Metalurgie

Metalurgie (česky též hutnictví; z řeckého metallourgos, pracovník s kovem < metallon, kov + ergon, práce) je věda a výrobní odvětví zabývající se získáváním a zpracováním kovů a jejich slitin.

Prakticky se jedná o výrobu železa a oceli, výrobu barevných kovů, a jejich následné zpracování. Významnou úlohu při pochopení a vysvětlení dějů probíhajících v kovech zde sehrává fyzikální metalurgie a též také fyzika kovů.

Historie

Prvním člověkem opracovaným kovem bylo s největší pravděpodobností zlato. V jeskyních, jež se dnes nacházejí na území dnešního Španělska, byla nalezena malá množství metalurgicky zpracovaného zlata ze starší doby kamenné. V eneolitu se objevuje zpracování mědi v oblasti Blízkého východu (5. tisíciletí př. n. l.). Po objevení rud cínu se doba měděná přehoupla do doby bronzové. Ve střední Evropě asi v 7.–8.století př. n. l. přišla doba železná. Metalurgie se pak do celého světa rozšířila podél řek a pobřeží.^[1] Používání metalurgických postupů při zpracovávání kovů je pak doloženo u mnoha kultur a civilizací. Příkladem jsou antická a středověká království, říše Středního a Blízkého východu, antický Egypt, Anatolie (dnešní Turecko), Incká říše, Řecká i Římská říše v antické Evropě, středověká Evropa, staré i středověké Japonsko, Čína a Indie, atd. Dlouho před tím, než se staly běžnými v Evropě, byly mnohé výrobní postupy a zařízení používané v metalurgii známé v Číně (jde například o vysokou pec, lití železa, výrobu oceli, ale i hydraulické kovací lisy).

Rozdělení slitin neželezných kovů

Neželezné kovy můžeme třídit podle těchto hledisek.

Druhu slitiny – podle základního prvku, jehož obsah je přes 50%. Podle toho pak říkáme slitina mědi, hliníku, nebo hořčíku.
Technologie – podle zpracování slitin, rozdělujeme na slitiny pro tváření a na slitiny slévárenské.
- slitiny pro tváření – nižší obsah přísadových prvků, podle teploty tváření se dělí na slitiny pro tváření za studena a na slitiny pro tváření za tepla.
- slitiny slévárenské – mají vyšší obsah přísadových prvků, větší tvrdost a pevnost avšak nižší plastické vlastnosti. Slitina musí mít dobré slévárenské vlastnosti. Tyto slitiny mají většinou heterogenní strukturu.
Hustoty – slitiny se dělí podle hustoty na slitiny lehkých neželezných kovů a na slitiny těžkých neželezných kovů. Hustota 4500 kg.m^-3 je považována za hranici mezi oběma skupinami. Slitiny hořčíku, titanu a hliníku jsou považovány za skupinu lehkých slévárenských slitin. Slitiny niklu, zinku, cínu, mědi a olova jsou považovány za skupinu těžkých neželezných kovů.
Tavící teploty – slitiny můžeme dělit podle teploty tavení na
- nízko tavitelné s teplotou tavení do 600^oC (zinek, kadmium, cín, vizmut, olovo)
- středně tavitelné s teplotou taveno do 1500 ^oC (měď, hliník, kobalt, nikl, hořčík)
- vysoko tavitelné s teplotou tavení nad 1500 ^oC (molybden, niob, vanad, chrom, titan)
Objemu výroby – podle objemu výroby odlitků z neželezných kovů, můžeme považovat slitiny hliníku za nejpoužívanější. Z důvodu příznivé ceny, dobrých mechanických vlastností, snadné výrobě, nízké hmotnosti a technologických vlastností, mají slitiny hliníku 90% podíl v celkové výrobě odlitků z neželezných slitin.^[2]

Výroba kovů používaných ve strojírenství

Kovy se zpracovávají litím, kováním, tvářením za studena, válcováním, protlačováním, slinováním, kovoobráběním, stříháním a tvářením.

Lití: Roztavený kov se nalije do připravené formy. Používá se i pří výrobě železa a oceli i barevných kovů. Navazuje na ni hutní druhovýroba (větší výrobky).; Existuje řada druhů lití, nejběžnější způsoby představuje lití do pískových nebo voskových forem, tlakové lití, nebo plynulé lití (kontilití).
Kování: Rozpálený kus kovu, náboj, vytvaruje nárazy kladiva či v kovacím lisu (bucharu).
Válcování: Při procesu válcování se náboj posouvá mezi proti sobě položenými válci. Válcování se může provádět za studena i za tepla. Odstup mezi válci je postupně snižován, až se dosáhne (plechu, kolejnice, traverzy) požadované tloušťky vývalku.; Válcováním se vyrábí například i bezešvé trubky.
Protlačování: U této metody dosáhneme požadovaného tvaru protlačováním rozpáleného temperovaného (tzn. kujného) kovu přes matrici.
Slinování: Jako slinování se označuje metoda stlačování kovového prášku ve formě za vysokých teplot.
Kovoobrábění: Kovoobráběcí stroje jsou soustruhy, frézky a vrtačky. Kovoobráběcí postupy se uplatňují pro tvarování kovů pouze za studena, a to řezáním a broušením.
Lisování: Tvar výrobku je vytvářen za studena lisováním pomocí tvářecích strojů – lisů nebo bucharů.
Stříhání a ohýbání: Plechy a tyče jsou stříhány na lisech nebo hydraulických nůžkách a ohýbány do požadovaného tvaru.

Zpracování kovů za studena, jako je válcování, lisování a ohýbání, zvyšuje tvrdost materiálu. V materiálu dochází k mikroskopickým změnám, defektům, a ten se tak stává odolnějším proti dalšímu tvarování.

Pokud je kov zpracován za tepla, a to žíháním, kalením, temperováním, alitováním a cementováním, ovlivní se jeho odolnost proti korozi i mechanické vlastnosti, jako tvrdost a houževnatost.

Žíhání: kov změkčuje a zároveň jej činí houževnatějším.
Kalení a cementování: zvyšují tvrdost. Zakalený kov je velice tvrdý a křehký.
Temperování: se provádí až po kalení a vede ke snížení křehkosti a celkovému zlepšení vlastností kovu.

Svařování a pájení

Je technika používaná ke spojování některých železných kovů s použitím slitin hliníku jako svarového kovu. Spojované materiály jsou obvykle vzájemně podobné slitiny. Tvrdé pájení je technika používaná při spojování železných i neželezných kovů. Svarovým kovem je pak slitina mědi (obvykle mosaz nebo bronz).

Pokovování

Pokovování je nejpoužívanější metoda povrchové úpravy kovů. Metoda spočívá v nanášení tenké vrstvy zlata, stříbra, chromu, zinku nebo jiného kovu na povrch produktu. Pokovování se používá pro zvýšení korozivzdornosti a zlepšení estetických vlastností produktu.

Hutnictví je samostatný průmyslový obor, jenž se zabývá výrobou surových kovů a výrobků z nich. Pod pojmem hutnictví spadá veškerá hutní výroba a to včetně výroby neželezných respektive barevných kovů. Nejznámějším podoborem hutnictví je obor hutnictví železa. Hutnictví je velmi starým oborem lidské činnosti a jako takové je známo už od starověku z doby bronzové.

Na hutnictví často navazuje příbuzný obor slévárenství respektive těžké strojírenství a další obory lidské činnosti jako např. koksárenství, plynárenství popřípadě i chemický průmysl.

Charakteristika hutnictví železa

suroviny: železná ruda, koks, vápenec, voda, kovový šrot, vzduch
nejčastější výrobky: trubky, roury, ocel, kolejnice, traverzy, strojní součásti, odlitky, dráty, plechy, ocelové profily a nosníky
staví se: v místě těžby železné rudy nebo uhlí, v blízkosti dopravních cest
rozmístění (Česko): Třinec, Frýdek-Místek, Ostrava, Nový Bohumín a okolí, v minulosti též Kladno
obvyklé technologie: kontinuální lití, válcování za tepla, válcování za studena, výroba odlitků (slévárny)
doprovodné obory: koksárenství, plynárenství, slévárenství, těžké strojírenství

Významní metalurgové

Edgar Bain (1891–1971)
Adolf Martens (1850–1914)
William Chandler Roberts-Austen (1843–1902)
Adolf Ledebur (1837–1916)

Odkazy

Reference

↑ http://www.ajaonline.org/sites/default/files/AJA1134Amzallag_0.pdf - Nassim Amzallag: From Metallurgy to Bronze Age Civilizations: The Synthetic Theory
↑ ROUČKA, Jaromír. Metalurgie neželezných slitin. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2004. 147 s. Dostupné online. S. 2-3.

Literatura

GRÍGEROVÁ, Tatiana; KOŘENÝ, Rudolf; LUKÁČ, Ivan. Zlievárenstvo neželezných kovov. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1988. 421 s. (Edícia hutníckej literatúry). (slovensky)
KOMOROVÁ, Ľudmila; IMRIŠ, Ivan. Termodynamika v hutníctve. 1. vyd. Bratislava: Alfa, 1990. 289 s. (Edícia hutníckej literatúry). ISBN 80-05-00604-7. (slovensky)

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu metalurgie na Wikimedia Commons
Nejvýznamnější povolání a činnosti v metalurgii

Pahýl

Tento článek je příliš stručný nebo postrádá důležité informace.
Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte. Nevkládejte však bez oprávnění cizí texty.

[1] ttp://www.ajaonline.org/sites/default/files/AJA1134Amzallag_0.pdf - Nassim Amzallag: From Metallurgy to Bronze Age Civilizations: The Synthetic Theory

[2] ROUČKA, Jaromír. Metalurgie neželezných slitin. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2004. 147 s. Dostupné online. S. 2-3.

[1]

[2]