a čistší než surové železo a dá se skvěle tvarovat – válcovat, kovat, táhnout. Proto z ní máme třeba karoserie aut nebo nosníky mrakodrapů.

Vojtěch: Chápu. Takže když chceme vyrobit ocel, musíme se zbavit přebytečného uhlíku ze surového železa?

Anna: Přesně! Tomuto procesu se říká zkujňování. Snížíme obsah uhlíku a dalších nežádoucích prvků. A naopak, pro vylepšení vlastností můžeme přidat takzvané legující prvky, jako je chrom nebo mangan. Tím vznikají třeba nerezové oceli.

Vojtěch: Dobře, a jak se to zkujňování dělá v praxi? Zní to jako nějaká alchymie.

Anna: Není to tak složité. Nejčastěji se používají konvertory. Představ si obrovskou nádobu hruškovitého tvaru, do které se nalije roztavené surové železo, přidá se šrot a vápno.

Vojtěch: A co dál? Čeká se?

Anna: Kdepak! V kyslíkovém konvertoru se do téhle směsi vhání čistý kyslík. Ten reaguje s uhlíkem, vytvoří oxid uhličitý a doslova ho z té taveniny „vyfoukne“ ven. Navíc při té reakci vzniká obrovské teplo, které všechno udrží roztavené.

Vojtěch: Geniální. A celé to trvá jak dlouho?

Anna: V konvertoru, který pojme až 300 tun, to trvá jen 20 až 40 minut. Je to neuvěřitelně rychlé a efektivní.

Vojtěch: A existují i jiné metody? Co třeba ty Siemens-Martinské pece?

Anna: Ty se dnes už moc nepoužívají. Mnohem modernější jsou elektrické pece. Jsou skvělé pro výrobu vysoce kvalitních, legovaných ocelí.

Vojtěch: Jak fungují? Vytápí se elektřinou?

Anna: Ano, ale různými způsoby. Obloukové pece mají elektrody, mezi kterými přeskočí elektrický oblouk – v podstatě blesk – který roztaví vsázku. Indukční pece zase ohřívají kov pomocí silného elektromagnetického pole, podobně jako indukční vařič u tebe v kuchyni.

Vojtěch: Takže výroba oceli je vlastně takové vaření ve velkém!

Anna: Přesně tak! A je to velmi precizní vaření.

Vojtěch: Dobře, ocel máme za sebou. Ale co se stane, když toho uhlíku je tam naopak víc, než ocel snese?

Anna: Skvělá otázka! Pokud je obsah uhlíku vyšší než 2,14 %, už nemluvíme o oceli, ale o litině. Má víc uhlíku, takže je křehčí a nedá se tak dobře kovat. Ale má jednu fantastickou vlastnost – je skvěle tekutá, takže se výborně hodí pro odlévání složitých tvarů.

Vojtěch: Jako třeba ty staré radiátory nebo poklopy od kanálů?

Anna: Přesně ty. Vyrábí se přetavením surového železa v šachtových pecích, kde se spaluje koks. Opět se skrz taveninu vhání vzduch, který spálí část uhlíku, ale jeho obsah zůstane vyšší, typicky mezi 2,5 až 4,5 %.

Vojtěch: Takže klíčový rozdíl je opravdu jen v tom procentu uhlíku. To je vlastně docela jednoduché na zapamatování.

Anna: Přesně. A právě podle toho, jak s tím uhlíkem naložíme, dělíme litiny na různé druhy. Začneme těmi nejběžnějšími.

Vojtěch: Dobře, jsem jedno velké ucho.

Anna: Tak první máme šedé litiny. U nich je uhlík vyloučený ve formě grafitových lupínků. To jim dává skvělou slévatelnost a schopnost tlumit vibrace.

Vojtěch: Takže ideální na něco, co se hodně třese? Jako třeba… motor?

Anna: Přesně tak! Dělají se z ní bloky motorů, lože strojů nebo brzdy. Nevýhodou ale je, že je dost křehká a nejde dál tvářet.

Vojtěch: A co je její protiklad? Nějaká barevná litina?

Anna: Skoro. Říkáme jí bílá litina. Tady je uhlík vázaný v super tvrdé sloučenině zvané cementit. Není tam žádný volný grafit.

Vojtěch: Takže je asi hodně odolná, že?

Anna: Extrémně. Je velmi tvrdá a otěruvzdorná. Ale taky je neuvěřitelně křehká a prakticky nejde obrábět. Používá se proto na součásti drtičů nebo ozubená kola.

Vojtěch: Rozumím. Takže to jsou jediné dva druhy?

Anna: To jsou ty hlavní. Pak máme ještě další skupiny, třeba temperované nebo tvárné litiny, ale o těch si můžeme říct zase příště.

Vojtěch: Dobře, na temperovanou litinu se těším příště. Ale co oceli? Ty mají taky nějaké dělení?

Anna: Přesně tak. A je to vlastně docela přehledné. Oceli dělíme do takzvaných tříd. To nám říká, jak jsou kvalitní a k čemu se hodí. Zjednodušuje to hlavně komunikaci mezi výrobcem a zákazníkem.

Vojtěch: Takže když si objednám ocel třídy 10, vím, co dostanu?

Anna: Přesně. I když zrovna třída 10... to je taková ta nejzákladnější. Hodí se třeba na kolejnice, ale na nůž do kuchyně by to nebylo.

Vojtěch: Chápu, takže žádný steak s kolejnicí krájet nebudu. A co ty vyšší třídy?

Anna: Třídy 11 a 12 jsou už konstrukční uhlíkové oceli. Z těch se dělají třeba hřídele nebo i součásti motorů, protože už mají zaručenou pevnost.

Vojtěch: A pak to jde ještě výš?

Anna: Ano. Třídy 13 až 16 jsou slitinové, nízko a středně legované. Tam už najdeš prvky jako chrom, nikl nebo mangan. Používají se na hodně namáhané díly – pružiny, nápravy, součásti leteckých motorů.

Vojtěch: Takže jsme se dostali k těm nejlepším?

Anna: Skoro. Třída 17, to jsou vysoce legované oceli. Sem patří třeba nerez. Takže chirurgické nástroje nebo nádoby na kyseliny. Třída 19 jsou pak nástrojové oceli, třeba na vrtáky.

Vojtěch: A co třída 18? Tu jsi přeskočila.

Anna: Dobrý postřeh! Třída 18 totiž není ocel. Jsou to slinuté karbidy. V podstatě kovový prášek slisovaný za obrovského tlaku.

Vojtěch: Páni, to je zajímavá odbočka. Takže abychom to shrnuli. Dnes jsme probrali litiny, hlavně šedou a bílou, a pak se ponořili do tříd ocelí, od kolejnic až po chirurgické skalpely.

Anna: Přesně tak. Základy máme za sebou.

Vojtěch: Super. Anno, moc děkuju za vysvětlení. A vám, milí posluchači, děkujeme za poslech a těšíme se na vás u dalšího dílu Studyfi Podcastu.

Anna: Mějte se hezky!