Transcript Neželezné kovy a jejich slitiny

Technické neželezné
kovy - těžké
Email: [email protected]
Tel: 387 77 3057
MTDII
1
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
MTDII
2
chemických sloučenin.
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
Teploty tání, mez pevnosti, typ mřížky
KOV
Ttání [°C]
Rm [MPa]
MŘÍŽKA
Cu
1083
230
fcc
Al
660
80
fcc
Ni
1453
320
fcc
Mg
650
190
hcp
Zn
419
120
hcp
Ti
1660
400
Polymorfni – hcp x bcc
Pb
327
12
fcc
Zr
1855
400
Polymorfni – hcp x bcc
Ta
2966
350
bcc
Mo
2620
800
bcc
W
3395
1800
bcc
Ag
960
450(slitiny)
fcc
Au
1063
700 (slitiny)
Pt
1769
1100 (slitiny)
MTDII
4
Rozdělení neželezných kovů
 Neželezné kovy je možno rozdělovat podle mnoha
hledisek: výskytu, hustoty, teploty tavení, účelu použití
atd.
Podle výskytu
• obecné
• drahé
• vzácné
Podle teploty tavení
• nesnadno tavitelné (Mo, W)
• snadno tavitelné (Pb, Sn, Zn, Cd
Podle hustoty
• na lehké
• těžké
Podle odolnosti proti korozi
• ušlechtilé (Cu, Ag, Au ...)
• méně ušlechtilé (Mg, Al, Zn ...)
MTDII
5
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.
cín
MTDII
titan
nikl
7
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
Výskyt převážně ve sloučeninách, ve
formě sulfidů
Chalkozin (leštěnec měděný)
 Největší povrchový důl mědi
Covellin
Chalkopyrit, malachit, azurit (Chile) – cca 30 milionů tun mědi
MTDII
9
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.
Příklad rovnovážného binárního
diagramu Bronzu
MTDII
12
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,
MTDII
14
prachárny).
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.
Struktura Mosazi
Příklad rovnovážného
binárního diagramu Mosazi
MTDII
16
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 podobné drobné
součásti. Přídavkem olova se dosahuje lepší
tvárnosti a obrobitelnosti (vhodné pro obrábění
na automatických strojích). Nejlepší
slévatelnost má mosaz MTDII
s obsahem 60 % Cu. 17
Mosazi
 Niklová mosaz obsahující 12 až 20 % Ni
má velmi dobrou tažnost. Nikl měď silně
odbarvuje a proto mají niklové mosazi
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).21
MTDII
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 pokovování
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 24
MTDII
plynů.
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,
MTDII
28
velmi dobře vedou elektrický proud.
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
Molybden
Vanad
Chrom
Mangan
MTDII
31
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/uh4304
8-83
MTDII
32
Děkuji za pozornost
MTDII
33