🥉 Neželezné kovy a slitiny

Kov po kovu

O čem to je

Rám jízdního kola, kabel v zásuvce, vodovodní kohoutek, kluzné pouzdro, kloubní náhrada. Nic z toho není z oceli. Jsou to neželezné kovy a jejich slitiny: hliník, měď, mosaz, bronz, titan.

Používají se tam, kde ocel nestačí: kde má být součást lehká, vodivá, odolná proti korozi nebo kluzná.

Nové pojmy

Neželezný kovKov, jehož základem není železo. Dělí se na lehké (hustota do asi 5 000 kg/m³: Al, Mg, Ti) a těžké (Cu, Zn, Ni, Sn, Pb…).Hliník je lehký neželezný kov.

SlitinaKov, ve kterém je přimíchaný jiný prvek (nebo víc prvků), aby měl lepší vlastnosti než čistý kov.Mosaz je slitina mědi a zinku.

HustotaHmotnost jednoho metru krychlového materiálu v kg/m³.Hliník asi 2 700 kg/m³, ocel asi 7 850 kg/m³.

Hliník a jeho slitiny

Hustota asi 2 700 kg/m³ – asi třetina oceli. Taje při 660 °C.
Na vzduchu se pokryje tenkou vrstvou oxidu, která ho chrání před další korozí.
Dobře vede proud a teplo, je tvárný, dobře se obrábí.
Čistý je měkký. Pevnost zvyšuje legování (Cu, Mg, Si, Zn, Mn) a vytvrzování.

VytvrzováníTepelné zpracování slitin hliníku. Slitina se ohřeje, aby se přísady rozpustily, rychle se ochladí a pak se nechá „stárnout“ při pokojové nebo mírně zvýšené teplotě. Přitom se vyloučí nepatrné částice, které slitinu zpevní.Dural (slitina Al-Cu-Mg) se po vytvrzení blíží pevností konstrukční oceli.

Řada EN AW	Hlavní přísada	Příklad použití
1xxx	čistý hliník (≥ 99 %)	fólie, vodiče
2xxx	měď (dural)	letecké konstrukce
5xxx	hořčík	lodě, cisterny, plechy
6xxx	hořčík + křemík	profily oken, rámy
7xxx	zinek	vysoce pevné díly

Tvářené slitiny se značí EN AW- a čtyřmístným číslem, slévárenské EN AC- a pětimístným číslem. Typická slévárenská slitina je silumin – hliník s křemíkem (např. EN AC-AlSi12).

Měď a její slitiny

Hustota asi 8 960 kg/m³, taje při 1 085 °C.
Po stříbře nejlépe vede elektrický proud a teplo – vodiče, výměníky tepla.
Velmi tvárná, odolná proti korozi (na vzduchu zezelená – měděnka).

MosazSlitina mědi a zinku. Žlutá, dobře se obrábí a tváří. Značka např. CuZn37 (63 % Cu, 37 % Zn).Armatury, kohoutky, šrouby, hudební nástroje.

BronzSlitina mědi s jiným prvkem než zinkem, klasicky s cínem (cínový bronz CuSn8). Dále hliníkový bronz (CuAl10…). Dobré kluzné vlastnosti, odolný proti korozi.Kluzná pouzdra a ložiska, šneková kola, zvony.

Kolik zinku obsahuje mosaz CuZn40?

Číslo za prvkem udává jeho obsah v %: 40 % Zn, zbytek je měď: 100 − 40 = 60 % Cu.

Kolik váží hliníkový profil o objemu 0,0005 m³ a kolik by vážil z oceli?

Hliník: m = 2 700 · 0,0005 = 1,35 kg. Ocel: m = 7 850 · 0,0005 ≈ 3,9 kg. Hliníkový je skoro třikrát lehčí.

Další neželezné kovy

Kov	Vlastnost	Použití
titan (Ti)	lehký (4 510 kg/m³), pevný, odolný proti korozi, snášen tělem	letectví, implantáty
hořčík (Mg)	nejlehčí konstrukční kov (1 740 kg/m³)	odlitky v autech, přísada do slitin
zinek (Zn)	chrání ocel před korozí	pozinkování, odlitky
cín (Sn)	nízká teplota tání (232 °C)	pájky, pocínování
nikl (Ni)	odolný proti korozi a teplu	legování ocelí, niklování

✗Bronz je slitina mědi a zinku.

✓Slitina mědi a zinku je mosaz. Bronz je slitina mědi s jiným prvkem, nejčastěji s cínem.

Mosaz = Cu + Zn, bronz = Cu + Sn (nebo Al, Si…).

Hliník je lehký a nerezaví, slitiny se značí EN AW (tvářené) a EN AC (lité) a zpevňují se vytvrzováním. Měď výborně vede proud. Mosaz = Cu + Zn, bronz = Cu + Sn a další. Titan je lehký a pevný, hořčík nejlehčí.

Podle potřeby

O čem to je

Jsi konstruktér a máš vybrat materiál pro pět dílů: vodič, kluzné pouzdro, kohoutek, rám kola a kyčelní implantát. Ocel není nejlepší volba ani pro jeden z nich. Projdeme neželezné kovy podle toho, co umějí.

Nové pojmy

Neželezné kovyVšechny kovy kromě železa a jeho slitin (ocel, litina). Lehké: hliník, hořčík, titan. Těžké: měď, zinek, nikl, cín, olovo.Měď je těžký neželezný kov.

SlitinaSměs kovu s dalším prvkem, která má lepší vlastnosti (pevnost, kluznost, obrobitelnost) než čistý kov.Dural, mosaz, bronz.

Kluzné vlastnostiSchopnost dobře klouzat po oceli, málo se zadírat a opotřebovávat.Bronzové pouzdro na ocelovém čepu.

KorozePostupné porušování kovu reakcí s okolím (voda, vzduch, chemikálie).Rezavění oceli.

Kdo umí co

Pruhy ukazují, jak dobře kovy vedou proud. Měď je jen kousek za stříbrem a mnohem levnější – proto jsou z ní vodiče. Hodnoty jsou orientační.

Potřebuji…	Zvol	Proč
vést proud	měď (nebo hliník u venkovních vedení)	vysoká vodivost
lehký pevný díl	slitina hliníku, titan	malá hustota
kluzné pouzdro	bronz (CuSn)	dobře klouže, nezadírá se
snadno obrobitelnou armaturu	mosaz (CuZn)	výborná obrobitelnost, nekoroduje
implantát	titan nebo jeho slitina	tělo ho snáší, nekoroduje

Pozor na hliníkový bronz: hliník je v něm jen přísada, základ je měď.

Řešené úlohy

Vrchní vedení vysokého napětí: měď, nebo hliník?

Měď vede lépe, ale je asi 3,3× těžší (8 960 vs. 2 700 kg/m³). Na dlouhém rozpětí mezi stožáry rozhoduje hmotnost. Proto se používají hliníková lana (s ocelovou duší pro pevnost). V budovách, kde hmotnost nevadí, se dávají měděné vodiče.

Rozluštíš CuSn8 a CuZn39Pb3?

CuSn8: měď + 8 % cínu → cínový bronz (pouzdra, pružiny). CuZn39Pb3: měď + 39 % zinku + 3 % olova → mosaz s olovem pro snadné obrábění (automatová mosaz), zbytek měď: 100 − 39 − 3 = 58 % Cu.

✗Hliník nekoroduje vůbec, proto se dá spojit s čímkoli.

✓Hliník chrání vrstva oxidu, ale ve styku s mědí nebo ocelí ve vlhku koroduje (galvanická koroze).

Dva různé kovy ve vlhku tvoří článek a méně ušlechtilý kov (ten, který snáz reaguje) – tady hliník – se rozpouští.

Vodivost → měď, lehkost → hliník a titan, kluzné pouzdro → bronz, obrobitelná armatura → mosaz, implantát → titan. Mosaz = Cu + Zn, bronz = Cu + Sn a další prvky.

🧂Chemicko-tepelné zpracování🧩Plasty a kompozity