Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Moderní slévárenské •technologie Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111 Přednášky pro studijní program Strojírenství Doc. Ing. Ladislav SOCHA, Ph.D. a kol. Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích •Základní druhy slitin hliníku, hořčíku, mědi a zinku Přednáška č. X: Doplnit název přednášky222 Přednáška č. 10 Rozdělení slitin neželezných kovů Přednáška č. X: Doplnit název přednášky333 üDruhy slitin – tvářené, slévárenské ØDruhy slitin se rozlišují zejména podle základního prvku ØPrvek, jehož obsah je ve slitině nejvyšší, obvykle více než 50 %, podle něho pak hovoříme např. o slitinách hliníku, hořčíku, slitinách, mědi apod. ü üPodle technologie, která se bude pro slitin používat, se slitiny rozdělují na slitiny slévárenské a slitiny pro tváření ØSlitiny pro tváření mají obvykle nižší obsah přísadových prvků a mají dobré plastické vlastnosti ØPodle teplot tváření se tyto slitiny dělí na slitiny pro tváření za studena a slitiny pro tváření za tepla ØSlévárenské slitiny mají zpravidla vyšší obsah přísadových prvků, než slitiny pro tváření, také vetší pevnost a tvrdost, ale nižší plastické vlastnosti ØChemické složení musí být takové, aby slitina kromě požadovaných vlastností měla i dobré vlastnosti slévárenské ü üPodle hustoty se slitiny dělí slitiny lehkých kovů a slitiny těžkých neželezných kovů ØDo skupiny lehkých slévárenských slitin patří především slitiny hliníku, hořčíku a titanu ØDo skupiny těžkých slitin patří především slitiny mědi, niklu, kobaltu, zinku, olova, cínu a dalších kovů ü Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 3/22 Rozdělení slitin neželezných kovů Přednáška č. X: Doplnit název přednášky444 üPodle tavící teploty se dělí na nízkotavitelné (600°C), se střední tavící teplotou (1500 °C) a s vysokou tavící teplotou üPo samostatných skupin se obvykle zařazují ušlechtilé kovy – zejména stříbro, zlato, platina, dále tzv. kovy vzácných zemin, kovy radioaktivní a polovodiče ü üPodle objemu výroby odlitků z neželezných slitin jsou nejpoužívanější slitiny hliníku, jejich podíl představuje více než 90 % hmotnosti všech odlitků z neželezných slitin – výborný poměr mezi hmotností a mechanickými vlastnostmi, příznivá cen, poměrně snadná technologie výroby a dobré technologické vlastnosti üTechnicky velmi významnou skupinou jsou odlitky z hořčíkových slitin, jejich produkce se v současné době velmi prudce zvyšuje, důvodem je zejména nízká hmotnost při mechanických vlastnostech, přibližně srovnatelných se slitinami hliníku Ø ü Odlitky z hořčíkových slitin Odlitky z hliníkových slitin Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 4/22 Rozdělení slitin neželezných kovů Přednáška č. X: Doplnit název přednášky555 üDalšími významnými materiálovými skupiny jsou slitiny mědi a zinku üTechnicky velmi významné jsou slitiny niklu s výbornými mechanickými vlastnostmi za vysokých teplot a odolností proti korozi, používají se zejména v leteckém a automobilovém průmyslu, např. pro součásti motorů, dmychadel a spalovacích turbín üTechnicky velmi progresivním materiálem jsou slitiny titanu, které díky svým mimořádným mechanickým vlastnostem za normálních i za vysokých teplot a díky poměrně nízké hustotě, nacházejí uplatnění zvláště v leteckém, kosmickém a automobilovém průmyslu ü Odlitek z zinkové slitiny Odlitek z niklové slitiny Odlitky ze slitin titanu Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 5/22 Způsob značení slitin neželezných kovů Přednáška č. X: Doplnit název přednášky666 üSlitiny se označují číselně nebo chemickými značkami üČíselné značení je určeno příslušnými evropskými, národními, podnikovými nebo jinými normami. Z číselného označení obvykle nevyplývá chemické složení slitiny üZnačení chemickými značkami uvádí střední obsah hlavních prvků v procentech. Na první pozici je značka základního prvku, na dalších místech značky přísadových prvků v pořadí jejich obsahu. Číslice za značkou prvku značí jeho střední obsah ve slitině. Při obsahu nižším než 1 % se obvykle množství prvku neuvádí üMateriálové normy obvykle připouští znační slitin oběma způsoby üPři značení čistých kovů se k chemické značce kovu připojuje číslice, označující obsah základního kovu procentech, zbytek tvoří nečistoty ü Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 6/22 Neželezné kovy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky777 üNeželezné kovy jsou všechny kovy a slitiny, u nichž je základním prvkem jiný než železo üNejvětší využití mají tyto neželezné kovy: hliník (Al), měď (Cu), hořčík (Mg), zinek (Zn), olovo (Pb), titan (Ti), nikl (Ni) a jejich slitiny üČisté kovy se pro výrobu nepoužívají, pouze některé üNejvíce se používají Al slitiny Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 7/22 Hutní hliník Přednáška č. X: Doplnit název přednášky888 üČistý hliník se používá výjimečně üČistota 99 až 99,9 % Al obsahuje vždy z prvovýroby nečistoty – především Fe, Si, Cu, Mg, dále Mn, V, Ti, Zn, které ovlivňují jeho vlastnosti üTento technicky čistý hliník s nízkými hodnotami mechanických vlastností a špatnou slévatelností se k výrobě odlitků používá naprosto výjimečně ü üSlitiny hliníku üKonstrukční účely üMalá hustota, dobré mechanické vlastnosti, nemagnetické, dobře obrobitelné, vyhovující odolnosti proti korozi üTvářené nebo slévárenské üTvářené slitiny ØDobře tvárné ØPlechy, dráty, trubky, různé profily, tyče nebo výkovky üSlévárenské slitiny ØVyšší obsah příměsí – snižuje se tvárnost ü Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 8/22 Rozdělení slitin hliníku üZákladní rozdělení slitin hliníku z hlediska jejich vhodnosti ke tváření, slévání a tepelného zpracování vytvrzováním ukazuje rovnovážný diagram üPodle vhodnosti způsobu výroby se slitiny hliníku dělí na: Ø Slitiny pro tváření Ø Slitiny pro odlitky üPodle možnosti precipitačního vytvrzování se slitiny hliníku dělí na: ØSlitiny vytvrditelné ØSlitiny nevytvrditelné üK tváření jsou vhodné slitiny s nižšími obsahy přísadových prvků üSlitiny s vyšším obsahem přísadových prvků, v jejichž struktuře se vyskytuje eutektikum, jsou méně tvárné za tepla, mají však velmi dobré slévárenské vlastnosti, přičemž nejlépe slévatelné jsou slitiny eutektické üVytvrzováním se zlepšují mechanické vlastnosti üZe slitin k odlévání jsou pro vytvrzování vhodné pouze ty, které obsahují menší množství eutektika ve struktuře Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 9/22 Slitiny hliníku Přednáška č. X: Doplnit název přednášky101010 üZ velkého počtu vyvinutých a odzkoušených slitin se v běžné slévárenské praxi používají základní typy: ü ØAl-Si (tzv. siluminy) ØAl-Cu (tzv. duralaluminiumy) ØAl-Mg (tzv. hydronalium) Ø üElektrotechnický průmysl (elektrovodivý materiál, kondenzátory), chemicky a potravinářský průmysl (dobrá tepelná vodivost a odolnost proti korozi v kyselém prostředí), obaly a chranné povlaky, velká část Al se spotřebuje při výrobě slitin Al (slitiny k tváření a slévárenské slitiny se širokým použitím zejména v automobilovém a leteckém průmyslu) üDalší vzájemné kombinace a množství přísad vytváří řadu druhů slitin odvozených od základních typů, např. nejpoužívanější: Al-Si-Mg, Al-Si-Cu, Al-Cu-Si a Al-Mg-Si üZnačení slitin neželezných kovů je v ČR dáno normou ČSN 42 1401, zachovává původní šestimístné číslování dle druhu materiálu Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 10/22 Slitiny hliníku Přednáška č. X: Doplnit název přednášky111111 üDoplněné ev. dvoumístným číslem označujícím stav, čtvrté číslo sudé označuje lehké slitiny, liché číslo slitiny slévárenské, poslední trojčíslí určuje slitinu podle chemického složení a z výrobního hlediska üZahraniční normy, např. DIN, ASTM apod., a zejména také označení chemickými značkami, které je nejnázornější üVlastnosti některých hliníkových slitin je možno zlepšit vytvrzování – předmět je nejprve ohřátý na určitou teplotu (kolem 500°C), tzv. rozpouštěcí žíhání, následně se ohřátý předmět rychle ochladí až na normální teplotu ponořením do vody a pak se nechá ležet několik dní na vzduchu při normální teplotě – přírodní stárnutí, nebo se mírně ohřeje na teploty (kolem 150°C) po několik hodin – umělé stárnutí üRychlým ochlazením se získá měkká a houževnatá slitina, uložením na vzduchu nebo mírným ohřevem se pevnost a tvrdost slitiny zvětší, čímž dojde k poklesu houževnatosti üK vytvrzování jsou vhodné slitiny hliníku, obsahující zejména měď nebo křemík üPředpokladem vytvrzování je, aby slitinu bylo možno přechladit, tj. rychlým ochlazením vytvořit přesycený tuhý roztok, tedy nerovnovážný stav; vytvrzují se hlavně tvářené slitiny ü ü Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 11/22 Slévárenské slitiny typu Al-Si (siluminy) Přednáška č. X: Doplnit název přednášky121212 üObsahují 5 až 20 % Si a další přísady , z nichž nejčastější je Mn üObsah křemíku je vyšší než je jeho max. rozpustnost v tuhém roztoku Al üDobře slévatelný, odolává různým korozním vlivům, špatně obrobitelný üZlepšení mechanických vlastností siluminu se dosáhne menší přísadou hořčíku, která umožní vytvrzování slitiny üVytvrzovatelný silumin se používá na skříně leteckých motorů, na součásti v automobilovém a leteckém průmyslu, zejména na složité a tenkostěnné odlitky ü üPodle rovnovážného diagramu tvoří pak hliník s křemíkem eutektický systém s omezenou rozpustností Si v Al üSlitiny Al-Si lze rozdělit na: Øpodeutektické - s obsahem Si do 10 % (nejpočetnější skupina) Øeutektické - s obsahem Si v oblasti eutektického složení Ønadeutektické - s obsahem Si nad eutektickým složením, hranice není přesně definována, charakteristický je výskyt fáze (3 ve struktuře) ü Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 12/22 Slévárenské slitiny typu Al-Si (siluminy) Přednáška č. X: Doplnit název přednášky131313 rovnovážný diagram Al-Si a typické strukturní složení dle obsahu Si Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 13/22 Slévárenské slitiny typu Al-Si (siluminy) Přednáška č. X: Doplnit název přednášky141414 üPokud nejsou legovány dalšími prvky, označují se jako binární nebo jednoduché siluminy üBinární siluminy Al-Si se však používají zřídka, osvědčily se hlavně jako pájky üK odlévání tvarových odlitků se používají tzv. speciální siluminy s dalšími přísadovými prvky ü • ukázka struktury nemodifikovaného: (a) a modifikovaného (b) siluminu AlSi12 Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 14/22 Speciální siluminy Přednáška č. X: Doplnit název přednášky151515 üNejvětší vliv na zlepšení pevnostních charakteristik siluminů mají přísady mědi a hořčíku, které umožňují takto vznikající speciální siluminy Al-Si-Cu a Al-Si-Mg vytvrzovat a dosáhnout vysokou pevnost üPřísadami ještě dalších prvků (Mn, Ti, Zn, Ni) vznikají siluminy o čtyřech i více složkách, které mají zlepšené některé další vlastnosti üSlévárenské vlastnosti všech speciálních siluminů jsou však horší než u siluminů binárních üV automobilovém průmyslu se používají např. siluminy s přísadou niklu a mědi, příp. železa pevnost vybraných slitin hliníku pro odlitky Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 15/22 Slévárenské slitiny Al-Cu (duraly) Přednáška č. X: Doplnit název přednášky161616 üNejčastějšími přísadami jsou Mg, Cu, Si, Zn a Ni üMěď tvoří s hliníkem slitiny s omezenou rozpustností v tuhém roztoku a eutektikem üRozpustnost mědi v hliníku při eutektické teplotě 548°C je max.5,7 % a při ochlazování se snižuje üVytvrditelné s vysokou pevností, tažností a lomovou houževnatostí üSnižující se rozpustnost Cu umožňuje provádět vytvrzování za tepla i za studena üVelmi důležitý konstrukční materiál na stavbu letadel, kolejových vozidel, automobilů aj. üMenší odolnosti proti korozi, díky obsahu mědi üPokud je nutná odolnost proti korozi, používá se plátovaný dural üKdyž jsou na materiál kladen větší požadavky, používá se superdural s vyšším obsahem hořčíku ü ü • rovnovážný diagram Al-Cu Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 16/22 Slévárenské slitiny typu Al-Mg (hydronalium) Přednáška č. X: Doplnit název přednášky171717 rovnovážný diagram Al-Mg Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 17/22 Slévárenské slitiny hořčíku Přednáška č. X: Doplnit název přednášky181818 üPřevážná část hořčíkových slitin se zpracovává odléváním üHlavním přísadovým prvkem je téměř výhradně hliník, slitiny Mg-Al s nízkou hmotností üČím je ve slitině vyšší obsah hliníku, tím lepší je zabíhavost üZe slitin hořčíku je nejznámější tzv. elektron, obsahující též zinek a mangan, který se přidává do každé hořčíkové slitiny , aby se zvětšila odolnost proti korozi a zmenšila vznítivost üTechnicky zajímavé, ale výrobně mimořádně složité jsou superlehké slitiny Mg-Li üNejčastěji používanou slitinou pro tlakové lití je slitina s 9 % Al a 1 % Zn, označovaná jako AZ91, má vynikající zabíhavost a umožňuje odlévat tenkostěnné, tvarově velmi komplikované odlitky, má vysokou pevnost, ale pouze střední tažnost a houževnost üPro vyšší tažnost a houževnatost se snižuje obsah hliníku a zinek je nahrazen manganem – tyto materiály se používají pro odlitky s vysokými požadavky na bezpečnost, např. volanty aut, armatury řízení a díly sedadel ü ü Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 18/22 Slévárenské slitiny hořčíku Přednáška č. X: Doplnit název přednášky191919 Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 19/22 Slévárenské slitiny mědi Přednáška č. X: Doplnit název přednášky202020 üPodle tohoto kritéria je možno slitiny rozdělit zhruba do 3 skupin: Ø ØSlitiny s úzkým intervalem tuhnutí do asi 50 K. Mezi tyto slitiny patří žluté mosazi, manganový, hliníkový a niklový bronz (slitiny CuZnNiSnPb) a chromová měď, ØSlitiny s intervalem tuhnutí 50-110 K – do této skupiny patří zejména křemíková mosaz, křemíkový bronz a slitiny Cu-Ni, ØSlitiny s intervalem tuhnutí nad 110 K (až do asi 170 K) – cínový a cíno-olověný bronz, červený bronz a olověný bronz. ØŠířka intervalu tuhnutí má rozhodující význam pro schopnost dosazování kovu do tuhnoucího odlitku a pro makro- a mikrosegregaci přísadových prvků ü üVyužívají se jejich specifické mechanické, frikční, fyzikální, antikorozní a jiné vlastnosti üPodle hlavního přísadového prvku se dělí do dvou základních skupin – bronzy a mosazi übronzy se podle hlavního přísadového prvku nebo skupiny přísadových prvků dělí do jednotlivých materiálových skupin, kdy nejvýznamnější skupiny jsou bronzy: cínové, cíno-olověné, hliníkové a olověné üZ dalších typů slitin se v menším rozsahu vyrábí slitiny Cu-Ni, Cu-Cr, Cu-Mn, Cu-Si, Cu-Be a další üZ hlediska slévárenského je důležitá šířka pásma tuhnutí mezi teplotami likvidu a solidu Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 20/22 Slévárenské slitiny zinku Přednáška č. X: Doplnit název přednášky212121 üHlavní přísadový prvek je hliník, vysoká pevnost v tahu a houževnost, dobrá tvářitelnost, schopnost tlumit vibrace, odolnost proti korozi üRovnovážný diagram systému Zn-Al je typem diagramu s primární fází s omezenou rozpustností přísadového prvku a se vznikem eutektika üEutektikum je tvořeno fází Zn-ZnAl, eutektická teplota systému Zn-Al je rovna 382°C při koncentraci 5,5 % Al üObsah hliníku v normovaných slitinách se pohybuje v rozmezí 4-27 % Al üSlitiny zinku se odlévají všemi běžnými slévárenskými metodami, výrazně však převažuje metoda tlakového lití üDoporučuje se odlévat na strojích se studenou komorou, nichž je teplota forem nižší, aby nedocházelo k nalepování odlitků nebo reakci kovu s formou rovnovážný diagram Zn-Al Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 21/22 Použité zdroje Přednáška č. X: Doplnit název přednášky222222 üBOTHE, Otakar. Strojírenská technologie I pro strojírenské učební obory: doporučený učební text pro střední odborná učiliště. Praha: Sobotáles, 1997. ISBN 80-85920-42-5. üROUČKA, Jaromír. Metalurgie neželezných slitin. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2004. ISBN 80-214-2790-6. ü[online]. [cit. 2021-01-27]. Dostupné z: https://online.ferona.cz/znaceni-nezeleznych-kovu/ ü[online]. [cit. 2021-02-15]. Dostupné z: https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=38353 ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: http://www.explat.cz/slevarenska_vyroba.html ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: https://alucast.cz/cs/sluzby/presne-hlinikove-odlitky ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: https://ujp.cz/cs/niklove-slitiny/ ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: https://www.alfe.cz/odlitky-ze-zinku/ ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: https://wolften.pl/cs/titanove-odlitky/ ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: https://www.almio.cz/med ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: https://www.strbskepleso.sk/obcanska-vybavenost/bankomaty-a-smenarny ü[online]. [cit. 2021-8-30]. Dostupné z: https://www.obi.cz/spojovaci-kovani/spojka-zadni-steny-skrine-rv-1-zinkovy-tlakovy-odlitek-poniklov any-4-ks/p/1215409 ü+OPORA VŠTE • Přednáška č. 10: Základní druhy slitin hliník, hořčík, měď a zinek 22/22