Technické neželezné kovy - těžké

1. Technické neželezné kovy - těžké Email: mhorakova@pf.jcu.cz Tel: 387 77 3057 MTDII

2. 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

3. 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

4. Neželezné kovy – přehled vlastností Teploty tání, mez pevnosti, typ mřížky MTDII

5. Rozdělení neželezných kovů • 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 ...) Neželezné kovy je možno rozdělovat podle mnoha hledisek: výskytu, hustoty, teploty tavení, účelu použití atd. MTDII

6. 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

7. Těžké neželezné kovy cín titan nikl 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

8. 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

9. Měď – Cu Výskyt převážně ve sloučeninách, ve formě sulfidů Chalkozin (leštěnec měděný) Covellin Chalkopyrit, malachit, azurit Největší povrchový důl mědi (Chile) – cca 30 milionů tun mědi MTDII

10. Použití mědi MTDII

11. Slitiny mědi Slitiny mědi mají oproti čisté mědi lepší mechanické nebo technologické vlastnosti. Podle svého složení jsou rozdělovány do tří skupin: bronzy mosazi červené kovy Někdy jsou červené kovy řazeny k bronzům. MTDII

12. Bronzy Příklad rovnovážného binárního diagramu Bronzu 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. Mosazi Struktura Mosazi Příklad rovnovážného binárního diagramu 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

17. 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 s obsahem 60 % Cu. MTDII

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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 plynů. MTDII

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

29. 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

30. 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

31. Molybden Vanad Mangan Chrom MTDII

32. 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

33. Děkuji za pozornost MTDII