Kujnost

Rozbalit box

Obsah boxu

Kujnost je fyzikální vlastnost materiálů, především kovů, která vyjadřuje jejich schopnost plasticky se deformovat působením vnějšího tlakového napětí, jako je kování, válcování nebo lisování, aniž by došlo k jejich porušení (prasknutí). Materiál s vysokou kujností lze roztepat nebo rozválcovat do velmi tenkých plátů či fólií. Je to jedna z klíčových vlastností pro tváření kovů.

Opakem kujnosti je křehkost, což je vlastnost materiálu, který se při deformaci láme nebo tříští. Kujnost je často spojována s tažností (dukilitou), což je schopnost materiálu deformovat se v tahu (např. vytahovat do drátu), ale nejedná se o totožné vlastnosti. Některé materiály mohou být velmi kujné, ale málo tažné.

🔬 Fyzikální podstata

Základem kujnosti u kovů je povaha kovové vazby a jejich krystalová struktura. V krystalové mřížce kovu jsou atomová jádra (pozitivní ionty) obklopena volně se pohybujícími, delokalizovanými elektrony, které tvoří tzv. elektronový plyn. Tato vazba není směrově orientovaná.

Když na kov působí vnější síla (např. úder kladivem), vrstvy atomů v krystalové mřížce se po sobě mohou posouvat, aniž by došlo k přerušení vazebných sil. Elektronový plyn působí jako "lepidlo", které drží posunuté vrstvy pohromadě. Tento jev, nazývaný skluz v krystalové mřížce, umožňuje trvalou (plastickou) deformaci.

Naopak u iontových nebo kovalentních krystalů (např. u solí nebo keramiky) by posun vrstev vedl k tomu, že by se k sobě přiblížily ionty se stejným nábojem, což by vyvolalo silné odpudivé síly a vedlo k okamžitému lomu. Proto jsou tyto materiály křehké.

Na kujnost má vliv také typ krystalové mřížky:

• Kubická plošně centrovaná (FCC): Mřížka s vysokou hustotou atomů a mnoha skluzovými systémy (např. zlato, stříbro, hliník, měď). Kovy s touto strukturou jsou typicky velmi kujné a tažné.
• Kubická prostorově centrovaná (BCC): Méně hustě uspořádaná mřížka (např. železo při nízkých teplotách, wolfram). Tyto kovy jsou obvykle pevnější, ale méně kujné než kovy s FCC mřížkou.
• Hexagonální s těsným uspořádáním (HCP): Má méně skluzových systémů (např. zinek, hořčík, titan). Kujnost těchto kovů silně závisí na teplotě a směru deformace.

⚙️ Měření a kvantifikace

Kujnost je primárně kvalitativní vlastnost a neexistuje pro ni jediná standardizovaná jednotka nebo jednoduchá metoda měření. V praxi se hodnotí nepřímo pomocí různých zkoušek tvářitelnosti. Míra kujnosti se často posuzuje podle toho, jak velkou plastickou deformaci v tlaku materiál snese, než se objeví první trhliny.

Mezi běžné metody hodnocení patří:

• Zkouška pěchováním: Vzorek materiálu je stlačován mezi dvěma deskami a měří se stupeň deformace (zmenšení výšky) před vznikem trhlin na povrchu.
• Zkouška válcováním: Materiál je opakovaně válcován na menší tloušťku. Kujnost je dána maximálním možným zmenšením tloušťky bez porušení.
• Zkouška kováním: Sleduje se chování materiálu při úderech kladivem, a to jak za studena, tak za tepla.

V technické praxi se kujnost často popisuje slovně (např. vynikající, dobrá, špatná) nebo se odvozuje z výsledků jiných mechanických zkoušek, jako je zkouška tahem.

🌡️ Vliv teploty

Teplota má na kujnost kovů zásadní vliv. S rostoucí teplotou se kujnost většiny kovů výrazně zvyšuje. Vyšší teplota dodává atomům v mřížce více energie, což usnadňuje jejich pohyb a překonávání bariér pro skluz. Zároveň se zvyšuje počet aktivních skluzových systémů.

Tohoto jevu se masivně využívá v průmyslu při tváření za tepla:

• Kování za tepla: Kov se ohřeje na tzv. kovací teplotu (obvykle nad rekrystalizační teplotu), kdy je velmi měkký a kujný. To umožňuje vyrábět složité tvary s menším úsilím.
• Válcování za tepla: Výroba plechů, profilů a kolejnic z ohřátých ingotů.

Některé kovy, které jsou za pokojové teploty křehké (např. zinek nebo hořčík), se stávají kujnými až po mírném zahřátí. Naopak, některé slitiny mohou v určitých teplotních rozsazích vykazovat tzv. křehkost za červeného žáru, kdy jejich kujnost paradoxně klesá.

🆚 Rozdíl mezi kujností a tažností

Ačkoliv jsou kujnost a tažnost obě formami plastické deformace, je mezi nimi podstatný rozdíl daný typem působícího napětí.

Srovnání kujnosti a tažnosti

Vlastnost	Kujnost (Malleability)	Tažnost (Ductility)
Typ napětí	Tlakové napětí (komprese)	Tahové napětí (tenze)
Projev	Schopnost být roztepán/rozválcován na tenký list nebo fólii.	Schopnost být vytažen do dlouhého tenkého drátu.
Příklad procesu	Kování, válcování, lisování, ražba	Tažení drátu, protlačování
Příklad materiálu	Olovo (velmi kujné, málo tažné)	Měď (velmi tažná, také kujná)
Rekordman	Zlato (lze vytepat na tloušťku několika atomů)	Platina (lze vytáhnout na extrémně tenký drát)

Zlato je příkladem materiálu, který je jak extrémně kujný, tak extrémně tažný. Naopak olovo je velmi kujné (lze ho snadno tvarovat tlakem), ale při pokusu o vytažení do drátu se snadno přetrhne, má tedy nízkou tažnost.

🏆 Příklady a rekordy

Schopnost materiálu být kujný se liší v širokém rozsahu.

Vysoce kujné materiály:

• Zlato (Au): Je považováno za nejkujnější prvek. Jeden gram zlata lze roztepat na plochu přibližně jednoho metru čtverečního v podobě poloprůhledného plátkového zlata (tloušťka cca 100 nanometrů).
• Stříbro (Ag): Druhý nejkujnější kov, hojně využívaný ve šperkařství a mincovnictví.
• Hliník (Al): Velmi kujný, což umožňuje výrobu tenké hliníkové fólie (alobalu).
• Měď (Cu): Dobře kujná, používá se na výrobu plechů, trubek a střešních krytin.
• Olovo (Pb): Extrémně kujné i za studena, historicky používané na vodovodní potrubí a střešní krytiny.
• Cín (Sn): Podobně jako olovo je velmi měkký a kujný.

Materiály s nízkou kujností (křehké):

• Litinina: Vysoký obsah uhlíku činí železo křehkým.
• Antimon (Sb), Bismut (Bi): Tyto polokovy jsou křehké a při úderu se tříští.
• Keramika: Materiály na bázi oxidů, nitridů či karbidů s iontovými/kovalentními vazbami.
• Sklo: Amorfní materiál, který je typicky křehký.
• Většina minerálů: Například křemen nebo diamant.

🏭 Praktické využití

Kujnost je jednou z nejdůležitějších technologických vlastností, která umožnila rozvoj civilizace od doby bronzové. Její využití je všudypřítomné:

• Kovářství a tváření kovů: Základní princip výroby nástrojů, zbraní, podkov, součástí strojů a uměleckých předmětů.
• Výroba plechů a fólií: Válcováním se vyrábějí ocelové plechy pro karoserie automobilů, stavebnictví (střešní krytiny) i tenké fólie jako alobal.
• Mincovnictví: Ražba mincí je možná díky kujnosti slitin mědi, niklu, zinku nebo drahých kovů.
• Šperkařství: Zlatníci a stříbrníci využívají kujnost drahých kovů k vytváření složitých tvarů a ozdob.
• Restaurátorství: Použití extrémně tenkého plátkového zlata ke zlacení soch, rámů obrazů nebo kopulí budov.
• Výroba nádob a obalů: Lisování plechovek na nápoje z hliníku nebo oceli.

💡 Pro laiky

Představte si kujnost jako vlastnost modelíny nebo čerstvého těsta na pizzu. Když do něj udeříte pěstí nebo ho rozválíte válečkem, změní tvar – zploští se a rozšíří do stran, ale nerozpadne se na kousky. To je přesně to, co dělají kujné kovy. Můžete je "rozplácnout" do tenkého plátku.

Naopak, představte si suchou sušenku. Když na ni zatlačíte, okamžitě se rozlomí a rozdrobí. Sušenka je křehká, tedy nekujná.

Rozdíl mezi kujností a tažností si lze představit na příkladu žvýkačky. Žvýkačku můžete natáhnout do dlouhého tenkého vlákna – to je její tažnost. Kdybyste se ji ale pokusili rozklepat kladivem na tenký plátek, příliš by se vám to nedařilo. Některé materiály (jako zlato) jsou skvělé v obou disciplínách – jsou jako kouzelné těsto, které lze jak rozválet, tak natáhnout. Jiné (jako olovo) jdou skvěle rozválet, ale při natahování se přetrhnou.

Šablona:Aktualizováno