MTDII 1

Technické neželezné kovy - těžké

Email: mhorakova@pf.jcu.czTel: 387 77 3057

Neželezné kovy a jejich slitiny Neželeznými kovy se v obecném pojetí

rozumějí všechny kovy s výjimkou železa. Neželezné kovy jsou ve strojírenství užívány

v případech, kdy svými vlastnostmi lépe než kovy železné splňují požadavky kladené na materiál výrobku (elektrická a tepelná vodivost, odolnost proti korozi a pod.). Většinou jsou totiž dražší než materiály železné, protože výskyt jejich rud je nižší a jejich výroba je obtížnější.

Slitiny neželezných kovů mohou mít formu tuhých roztoků, mechanických směsí i chemických sloučenin. MTDII 2

Čistota neželezných kovů Technické neželezné kovy nejsou nikdy

dokonale čisté. Vždy obsahují další kovové či nekovové složky, které se do základního materiálu dostávají ze surovin a výrobního procesu nebo jsou úmyslně přidávány. Příměsi zpravidla zvyšují pevnost a mez kluzu těchto materiálů, zlepšují jejich slévatelnost a obrobitelnost, ale zhoršují jejich tvárnost, elektrickou a tepelnou vodivost i odolnost proti korozi.

MTDII 3

Neželezné kovy – přehled vlastností

MTDII 4

KOV Ttání [°C] Rm [MPa] MŘÍŽKA

Cu 1083 230 fccAl 660 80 fccNi 1453 320 fccMg 650 190 hcpZn 419 120 hcpTi 1660 400 Polymorfni – hcp x

bccPb 327 12 fccZr 1855 400 Polymorfni – hcp x

bccTa 2966 350 bccMo 2620 800 bccW 3395 1800 bccAg 960 450(slitiny) fccAu 1063 700 (slitiny)Pt 1769 1100 (slitiny)

Teploty tání, mez pevnosti, typ mřížky

Rozdělení neželezných kovů Neželezné kovy je možno rozdělovat podle mnoha

hledisek: výskytu, hustoty, teploty tavení, účelu použití atd.

MTDII 5

Podle výskytu• obecné• drahé • vzácné

Podle hustoty • na lehké • těžké

Podle teploty tavení • nesnadno tavitelné (Mo, W)• snadno tavitelné (Pb, Sn, Zn, Cd

Podle odolnosti proti korozi • ušlechtilé (Cu, Ag, Au ...)• méně ušlechtilé (Mg, Al, Zn ...)

Rozdělení neželezných kovů užívaných ve strojírenství těžké (barevné) neželezné kovy lehké neželezné kovy přísadové kovy

POZN. Protože však tento způsob rozdělení nemá jednoznačné třídící kriterium, vyskytují se některé kovy ve dvou skupinách (například mezi těžkými i přísadovými kovy nebo mezi lehkými i přísadovými kovy)

MTDII 6

Těžké neželezné kovy Do skupiny těžkých neželezných kovů jsou

obecně zařazovány všechny kovy, jejichž hustota je vyšší než 5.000 kg.m-3 (5.103 kg.m-3). K neželezným kovům užívaným v technické praxi patří měď, cín, olovo, zinek, nikl, kadmium, antimon, titan a jejich slitiny.

MTDII 7cín titan nikl

Měď - Cu Má červenou barvu. Je měkká a tvárná, špatně slévatelná (má

nízkou zabíhavost do forem) a špatně obrobitelná (maže se), dobře svařitelná, dobře se nechá pájet, dobře odolává atmosférické korozi a organickým kyselinám. Hustota - 8,96.103 kg.m-3,

Teplota tavení - 1 083 °C, Pevnost asi 230 N.mm2, Tažnost asi 50 %, Velmi dobrá elektrická

a tepelná vodivost.

Čistá měď se používá hlavně na elektrické vodiče, výměníky tepla a na galvanické povlaky. Pro konstrukční účely se užívají především slitiny mědi.

MTDII 8

Měď – Cu

Největší povrchový důl mědi (Chile) – cca 30 milionů tun mědi

MTDII 9

Výskyt převážně ve sloučeninách, ve formě sulfidůChalkozin (leštěnec měděný)Covellin Chalkopyrit, malachit, azurit

Použití mědi

MTDII 10

Slitiny mědi Slitiny mědi mají oproti čisté mědi lepší

mechanické nebo technologické vlastnosti. Podle svého složení jsou rozdělovány do tří skupin:

1. bronzy 2. mosazi 3. červené kovy Někdy jsou červené kovy řazeny

k bronzům.

MTDII 11

Bronzy Bronzy jsou slitiny mědi s jinými kovy

s výjimkou zinku. Podle přidaného kovu se blíže označují jako cínové (tak zvané „pravé“), olověné, hliníkové, beryliové, niklové, manganové a další.

MTDII 12

Příklad rovnovážného binárního diagramu Bronzu

Bronzy Cínové bronzy dobře odolávají korozi a opotřebení.

Zpracovávají se tvářením (do 8 % Sn) nebo litím (od 8 do 20 % Sn). Používají se na trubky, dráty, plechy, pružiny, membrány, pouzdra kluzných ložisek, oběžná kola čerpadel, armatury atd.

Olověné bronzy obsahují do 33 % Pb, někdy také menší množství Sn. Snášejí vysoká zatížení a jsou odolné proti otěru. Proto se z nich vyrábějí zejména pouzdra kluzných ložisek.

MTDII 13

Bronzy Hliníkové bronzy obsahují 3 až 11 % Al, někdy jsou

legovány Fe, Ni nebo Mn. Dobře odolávají zvýšeným teplotám a chemickým vlivům. Vyrábějí se z nich armatury pro přehřátou páru, výfukové ventily motorů, části chemických zařízení.

Beryliové bronzy obsahují 1 až 2 % Be. Mají vysokou pevnost (až 1350 N.mm-2, pružnost, dobře odolávají korozi a přitom mají velmi dobrou elektrickou vodivost. Vyrábějí se z nich pružiny vystavené agresivnímu chemickému prostředí, vysoce namáhané součásti s požadavkem elektrické vodivosti, korozivzdorná ložiska. Protože při nárazu nejiskří, užívají se na nástroje pro práci ve výbušném prostředí (doly, prachárny).

MTDII 14

Bronzy Niklové bronzy obsahují zpravidla vedle

mědi a niklu ještě mangan a železo. Užívají se především na odporové materiály (názvy konstantan, nikelin) v regulačních a měřicích přístrojích.

Manganové bronzy mají podobné vlastnosti a použití jako bronzy niklové. Jsou známy pod názvy manganin, isobelin nebo resistin. Zvláštností je tzv. Heuslerova slitina (nad 10 % Mn, 9 % Al), která je feromagnetická, přestože neobsahuje žádné železo.

MTDII 15

Mosazi Mosazi jsou slitinami mědi se zinkem, některé

obsahují také olovo, nikl, hliník a další přísady. Mosazi s vyšším obsahem mědi se zpracovávají tvářením, mosazi s menším obsahem mědi litím. Slitiny s obsahem mědi nižším než 58 % nejsou pro svou křehkost a tvrdost prakticky použitelné.

MTDII 16Příklad rovnovážného binárního diagramu Mosazi

Struktura Mosazi

Mosazi Mosazi s obsahem mědi nad 80 % se

nazývají tombaky. Jsou dobře tvárné a výborně odolávají korozi. Užívají se na trubky, plechy, dráty, výměníky tepla, lopatky parních turbin a pro součásti vyráběné hlubokým tažením.

Mosazi s nižším obsahem mědi (63 až 68 %) se užívají na lisované elektrotechnické součásti, pružiny, vruty a po dobné drobné součásti. Přídavkem olova se dosahuje lepší tvárnosti a obrobitelnosti (vhodné pro obrábění na automatických strojích). Nejlepší slévatelnost má mosaz s obsahem 60 % Cu. MTDII 17

Mosazi Niklová mosaz obsahující 12 až 20 % Ni

má velmi dobrou tažnost. Nikl měď silně odbarvuje a proto mají niklové mo sazi bílou barvu a velmi pěkný vzhled. Používají se na výrobky zhotovené hlubokým tažením, dříve se z nich vyráběly jídelní příbory a další jídelní (kuchyňské) vybavení. Známé jsou pod obchodními názvy alpaka nebo pakfong (nové stříbro).

MTDII 18

Červené kovy

Červenými kovy se nazývají slitiny mědi s cínem (3 až 10 %), zinkem a olovem. Používají se na pouzdra kluzných ložisek, součásti čerpadel a armatury pro rozvod horké vody a páry.

MTDII 19

Cín Cín (Sn) má hustotu 7,28.103 kg.m-3, teplotu tavení 232 °C,

stříbrobílou barvu. Je velmi dobře slévatelný a tvárný, zdravotně nezávadný. Při dlouhodobém působení teplot nižších než 13 °C se mění ve svou modifikaci , která má podobu šedých krystalků (tzv. cínový mor).

Cínové rudy jsou velmi chudé, většinou obsahují pouze několik desetin procenta cínu. Hlavním nerostem pro výrobu cínu je cínovec, oxid cíničitý SnO2. Výroba cínu spočívá v obohacení rud rozdružováním a flotací, pražení, redukci při tavení v plamenných pecích a pyrometalurgické nebo elektrometalurgické rafinaci.

Užívá se do slitin (například bronzy, pájky), na výrobu folií (staniol), k cínování plechu v potravinářství.

MTDII 20

Olovo

Olovo (Pb) má hustotu 11,34.103 kg.m-3, teplotu tavení 327,5 °C, malou pevnost - přibližně 12 N.mm-2, velkou tažnost - přibližně 70 %. Je velmi měkké a tvárné, velmi dobře odolává korozi a působení kyselin, má vysokou pohltivost proti rentgenovému záření, je jedovaté. Užívá se na potrubí a armatury v chemickém průmyslu, na desky akumulátorů, ochranné štíty v průmyslu a zdravotnictví, do slitin (například pájky, ložiskové slitiny - kompozice, liteřina v tiskárenství).

MTDII 21

Olovo Olovo je v zemské kůře zastoupeno poměrně řídce.

Nejběžnější olověnou rudou je sulfid olovnatý, galenit PbS. Dalšími méně běžnými minerály olova jsou cerusit, uhličitan olovnatý PbCO3 a anglesit, síran olovnatý PbSO4. Olovo se také často vyskytuje jako doprovodný prvek v rudách zinku a stříbra.

Při získávání olova z rudy je obvykle hornina jemně namleta a flotací oddělena složka s vysokým zastoupením kovu. Následuje pražení rudy, které převede sulfidy olova na oxidy. Kovové olovo se pak z praženého koncentrátu rud získává žárovou redukcí elementárním uhlíkem (obvykle koks).

MTDII 22

Zinek Zinek (Zn) má hustotu 7,1.103 kg.m-3, teplotu tavení

419 °C, teplotu vypařování 907 °C, pevnost asi 120 N.mm-2. Za normální teploty je velmi křehký, v rozmezí teplot 100 - 150 °C je tažný a dá se válcovat na plech a vytahovat na dráty, nad 200 °C je opět křehký. Je velmi snadno tavitelný a dobře slévatelný. V čisté podobě má malou odolnost proti chemickým vlivům, ale jeho korozní produkty velmi dobře chrání zinek do hloubky.

MTDII 23

Zinek Používá se na odlitky (karburátory, drobné tvarově

složité součásti kancelářských strojů), galvanické články (kalíšky kapesních baterií), pro pokovo vání ocelových plechů vystavených atmosférickým vlivům, do slitin.

V zemské kůře je zinek poměrně bohatě zastoupen. Po železe, mědi a hliníku je čtvrtým nejvíce průmyslově vyráběným kovem.

Hlavním minerálem a rudou pro průmyslovou výrobu zinku je sfalerit neboli blejno zinkové ZnS. Malá množství zinku bývají také přimíšena v železných rudách a při zpracování rud železa ve vysoké peci se hromadí v podobě zinkového prachu z kychtových plynů.

MTDII 24

Nikl Nikl (Ni) je feromagnetický, má hustotu 8,9.103 kg.m-3,

teplotu tavení 1 455 °C, pevnost asi 320 N.mm-2. Má velmi dobré mechanické vlastnosti, je dobře tvárný a svařitelný. Vyznačuje se vysokou odolností proti korozi i za zvýšených teplot.

MTDII 25

Nikl Nikl je v přírodě poměrně hojně zastoupen,

výskytem v zemské kůře se řadí na 7. místo. Obvykle se vyskytuje ve směsi s železem v rudách ve formě oxidů nebo sulfidů. Z rud se vyrábí pražením a redukčním tavením. Rafinuje se elektrolyticky na čistotu až 99,99 %.

V čisté podobě se užívá především pro poniklování jiných kovů jako ochrana proti korozi. Velký význam má jako přísadový kov.

MTDII 26

Kadmium Kadmium (Cd) má hustotu 8,65.103 kg.m-3,

teplotu tavení 321 °C, teplotu vypařování 765 °C. Je měkké, lehce tavitelné. Svými vlastnostmi se podobá zinku.

MTDII 27

Kadmium V zemské kůře je kadmium vzácným prvkem.

Vyskytuje se jako příměs rud zinku a někdy i olova, z nichž se také společně získává. K oddělení kovů se vzhledem k poměrně nízkému bodu varu kadmia požívá destilace.

Kadmium se užívá jako součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí. Významné využití nachází kadmium při výrobě pájek, které jsou jeho slitinami se stříbrem, cínem a zinkem. Mají velmi dobré mechanické vlastnosti, dávají pevné a houževnaté spoje, velmi dobře vedou elektrický proud. MTDII 28

Antimon Antimon (Sb) má hustotu 6,7.103 kg.m-3, teplotu tavení

630 °C. Je středně tvrdý a velmi křehký. V zemské kůře je poměrně vzácným prvkem. Hlavní

rudou antimonu je antimonit, chemicky sulfid antimonitý Sb2S3. Obvykle je také přítomen jako příměs v rudách stříbra, mědi a olova.

MTDII 29

Antimon

Vyrábí se pražením a redukcí sulfidických rud za přístupu vzduchu za vzniku oxidů, které se dále redukují žárově uhlíkem (koksem).

Užívá se do slitin měkkých kovů, nejčastěji olova, za účelem zvýšení jejich mechanické pevnosti a tvrdosti. Významný je podíl antimonu při výrobě pájek na bázi olova a cínu. Přídavky antimonu, kadmia a stříbra získávají tyto pájky lepší vodivost a vyšší pevnost spoje.

MTDII 30

MTDII 31Chrom Mangan

VanadMolybden

Použitá literatura Ing. J. Hladký – podklady pro výuku http://trideniodpadu.blogspot.cz/2011/03/

zaludne-jedovate-kadmium.html http://www.osel.cz/index.php?clanek=359 http://www.allmystery.de/themen

/uh43048-83

MTDII 32

MTDII 33

Děkuji za pozornost