NEŽELEZNÉ KOVY
Okrem železa používa sa v strojárenstve, najmä však v elektrotechnike, celý rad iných kovov hlavne v tých prípadoch, kde vlastnosti železných kovov buď nevyhovujú, alebo nedovoľujú zavádzanie pokrokovej technológie.
Z neželezných kovov sú technicky najdôležitejšie meď, hliník, zinok a olovo, zatiaľ čo ostatné kovy: cín, horčík, nikel a ďalšie sú ďaleko za nimi. Výrobu týchto kovov reguluje spotreba, v niektorých prípadoch je však určená obmedzenými možnosťami ťažby vhodných rúd. Tie neželezné kovy, u ktorých je dopyt väčší ako sú možnosti výroby v celosvetovom meradle, nazývame deficitnými kovmi.
Neželezné kovy používajú sa jednak vo forme technicky čistých kovov (ako konštrukčné materiály, alebo na pokovanie), jednak ako základných kovov alebo prísad v zliatinách iných kovov. Zliatina sa označuje vždy názvom toho kovu, ktorého obsah v nej prevláda.
Neželezných kovov a ich zliatin je veľké množstvo, preto v ďalšom budú uvedené z nich len tie najrozšírenejšie, v zoskupení podľa našich noriem, t.j. na farebné kovy a ľahké kovy.
Farebné kovy a zliatiny
V tejto skupine sú prakticky všetky technicky dôležité kovy s výnimkou hliníka a horčíka. Najvýznamnejšie z nich sú: meď, zinok, olovo, cín a zliatiny uvedených kovov.
a/ Meď (Cu)
Rozsiahle používanie medzi a jej zliatin vyplýva z veľmi dobrej tepelnej i elektrickej vodivosti, tvárnosti a veľkej húževnatosti pri nízkych teplotách, zvariteľnosti, odolnosti proti korózii a iných dobrých vlastností týchto materiálov.
Meď sa vyrába prevažne hutníckym spôsobom (pyrometalurgickým pochodom), t.j. spracovaním medenej rudy tavením a redukovaním v peciach (konvertoroch). Získaná „surová“ meď zbavuje sa nečistôt rafináciou buď hutnícky - pretavením v plamennej peci, alebo elektrolyticky - jednosmerným prúdom a dostávame tak meď o čistote až 99,9%.
Čistá meď sa spracúva tvárnením (valcovaním, kovaním, lisovaním za tepla i za studena) polotovary - plechy, pásy, rúrky, drôty - alebo sa použije na výrobu zliatin, ktoré majú oproti čistej medzi lepšiu opracovateľnosť, lepšie trecie vlastnosti, zvýšenú pevnosť, tvrdosť a pružnosť.
Zliatiny tvorí meď s rôznymi kovmi k tvárneniu a odlievaniu. Dve hlavné skupiny zliatin však tvoria: mosadze (zliatiny so zinkom) a bronzy (zliatiny s cínom a ostatnými kovmi).
M o s a d z e majú dobrú tvárnosť za studena, dajú sa dobre spájať a zvárať a podľa obsahu Cu rozlišujeme: tombaky (zliatiny Cu-Zn s obsahom medi vyše 80 %), automatovú mosadz (60 % Cu, Zn, 2-3 % Pb), niklové mosadze (napr. kov alpaka s 18 % Ni) a špeciálne mosadze (zliatiny Cu-Zn s ďalšími kovmi, napr. s Mn, Al, Sn a i.).
B r o n z y bližšie označujeme podľa hlavného prísadového (legujúceho) kovu ako bronzy cínové, hliníkové, mangánové, olovené, kremíkové a pod. Bronzy podľa zloženia sú určené buď na tvarovanie alebo na odlievanie. Používajú sa na elektrické vedenia, kontakty v elektrických prístrojoch, plechy, rúrky, výrobu zvonov, umeleckých predmetov a pod.
b/ Zinok (Zn)
Patrí medzi najrozšírenejšie kovy, ovšem hlavne v zliatinách. Zinok sa vyrába a rafinuje z väčšej časti hutníckou cestou, ale aj elektrolytická výroba z rúd spracovaných chemickou cestou je ešte častá. Zo surového zinku pretavením dostávame hutnícky zinok, ktorý sa zbavuje zvyškov nečistôt buď destiláciou a dostávame tak jemný zinok, alebo elektrolýzou a dostávame potom elektrolytický zinok. Pretavením starého zinku sa získava pretavený zinok menšej čistoty (96%).
Hutnícky zinok sa používa na výrobu zinkového plechu a na pozinkovanie železných polotovarov (plechu, rúrok, drôtov) i hotových výrobkov, u ktorých sa tým zvýši odolnosť proti atmosferickým vplyvom a korózii. Pozinkovanie sa prevádza buď ponorom alebo galvanicky. Z pretaveného zinku sa vyrába zinková beloba. Pre výrobu vlastných zinkových zliatin sa používa len najčistejší jemný alebo elektrolytický zinok, lebo len tak je možno získať zliatiny dostatočných technologických vlastností.
Zliatiny zinku sa spracúvajú hlavne liatim pod tlakom, tvarovaných zliatin zinku sa používa len málo. Vlastné zliatiny tvorí zinok s hliníkom, ale najmä s hliníkom a meďou (zamak), ktoré sa používajú na výrobu drobných súčiastok strojov a prístrojov (liatím pod tlakom) - napr. karburátorov, kovania, armatúr a pod.
c/ Olovo (Pb)
Najväčšia časť svetovej ťažby olova sa spotrebuje pri výrobe akumulátorov, olovených farieb, kábelových obalov a len menšia časť vo forme zliatin a konštrukčného materiálu v chemickom priemysle.
Olovo je význačné svojimi chemickými vlastnosťami. Vyrába sa hutníckymi procesmi prevažne zo sírových rúd. Surové olovo sa zbavuje nečistôt najprv vycedením (pomalým tavením na šikmej doske), potom sa rafinuje (elektrolyticky, alebo pretavením), čím získavame jemné olovo a mäkké hutnícke olovo iba so stopami nečistôt.
Zliatiny olova s antimónom a cínom používajú sa ako písmenové kovy, ložiskové kovy a liatie pod tlakom. Prísady k olovu majú väčšinou za účel buď zvýšiť pevnosť a tvrdosť olova bez toho, aby sa zhoršila jeho stálosť, alebo využiť jeho ľahkú taviteľnosť a zlievateľnosť. Zliatiny olova a cínu sa používajú ako mäkké spájky (tiež spájky cínové, t.j. zliatiny cínu).
d/ Cín (Sn)
Cín patrí k najhodnotnejším obyčajným kovom. Najväčšia časť svetovej výroby tohto deficitného kovu sa spotrebuje na cínovanie konzervových plechov, menšia časť ako prísada do zliatin iných kovov a len veľmi zriedka sa použije pre vlastné zliatiny.
Princíp výroby je pomerne jednoduchý, no samotný výrobný proces - redukcia cínovej rudy (SNO2) je značne komplikovaný. Mnohé vlastnosti má cín podobné s olovom. Ľahko sa tvaruje a dá sa vyvalcovať na jemné fólie. Cín a cínové zliatiny (hlavne ložiskové) sa často odlievajú do sadrových, železných alebo bronzových foriem.
Najdôležitejšie sú zliatiny cínu s olovom a s antimónom. Zliatiny s olovom sa používajú ako mäkké spájky alebo ložiskové kovy. Zliatiny s antimónom (v rôznom percentuálnom zložení) sa používajú hlavne ako ložiskové kovy - kompozície. Sú to špeciálne zliatiny (kompozície cínové, typu Sn-Sb-Cu, olovené, typu Pb-Sn-Sb), určené na vylievanie ložiskových panvíc a puzdier klzných ložísk.
e/ Ostatné technicky dôležité kovy
Čo do množstva svetovej výroby farebných kovov predstavuje výroba niklu, chrómu, kobaltu, kadmia a ďalších ťažkých kovov iba malé %. Tieto kovy sa používajú väčšinou ako prísady do zliatin (legujúce kovy), alebo na pokovovanie.
Farebné kovy sa označujú podľa STN v základnej značke 6 miestnym číslom (číslom normy) - ako je to uvedené v tabuľkách STN.
Ľahké kovy a ich zliatiny
Význam ľahkých kovov, t.j. kovov s malou mernou hmotnosťou, v poslednom období značne vzrástol. Za technické ľahké kovy pokladáme hliník a horčík spolu s vlastnými zliatinami. Na rozhraní medzi ľahkými zliatinami a farebnými kovmi je titan, nový technický kov s mernou hmotnosťou 4500 kg/m3, ktorého výroba a použitie rýchlo vzrastá.
Metalurgia a technológia ľahkých zliatin sa veľmi odlišuje od obdobných procesov v oceliarstve. Výroba hliníka a horčíka je zásadne odlišná od výroby železa, ale aj tepelné spracovanie zliatin ľahkých kovov je v podstate celkom odlišné od tepelného spracovania ocele.
Označovanie ľahkých kovov číselnými značkami podľa STN sa prevádza podľa tabuliek.
a/ Hliník (AL)
Hoci hliník bol objavený r. 1825, jeho priemyslovú výrobu umožnilo až koncom minulého storočia zavedenie elektrolýzy. Hliník je veľmi rozšíreným kovom (tvorí asi 8 % zemskej kôry), jeho mechanické vlastnosti ovplyvňujú čistota a spôsob tvárnenia, má pevnosť 90 až 180 N/mm2, ťažnosť až 40 %, má dobrú elektrickú i tepelnú vodivosť, je nemagnetický.
Hliník sa vyrába výhradne elektrolýzou taveniny z Al2O3 a kryolitu. Čistý kysličník hlinitý sa pripravuje z bauxitu, nefelínu, alunitu alebo kaolínu elektrotermickými procesmi. Surový hliník sa potom rôznymi rafinačnými spôsobmi zbavuje kovových nečistôt (železa, kremíka, titanu a i.), častíc elektrolytu, anódového uhlíka a pod.(nekovových prísad).
Vlastná elektrolýza hliníka sa prevádza v hranolovitých vaniach, vyložených vrstvou uhlíkového muriva, ktoré tvorí zápornú elektródu. Do roztavenej zmesi AL2O3 a kryolitu zasahujú mohutné hranoly uhlíka - anódy. Elektrochemickým pôsobením prúdu medzi elektródami vylučuje sa hliník pri teplote asi 90o C na katóde, zatiaľ čo uvoľnený kyslík spaľuje uhlíkovú anódu.
Hliník určený k tvárneniu sa ešte pretavuje v oblúkových elektrických peciach s redukčnou atmosférou. Rafinovaný hliník obsahuje až 99,99 % Al a spotrebitelia ho dostávajú odliaty do bochníkov rôzneho tvaru pre použitie do zliatin. Čistý hliník určený pre tvárnenie (valcovaním, pretlačovaním, kovaním a ťahaním) sa odlieva do ingotov a dosák.
Vzhľadom na svoje vlastnosti sa používa hliník vo tvare plechov, pásov, rúrok, drôtov a fólií na rôzne zariadenia v potravinárskom priemysle (obaly), v elektrotechnike na vodiče, kondenzátory, a i., v spotrebnom priemysle (nádoby, atď.).
Najväčšia časť vyrobeného hliníka sa však spotrebuje na rôzne zliatiny. Mnoho hliníkových zliatin možno v dobrej akosti pripraviť pretavením a úpravou odpadkov hliníkových zliatin. Zloženie zliatiny sa upravuje pridávaním kovov buď čistých (zinok, horčík), alebo v podobe prípravných zliatin (kremík, meď, nikel, mangán). Prísadami uvedených kovov sa zvyšuje pevnosť, tvrdosť, odolnosť proti korózii, zlepšuje sa obrábateľnosť, zvariteľnosť a získava možnosť tepelného spracovania (žíhaním a vytvrdzovaním, t.j. procesom: žíhanie, rýchle ochladenie, zakalenie a starnutie - prirodzené alebo umelé odležanie). Podľa spôsobu spracovania hliníkových zliatin na polotovary rozoznávame lejárenské zliatiny a zliatiny na tvarovanie.
Rýchly rozvoj výroby a použitie hliníkových zliatin v letectve, v stavbe motorových vozidiel, spaľovacích motorov, kde sa s výhodou uplatňuje ich malá hmotnosť, dobrá tepelná vodivosť a odolnosť proti korózii, nastal práve vďaka zvýšeniu pevnosti zliatin hliníka (napr. duralu) vytvrdzovaním až na hodnoty, ktoré sú bežné u ocelí (300 až 500 N/mm2).
b/ Horčík (Mg)
Ako konštrukčný materiál je čistý horčík nepoužiteľný pre svoju ľahkú zápalnosť. Vyrába sa pomerne zložitým elektrochemickým procesom z magnezitu, dolomitu, alebo slanej morskej vody. Čistý horčík sa používa v pyrotechnike, pri organických syntézach a v metalurgii ako redukčné činidlo.
Uplatnenie nachádza v strojárenstve horčík v zliatinách s hliníkom, zinkom, mangánom a kremíkom. Veľmi čisté a jemné odliatky zo zliatin horčíka sa získajú liatim pod tlakom. Zvarovanie horčíkových zliatin sa prevádza väčšinou za tepla. Tepelne sa spracúvajú vytvrdzovaním alebo iba homogenizovaním, t.j. pomalým ochladením po 15 až 24 hodín trvajúcom ohrievaní pri teplote asi 420o C.
Zliatiny horčíka sa vyznačujú malou mernou hmotnosťou pri pevnosti 150 až 300 N/mm2, sú dobre obrábateľné, ich spracovanie vyžaduje však prevedenie bezpečnostných opatrení proti vzplanutiu. Ich nevýhodou je však rozdielnosť mechanických hodnôt v tom istom polotovare. Spotrebiteľom sa dostávajú zliatiny horčíka a hliníka pod rôznymi názvami a značkami (dural, silumin, elektrón a pod.).
c/ Titan (Ti)
Čistý titan má veľmi cenné vlastnosti, no technicky sa používajú prevažne len zliatiny titanu, hlavne s chrómom, mangánom, vanádom a molybdénom. Technický titan sa pripravuje aluminotermicky z ilmenitu, čistý redukciou chloridu titaničitého horčíka alebo sodíka.
Použitie zliatin titanu je hlavne tam, kde sa vyžaduje veľká pevnosť pri vysokých teplotách (súčiastky lietadiel a leteckých motorov).