Domů / Wiki / Plechy / Výběr materiálu

Výběr materiálu pro plechové díly

Většina rozhodnutí o materiálu plechových dílů vypadá jako nákladové inženýrství, ale ve skutečnosti je to inženýrství koroze. Tato stránka srovnává čtyři skupiny materiálů, mezi kterými budete reálně volit — uhlíkovou ocel, pozinkovaný plech, nerez a hliník — podle toho, jak se řežou, tvarují, svařují, stárnou a kolik která stojí.

Srovnání čtyř skupin materiálů

VlastnostUhlíková ocelPozinkovaný plechNerezHliník
Hustota7.85 g/cm³7.85 g/cm³7.90 g/cm³2.70 g/cm³
Relativní cenaNejnižšíNízkáVysoká (2–4×)Středně vysoká
Rychlost laserového řezáníNejvyššíVysokáStřední (vyžaduje čistý řez)Střední
Ohýbání / zpětný odrazNízký, shovívavýNízkýVysokýVysoký
SvařitelnostSnadná (MIG/TIG)Uspokojivá — zinkové výparyDobrá, upřednostňuje se TIGDobrá, vyžaduje čistý oxid
Korozní odolnostŠpatná v holém stavuDobrá, hrana odkrytáVýbornáDobrá (nejlepší 5052)
Tuhost (modul)200 GPa200 GPa193 GPa70 GPa — jedna třetina
Nejvhodnější proVnitřní natírané dílyVenkovní a vlhké prostředíPotraviny, chemie, čisté provozyKritická hmotnost, pobřeží

Uhlíková ocel: výchozí volba

Když nic v požadavcích nevynucuje jinou volbu, je odpovědí uhlíková ocel. Řeže se nejrychleji, ohýbá se nejlépe opakovatelně, snadno se svařuje a dobře přijímá nátěr i práškovou barvu. Její slabinou je, že holá uhlíková ocel rezaví — což je problém zadání, ne materiálu.

FormaTypické značkyKdy použítPoznámky
Válcované za studena (CR)Q235 / S235JR, DC01Tloušťka pod zhruba 3mm, natírané nebo povlakované dílyHladký povrch, přesná tloušťka, nejlepší pro ohýbání a přilnavost nátěru.
Válcované za tepla (HR)Q235B, S355JRKonstrukční díly, 3mm a více, málokdy natírané na jemný vzhledLevnější a hrubší. Okuje je nutné před povlakováním nebo svařováním odstranit.
PozinkovanéSGCC, DX51D, Z100/Z180/Z275Venkovní nebo vlhké prostředí, nebo nechráněný vzhledZinek se na laserem řezané hraně vypálí. Zadejte ochranu hrany.
Předem pokovené / předem natřenéPovlak RAL nebo PantoneViditelné díly, kde se nechce další povlakNelze svařovat, aniž by se zničil povlak v okolí svaru. Při manipulaci se snadno poškrábe.

Nerez: když rozhoduje koroze

Nerez si svou cenu zaslouží, když je prostředí mokré, slané, chemicky agresivní nebo v kontaktu s potravinami. K přežití nepotřebuje povlak a svůj vzhled si roky udrží bez údržby.

ZnačkaHlavní charakteristikaKdy použít
304 / 304LUniverzální austenitickáSuché vnitřní prostředí, běžná výroba, potravinářská zařízení
316 / 316LS přídavkem molybdenu, odolná chloridůmNámořní prostředí, solná mlha, chemie, venkovní pobřežní expozice
430Feritická, nižší cena, magnetickáVnitřní panely a spotřebiče, kde není nutná plná korozní odolnost
303Automatová, s přídavkem síryObráběné nerezové součásti, nevhodná ke svařování

Dvě úskalí specifická pro nerez. Za prvé, zpětný odraz je mnohem vyšší než u konstrukční oceli, takže při 90° počítejte s 4–7° a s přehnutím. Za druhé, svařování nerezu bez řádného proplachování plynem zanechá zbarvený, oxidovaný šev, který bude rezivět; standardem je TIG s proplachem. Viz řízení deformace při svařování.

Hliník: lehký, ale ne vždy lepší

Hliník snižuje hmotnost dílu zhruba o dvě třetiny, což je rozhodující v dopravě, ručním vybavení a konstrukcích blízkých letectví. Je však také třikrát méně tuhý než ocel, takže stejná tuhost vyžaduje větší tloušťku nebo více vyztužení — a právě tam výhoda v hmotnosti začíná mizet.

ZnačkaFormaCharakterKdy použít
5052Plech H32Nejlepší korozní odolnost a tvarovatelnost mezi běžnými slitinamiNámořní prostředí, běžné ohýbání plechů
6061T6Pevná, dobrá svařitelnost, univerzální konstrukční slitinaSmíšené díly, obráběné součásti, konstrukce
6063T5/T6Snadněji se vytlačuje a dokončuje, nižší pevnostVytlačované profily, dekorační díly
7075T6Nejpevnější běžná slitina, špatná svařitelnostVysoce namáhané obráběné díly, ne svařované sestavy

Sledujte povrch. Hliník odráží většinu laserového paprsku zpět do zdroje a mastný nebo poškrábaný plech vytváří místo čistého řezu ostřik. Také vytváří tvrdou oxidovou vrstvu, kterou je nutné před svařováním nebo lepením odstranit. Pokud je díl vzhledový, uveďte to na výkrese.

Rozhodovací příručka podle aplikace

AplikaceDoporučený materiálDůvod
Kryt elektroniky, vnitřníOcel válcovaná za studena, prášková barvaNejlevnější, nejtužší, po povlakování nejlepší vzhled
Skříň nebo kryt ve venkovním prostředíPozinkovaná ocel, prášková barvaZinek chrání základ, povlak zajišťuje vzhled
Námořní nebo pobřežní prostředíNerez 316L nebo hliník 5052Obě odolávají chloridům; volte podle vzhledu a ceny
Styk s potravinami nebo zdravotnickýNerez 304 nebo 316LNereaguje, snadno se čistí, žádný povlak, který by selhal
Kryt, kde rozhoduje hmotnostHliník 5052-H32Snížení hmotnosti bez požadavku na pevnost
Konstrukční držák, natíranýQ235 nebo S355 válcovaná za studenaPevnost a tuhost za nejnižší náklady
Součást vystavená tepluNerez nebo hliník místo uhlíkové oceliUhlíková ocel v blízkosti zdrojů tepla ztrácí popuštění a deformuje se
Provoz v chladu nebo kryogenníNerez 316LZachovává tažnost při nízké teplotě; hliník křehne

Materiál a povrchová úprava se ovlivňují

Volba materiálu omezuje možnosti povrchové úpravy a špatná kombinace obojího je častou příčinou zamítnutých prvních kusů.

  • Pozink + prášková barva: funguje, ale příprava povrchu je kritická a svařování v blízkosti povlakované plochy poškozuje zinek.
  • Nerez + prášková barva: zadává se zřídka. Pokud chcete nerez v barvě, řešte to včas — je to neobvyklé a zvyšuje to náklady.
  • Hliník + eloxování (anodizace): přirozená dvojice. Eloxování je dielektrická vrstva, takže přidává malý rozměrový přírůstek řádově poloviny tloušťky povlaku na každou stranu.
  • Předem natřený plech + svařování: povlak se vypálí. Před naceněním uveďte, zda je svar vzhledový, konstrukční, nebo oboje.
  • Pasivace: zadává se pro nerez v potravinářském, zdravotnickém nebo chemickém provozu. Odstraňuje volné železné znečištění a je levnou pojistkou proti pozdějším rezavým skvrnám.

Časté chyby

#ChybaDůsledekSprávný postup
1Pozinkovaný plech bez zadané ochrany hranŘezaná hrana rezaví během týdnů a díly se zamítajíZadejte práškovou barvu nebo utěsnění hran, nebo přijměte holé hrany jen pro vnitřní použití.
2316L zadaná tam, kde by stačila 304, nebo naopakNáklady na předimenzování, nebo předčasná korozeSladěte značku se skutečnou expozicí chloridům a chemikáliím.
3Hliník zvolený kvůli hmotnosti bez ověření tuhostiDíl je tenčí, slabší a po vyztužení nakonec i těžšíPorovnávejte poměr tuhosti k hmotnosti, ne jen hustotu.
47075 zadaná na svařovanou sestavuŠpatná svařitelnost, praskání v tepelně ovlivněné zóněPro svařované díly použijte 6061 nebo 5052; 7075 jen pro obráběné.
5Nezohledněný zpětný odraz u nerezu nebo hliníkuRameno nesedí k protikusuPočítejte se zpětným odrazem materiálu; ověřte na prvním kuse.
6Válcované za tepla tam, kde se očekává natíraný povrchOkuje prosvítají povlakem, špatná přilnavostPro natírané díly válcované za studena; za tepla jen pro konstrukční práce.
7Značka materiálu chybí na výkreseDodavatel nahradí podobnou značkou, vlastnosti se lišíUveďte značku a stav (temper) nebo stav povlaku.
8Eloxování zadané bez zohlednění rozměrového přírůstkuPosuvná uložení po povrchové úpravě nepasujíZahrňte přírůstek povlaku do rozměrů uložení, nebo nejdřív dokončete povrch a pak obrábějte.

Související stránky o plechových dílech

Nevíte, kterou značku na výkres napsat? Popište nám prostředí a zatížení a navrhneme značku s odůvodněním — včetně případů, kdy nejlevnější varianta skutečně stačí.

Zeptat se na svou aplikaci
Časté dotazy
Mám použít ocel válcovanou za studena, nebo pozinkovaný plech?

Ocel válcovanou za studena pro vnitřní díly, které stejně budete práškově lakovat nebo natírat; pozinkovaný plech pro díly vystavené vlhkosti nebo tam, kde chcete stálý vzhled bez natírání. Pozink je dražší na kilogram a má o něco horší tvarovatelnost a svařitelnost, a zinek se na laserem řezané hraně vypálí, takže zůstane holá ocel, která bez ochrany zreziví. Mnozí nákupčí to udělají špatně a pak díly zamítnou kvůli rezavé hraně.

Kdy mám zvolit nerez místo uhlíkové oceli?

Nerez tehdy, když je díl vystaven vlhkosti, chemikáliím, styku s potravinami nebo zvýšené teplotě, nebo když vzhled nesmí oxidovat. 304 je univerzální značka; 316L přidává molybden pro odolnost chloridům a je správnou volbou v blízkosti soli nebo v námořním prostředí. Uhlíková ocel je výchozí volbou pro všechno ostatní: levnější, snáz se řeže a ohýbá a po povlakování drží těsnější vzhled.

Je hliník vždy lepší volbou pro lehký díl?

Ne. Hliník má zhruba třetinovou hustotu oceli, takže stejný díl váží asi o 65 procent méně, ale stojí víc na kilogram, jeho řezání je na jeden díl dražší a při ohýbání se více vrací. Pokud záleží spíš na tuhosti než na hmotnosti, je hliník slabší volbou: jeho modul je asi třetinový oproti oceli, takže panel musí být silnější nebo více vyztužený, aby měl stejnou tuhost.

Jaký je rozdíl mezi plechem CR, HR a pozinkovaným?

Ocel válcovaná za studena se zpracovává při nízké teplotě: hladší, přesnější tloušťka, lepší povrch pro natírání. Válcovaná za tepla je levnější a hrubší, obvykle pro silnější konstrukční profily. Pozinkovaný plech je válcovaný za studena nebo za tepla s pozinkovým povlakem pro korozní ochranu. U prací řezaných laserem a ohýbaných nad zhruba 3mm se za tepla válcovaný plech stává běžným, protože je levnější a kvalita povrchu méně vadí.

Kterou hliníkovou slitinu mám zadat?

5052 pro běžné plechové díly a námořní prostředí - má nejlepší korozní odolnost a tvarovatelnost mezi běžnými slitinami. 6061 je nejpevnější snadno dostupná slitina s dobrou svařitelností, dobrá univerzální volba pro obráběné díly. 6061-T6 je tužší, ale více se vrací. 5052-H32 je obvyklá forma pro ohýbaný plech; 6061-T6 je obvyklá forma pro obráběné součásti.

Mění volba materiálu mé řetězení tolerancí?

Ano, hlavně přes úhel ohybu. Hliník a nerez se vrací výrazně víc než konstrukční ocel, takže stejný ohraňovací lis a stejný výkres dají širší rozptyl konečných úhlů. Posouvá se i poloha otvorů po ohnutí, protože neutrální osa se mění s K-faktorem materiálu. Čísla najdete na stránce o toleranci a kvalitě povrchu.

Co tloušťka pozinkovaného povlaku?

Zadávejte hmotnost povlaku, běžně uváděnou v g/m2 na jednu stranu: Z100, Z180, Z275. Těžší povlaky chrání venku déle, ale zvyšují náklady a mírně snižují tvarovatelnost. Pokud bude díl později práškově lakovaný, řekněte to dodavateli - povlak ovlivňuje vzhled svaru a přípravu povrchu a silný povlak se může v okolí svarů odlupovat.

Jak se rozhodnout mezi dvěma materiály pro skutečný výrobek?

Seřaďte požadavky v tomto pořadí: prostředí a korozní expozice, pak požadovaná tuhost nebo hmotnost, potom vzhledová úprava a nakonec cena. Volbě materiálu dominuje prostředí a mechanika; cena bývá posledním rozlišovacím kritériem a přechod z uhlíkové oceli na nerez kvůli vyřešení koroze je často levnější než zadání systému povlaků, který v provozu selže.