Neželezné kovy a jejich slitiny

Čisté kovy Slitiny malá pevnost obvykle velmi dobrá tvárnost velmi dobré chemické a fyzikální vlastnosti Slitiny zvýšení mechanických vlastnosti, změna fyzikálních a chemických vlastností

Slitiny kovů Slitiny slévárenské = výroba odlitků Slitiny tvářené = výroba tvářených polotovarů

Hliník a jeho slitiny není polymorfní, mřížka kubická plošně centrovaná Patří mezi nejběžnější technické kovy - malá hustota, dobrá elektrická a tepelná vodivost dobrá zpracovatelnost, u slitin dobrá pevnost - spotřeba v elektrotechnice, spotřební průmysl, chemická zařízení, stavební, strojírenství a doprava korozní odolnost vlivem vrstvy Al2O3 mimo alkálií dobrá velmi dobrá tvařitelnost (fólie) velká afinita ke kyslíku (obtížná svařitelnost)

Označování hliníku a jeho slitin dle ČSN EN Označování hliníku a slitin hliníku pro tváření dle ČSN EN 573-1 až 3

Hořčík a jeho slitiny Nejmenší hustota z technických kovů - špatná tvárnost za studena (za tepla lepší rozvoj skluzových systémů v šesterečné mřížce) dobrá slévatelnost (hlavně u slitin s Al) - výhodný poměr mezi hustotou a pevností, vysoký útlum nízký modul pružnosti a vrubová houževnatost, vyšší délková roztažnost použití nejen v dopravě (letectví), ale i přístroje, strojírenství tepelné zpracování obdobné jako u slitin Al (zvolna probíhající difúzní pochody vyžadují delší dobu ohřevu a možnost pomalejšího ochlazování) Mg-Al,Zn (elektron) - rozpouštěcí žíhání 380-420 °C, stárnutí 200-230 °C

Kovy s nízkou teplotou tání Galium, indium, cín, olovo, vizmut, antimon, kadmium, zinek - většinou nevykazují alotropické modifikace - rekrystalizační teplota leží pod nebo v oblasti pokojových teplot Cín - výskyt dvou modifikací (ß - do 13,2 °C, a - cínový mor) - malá překrystalizační schopnost, značné přechlazení - měkký, výborná tažnost (fólie), dobrá smáčecí schopnost, nízký součinitel tření, pro korozní odolnost na povrchové úpravy, na slitiny nízko- i středně tavitelné – Olovo - korozní odolnost vůči kyselině sírové, malá pevnost - použití: obložení chemických zařízení, kabely, akumulátory, ochrana proti rtg. záření, slitiny - toxicita - pro zpevnění přísady 1-2 % Sb (tvrdé olovo-liteřina) i desetiny % As

Slitiny s nízkou teplotou tání binární nebo vícesložkové slitiny blízké eutektickému složení (Sn, Pb, Cd, Bi) široké rozmezí teplot tání (i pod 100 °C - Woodův kov 70 °C –13 %Sn, 28 %Pb, 49 %Bi, 10 %Cd) - použití tepelné pojistky, vytavitelné modely ap. pájky - slitiny k vytvoření nerozebíratelného spoje v roztaveném stavu - z technologických vlastností určuje jakost spoje smáčivost, vzlínavost a zabíhavost (nejvhodnější čisté kovy a eutektické složení) - měkké Pb- Sn (eutektické složení 62 %Sn, 183 °C) - použití podle účelu (lékařské přístroje SnPb5, klempířské práce PbSn30) - tvrdé pájky stříbrné (700-900 °C), mosazné (800-940 °C)

ložiskové materiály (kompozice) - požadavky pro provoz ložisek protikladné (pevnost v tlaku, odolnost proti tečení a únavě, korozní odolnost i proti opotřebení, dobrá tepelná vodivost, malá teplotní roztažnost, nízký modul pružnosti a součinitel tření, obrobitelnost ap.) nejlépe vyhovují heterogenní systémy, kde v měkké základní hmotě jsou uloženy tvrdé fáze tvořící nosnou kostru (nebo tvrdý skelet, který je infiltrován měkkým kovem) typickým představitelem cínové a olověné kompozice (Sn85Sb10Cu3NiCd, PbSn15Cu2Sb16) - základní hmota je tuhý roztok a ternární eutektikum (krychlové krystaly SbSn, jehlicovité CuSn) - vzhledem k ceně a nízké pevnosti ve formě výstelky

Zinek a jeho slitiny dobrá odolnost proti atmosférické korozi a slabým zásadám - vyniká slévatelností, špatně tvárný za studena (za tepla lépe - vliv šesterečné struktury) použití: ochrana proti korozi (galvanické a žárové povlaky), slitiny Cu (mosazi), obaly baterií, plechy pro grafické účely ap. - slitiny Zn-Al(Cu,Mg) - pro lití složitých částí pod tlakem (automobilový průmysl (karburátory), psací stroje ap.) - potlačení eutektoidního rozpadu vlivem rychlého ochlazování - rozpad doprovázen kontrakcí (za normální teploty měsíce)

Měď a její slitiny po stříbru nejvyšší elektrická a tepelná vodivost použití: vodiče (elektro), strojírenství výměníky tepla dobře tvařitelná za tepla i za studena, špatná slévatelnost čisté Cu - škodlivé nečistoty především Pb a Bi

Tvářené slitiny Cu-Zn (mosazi) - širší rozpustnost Zn cca 35 % jednofázové slitiny - vlastnosti odvozené od Cu - dobrá tvárnost, schopnost povrchových úprav odolnost proti atmosférické korozi Zn 4-20 % (Ms 96-85) tombaky - hlubokotažné mosazi CuZn30 - nepříznivě působí i malý obsah Pb (ev. S,Bi,As,Sb - hlavně na zpracovatelnost za tepla) - použití: bižuterie, nábojnice, hudební nástroje, síta ap.

Tvářené slitiny dvoufázové - překročení rozpustnosti (ß - tvárná za tepla, ß´ (uspořádaná) tvrdá a křehká) - CuZn 37-42 (Ms 65-58) nejběžnější - tváření za tepla, menší citlivost na obsah nečistot, nevýhoda náchylnost ke korozi za napětí (zejména amoniaku - praskání během skladování bez zátěže) - přídavek 1-2 % Pb zlepšuje obrobitelnost

Tvářené slitiny kondenzátorové mosazi - přídavek Al (ev. Sn,Mn,As) k CuZn30 - vyšší korozní odolnost (i zde koroze za napětí) – niklové mosazi (cca 60 %Cu, 14-18 %Ni - pakfong, alpaka) - vysoká odolnost proti korozi, pevnost, modul pružnosti, možnost povrchových úprav - použití: užitkové a ozdobné předměty, pružiny ap.

Bronzy slitiny Cu a ostatních prvků mimo Zn Cu-Sn (cínové bronzy) - pro tváření do 9 % Sn - vyšší odbarvení než Zn, vyšší ovlivnění mechanických vlastností (př. CuSn8 Rm= 400 MPa v měkkém stavu) vliv obsahu P (vyšší jak 0,05 % omezuje tvárnost za tepla) za studena lze zpevňovat až na 1000 MPa dobrá korozní odolnost, nízký součinitel tření - použití: ložiska, pružiny, síta ap.

Cu-Al (hliníkové bronzy) - hranice rozpustnosti cca 10 % - přídavek dalších prvků (Fe,Ni,Mn) - vynikají vysokou korozní odolností i v kyselinách, vysokou pevností a tvrdostí i za vyšších teplot (250-300 0C), jsou dobře tvárné za tepla a při nižších obsazích legur i za studena přechlazením fáze ß vznikájehlicovitá martenzitická fáze ß´ tepelné zpracování (kalení a popouštění) - zvláštní použití na nejiskřící nástroje a součásti (náhrada beryliového bronzu) - CuAl0Ni4 lepší korozní výsledky v mořské vodě než chromniklová ocel (Rm = 836 MPa, A=13,4 %)

Cu-Be (beryliový bronz) - přísada 2 % berylia - precipitační vytvrzování 280-300 °C - lze intenzivně tvářet, Rm až přes 1200 MPa, korozní odolnost - použití: velmi namáhané pružiny, nejiskřící nástroje – Cu-Cr ev. Zr - složité tepelné zpracování kombinované s tvářením - na elektrody odporových svářeček (dobrá elektrická vodivost, nízké opotřebení opalem (výbojem), zachování tvrdosti při vyšších teplotách (do 500 0C, 140-160 HV) – Cu-Ni (úplná rozpustnost) - změna mechanických a fyzikálních vlastností - maximální pevnost při 70 %Ni (cca 400 MPa v měkkém stavu i při vyšších teplotách) - korozně odolné (náročné kondenzátorové trubky) - s rostoucím obsahem Ni klesá elektrická a tepelná vodivost - CuNi45 (konstantan), odporový drát do 500 0C (termočlánek) –

Slévárenské obdobné složení jako tvářené ev. vyšší obsah legur (pak netvárné, pouze slévárenské vlastnosti) - menší vliv nečistot náhrada pro nižší pevnosti a korozní požadavky slitinami Al a Zn (cena, nižší měrná hmotnost) Cu-Zn - nejlepší slévárenské vlastnosti mosazi ß (58-60 %Cu ev.+ Fe,Pb,Al) použití: armatury, ložiska, ozubená kola ap. Cu-Sn - (až 12 % Sn - pro zlepšení antifrikčních vlastností 1 %P) - mimo nízký součinitel tření dobrá korozní odolnost (ložiska, chemický průmysl) - s vyšším obsahem cínu + další prvky (zvonovina, dělovina) – Cu-ZnSnPb - (červené kovy) - nejběžnější slévárenské slitiny (CuSn5Zn5Pb5) široké použití, nižší mechanické a korozní vlastnosti Cu-Pb (olověné bronzy - 20-30 %Pb) - důležité je rovnoměrné rozptýlení Pb v základní matrici - nízký koeficient tření, malá pevnost slitiny (výstelky)–22

Nikl a jeho slitiny dobře zpracovatelný za studena i za tepla, lze dobře povrchově upravovat i svářet, významná odolnost proti korozi, strojírenství, potravinářský a chemický průmysl převážná část jako legury, povrchové úpravy a slitiny se zvláštními fyzikálními vlastnostmi konstrukční - obecně pevnější než většina neželezných kovů a než četné oceli - rychlejší zpevňování - s přísadou 1,7-2 %Be ev. 4,5 %Al (lze precipitačně zpevňovat Rm až 1800 MPa, A = 5 % - bez snížení korozní odolnosti) - obdobně slitiny 66 %Ni + 30 %Cu (monely) s přísadou 2-4 % Al (monel K) lze vytvrzovat

žárovzdorné a žáropevné - výrazné prvenství slitin niklu (slitiny typu nimonic Ni + Cr,Co,W,Mo,Ta,Nb,Ti,Al ev. další stopové prvky) - nejjednodušší NiCr20Fe4Ti2Al precipitačním vytvrzování Ni3(Ti,Al) - později vyvinuté slitiny jsou zpevňovány i vyloučenými karbidy dalších prvků (Mo,W,Cr,Zr) zvláštní fyzikální vlastnosti - slitiny s určitou tepelnou roztažností - FeNi 36 (invar), FeNi40 (kovar) ev. FeNi30Co20-40 zátavové slitiny pro sklo nebo porcelán odporové slitiny - NiCr20 (niklchrom) odporový materiál do 1200 °C , použití pro termočlánky magnetické slitiny - magneticky měkké NiFe 36-77 + Cu,Mo,Cr (permaloy) - magneticky tvrdé FeNi14Co30Cu5Al8 (Alnico)

Vysokotavitelné kovy a slitiny (W, Mo, Ta, Zr, Nb apod.) - vyznačují se značnou slučivostí s kyslíkem - musí být při tavení chráněny před účinky atmosféry a působení nekovů - technicky významné jsou titan, zirkonium, vanad, niob, tantal, molybden a wolfram – Zirkonium nachází uplatnění ve stavbě jaderných reaktorů, v chemickém a farmaceutickém průmyslu. Slitiny niobu mají výbornou žáruvzdornost a žárupevnost za extrémně vysokých teplot - slitiny na bázi Nb-Cr se zkoušejí pro použití v jaderných reaktorech.

Vysokotavitelné kovy a slitiny Tantal se uplatňuje v konstrukci chemických zařízení, ve farmacii a chirurgii -část se spotřebuje při výrobě slinutých karbidů. Molybden je významnou přísadou při výrobě slitinových ocelí. Wolfram je nejdůležitějším materiálem pro vlákna žárovek a rentgenových lamp. Pro dobrou odolnost proti otěru nachází uplatnění i při využití atomové energie. Značná část spotřeby wolframu připadá na práškovou metalurgii pro výrobu slinutých karbidů pro obrábění a na výrobu slitinových ocelí a stelitů.

Drahé kovy a slitiny Drahé kovy a slitiny (Ag, Au, Pt) Technické použití založeno na výborné korozní odolnosti a na elektrických a termoelektrických vlastnostech. Stříbro – nejlepší tepelná a elektrická vodivost, méně odolné S a sloučeninám - slitiny stříbra nacházejí kromě klenotnictví a mincovnictví uplatnění i v průmyslové praxi. Pro výrobu kontaktů jsou vhodné slitiny s mědí (Ag95Cu, Ag90Cu, Ag80Cu) - používá se také slitin s Cd (cca 5 %) a Pd. Stříbrné pájky s dobrou vodivostí a nízkou teplotou tání dávají pevný, houževnatý a chemicky odolný spoj - pro pájení slitin stříbra a mědi. V zubním lékařství se užívá stříbrných amalgamů, tj. slitin s cca 50 %Hg.

Drahé kovy a slitiny Zlato – fólie, po Pt nejvyšší korozní odolnost - slitiny zlata pro klenotnické účely obsahují Cu a kolem 10 %Ag; tzv. bílé zlato (7–15 %Ni, 2–6 %Pd) nahrazuje platinu. V zubním lékařství se užívá Au o ryzosti 18 a 22 karátů, jako přísady obsahuje Cu a Ag v poměru 1:1. Technicky nejvýznamnější kontaktové slitiny zlata - slitiny Au-Cu, Au-Cu-Ag a Au-Ni.

Platinové kovy se někdy rozdělují na těžké (Pt, Ir, Os) a lehké (Pd, Rh, Ru) - společným znakem vysoká teplota tání, umožňující použití za vysokých teplot. Technicky nejvýznamnější z nich je platina a její slitiny, které nacházejí uplatnění v elektrotechnice. Použití ostatních kovů je omezené. Pro termočlánky do 1400 °C se užívá dvojice Pt-PtRh s 10 nebo 13 %Rh. Odporovým materiálem pro laboratorní elektrické pece pro teploty 1200 až 1600 °C je platina a slitiny PtRh s 10, 20, nebo 30 %Rh. Slitiny Pt a Ir (10 až 25 %) nebo s Ru (5 až 15 %) slouží k výrobě kontaktů. Pro chemickou stálost se platiny a jejích slitin (zejména s 3,5 %Rh) používá pro laboratorní zařízení (kelímky, misky, elektrody). Je rovněž důležitým katalyzátorem v chemické výrobě, farmacii a petrochemii.