NEŽELEZNÉ SLITINY

Přírodní měď Přírodní zlato

http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Kupfer_Nugget.jpeg

Rozdělení neželezných kovů

Kritérium pro dělení neželezných kovů je nejčastěji teplota tání s přihlédnutím k dalším vlastnostem, zejména k hustotě materiálu.

Rozdělení podle hustoty

Rozdělení podle teploty tání

Kovy s nízkou teplotou tání

Olovo

Získává se ze sulfidových rud, což je např. leštěnec sulfidový nebo-li galenit. Nejdříve se oxidačně praží a pak se provádí redukce v šachtové peci.Oxidační pražení galenitu probíhá na aglomeračním pásu. Zahřívá se za přístupu vzduchu, galenit se přeměňuje na oxid olovnatý.2 PbS + 3 O2 →2 Pb O + 2 SO2

Redukční tavení probíhá v šachtových pecích, které jsou asi 10 m vysoké a připomínají svou funkcí vysokou pec. Shora pece se dávkuje aglomerát, koks a vápenec jako struskotvorná přísada. PbO se redukuje pomocí plynu CO na surové olovo, které obsahuje 90 – 96% olova. Zbytek tvoří nežádoucí Cu, As, Sb, Sn a Ag. Proto se musí rafinovat. Struska má vysoký obsah Pb a Zn, proto se dále zpracovává. Plyny vycházející z pece se rovněž čistí.

Rafinace surového olova

Odstranění mědi se provádí promícháváním roztaveného olova s elementární sírou. Síra reaguje s Cu za vzniku sulfidu měďného, který vyplave na hladinu olověné lázně, pomocí stěru se odtud odstraní.

Olovo je velmi měkké, dobře tvárné, obrobitelné i slévatelné. Předností olova je odolnost proti korozi (na vzduchu se pokrývá vrstvou oxidů, která ho chrání před další korozí) a odolnost proti silným anorganickým kyselinám, např. zředěná kyselina dusičná ho napadá, je-li však její koncentrace vyšší než 60%, olovo jí odolává.

Organické kyseliny, alkalické látky a dokonce i destilovaná voda olovo narušují. Nevýhodou je, že je toxické (jedovaté), zejména jeho páry. Olovo se používá v chemickém průmyslu (pro nádoby a potrubí ve výrobě kyseliny sírové). Velmi vysoká hustota ho řadí mezi materiály, které se využívají pro opláštění proti radiaci (rentgenovému záření) a jako protizávaží při vyvažování různých mechanizmů, např. setrvačníky, disky kol, apod.

Velké množství olova se používá do různých slitin:a)liteřina – je to slitina olova s antimonem a cínem, která se používá na lití písmen v tiskařství

b) měkké pájky – přídavný materiál pro měkké pájení (teplota tavení do 500°C) ve složení cín + olovo. Procentuální složení těchto dvou kovů je různé z hlediska použití. Cín je dražší, ale zdravotně nezávadný, proto jeho obsah ve slitině je určující pro použití měkké pájky.

c) kompozice (ložiskové kovy) – kluzná ložiska jsou obvykle tvořena nosnou ocelovou nebo litinovou pánví, na které je nalitím a seříznutím nanesena pouze tenká vrstvička kompozice tloušťky 0,1 až 0,5 mm. Od materiálu kompozice se žádá pevnost v tlaku, tvrdost, odolnost proti opotřebení, únavě, korozi, zadírání, dobré kluzné vlastnosti, tepelná vodivost, malá tepelná roztažnost, dobrá slévatelnost. Olověné kompozice jsou slitiny soustavy Pb-SbSn (Sb jeho účelem je zvýšení tvrdosti a pevnosti kompozice).

Kompozice – kluzná ložiska toto téma je uvedeno jako samostatná kapitola.

Cín a jeho slitinyZískává se z rudy zvané cínovec neboli kassiterit. Vyskytuje se v modifikaci β nad teplotou 13,2°C, pod touto teplotou se označuje jako modifikace α (cínový mor), ve které cín degraduje. Cín má dobrou odolnost proti korozi a není jedovatý jako olovo. Je dobře slévatelný a tvárný. Litý má hrubozrnnou krystalizaci. Při ohýbání vydává praskavý zvuk, což způsobují části krystalů, které se překlápějí do polohy dvojčat. Je velmi dobře tvárný, při tváření však nesnáší namáhání tahem, a proto lze cín zpracovávat pouze válcováním nebo lisováním.Je odolný proti korozi vodou, atmosférickým vlivům a proti různým organickým kyselinám obsaženým v potravinách. Na vlhkém, nečistém vzduchu se sice pokrývá matnou vrstvičkou kysličníku, ta však chrání povrch před další oxidací (dá se ostatně leštěním snadno odstranit). V silnějších organických kyselinách a v louhu se rozpouští na cíničitan, zejména za přítomnosti oxidačních činidel.Vyrábí se v několika jakostech. Nejčistší cín (Banka) obsahuje až 99,99% Sn. Nejškodlivějšími příměsmi cínu jsou železo a síra, které způsobují jeho tvrdost a křehkost. Tažnost cínu zhoršují antimon, arzén a vizmut. Méně nebezpečné jsou měď a olovo, které zvětšují jeho pevnost a tvrdost, ale zároveň zmenšují jeho tvárnost. Hliníkem znečištěný cín se rozkládá na vlhkém vzduchu a stává se křehkým a lámavým již při 0,1 % AI.Používá se k povrchové ochraně předmětů v potravinářském průmyslu, dále do slitin měkkých pájek a kompozic – viz. olovo. Cínové kompozice se používají pro náročnější podmínky, např. ložiska rychloběžných motorů.

Zinek a jeho slitiny

Krystaluje v hexagonálním těsném uspořádání. Za normální teploty je křehký, v rozmezí teplot 100–150°C je tažný. Při této teplotě lze válcovat na plech a vytahovat na dráty, nad 200 °C je opět křehký a dá se rozetřít na prach. Zinek je velmi snadno tavitelný a patří k nejsnáze těkajícím kovům. Tepelná vodivost zinku je 61–64 % a elektrická vodivost je 27 % vodivosti stříbra.

V silných minerálních kyselinách se zinek velmi ochotně rozpouští za vývoje plynného vodíku. Na vzduchu je zinek stálý, protože se rychle pokryje tenkou vrstvičkou oxidu, která jej účinně chrání proti korozi vzdušným kyslíkem i vlhkostí (vodou) – tzv. pasivace. Zinek se ale také rozpouští v roztocích hydroxidů, vodném amoniaku a za tepla také v chloridu amonném, což je projevem jeho amfoterity (rozpouštění v kyselinách i hydroxidech). Pokud je zinek ve velmi čistém stavu, tak rozpouštění v kyselinách ani hydroxidech neprobíhá nebo probíhá velmi pomalu.Zinek na vzduchu při zahřátí hoří jasně svítivým modrozeleným plamenem, přičemž vzniká bílý oxid zinečnatý. Za červeného žáru se zinek oxiduje také vodní párou a oxidem uhličitým, který se redukuje na oxid uhelnatý. Sirovodík působí na zinek za normální teploty a vzniká tak sulfid zinečnatý.

Pro zinkové odlitky se nejčastěji používá slitina typu ZP0410 (obdoba slitiny Zamak 2). Tato slitina má výbornou slévatelnost a je vhodná pro tvarově složité díly. Odlitky se vyrábí tlakovým litím. Výborná slévatelnost zinkových slitin současně umožňuje dosáhnout přesných rozměrů a dobré kvality povrchů odlitků, která dovoluje s minimálním požadavkem na další opracování jejich galvanizaci i lakování.

Čistý zinek s obsahem 99,995% je základem pro slitiny, které mimoto obsahují cca 4% hliníku a cca 0,03% hořčíku. Hliníkem a mědí se zlepšuje lití a viskozita. Dosahuje se jemnější zrnitosti a zlepšení mechanických vlastností. Obzvláště se zlepší pevnost, tvrdost a rázová houževnatost v ohybu. Nepatrné množství hořčíku zvyšuje rovněž pevnost a kompenzuje vliv nečistot - olova a kadmia obsažených v zinku. V normě EN 12844 se množství těchto kovů omezuje na tisíciny procent. Toto omezení je nutné pro zamezení krystalické koroze při relativně vysoké vlhkosti vzduchu.

Použitý zdroj: http://www.ortmann.cz/cs/page.php?lang=cs&page=vlastnosti

http://www.ortmann.cz/cs/page.php?lang=cs&page=vlastnosti

ZAMAK 2 – ZP0430

Bod tání - cca 380°CPevnost v tahu - cca 350 MPaTažnost - cca 3%Tvrdost - cca 100 HB

TYPICKÉ CHEMICKÉ SLOŽENÍ2% Al2% Cu0,04% Mg0,07% Fe0,004% Pb+Sn+Cdzbytek Zn

ZAMAK 3

TYPICKÉ CHEMICKÉ SLOŽENÍ

Zamak 2 má stejné složení jako Zamak 3 s přidáním 3% mědi s cílem zvýšit pevnost v tahu až o 20%. Zamak 2 má největší pevnost ze všech Zamak slitin. Oproti ostatním slitinám ZAMAK jsou tvrdší a pevnější, avšak jsou méně pružné – více křehké.

Zamak 2 - složení dle normy

Příměsi

Zamak 2

KSSlitina KS byla vyvinuta pro rotační odlitky s požadavkem na povrchový vzhled. KS stejné složení jako Zamak 2, s výjimkou většího obsahu hořčíku, který má za následek jemnější zrno a snížení vzniku tzv. „pomerančové kůry“.

Příměsi

Zamak 3

Zamak 3 je standardem pro sérii Zamak zinkových slitin. Všechny ostatní jsou s touto slitinou porovnávány.  Zamak 3 má základní složení 96%Zn a 4% Al). Má vynikající slévatelnost a dlouhodobou rozměrovou stálost. Více než 70% všech severoamerických zinkových odlitků jsou vyrobeny ze slitiny Zamak 3.

Příměsi

Zamak 4

Zamak 4 byl vyvinut pro asijské trhy na snížení negativních účinků po pájení (zkřehnutí)  při zachování tažnosti slitiny Zamak 3. Tohoto účinku bylo dosaženo pomocí polovičního množství mědi oproti slitině Zamak 5.

Příměsi

Zamak 4

Zamak 5

Zamak 5 má stejné složení jako Zamak 3 s přidáním 1% mědi s cílem zvýšit pevnost (přibližně o 10%), tvrdost a korozní odolnost, ale má nižší tažnost. Také má menší rozměrovou přesnost.  Zamak 5 je více běžně používaný v Evropě. 

Příměsi

Zamak 5

Zamak 7

Zamak 7 má méně hořčíku oproti Zamak 3. Je to z důvodu vyšší pružnosti a houževnatosti, což je užitečné zejména při lití tenkostěnných součástí. Za účelem snížení mezi mezikrystalické korozi je přidáno malé množství niklu, další příměsi jsou přísně kontrolovány, aby byly co nejnižší.

Zamak 7

Souhrnná tabulka koncentrací jednotlivých prvků u slitin ZAMAK

Vizmut a jeho slitiny

Je křehký kov s stříbřitě bílé barvy (čerstvě vyrobený), kvůli povrchové oxidaci má mírně růžovou barvu. Vizmut je nejvíce přirozeně diamagnetický a z kovů má jednu z nejnižších hodnot tepelné vodivosti.

V  zemské kůře je vizmut asi dvakrát víc obsažen než zlato. Největší naleziště jsou v Austrálii, Bolívii a Číně. Světová těžba vizmutu v roce 2010 byla 8,900 tun, s hlavními příspěvky Číny (6500 tun), Peru (1100 tun) a Mexika (850 tun). Rafinerie výroby byla 16.000 tun, z toho Čína produkovala 13.000, Mexiko 850 a Belgie 800 tun.

Vzhledem k tomu, že vizmut je nejvíce k dispozici jako vedlejší produkt, jeho udržitelnost  je závislá na recyklaci. Vizmut je většinou vedlejším produktem tavení olova, spolu se stříbrem, zinkem a antimonem a dalších kovů jako např. Výrobou molybdenu, wolframu a také mědi. Pravděpodobně nejjednodušší recyklace vizmutu by byla z použitých pájek. V pájkách se jeho obsah po pájení snižuje a nevyplatí se jejich recyklace jako u stříbrných pájek.  Další možností recyklace by byly automobilové katalyzátory. Vedle těchto produktů se vizmut využívá i v automatových ocelích pro zlepšení lámavosti třísky.

Vismut (Bi) se používá stále více jako náhrada olova v pájecích slitinách z důvodu toho, že není jako Pb jedovatý. Ačkoliv teplota tání čistého vismutu je 271 °C, přidáním dalších prvků se teplota výrazně snižuje. Směsi vizmutu jsou také široce používány v lékařské a kosmetické aplikaci.Nejpoužívanější bezolovnaté pájecí slitiny vizmutu jsou „Indalloy 281“ (58Bi 42Sn), která má teplotu tání při 138 ° C a „Indalloy 282“ (57Bi42Sn1Ag), která má teplotu tání při teplotě 140°C. Přidání 1% Ag je slitina houževnatější. Obě slitiny mohou být použity pro krokové (postupné) pájení. Po první spoje jsou standardní slitiny SAC (220°C) další pájení lze provádět pomocí slitiny vizmutu (nižší teplota tavení). Indalloy 281 a 282 mají společné vlastnosti, podobné těm z cínu a olova, což je vynikající odolnost proti únavovému poškození a rozpuštění mědi – lepší adheze.

Slitina vizmut-cín, 200x, leptáno 2% Nital

Kadmium (chemická značka Cd, latinsky Cadmium) je měkký, lehce tavitelný, toxický kovový prvek. Slouží jako součást různých slitin a k povrchové ochraně jiných kovů před korozí. Vzhledem k jeho toxicitě je jeho praktické využití omezováno na nejnutnější minimum.

V přírodě se kadmium vyskytuje jako příměs rud zinku a někdy i olova, z nichž se také společně získává. K oddělení kovů se vzhledem k poměrně nízkému bodu varu požívá destilace.V západoevropských zemích se ho dostává do ovzduší přibližně 350 t ročně. Oblasti zvláště ohrožené tímto kovem jsou Japonsko a Střední Evropa.

Pokrytí povrchu jiného kovu kadmiem bylo dříve velmi často používáno jako antikorozní ochrana především pro železo a jeho slitiny. Galvanické kadmiování různých pracovních nástrojů a železných součástek sloužilo jako vysoce účinná ochrana před atmosférickou korozi.

Velmi významné využití nachází kadmium doposud při výrobě pájek. Jedná se přitom o slitiny kadmia se stříbrem, cínem a zinkem, které mají velmi dobré mechanické vlastnosti – pevnost a houževnatost sváru, ale i velmi dobře vedou elektrický proud. Díky tomu jsou i přes nepříznivé zdravotní účinky kadmia stále hojně využívány v elektronickém průmyslu. 

Časový vývoj použití kadmia

Největší množství kadmia (asi ¾) slouží k výrobě baterií, hlavně Ni-Cd. Většina zbývající čtvrtiny se používá na výrobu pigmentů, jako stabilizátory plastů, k legování mědi a k tvorbě ochranných povlaků a pokovování. Z dalších využití kadmia je možné uvést výrobu lehkotavitelných slitin, pájecích kovů, polovodičů a domácích spotřebičů jako jsou vysavače, chladničky, myčky a televizní a rozhlasové přijímače. Kovové kadmium se v menší míře užívá v jaderné technice k absorpci neutronů. Některé sloučeniny kadmia slouží jako fungicidy. Ze sloučenin kadmia má největší praktický význam sulfid (sirník) kademnatý CdS, intenzivně žlutá sloučenina slouží při výrobě malířských pigmentů jako kadmiová žluť. Uplatnění se i jako luminofor při výrobě černobílých televizních obrazovek.

Snímek z ŘEM – slitina stříbro – měď- kadmium

Fungicid je pesticid používaný k hubení hub, které napadají rostliny a působí na nich ekonomické škody, respektive působí škody na výnosu. Jak už název napovídá jejich úlohou je usmrcení daného organizmu. Nasazení fungicidů a jiných pesticidů je v současnosti nejen v rozvinutých zemích výraznou součástí integrované ochrany rostlin.Některé fungicidy jsou zdraví škodlivé i škodlivé pro životní prostředí, např. kuprikol. Jeho významnou složkou je oxychlorid mědi.

http://cs.wikipedia.org/wiki/Pesticidhttp://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Houby_(%C5%99%C3%AD%C5%A1e)&action=edit&redlink=1http://cs.wikipedia.org/wiki/V%C3%BDnoshttp://cs.wikipedia.org/wiki/Integrovan%C3%A1_ochrana_rostlinhttp://cs.wikipedia.org/wiki/Kuprikol

Kadmium patří mezi několik málo prvků, jejichž vliv na zdravotní stav lidského organizmu je jednoznačně negativní. Tento fakt se zdá být kuriózní například i proto, že je chemicky velmi podobné zinku, jež je naopak nezbytnou součástí potravy a má důležitou roli pro správný vývoj a zdravotní stav lidského organizmu. Právě vzájemná chemická podobnost těchto prvků však působí problémy, protože kadmium může snadno vstupovat do různých enzymatických reakcí místo zinku a následné biochemické pochody neproběhnou nebo probíhají jiným způsobem. Příkladem je zablokování inzulínového cyklu, které může působit vážné zdravotní komplikace.Dalším rizikovým faktorem u kadmia je skutečnost, že se jedná o mimořádně kumulativní jed. Přijaté kadmium se z organizmu vylučuje jen velmi pozvolna a obtížně, jeho většina se přitom koncentruje především v ledvinách a v menší míře i v játrech. Bylo prokázáno, že kadmium může v ledvinách setrvat až desítky let.

Antimon, chemická značka Sb, (Stibium) patří mezi kovy, které jsou známy lidstvu již od starověku. Slouží jako součást různých slitin, používá se ve výrobě elektronických prvků, barviv a keramických materiálů.

Kovový neboli šedý antimon je středně tvrdý a velmi křehký. Na vzduchu je za normálních teplot neomezeně stálý, za zvýšené teploty reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu antimonitého Sb2O3.

Významné uplatnění nalézá antimon jako složky různých slitin. Obvykle v nich však tvoří pouze minoritní součást, která pouze zlepšuje vlastnosti základní slitiny – např. zvýšení mechanické pevnosti a odolnosti proti chemickým vlivům. Další významné použití je využití sulfidu antimoničného při výrobě kaučuku.

Slitiny antimonuNové typy olověných akumulátorů jsou často vyráběny ze slitin olova s jinými kovy. Např. výroba pozitivních desek ze slitiny olova, antimonu a selenu značně prodlužuje životnost akumulátoru v důsledku vyšší mechanické pevnosti této slitiny.Významný je podíl antimonu při výrobě pájek na bázi olova a cínu. Přídavky antimonu, kadmia a stříbra získávají tyto pájky lepší vodivost, zvyšuje se pevnost sváru i když za cenu zvýšení bodu tání slitiny.Slitina o přibližném složení 75 % olova, 15 % cínu a 10 % antimonu – liteřina byla po dlouhá léta základním materiálem pro výrobu tiskařských liter – forem sazby tisku. 

Hořčík a jeho slitiny – lehký kov

Hořčík zaznamenává ze všech neželezných kovů největší expanzi výroby. Je to způsobeno novými aplikacemi zejména v oblasti progresivních hořčíkových slitin pro automobilový průmysl, ale také i v oblasti legování hliníkových slitin hořčíkem (pří stoupající výrobě hliníku) a využití hořčíku jako reaktivní látky při odsíření surového železa.

Jeho výroba elektrochemickou nebo termickou redukci vyžaduje velký energeticky vklad, sofistikovanou technologii a při výrobě je nutné čelit významným enviromentálním a bezpečnostním rizikům.

Oproti jiným neželezným kovům i při svém rozšíření v přírodě se hořčík vyrábí jen ve 12 státech a jeho výroba je určitou charakteristikou technologické a ekonomické vyspělosti daného státu.

Odkaz na použité zdroje: http://www.stefanmichna.com/download/technicke-materialy_II/vyroba_horciku.pdfhttp://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=6292

http://www.stefanmichna.com/download/technicke-materialy_II/vyroba_horciku.pdfhttp://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=6292

Fyzikální a mechanické vlastnosti hořčíku

Hustota při pokojové teplotě ………….1,738.103 kg/m3

(je nejlehčím známým konstrukčním materiálem,

nebereme-li v úvahu berylium, které je toxické)

Teplota taní čistého hořčíku …………….650 °C (při atmosférickém tlaku)

Teplota varu čistého hořčíku ………….. 1090 °C (při atmosférickém tlaku)

Změna objemu při tuhnutí ………………4,2 %

Atomové číslo ……12

Atomová hmotnost ….24,305

Hořčík má mřížku hexagonální s nejtěsnějším uspořádáním s mřížkovými

konstantami a = 0,32092 nm,

c = 0,52105 nm a osovým poměrem c/a = 1,623, což je velice blízko ideálnímu

osovému poměru pro nejtěsnější uspořádání 1,633.

Mechanické vlastnosti:Hořčík nemá takovou tažnost jako kubické plošně centrované kovy.

Suroviny pro výrobu hořčíku:Hořčík není kovem vzácným, je hojně obsažen v zemské kůře, dalším zdrojem hořčíku jsou oceány i suchozemská slaná jezera, jako je Mrtvé moře na hranici mezi Izraelem a Jordánskem, nebo velké solné jezero v Utahu v USA.

Zásoby hořčíku jsou považovány za nevyčerpatelné.

Pro výrobu hořčíku se používají suroviny oxidické a chloridové.K využívaným oxidickým surovinám patří :a) Magnezit – MgCO3, obsahuje 47,8 % MgO, resp. 28,8 %Mg. Termicky se rozkládá při 920 °C na MgO – periklas a CO2. Světově významné zásoby magnezitu breuneritického typu jsou na Slovensku v 9-ti nalezištích.b) Dolomit – CaCO3.MgCO3, obsahuje 21,8 % MgO, resp. 13,2% Mg. Termický rozklad probíhá při 760-920 °C. c) Serpentín – 3MgO.2SiO2. 2H2O hydrosilkát hořečnatý obsahuje 26,3 % Mg, krystalickou vodu uvolňuje při 400 – 600°CK chloridovým surovinám patří :a) Karnalit – KCl.MgCl2.6H20 obsahuje 8,8 % Mg. Je zdrojem pro elektrolýzu Mg zejména v Rusku a na Ukrajině.b) Bischofit –MgCl2.6H20, hexahydrát chloridu hořečnatého se taví při 203 °C a neomezen ě se rozpouští ve vodě.c) Mořská voda – přírodní jezera a solanky (10 % MgCl2), mořská voda obsahuje 0,08-0,38 % MgCl2 a 0,12-0,31% MgSO4. Mrtvé moře obsahuje 13 % MgCl2.

Technologie výroby hořčíku:

Technologie výroby hořčíku jsou odvozené od fyzikálně-chemických vlastnosti oxidu hořečnatého a chloridu hořečnatého, co jsou dvě nejvíc zastoupené sloučeniny v hořčíkových surovinách. Podle jejích vlastnosti se technologie hořčíku dělí do dvou základních skupin :

a) tavná elektrolýza MgCl2 v prostředí roztaveného elektrolytu, procesy tavné elektrolýzy jsou vždy založené na přípravě MgCl2, jeho totální dehydrataci, přípravě chloridového roztaveného elektrolytu a vlastní tavní elektrolýzy. Mimo kovového roztaveného Mg je produktem plynný chlor.

b) termická redukce MgO vhodným redukovádlem, je možná prostřednictvím kovových a nekovových redukovádel při vysokých teplotách. Od poloviny 20 století se průmyslově realizuje termická redukce výhradně pomoci ferosilicia (FeSi75) při teplotě 1150 –1200 °C ve vakuu (v šachtové odporové peci), páry Mg kondenzují do dutého bloku o hmotnosti 1,8-2 t.

Použití hořčíku a jeho slitin je dle IMA (International Magnezium Assotiation):

a) 39 % primárního hořčíku spotřebovalo na legování Al slitin,b) 38 % primárního hořčíku na výrobu Mg slitin, zejména pro přesné tlakové odlitky,c) 13 % primárního hořčíku na odsíření surového železa směsí prášku Mg + CaO,d) 10 % primárního hořčíku na protikorozní Mg anody, redukci jiných kovů (Zr, Ti), Mg prášky pro chemikálie a legování slitin jiných neželezných kovů,pyrotechnika.

Příklady použití :a) kovový hořčík má řádu aplikací v pyrotechnice jako vysoce energetické palivo pro rakety,b) odstranění síry z ocelí,c) k výrobě tvárných litin,d) jako dezoxidant neželezných kovech,e) jako legující prvek v hliníkových slitinách,f) šicí stroje, sportovní potřeby, řetězové pily, schránky na počítače, mobilní telefony,g) automobilový průmysl – kliková skříň převodovky, plechy (slitina ZE10)h) letecký a kosmický průmysl – přístrojové skříně (Mg-Li), Mg kompozity tlumí vibrace (vysoká pevnost + creepová odolnost)i) Mg prášky pro chemikálie.

Další vývoj :

Výrobky připravované tlakovým litím jsou nejčastěji používanými hořčíkovými materiály.Odlitky, připravené tlakovým litím mají následující výhody:a) vysoká produktivita,b) vysoká přesnost,c) vysoká kvalita povrchu,d) struktura jemných zrn,c) možnost připravit tenkostěnné a tvarové bohaté výrobky.

Ve srovnání s Al :a) rychlost odlévání je vyšší o 50 %,b) mohou být použity ocelové ingoty a dlouhou dobou životnosti,c) dobrá opracovatelnost,d) úspora na opotřebení nástrojů 50 %,e) vysoká tekutost taveniny.

Nevýhody slitin připravených tlakovým litím:

a) uzavřené póry obsahující plyn jako výsledek velké rychlosti plnění a následného tuhnutí,b) horší mechanické vlastnosti,c) omezený výběr legujících prvků,d) horší odolnost proti creepu jako důsledek malého zrna litého materiálu,e) omezená slévatelnost slitin Mg-Al-RE a vysoké náklady (RE – prvky vzácných zemin *),f) nedají se tepelně zpracovávat,g) nejsou vhodné pro svařování.

Dalšími možnostmi jak zlepšit výrobky z hořčíkových materiálu je dvojstupňové tlakové lití a tixotropní odlévání. Porezita materiálu, připravených metodou tlakového lití s dvojnásobnou aplikaci tlaku, je téměř nulová.

http://www.metal2012.com/files/proceedings/metal_08/Lists/Papers/081.pdf Alena Michalcová ; Dalibor Vojtěch ; Pavel Novák : VLASTNOSTI RYCHLE ZTUHLÉ Al – TM – RE SLITINY. VŠCHT v Praze, Ústav kovových materiálů a korozního inženýrství, Technická 5, 166 28 Praha 6, ČR, michalca@vscht.cz

Slitina Al – 6 % Mm – 5% Fe – 3% Mg – 3% Si, značená AlMm6Fe5Mg3Si3, Složení Mm (Mm = Misch Metal) je 45% Ce (cer), 38 % La (lanthan), 12 % Nd (neodym) a 4 % Pr (Praseodym). http://cs.wikipedia.org/wiki/Lanthanoid

http://www.metal2012.com/files/proceedings/metal_08/Lists/Papers/081.pdf

Hořčíkové slitiny

Hliník tvoří s hořčíkem tuhý roztok (δ) a při vyšších obsazích eutektikum Mg4Al3, které zvyšuje základní mechanické vlastnosti. Horší vlastnosti slitin hořčíku a hliníku jsou způsobeny vyloučením fáze (Al12Mg17). Tato fáze má kubickou mřížku.

Vady způsobené fází γ

Ve slitinách hořčíku je často kromě hliníku i určitý obsah zinku, manganu a zirkonu. Zinek tvoří spolu s hliníkem a hořčíkem tuhý roztok a při vyšším obsahu hliníku se také vylučují intermetalické fáze Mg4Al3 a MgZn2. Intermetalická fáze MgZn2 má stejný vliv na pevnostní charakteristiky jako fáze Mg4Al3.

Mangan s hořčíkem tvoří tuhý roztok α. Se snižující teplotou se mění rozpustnost manganu v hořčíku a z tuhého roztoku precipituje fáze β. Přísada manganu neovlivňuje mechanické vlastnosti jako hliník a zinek, ale její výhodou je zvýšení korozní odolnosti, což je způsobeno vylučováním tenké vrstvy kysličníku Mg-Mn na povrchu. Další výhodou manganu je schopnost tvořit se železem sloučeninu o vysoké specifické hmotnosti. Tyto sloučeniny se usazují na dně tavícího kelímku.

Přísada zirkonu a zinku do slitin hořčíku vede k zjemnění zrna, zvyšuje úroveň mechanických vlastností, ale snižuje odolnost proti korozi. Další možnou přísadou je cín. Cín je rozpustný až do obsahu okolo 10% (při teplotě 645°C), p řičemž rozpustnost prudce klesá s teplotou za současné precipitace fáze β(Mg2Sn). Například komplexně legovaná slitina Mg-Al-Mn dodatečně legovaná okolo 5% Sn má velmi dobrou svařitelnost za tepla. Křemík je nerozpustný v hořčíku, ale tvoří s ním intermetalickou fázi Mg2Si, která silně zpevňuje základní matrici. Vzhledem k obrovskému zvýšení křehkosti je obsah Si držen pod 0,3%.

Zdroj: http://www.journalamme.org/papers_vol29_1/2913.pdf

http://www.journalamme.org/papers_vol29_1/2913.pdf

Slitiny hořčíku s hliníkem Slitiny typu Mg-Al jsou nejrozšířenějším typem pro slévárenské účely. Jsou nejstarší skupinou slitin hořčíku. Přidávají se do nich další legující prvky (Zr, Zn, Th, Ag, Ce). Jejich užitečné vlastnosti jsou dány existencí relativně široké oblasti tuhého roztoku δ v rovnovážném diagramu Mg-Al a možností změnit chemické složení přidáním dalších prvků. Nejrozšířenější z těchto slitin (s komerčním názvem elektron) jsou slitiny s obsahem 7 až 10 % Al. Slitiny s vyšším obsahem hliníku než 7 % jsou vytvrditelné. Při vytvrzování dochází k tvorbě diskontinuálního precipitátu fáze Mg17Al12 a slitiny bývají doplněny malým množstvím zinku a manganu. Na rozpustnost hliníku v tuhém roztoku δ a na polohu eutektického bodu má vliv modifikace, rychlost ochlazování a tlak při lití [6]. Tyto parametry lze v širokých mezích ovlivňovat použitou slévárenskou technologií a je jich možno využít pro výrobu odlitků různých vlastností, např. slitina MgAl6Mn vykazuje velmi dobré mechanické vlastnosti (Rm = 190 až 230 MPa, A5 = 5 až 8 %) a odlévají se z ní, gravitačním litím do pískových forem i tlakovým litím do kokil, disky kol pro automobily. S rostoucím obsahem hliníku se výrazně zvětšuje interval tuhnutí a s tím šířka dvoufázového pásma. Takové slitiny mají při gravitačním lití velký sklon ke tvorbě mikrostaženin a ředin. Proto obsah Al ve slitinách pro gravitační lití nepřesahuje 5%. Obsah hliníku také zlepšuje zabíravost.

Slévárenské slitiny hořčíkuZákladem slévárenských slitin hořčíku jsou binární slitiny rozšířené o další legury za účelem zlepšení technologických vlastností, mechanických vlastností nebo zvýšení odolnosti proti korozi. Takové základní systémy jsou Mg-Al, Mg-Zn a Mg-Mn, popř. Mg-Li. Další doplňkové kovy jsou Th, Zr, Si, Ag, Ti a kovy vzácných zemin (La, Ce, Nd, Pr, Sc, Gd,Y).Specifickým slévárenským problémem je vysoká hořlavost hořčíkových slitin v roztaveném stavu. Tavenina musí být chráněna vhodnou struskou nebo atmosférou, která se vyvíjí při hoření sirného květu na hladině taveniny. Pro snížení vznítivosti doporučují někteří metalurgové přísadu berylia 0,005 až 0,2 % nebo přísadu 0,2 % vápníku. Vyšší obsah vápníku však zhoršuje odolnost proti korozi.

Slitiny hořčíku pro tvářeníSlitiny hořčíku krystalizují v hexagonální, těsně uspořádané soustavě a vykazují za normální teploty pouze jeden skluzový systém. Tvárnost těchto materiálů se zlepšuje nad teplotou 220 °C, kdy vstupují do funkce další skluzové systémy a kdy se projevují rekrystalizační procesy. Nejčastějšími technologiemi tváření je protlačování profilů, válcování plechů, popř. volné nebo zápustkové kování. Tvářecí teploty tedy leží v intervalech: kování 200 až 300 °C, protlačování 300 až 400 °C a válcování 400 až 500 °C.

Slitiny lze dle legujících prvků rozdělit na:

• slitiny hořčíku s hliníkem a zinkem,• slitiny hořčíku s manganem,• slitiny hořčíku se zinkem a zirkonem.

Strukturně typy slitin pro tváření odpovídají slitinám slévárenským. Tvářená struktura však má svoje specifika. Pro tvářené slitiny se nepoužívají jako legury kovy vzácných zemin. Slitiny tvoří výrazné textury a s nimi spojenou anizotropii mechanických vlastností. Deformační zpevnění lze u slitin hořčíku využít pouze v omezeném rozsahu. Slitiny s hliníkem mají obvykle přísadu zinku (do 1,5 %) a některé ještě přísadu manganu (zvyšuje odolnost proti korozi).Slitiny s manganem mají nízké mechanické vlastnosti, dobrou korozní odolnost a jsou výrobně i zpracovatelsky jednoduché. Mají dobrou tvárnost i svařitelnost. Vyrábí se z nich výlisky a válcují plechy. Slitiny se zinkem a zirkonem mají vhodnou kombinaci legur. Zinek zvyšuje mechanické vlastnosti, zirkon zjemňuje zrno. Nejvyšší mechanické vlastnosti mají slitiny po precipitačním vytvrzení.Poněkud specifické slitiny jsou slitiny s thoriem vyvinuté v Rusku. Tyto slitiny jsou vhodné pro vysoké teploty. Mechanické vlastnosti těchto slitin zůstávají stabilní až do teplot 350 °C.

Slitiny Mg-Al-Zn Do této skupiny patří slitiny hořčíku, které jsou známé pod pojmem „elektrony“. U těchto slitin hraje významnou roli hliník, který výrazně zvyšuje pevnost. Ale na druhou stranu, čím vyšší obsah hliníku, tím horší odolnost proti korozi pod napětím. Tuto negativní vlastnost hliníku můžeme částečně kompenzovat malým množstvím manganu. Zinek nemá takový vliv na pevnost, ani na odolnost proti korozi pod napětím jako hliník. Ve srovnání s hliníkovými slitinami mají hořčíkové slitiny široký interval tuhnutí (70 až 120°C), proto je jejich zabíhavost nižší a objemové smrštění (1,1 až 1,9%) se projevuje jako pórovitost. Široký interval tuhnutí je také příčinou vzniku trhlin. Tyto vlastnosti se dají potlačit přísadou prvků kovů vzácných zemin a zirkonu

Specifikace slitiny AZ91AMSVolně lité: AZ91A, 4490. Pískové odlitky: AZ91C, 4437; AZ91E a 4446. ASTMOdlitky: AZ91A, AZ91B a AZ91D, B 94. Pískové odlitky: AZ91C a AZ91E, B 80. Pevné formy odlitky: AZ9C a AZ91E, B 199. Přímé odlitky: AZ91C a AZ91E, B 403. Ingot: B 93. SAEJ465. Dříve SAE slitiny: AZ91A, 501, AZ91B, 501A, AZ91C, 504.UUNSAZ91A: . M11910 AZ91B: . M11912 AZ91C: . M11914 AZ91D: . M11916 AZ91E: M11921. 

Důsledkem překročení limitů nečistot:Korozní odolnost se snižuje s rostoucím obsahem Fe, Cu a Ni.

Více než 0,5% Si klesá tažnost.

Pokud Fe obsah vyšší než 0,005% v AZ91D, nebo AZ91E přípustnm poměrem je Fe-Mn 0,032 odolnost proti korozi se rychle sníží.

AZ91 A,B,D AZ91C,E

Vlastnost – Tepelné zpracování F F T4 T6

Pevnost, MPa (KSI) 230 (33) 165 (24) 275 (40) 275 (40)

Pevnost v kluzu, MPa (KSI) 150 (22) 97 (14) 90 (13) 145 (21)

Prodloužení v 50 mm (2 palce),% 3 2.5 15 6

Mez kluzu při 0,2%, MPa (KSI) 165 (24) 97 (14) 90 (13) 130 (19)

Výsledná pevnost, MPa (KSI) - 415 (60) 415 (60) 515 (75)

Výrazná mez kluzu, MPa (KSI) - 275 (40) 305 (44) 360 (52)

Tvrdost, HB 63 60 55 70Tvrdost, LZZ 75 66 62 77

Charpyho V-vrubová houževnatost, J (ft.lbf) 2.7 (2.0) 0.79 (0.58) 4.1 (3.0) 1.4 (1.0)

Typické tahové vlastnosti AZ91C-T6 odlitků do písku při zvýšených teplotách

Struktura slitiny AZ91

Slitiny Mg-Al-RE Tyto slitiny byly vyvinuty hlavně za účelem zvýšení creepové odolnosti. Je to způsobeno hlavně tím, že je fáze δ-Mg17Al12 nahrazena intermetalikem Al-RE.Slitiny Al-RE jsou vhodné pouze pro tlakové lití, protože při nízkých rychlostech tuhnutí se tvoří hrubé částice Al2RE. Slitina AE 42 byla vyvinuta v osmdesátých letech minulého století pro automobilku VW . Její tepelná odolnost je až do teplot 140°C, avšak je dražší a má horší slévatelnost. Má však také velmi příznivé únavové vlastnosti.

Slitiny Mg-Al-Si Tato slitina se využívá hlavně při tlakovém lití, protože je vytvrzující fáze Mg2Si jemně rozdělena po celé struktuře. Spolu s dobrou tepelnou odolností má i uspokojující hodnotu lomové houževnatosti. Standardní slitiny AS21 a AS41 jsou použitelné do teplot 130 -150 °C. Slitiny AS41, AS21 byly vyvinuty v sedmdesátých letech minulého století pro automobilku VW (VW Brouk). Slévatelnost AS41 je poměrně dobrá, zatímco slévatelnost AS21 je problémem.

Slitiny hořčíku s manganem Obsah manganu ve slitinách Mg-Mn bývá obvykle 1 až 2 %. Slitiny hořčíku s manganem mají horší slévárenské vlastnosti (nižší zabíhavost a vyšší smrštivost). Relativně nízké mechanické vlastnosti jsou způsobeny tendencí těchto slitin tvořit hrubé zrno v průběhu krystalizace. Zjemnění lze dosáhnout malým přídavkem křemíku. Jsou však svařitelné a mají vyšší odolnost proti korozi. Slitiny hořčíku s manganem se používají u aplikací, kde se požaduje větší tažnost a houževnatost.

Slitiny hořčíku se zinkem

Hořčíkové slitiny se zinkem se podobají slitinám s hliníkem. Obsah zinku ve slévárenských slitinách bývá v rozsahu 0,3 až 5 %. Do slitin tohoto typu se přidává mangan, díku němuž se zvyšuje odolnost proti korozi. Slitiny se zinkem, zirkonem a kovy vzácných zemin mají např. creepové vlastnosti lepší než žáropevné slitiny hliníku, a to při nižší měrné hmotnosti.

Slitiny Mg-Zn-Zr Tyto slitiny mají vyšší hodnoty meze kluzu a meze pevnosti, které jsou způsobeny účinkem zinku a zirkonu. Dalšími kladnými vlastnostmi jsou nižší náchylnost mechanických vlastností na tloušťku stěny a menší sklon k mikropórovitosti. Zirkon zlepšuje odolnost proti korozi. Legování zirkonem způsobuje potíže, vzhledem k nízké rozpustnosti zirkonu v roztaveném hořčíku. Případná přísada kadmia zvyšuje pevnost a tvárnost. Tento typ slitin je možno dlouhodobě konstrukčně používat při teplotách do 200°C.

Slitiny (Nd – Neodym)Neodym v těchto slitinách zabezpečuje vysokou žáropevnost, která je podmíněna stabilitou tuhého roztoku a malou rychlostí koagulace (srážení) vytvrzující fáze Mg9Nd za vyšších teplot. Tyto slitiny jsou konstrukčně použitelné do 250°C. Slitiny Mg-Zn-Zr-RE (RE – kovy vzácných zemin)Tyto slitiny mají obdobné vlastnosti jako slitiny Mg-Zn-Zr-Nd. Jejich mechanické vlastnosti jsou srovnatelné za normálních teplot s ostatními hořčíkovými slitinami. Za vysokých teplot (asi do 250°C ) jsou použitelné jako konstrukční materiály.

Slitiny Mg-Zn-Zr-Th (Thorium)Slitiny s thoriem patří ke slitinám hořčíku s nejvyšší žáropevností. Jsou použitelné jako konstrukční materiály do 350°C.

Slitiny hořčíku s lithiem Slitiny hořčíku s lithiem patří mezi nejlehčí a perspektivní konstrukční materiály. Slitiny hořčíku a lithia dosahují velmi nízkých hustot 1 300 kg /m3 až 1000 kg /m3 . S růstem obsahu lithia se pevnost slitin Mg-Li snižuje, avšak modul pružnosti a mez kluzu v tlaku je vyšší, než u většiny hořčíkových slitin. Nedostatkem hořčíkových slitin s lithiem je velká reaktivita komponent v roztaveném stavu, malá odolnost proti tečení a nestabilita mechanických vlastností za pokojových teplot. Tyto slitiny jsou poměrně drahé a zatím byly využívány jen v kosmickém popř. vojenském průmyslu. V kosmonautice byly využity pro přístrojové skříně. V literatuře se již objevují také medicínské aplikace. U slitiny Mg-Li-Y byla zjištěna superplasticita. Slitiny jsou dále legovány i hliníkem, zinkem nebo křemíkem.

Zdroj: http://konference.tanger.cz/data/metal2001/sbornik/papers/204.pdf http://katedry.fmmi.vsb.cz/637/soubory/KovyI_Mg.pdf

Struktura binární slitiny Mg-Li (fáze α + β), 7,6 % Li

http://katedry.fmmi.vsb.cz/637/soubory/KovyI_Mg.pdfhttp://konference.tanger.cz/data/metal2001/sbornik/papers/204.pdfhttp://katedry.fmmi.vsb.cz/637/soubory/KovyI_Mg.pdf

Některé legující prvky

Kovy vzácných zemin – Všechny kovy vzácných zemin (kromě Ytria) mají omezenou rozpustnost v hořčíku, proto se u těchto slitin hojně využívá precipitační vytvrzování. Precipitáty jsou velmi stabilní a zvyšují odolnost proti tečení materiálu za zvýšených teplot, odolnost proti korozi a pevnost za vysokýchteplot. Jako legující prvky se využívají Ytrium, neodym a cer. Kvůli vysoké ceně se používají jen zřídka. Be – Je dávkován do taveniny jen ve velmi malém množství (do 30 ppm). I v tomto malém množství dramaticky snižuje sklon taveniny k oxidaci. Ca – Má pozitivní vliv na zjemňování zrna a odolnost proti tečení materiálu za zvýšených teplot. Na druhé straně může vápník vést k lepení taveniny na nástroje při lití a porušování materiálu za tepla. Li – Lithium vede k zpevnění tuhého roztoku za normálních teplotách. Dále snižuje hustotu a zvyšuje tažnost. Nicméně lithium zvyšuje tendenci taveniny k hoření. Dále snižuje odolnost oproti korozi. Ag – Stříbro spolu s kovy vzácných zemin silně zvyšuje pevnost slitiny za zvýšených teplot a odolnost proti creepu. Má negativní vliv zejména na odolnost proti korozi. Th – Thorium je prvek, který nejvíce zlepšuje vlastnosti hořčíkových slitin za vysokých teplot a odolnost proti tečení materiálu za zvýšených teplot. Ale je toradioaktivní prvek, který bývá nahrazován jinými prvky. Zr – Přidáním zirkonu se zvyšuje pevnost v tahu bez ztráty tažnosti.

Zn – Zinek má stejný vliv jako hliník, ať už na slévárenské vlastnosti nebo na pevnost. Při obsahu zinku nad 3 % se snižuje množství staženin a je mírnězvýšená pevnost v tahu. Při obsahu zinku nad 2 % je výrazný sklon ke vzniku mikroporesity a velká náchylnost ke vzniku trhlin. Mn – Nad 1,5 hm. % manganu se zvyšuje pevnost v tahu, odolnost proti korozi, zjemnění struktury a svařitelnost.

Systém značení slévárenských slitin

Značení dle ASTM Všeobecně vzato se skládá značení hořčíkových slitin ze čtyř částí:

• Signalizuje dva hlavní legující prvky a sestává se ze dvou smluvených písmen, které představují tyto dva hlavní prvky uspořádané podle klesajícího obsahu (jestli se obsahy rovnají, pak jsou prvky seřazeny abecedně).

• Signalizuje množství dvou hlavních elementů a skládá se ze dvou celých čísel v odpovídajícím pořadí. • Rozlišuje slitiny se stejným procentuálním složením hlavních legujících prvků. Skládá se z jednoho z následujících písmen: A – první složení, B – druhé složení, C – třetí složení registrované v ASTM, D – vysoká čistota a E – vysoká odolnost proti korozi. • Poslední část označení udává stav slitiny (tepelné zpracování) Značení tepelného zpracování slitin hořčíku F - v litém stavu O – žíhaný stav T1 – po umělém stárnutí bez předchozího rozpouštěcího ohřevu T2 – po žíhání na odstranění vnitřních pnutí, nebo žíhání po tváření za studena T4 – po rozpouštěcím ohřevu (rozpouštěcí žíhání) T6 – po rozpouštěcím ohřevu s ochlazováním na vzduchu a následujícím umělém stárnutí T61 – po rozpouštěcím ohřevu s ochlazením ve vřelé vodě a následujícím umělém stárnutí. T7 – po rozpouštěcím žíhání a stabilizačním žíhání T8 – rozpouštěcí žíhání, deformace za studena a umělé stárnutí H10 a H11 – slabě deformačně zpevněný H23, H24 a H26 – deformačně zpevněný a částečně žíhaný H3 – deformačně zpevněný a stabilizačně žíhaný

K označení slitin s nízkým obsahem nečistot, jako jsou železo, nikl a měď, byl počátkem 80. let zaveden pojem „high purity“ (vysoká čistota). Díky své odolnosti proti korozi se slitiny s vysokou čistotou používají nejčastěji při tlakovém lití. Dnes existuje u každé hořčíkové slitiny verze „high purity“. Takovou verzi slitiny označují písmena HP na konci značky slitiny.

Jako příklad jsou uvedeny tyto tři slitiny AZ91A, AZ91B, AZ91C. V těchto značeních:

• A reprezentuje hliník, legující prvek specifikovaný v největším množství • Z reprezentuje zinek, legující prvek specifikovaný druhým největším množstvím • 9 signalizuje, že obsah hliníku leží mezi 8,6 a 9,4 • A jako poslední písmeno v prvním příkladu signalizuje, že toto je první slitina způsobilá k přidělení označení AZ91 • Poslední písmena ve zbylých dvou příkladech (B, C) znamenají, že slitiny byly následně vyvinuty a jejich specifické složení se mírně liší od první slitiny (AZ91A). Ve složení se liší i samy mezi sebou, ale ne natolik, aby se muselo změnit nákladní označení.

Složení slitin AZ91, typu A, B, C, D, E

Obrábění materiálů z hořčíkových slitin

Obrábění hořčíku je omezeno spíše výkonem obráběcího stroje (rychlostí apod.) nežli nástrojem. Obrábění může být provedeno 10x větší rychlostí než ocel a 2x větší rychlostí než hliník. Často se používají karbidové nástroje, obzvláště jsou upřednostňovány při velkých sériích. Hořčík má výbornou vlastnost: rychle odvádí teplo z břitové destičky, proto zůstává nástroj déle ostrý a může se obrábět i vyšší rychlostí. Hořčík musí být obráběn suchý, pokud se musí používat chladící médium, tak spíše minerální olej, než chladící kapaliny na bázi vody. Při chlazení médiem založeným na vodní bázi může nastat nebezpečí reakce mezi třískami a vodou. Hořčík je při obrábění téměř nemožné zapálit, aby k tomuto došlo, musel by se zahřát skoro až k teplotě likvidu. Proto se často při rychlém obrábění volí spíše odlamování větších třísek, které redukují nebezpečí vznícení.

Obrobitelnost slitin hořčíku

Spojování hořčíkových slitin

Při obloukovém svařování pod inertním plynem je třeba brát v úvahu specifika materiálu, přídavného kovu a tvaru svařovaných dílů. Jako přídavný materiál se bere s dostatečným výsledkem slitina, která se svařuje. Výborné výsledky byly získány při použití přídavného materiálu ze slitin typu HM 21 a HM31 (s thoriem a manganem).Bodové a švové svařování vykazuje velmi dobré pevnosti spojů při aplikaci statického namáhání. Není však vhodné pro namáhání únavové, nebo tam, kde svařenec bude podroben vibracím.Významná a perspektivní je technologie spojování hořčíkových slitin lepením. Únavové charakteristiky lepených spojů jsou lepší než u jiných postupů spojování. Při lepení nedochází ke vzniků koncentrátorů napětí (strukturním a mechanickým vrubům). Technologie se osvědčuje zejména u výrobků s malou tloušťkou stěn a je tedy přínosná zejména v leteckém průmyslu.Nýtování je u slitin hořčíku rovněž běžná technologie spojování. U plechů je však třeba dbát na kvalitu povrchu otvorů. Jemné praskliny vzniklé při prostřihování otvorů výrazně snižují nosnost spoje. Dalším problémem je volba materiálu nýtů. Nýty a základní materiál nesmí tvořit elektrické mikročlánky.

Kompozice – kluzná ložiska Koncepce kluzných ložisek za dobu svého vývoje doznala značný vývoj.

Nejstarším materiálem kluzných ložisek bylo mazivem prosáklé dřevo, které se používalo například v provozu válcoven. V roce 1839 bylo odlito první kluzné ložisko na bázi cínu – tzv. Babittův kov.

Na počátku výroby kluzných ložisek se používala výhradně monometalická (jednovrstvá) ložiska (typ A). Měkký ložiskový kov (obvykle cínová kompozice) se vyléval přímo do litinového nebo ocelového ložiskového tělesa a s ním se opracoval na požadovaný rozměr.

Použitý zdroj: Martina Krátká: Cínová kompozice výstelek ložiskových pánví. Diplomová práce. ZČU 2000 Plzeň.

Další vývojovou etapou bylo zavedení dvouvrstvých ložisek (typ B), u kterých se ložiskový materiál vylévá do opěrných tlustostěnných ocelových pánví nebo pouzder, jež přejímají úlohu nosného podkladu. To umožnilo zmenšit tloušťku vrstvy ložiskového kovu, a tím docílit jednak zvýšení zatížitelnosti ložiska, jednak snížení spotřeby ložiskových kovů. Tato ložiska jsou dodnes běžně používána u velkých naftových motorů.

Ani tato koncepce nemohla vyhovět stoupajícím nárokům na kluzné uložení výkonných motorů. Bylo třeba dále výrazně zmenšit tloušťku vrstvy ložiskového kovu i samotného ocelového podkladu ložiska a použít únosnějších a tedy i tvrdších ložiskových kovů, ale současně udržet vyhovující kluzné a nouzové vlastnosti funkčního povrchu ložiska. Tak vznikla třívrstvá tenkostěnná ložiska (typ C), u kterých byly zmenšeny tloušťky nosného ocelového podkladu a pro zlepšení kluzných a nouzových vlastností bylo použito třetí záběhové a funkční vrstvy (obvykle z olověné slitiny Pb Sn 8 až 18%Pb). Tato třetí vrstva se nanáší galvanicky a má tloušťku pouze 20 až 40 μm, což zaručuje její vysokou zatížitelnost (na úrovni olověných bronzů). U méně tvrdých ložiskových materiálů (olověné bronzy s obsahem 30% olova nebo u hliníkové slitiny Al Sn 20 Cu 1) se tato třetí vrstva běžně nepoužívá a ložisko je pouze bimetalické, avšak tenkostěnné. Z výrobních i bezpečnostních důvodů není možné zmenšit tloušťku základní vrstvy nosného ložiskového kovu pod hodnotu cca 0,3 mm. Obvykle se pohybuje v mezích 0,4 až 0,8 mm podle velikosti ložiska.

Koncepce kluzného ložiska - C

Chemické složení

Sn88,6%

Sb9,0%

Ni0,4% Cu

2,0%

Sn88,0%

Cu4,0%

Sb8,0%

Stanit GTW 89

+ Pb, As, Fe, Zn + Pb,As, Bi, Al, Zn

Fáze ve slitině STANIT:

• Cu6Sn5

• SnSb

• Tuhý roztok Sb v Sn

GTW 89

Stanit

voda polotovar pecVedle chemického složení má na vlastnosti vliv také technologie výroby

Označení vzorku

Povrchová vrstva Ložiskový kovTloušťka

[m]Majoritní

fázeMinoritní

fázeTloušťka [m] Majoritní fáze Minoritní

fázeKlikové ložisko

originál 1V NENÍ

97,6%Al; 0,7%Cu; 0,8%Pb

70,6%Sn; 27,4%Al; 1,1%Pb

210 98,2%Al; 0,6%Fe; 0,6%Cu;

Klikové ložisko

náhrada 2V23,5

87,2%Pb; 8,9%Sn; 3,5%Cu

84%Pb; 12,4%Sn; 3,1%Cu

382,694,6%Cu; 4,4%Sn; 0,5%Pb

92,5%Pb; 0,6%Sn; 6,3 %Cu

Expertíza klikových kluzných ložisek u

motoru VW – TDI 1.9 (1V – originál, 2V –

náhrada)

Klikové ložiskooriginál 1V

Ložiskový kov Pánev39,4±0,9 174,8±8,7

Klikové ložiskoNáhrada 2V

Ložiskový kov Pánev86,6±12,3 179,4±6,2

• Ryzí měď se v přírodě nachází vzácně a vyskytuje se tedy převážně ve sloučeninách.

• Nejčastěji ji nacházíme ve formě sulfidů mezi něž patří například nebo chalkopyrit. Dalšími významnými minerály je kuprit.

• Ryzí měď se ve větší míře nachází na Aljašce u Hořejšího jezera (Lake Superior), ojediněle v Číně a Chile. Rudy obsahující měď jsou poměrně chudé, obsahují1 až 6 % Cu.

Na vzduchu je měď málo stálá. Ve vlhkém prostředí se působením kyslíku, oxidu uhličitého a vzdušné vlhkosti pokrývá tenkou vrstvičkou, která se nazývá měděnka (CuCO3 . Cu(OH)2). V kyselině chlorovodíkové (HCl) a ve zředěné kyselině sírové (H2SO4) se měď nerozpouští, ale s koncentrovanou kyselinou sírovou reaguje:

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2OSe zředěnou kyselinou dusičnou (HNO3) reaguje měď za vzniku oxidu dusnatého (NO): 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Naproti tomu s koncentrovanou kyselinou dusičnou reaguje za vzniku oxidu dusičitého (NO2): Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Měď a její slitiny – kov se střední teplotou tání

http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Sulfid&action=edithttp://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Chalkopyrit&action=edithttp://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Kuprit&action=edithttp://cs.wikipedia.org/wiki/Kysl%C3%ADkhttp://cs.wikipedia.org/wiki/Oxid_uhli%C4%8Dit%C3%BDhttp://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=M%C4%9Bd%C4%9Bnka&action=edithttp://cs.wikipedia.org/wiki/Kyselina_chlorovod%C3%ADkov%C3%A1http://cs.wikipedia.org/wiki/Kyselina_s%C3%ADrov%C3%A1http://cs.wikipedia.org/wiki/Kyselina_dusi%C4%8Dn%C3%A1http://cs.wikipedia.org/wiki/Oxid_dusi%C4%8Dn%C3%BD

• Je načervenalé barvy

• Krystalizuje v mřížce krychlové plošně středěné

• Má vysokou elektrickou i tepelnou vodivost (6x vyšší než Fe), po stříbře největší ze všech kovů

• Velmi dobrou tvářitelnost (minimum při teplotách kolem 500 – 600ºC), odolnost proti korozi, obtížnou obrobitelnost (lepí se na nástroj)

• Při žíhání v atmosféře obsahující vodík nebo uhlovodíky, je nebezpečí vzniku vodíkové nemoci.

Výroba mědi:                                          2Cu2S + 3O2 → 2Cu2O + 2SO2                                                         Cu2S + 2Cu2O → 6Cu + SO2

Výroba v laboratoři:                            Fe + CuSO4 → Cu + FeSO4

Vodíková nemoc mědi – žíháním mědi s obsahem kyslíku nad cca 400°C v atmosféře obsahující vodík nebo uhlovodíky, dochází k difúzi atomů vodíku do mědi. Vznikající vodní pára není v mědi rozpustná ani schopná difúze a svým velkým tlakem vyvolává vznik povrchových trhlinek po rozhraní krystalů, které vedou při dalším mechanickém zpracování nebo při namáhání za používání k hrubým prasklinám. Vodíková nemoc se projevuje při svařování autogenem, proto se musí pro tyto účely používat měď bez obsahu kyslíku.

Rovněž je kyslík na škodu, má-li se měď velmi intenzivně tvářet za studena, např. lisování tenkostěnných trubek rázem, hluboké tažení.

Měď - vlastnostiNereaguje s vodou, na vzduchu je málo stálá:

v suchém prostředí vzniká Cu2O,ve vlhkém prostředí měděnka CuCO3.Cu(OH)2Za červeného žáru reaguje měď s kyslíkem, na povrchu vzniká černý CuO, pod ním vrstvička tmavočerveného Cu2O.

Kubická plošně centrovaná struktura předurčuje její dobrou tvařitelnost a možnost zpevnění tvářením za studena.  Při následném rekrystalizačním žíhání se ve struktuře objevují pro měď typická krystalická dvojčata.

Historie mědiMěď je jedním z mála kovů, které znal člověk už v dobách prehistorických. Nejprve byla měď užívána samotná, později v podobě slitin (As, Pb, Zn, Sn atd.). Tyto slitiny byly velmi proměnlivého složení a jsou společně nazývány bronzy. Byly užívány tak hojně, že daly název celé historické epoše – doba bronzová.

Počátek znalosti bronzu sahá v různých zemích do dob velmi různých. Např. v Egyptě byla měď známa už 4000 př.n.l., ve střední a severní Evropě se počátek doby bronzové datuje teprve kolem roku 2000 př.n.l.Název mědi – cuprum - je odvozen od římského názvu aes cyprium (chalkós kýprios dle ostrova Kypru), kde se ve značném množství těžila. Označována tak nebyla pouze měď čistá, ale i její slitiny. Pojem bronz (bronzo) se objevuje poprvé ve spise Vannuccia Biringoccia „Pirotechnica“.

Staré „federální" československé mince byly raženy ze slitin hliníku Al, hořčíku Mg, mědi Cu, zinku Zn a niklu Ni. Legendární československá koruna, která platila od 2.9.1957 do 30.9.1993, byla vyráběna ze speciálního bronzu Cu-Al-Mn v poměru 91:9:1.

Nové české mince haléřových hodnot byly z hliníku, podobně jako staré československé haléře, pětníky a desetníky.

Vůbec první novou českou mincí byla kovová padesátikoruna, v oběhu se objevila 7. dubna 1993. Má ocelové jádro a na povrchu je dvojbarevné galvanicky pokovena: žlutý střed mosazí a červenohnědý obvod mědí. Také ostatní mince od koruny výše jsou vyrobeny z ocelového kotoučku, který je po obou stranách pokryt vrstvou niklu (koruny), mědi (desetikoruny) nebo mosazi (dvacetikoruny). Důvodem je jednak nižší cena takové složené mince, jednak možnost automatické magnetické kontroly v mincovních automatech a třídičkách. Všechny nové české mince korunových hodnot jsou tedy složeny ze dvou nebo i tří slitin. Velmi brzy se ovšem projevily i nevýhody takového řešení, totiž snadná oxidace urychlovaná elektrokorozí v místě styku dvojice kovů ve vlhku nebo za přítomnosti „agresivního" potu. Není pochyb, že i v tomto případě byl výběr materiálu kompromisem mezi vlastnostmi a cenou.

Fyzikální, mechanické a technologické vlastnosti mědiFyzikální vlastnosti

Hustota ρ (kg . m-3)Teplota tání (ºC)Měrná tepelná kapacita (kJ / kg K)Délková roztažnost (K-1)Měrná tepelná vodivost (W/mK)Konduktivita (MS/m)

894010830,38516,4 . 10-6

39058

Mechanické vlastnosti

Mez kluzu (MPa)Mez pevnosti (MPa)Tažnost (%)Kontrakce (%)Modul pružnosti v tahu (MPa)Tvrdost HB

60 2205070130 00050

Technologické vlastnosti

Tvářitelnost za studena i za teplaSlévatelnostSvařitelnostPájitelnostObrobitelnost

Velmi dobráObtížnáDobráVelmi dobráDobrá

Technicky čistá měď – vlastnosti a příměsiDobrá odolnost mědi proti korozi je dána jednak jejím kladným potenciálem, jednak

pasivačními účinky oxidů a dalších sloučenin, vytvářejících ochranné povrchové vrstvy.Proti atmosférické korozi je to především tzv. měděnka (vrstva zásaditého síranu

a uhličitanu měďnatého), které má charakteristickou zelenou barvu.Ohřevem na vzduchu v rozmezí teplot 100 až 250ºC se měď pokrývá oxidem měďným

(Cu2O), který má červenou barvu a pevně lpí na povrchu.Měď, která obsahuje více než cca 0.03% O, je náchylná k praskání vlivem vodíku

(tzv. vodíková nemoc).

Všemi přísadami se měď odbarvuje. Intensita jejich působení je však velmi různá a souvisí jen vzdáleně s vnitřní stavbou slitiny. U heterogenních směsí odpovídá barva slitiny poměru barev krystalů, z nichž je směs složena. Technické slitiny mědi jsou však většinou tuhými roztoky, v nichž nelze působení na barvu předem určit. Nejméně působí na barvu mědi zlato. Barva slitin mědi se zlatem se mění náhle od červené barvy mědi do zlatožluté barvy zlata a je ještě při 60 % zlata načervenalá. Slitiny s jinými kovy nabývají bílé případně šedé barvy při tomto přibližném obsahu přísady:

zinku 60 % manganu 22 %cínu 30 % hliníku 19 %niklu 25 % fosforu 15 %křemíku 12 %

U slitin složitějších nelze barvu z těchto základních údajů spolehlivě odvodit.

Vliv mědi, zlata a stříbra na barvu slitiny

Ryzost zlata

Ryzost zlata se obvykle vyjadřuje v karátech – jeden karát je hmotnostní podíl zlata ve slitině – 1/24, - naprosto čisté zlato má 24 karátů.24 karátové zlato je příliš měkkéŠperky jsou vyráběny nejčastěji ze 14 karátového zlata, dříve také z 18 karátovéhoPozor na 8 karátové zlato – v ČR se nesmí prodávatU diamantů znamená pojem „karát“ hmotnost 0,2 g

1. zelené zlato (světle žlutá barva, velice oblíbená v ČR)obsahuje – 58,5%Au; 35,5%Ag; 6,5%Cu2. bílé zlato tvrdé a platina tvrdé bílé zlato obsahuje nejčastěji - zlato, měď, nikl, zinek3. červené zlato obsahuje - 58%Au, 9,5%Ag, 32,5%Cu 4. zlato pokovené rhódiem5. žluté zlato ryzosti 757/1000 (18ct)obsahuje - 58,5%Au, 32%Ag, 9,5%Cu 6. bílé zlatoobsahuje nejčastěji - zlato, stříbro, zinek, paládium

Druhy a použití mědiOznačení ČSN Obsah příměsí

(max v %)Použití

ECu 99,95ECu 99,9

42 300242 3001

Rozhoduje el. vodivost

Pro elektrotechnické účely, v polygrafickém průmyslu

Cu 99,95 42 3102 Pb 0,005O 0,02

Ve vakuové elektrotechnice

Cu 99,9 42 3103 Pb 0,04O 0,08

Do slitin, elektrotechnické účely

Cu 99,85Cu 99,75

42 300342 3004

Pb 0,03O 0,01

Pro svařování, chemický a potravinářský průmysl

Cu 99,5 42 3005 Pb 0,1O 0,1

Konstrukce ve strojírenství

Cu 99,2 As 42 3009 As 0,1 až 0,5 Odolná proti redukčním plynům za zvýšených teplot

SLITINY MĚDI - MOSAZMosazi tvoří asi 80% všech slitin mědi.Dělí se do několika skupin, jednak dle chemického složení na dvousložkové a vícesložkové, jednak dle způsobu zpracování na tvářené a slévárenské.

Dvousložkové mosaziZinek tvoří s mědí jednak primární tuhé roztoky (α,), ale také řadu intermediárních fází. Některé z nich jsou velmi křehké, takže k tváření se používají slitiny s obsahem Zn max. 42% a to pouze vícesložkové.

S rostoucím obsahem zinku se nejprve zvyšuje pevnost a tažnost.

Maximum pevnosti je při 46% Zn. Maximum tažnosti ovšem mosaz dosahuje

při 32% Zn.

Vliv příměsí na vlastnosti mosazí je podobný, jako u mědí. Zpravidla ale neobsahují vodík a kyslík. Železo zjemňuje zrno při rekrystalizaci, ale snižuje odolnost proti korozi.Olovo snižuje tvářitelnost, ale zlepšuje obrobitelnost.

Na vzduchu korodují tyto mosazi pomalu. Koroze ve vodě je závislá na jejich složení. Naproti tomu velmi rychle působí na mosaz HCl a HNO3.

Vliv obsahu zinku a příměsí:

Struktura slitiny Cu Zn3099,5% Cu

Struktura slitiny Cu Zn34 Pb1

Zrna tuhého roztoku , v nichž je řádkově roztroušeno olovo (tmavé tečky)

Struktura slitiny Cu Al6 Fe6 Ni6

Dendrity tuhého roztoku (světlá barva), na hranicích zrn fáze AlFeNi

Struktura slitiny Cu Al10 Fe4 Ni5Cu - Al - Fe – Ni

Dendrity tuhého roztoku (světlá barva), na hranicích zrn fáze AlFeNi

Mosazi k tvářeníJsou jednofázové, tvořené tuhým roztokem .Mosazi s obsahem 80% Cu a vyšším se nazývají tombaky.

Vyrábějí se z nich trubky, plechy, dráty, které se zpracovávají tažením, lisováním, tlačením a ražením.

Tři druhy tombaků: tombak červený – Ms90; tombak střední – zlatý – Ms85; tombak světlý – Ms 80

Pro dosažení lepších vlastností se mosazi často legují dalšími prvky. Název je odvozen od prvku, který se po mědi a zinku vyskytuje v největším množství.

Vícesložkové mosazi ke tváření

Cínové – při obsahu 0,5 až 1,5 % Sn mají velmi dobrou odolnost proti účinkům mořské vody – výroba součástí lodního zařízení - Naval brass – námořní mosaz Manganové – 3 až 4% Mn, velmi dobré mechanické a antikorozní vlastnosti – lodní zařízeníHliníkové – při obsahu 3 až 3,5% Al jsou pevné, tvrdé a korozivzdornéNiklové – vysoká pevnost, odolnost proti korozi, při obsahu 14% Ni – bílá niklová mosaz (pak-fong(=bílá měď) = alpaka = new silver = argentan). Je zvlášť vhodná k hlubokému tažení. Používá se i jako imitace stříbra.Křemíkové – obsah okolo 3% Si, jsou dobře tvářitelné za tepla i za studena, odolné proti korozi. Lze jimi pájet ocel. Přídavek Pb (do 3%) zlepšuje obrobitelnost a snižuje tření – použití i na ložiska.

Olověné – dobrá obrobitelnost, ale nízká tvárnost a houževnatost. Použití jako poloautomatové mosazi (Ms58Pb, Ms63Pb) - šroubová mosaz - hodinářská kolečka, šrouby. Přítomnost olova v binární (dvousložkové) mosazi se projevuje stejně jako u vismutu, protože jeho eutektikum tuhne při 327 °C a také se vylučuje na hranicích zrn. Povolený je obsah je proto max. 0,01 % někdy až 0,03 %Pb. To platí jen u binárních mosazí. U vícesložkových je naopak žádoucí!

Mosazné pájky - tzv. tvrdé pájky, které se používají na spoje více mechanicky namáhané, jsou vhodné pro kovy a slitiny s teplotou tání nad 1000 ºC. Mají vysoký obsah Zn (až 58%) a přísady dalších prvků – pájky stříbrné, niklové. Teplota tání tvrdých pájek se pohybuje nad 600°C.

Slévárenské mosazi• Jsou to zpravidla mosazi heterogenní, používá se jich podstatně méně než mosazí

tvářených.• Často obsahují kromě Cu a Zn také Pb, Si, Al.• Jejich mechanické vlastnosti jsou horší než mosazí tvářených.

BRONZY• Používají se např. na méně namáhaná ložiska a pouzdra.• Bronzy jsou slitiny mědi a dalších prvků s výjimkou zinku, který není

nikdy v bronzu hlavní přísadou. Název bronzu je odvozen od hlavního přísadového prvku.

• Bronzy stejně jako mosazi mohou být binárními nebo vícesložkovými slitinami, mohou být homogenní, určené k tváření nebo heterogenní, které se zpracovávají sléváním.

CÍNOVÉ BRONZY

Někdy se označují jako bronzy pravé. Obsahují max. do 20% Sn. Bronzy k tváření obsahují do cca 9%Sn a používají

se na pružiny, membrány, součásti pro elektrotechnický a chemický průmysl. Mají dobrou odolnost proti korozi a dobře odolávají mechanickému opotřebení.

Technický význam mají slitiny do 9% Sn u slitin tvářených a u slitin slévárenských do 12%. Základní fází technicky důležitých bronzů je tuhý roztok α. Slitiny do 5% Sn zůstávají homogenní. Difúze za nízkých teplot není dostatečná pro vyloučení fáze ε, takže zůstává zachován tuhý roztok α. Intermediální fáze způsobují zvýšení tvrdosti a křehkosti. Barva slitiny se mění od barvy mědi, nad 5% Sn přechází do zlatova. Lité bronzy s vyšším obsahem Sn jsou bílé.Přísada cínu zvyšuje pevnost.Fosfor – významný vliv na mechanické hodnoty a tvárnost,ale omezuje tvárnost za tepla.Nejškodlivější nečistotou u tvářených cínových bronzů je olovo.

Lité bronzyPro namáhané součásti se volí bronz s 10 až 12% Sn s velmi malým množstvím Zn.Podobného složení se dříve užívalo k výrobě děl, dnes se název dělovina stále ještě používá pro nejlepší, velmi houževnatý bronz s 10% Sn a 2% Zn. Pevnost v tahu – 280 až 300 MPa; tažnost přes 25%; tvrdost 70HB.

Bronzy s 10 až 12% Sn – parní armatury s použitím do 280°CLožiskové pánve – dle požadované tvrdosti 14 až 16% při velkém namáhání až 20%Sn

Zvonovina – bronz s 20 a 23%Sn – použití na zvony

Zrcadlový bronz – 30až 33%Sn - optická zrcadla pro velmi přesné přístroje. Bronz je, velmi křehký avšak má vysokou leštitelnost a stálost na vzduchu.

Na méně namáhané odlitky se z úsporných důvodů používají tzv. červené kovy, jež obsahují více Zn a až 5%Pb. Toto množství je závislé na požadovaných mechanických vlastnostech, mnohdy se používá úsporný červený kov s 3%Sn, 11%Zn a 5%Pb.

Umělecký bronz – slitina mědi ma lití soch a uměleckých předmětů. Rozhodující je dobrá slevatelnost, pevnostní vlastnosti nejsou důležité. Nejčastěji se používá 5%Sn, 6%Zn a 1% Pb, u levnějších výrobků se používá 10 až 18% Zn.Olověný bronz – z binárního diagramu vyplývá problematičnost odlévání slitin Cu-Pb.

Cu Sn10 Pb10    matrice - dendrity tuhého roztoku , po jejich hranicích eutektoidní Sn fáze (tmavě šedá), černé útvary tvoří částice Pb

Ložisko – 80%Cu, 10%Sn, 10%Pb

HLINÍKOVÉ BRONZYTechnické hliníkové bronzy obsahují do 10% Al, ale zpravidla mají ještě

2 až 8% přísad (Mn, Ni a Fe). Mn zvyšuje tvářitelnost za tepla i za studena a korozní odolnost. Ni zpevňuje, Fe zjemňuje zrno a zpevňuje.

Hliníkové bronzy mají lepší odolnost proti korozi než mosazi nebo cínové bronzy a to díky vlivu ochranné povrchové vrstvy tvořené oxidy hliníku a mědi. Tyto bronzy dobře odolávají mořské vodě, atmosférické korozi, minerálním kyselým vodám a mnoha organickým kyselinám.

Al bronzy mají sklony ke sloupkovité krystalizaci, proto se tváří nejprve za tepla a poté teprve za studena. Tváří se v rozmezí teplot 750 až 850ºC. Některé bronzy se mohou kalit a popouštět.

KŘEMÍKOVÉ BRONZY

Zpočátku bylo přidáváno pouze 1%Si a tento bronz se používal pro vodiče sdělovací techniky.

Křemík pro svoje desoxidační schopnosti zlepšuje slévatelnost.

Výrazně zlepšuje pevnost, která je stálá až do teploty 250°C. Rovněž potlačuje teplotní ztrátu houževnatosti – použitelnost až do -180°C. - dobrá svařitelnostU slitin k tváření nepřesahuje obsah 3% Si pro odlévání až 5%Si.V posledních letech se více užívá legovaných křemíkových bronzů na odlitky.

4 až 5% Si; 1 až 1,5%Mn4%Si; 0,5%mn; 2%Fe; 2%Zn5%Si; 5%Fe; 2%Zn ….

Použití na strojní části, armatury, nádoby a různé přístroje v průmyslu chemickém a potravinářském, kde se cení jejich chemická odolnost.

Pevnost v tahu 370 až 400 MPa, tažnost kolem 20% a tvrdost 95 až 105 HB.

29/49

MANGANOVÉ BRONZY

Měď tvoří s manganem nepřetržitou řadu tuhého roztoku .Slitinu lze vytvrzovat – 800°C/vodaMangan velmi rychle odbarvuje měď. Při 12% je slitina již pouze žlutošedá a při 20% prakticky bílá. Tepelná a elektrická vodivost se s přídavkem manganu velmi rychle snižuje.Slitiny pro měřící odpory – 40 až 65%Mn- manganin.Při zvýšené teplotě ubývá pevnost pomaleji než u čisté mědi. Např. při 5%Mn zůstává pevnost až do 300°C téměř nezměněna a při 450°C klesá pouze na polovinu hodnoty.Manganový bronz obsahuje často ještě další legury: odporový kov – 13%Mn; 2-3% Al25%Mn a 10%Al – nabývají slitiny feromagnetických vlastností (ačkoliv neobsahují žádný feromagnetický kov) – slitiny Heuslerovy – využití na speciální magnetyManganový bronz + 3%Si – slévárenský kov – kluzná ložska – vysoká tvrdost až 260HB dle složení a způsobu vytvrzení

NIKLOVÉ BRONZY

Oba kovy se vzájemně dokonale rozpouštějí –

podobné krystalografické mřížky.

Při 15%Ni je slitina již jen málo nažloutlá.

Významné snížení elektrické vodivosti – odporové

materiály Slitina má při všech koncentracích vysokou

houževnatost.

Za účelem desoxidace se přidává 0,5 ž 1%Mn,

některé odporové slitiny mají až 3%Mn.

Ze slitin 15-20%Ni – plechy a pásy pro výrobu

nábojnic – hlubokotažné výrobky

Niklové bronzy s 30% Ni – odporová slitina NIKELIN; s 45%Ni – KONSTANTAN

Niklové bronzy s 20 až 25%Ni – drobné mince místo čistého niklu – lepší ražba

Niklové bronzy s 5 až 30%Ni – vysoká odolnost proti korozi – lodní

kondenzátorové trubky

BERYLLIOVÉ BRONZY - typický materiál pro výrobu nemagnetických korozivzdorných pružin, nejiskřících nástrojů i při výrobě ložisek Výhoda - po rozpouštěcím žíhání a ochlazení ve vodě se dají dobře tvarovat a tvarově hotové vytvrzovat

Rozpustnost beryllia v mědi je omezená, při teplotě 866 0C je 2,7% Be

Změna rozpustnosti dovoluje precipitační vytvrzování Největší význam mají slitiny s obsahem beryllia kolem 2%

Následující praktický příklad byl řešen formou expertízy pro jednoho předního výrobce brýlových obrouček

Tepelné zpracování beryliových bronzů

Nejčastějším případem tepelného zpracování neželezných kovů je vytvrzování

1) Rozpouštěcí žíhání2) Ochlazení3) Stárnutí

Rozpouštěcí žíhání se obvykle provádí při teplotě 780 až 800°C (1 h) a ochlazení ve vodě

Ochlazováním se získá přesycený tuhý roztok za normální teploty - zabránění segregaci fází

Stárnutí - difúzní pochod - rozpad přesyceného tuhého roztoku Vytvrzování beryliových bronzů probíhá za teploty 280 až 320°C

Mechanické vlastnosti analyzované slitiny BrB2 (dle GOST) složení: 1,9 - 2,2% Be, 0,2 - 0,5% Ni

Stav Rm /MPa/ Rp0,2 /MPa/ A10 /%/ HV 10

Vyžíhaný 450 300 40 90

Vytvrzený 1250 1000 2,5 375

Vliv způsobu stárnutí na mechanické vlastnosti CuBe

Metalografický rozbor

Analyzované součásti

Leptáno18 s  leptadlem: K2 Cr2O7 – 2 g H2SO4 - 8 ml HCl - 4 kapky H2O dest. do 100 ml

1 – odlití (surový stav) 2 - rozpouštěcí žíhání 3 – vytvrzení

Struktura beryliového bronzu ve stavu po odlití

Licí struktura pozice I Licí struktura pozice II

Struktura beryliového bronzu ve stavu po vyžíhání

Mikrostruktura okraje vzorku

Mikrostruktura střední části vzorku Výsledky z bodové analýzy

EDX prvků Cu; Co

Struktura beryliového bronzu ve stavu po vytvrzení

Mikrostruktura střední části vzorku

Mikrostruktura na okraji součásti

Mikrořediny v mezidendritických polohách

Zkouška tvrdosti dle Vickerse

Stav po odlití Stav po vyžíhání Stav po vytvrzení

Hodnoty tvrdosti HV5

Označení Po odlití Po vyžíhání

Po vytvrzení

HV5 111,57,2 119,512 249,511,3

Hodnoty tvrdosti HV5

050

100150200250300

C1 C2 C3

tvrd

ost H

V5

T [°C]Rozpouštěcí žíhání 800 0C/ 45 min800°C/ 10; 20; 40; 80; 160; 320 minut

VodaUmělé vytvrzování 310 0C/ dle požadované HV

Úprava tepelného zpracování

Původní doba rozpouštěcího žíhání byla dána rychlostí pohybu vzorku v průběžné peci – max. do 45 min, teplota – 800 až 820°C, atmosféra – štěpný čpavek

Vytvrzení: doba hodiny (nebylo specifikováno), teplota 310 °C

320°C/30, 60, 90, 180; 360 minut 260; 280; 300; 320; 340; 370; 410 °C / 90minut 800°C/ 60´

132,7

105106,07

110,4

109,5

110,9

109,2

100

105

110

115

120

125

130

135

0 10 20 40 80 160 320

Doba rozpouštěcího žíhání [min]

HV

5Hodnoty tvrdosti HV 5 po rozpouštěcím žíhání 800 0C

s různou časovou prodlevou

Metalografické pozorování vzorků po rozpouštěcím žíhání 800 0C s různou časovou prodlevou

Výchozí stav - orientace a velikost jednotlivých dendritů je ovlivněna způsobem krystalizace

10 minut - charakter dendritické struktury se částečně ztrácí, zůstává však zachováno nerovnoměrné rozložení intermetalické fáze.

40 minut - pozůstatky dendritické struktury - tato doba stále nezaručuje homogenní strukturu

80 minut - vyloučení „berylidů“ po hranicích zrn není tak značné jejich vyloučení uvnitř zrna není zcela homogenní

160 minut 320 minut

Struktura není zcela homogenní rozdělení intermetalické fáze je rovnoměrnější a její výskyt je nižší

118

317,33347,67 352

415,83

324,67 321,5

248,33

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

800 °C / 60´/voda

260 °C/ 90´

280 °C/ 90´

300 °C/ 90´

320 °C/ 90´

340 °C/ 90´

370 °C/ 90´

410 °C/ 90´

HV5

Hodnoty tvrdosti HV 5 po vytvrzení za různé teploty s časovou prodlevou 90 minut

Metalografické pozorování vzorků po vytvrzení za různé teploty s časovou prodlevou 90 minut

Vytvrzování na teplotě 260 °C - kovová matrice - nehomogenní tuhý roztok

Vytvrzování na teplotě 320 °C - hranice zrn jsou zviditelněny precipitáty

Vytvrzování na teplotě 340 °C - hranice zrn jsou stále zviditelněny precipitáty

Vytvrzování na teplotě 410 °C - vznikají nová zrna, hranice zrn jsou členité a výrazně „zdvojené“

Nový charakter kovové matrice dokumentuje pozorování ŘEM

118

388,67 401415,83 406 396

050

100150200250300350400450

800 °C /60´/ voda

320 °C /30´

320 °C /60´

320 °C /90´

320 °C /180´

320 °C /360´

HV5

Vliv délky prodlevy na vytvrzování

Diskuse výsledkůDodané vzorky: mikrostruktura obsahuje velké množství ředin

po rozpouštěcím žíhání obsahuje nerozpuštěné fáze na hranicích zrn i v základní matrici tuhého roztoku

Zjištěná tvrdost nedosahuje obvyklých (předepsaných) hodnot. Po rozpouštěcím žíhání se udává tvrdost 90 HV – dosažené hodnoty se pohybovaly od 99 až 137 HV5. Naopak zjištěné hodnoty tvrdosti po vytvrzení (232 až 262 HV5) jsou podstatně nižší než udávaná tvrdost po vytvrzení 375 HV5.

Ochranná atmosféra - štěpený čpavek – následkem reakce je v povrchových oblastech snížené množství intermediální fáze CuBe již ve stavu po odlití

Stav po žíhání - jednofázové oblasti s rekrystalizovanými polyedrickými zrny s vyskytujícími se dvojčaty - vliv povrchového tváření součástí a následné rekrystalizace

Zjištěné hodnoty tvrdosti po úpravě TZ potvrdily možnost dosažení předepsaných hodnot tvrdosti po rozpouštěcím žíhání i po vytvrzení

Zpracování uvedených vzorků na vzduchu nevyvolalo výrazné ovlivnění kvality povrchu. Změna barvy povrchu byla minimální a nedošlo k většímu výskytu oxidů.

Experimentem bylo zjištěno, že pro dané součásti z beryliových bronzů je nejvýhodnější následující tepelné zpracování

Rozpouštěcí žíhání 800 0C/ 60 min800°C/ 45 minut - původní

VodaUmělé vytvrzování 320 0C/ 90 min

310°C/ dle HV - původní

Závěr expertízy a doporučení výrobci

Odlitky obsahují velké množství mikroředin popř. mikrostaženin

Rozpouštěcí žíhání nezajišťuje vznik homogenní struktury

Tvrdost po vytvrzení nedosahuje předepsaných hodnot

Povrchové oblasti odlitků součástí jsou ochuzeny o vytvrzující berylium

  Mikrostruktura je po odlití heterogenní a souvisí se způsobem krystalizace

Snímek 1Snímek 2Snímek 3Snímek 4Snímek 5Snímek 6Snímek 7Snímek 8Snímek 9Snímek 10Snímek 11Snímek 12Snímek 13Snímek 14Snímek 15Snímek 16Snímek 17Snímek 18Snímek 19Snímek 20Snímek 21Snímek 22Snímek 23Snímek 24Snímek 25Snímek 26Snímek 27Snímek 28Snímek 29Snímek 30Snímek 31Snímek 32Snímek 33Snímek 34Snímek 35Snímek 36Snímek 37Snímek 38Snímek 39Snímek 40Snímek 41Snímek 42Snímek 43Snímek 44Snímek 45Snímek 46Snímek 47Snímek 48Snímek 49Snímek 50Snímek 51Snímek 52Snímek 53Snímek 54Snímek 55Snímek 56Snímek 57Snímek 58Snímek 59Snímek 60Snímek 61Snímek 62Snímek 63Snímek 64Snímek 65Snímek 66Snímek 67Snímek 68Snímek 69Snímek 70Snímek 71Snímek 72Snímek 73Snímek 74Snímek 75Snímek 76Snímek 77Snímek 78Snímek 79Snímek 80Snímek 81Snímek 82Snímek 83Snímek 84Snímek 85Snímek 86Snímek 87Snímek 88Snímek 89Snímek 90Snímek 91Snímek 92Snímek 93Snímek 94Snímek 95Snímek 96Snímek 97Snímek 98Snímek 99Snímek 100Snímek 101Snímek 102Snímek 103Snímek 104Snímek 105Snímek 106Snímek 107Snímek 108Snímek 109Snímek 110Snímek 111Snímek 112Snímek 113Snímek 114Snímek 115Snímek 116Snímek 117Snímek 118Snímek 119Snímek 120Snímek 121Snímek 122Snímek 123