Upload
others
View
4
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
PREDMET:
MATERIJALI
PODACI PREDAVČA I ASISTENTA
Prof.dr Veljko Vuković (vanredni profesor)
Asistent: ≈
Tel: 00387/65-518-335
E-mail: [email protected]
BANJA LUKA
OBLAST PREDAVNJA
9.Čelični liv i liveno gvožđe
10.Termička obrada čelika
11.Obojeni metali i legure
15. Lemovi
9. ČELIČNI LIV
Čelični liv (ČL) je legura željeza i ugljenika od koje se izrađuju
odlivci za rad u uslovima dinamičkog opterećenja, kada se ne
preporučuje upotreba livenih gvožđa.
Čelični lijev obično ima 0.2-0.6% C i sadrži više nečistoća od
čelika.
Ima čvrstoću 400-600 MPa.
9. ČELIČNI LIV
PODJELA ČL
Podjela ČL prema nameni je analogna podjeli čelika, tako da
se ČL do 0,6% C smatraju konstrukcionim, a preko 0,6% C
alatnim.
Konstrukcioni čelični livovi se dijele na:
niskougljenične (0,1 ÷ 0,25% C),
srednjeugljenične (0,25 ÷ 0,4% C),
visokougljenične (0,4 ÷ 0,6% C) i
legirane.
9. ČELIČNI LIV
Niskougljenični ČL koriste se za izradu malo opterećenih
odlivaka (kućišta elektromotora, dijelova vagona, putničkih
vozila i brodova).
Srednjeugljenični ČL se koristi za izradu veoma opterećenih
odlivaka (točkovi elektrolokomotiva, šinobusa i dizalica,
postolja mašina i kućišta parnih turbina, kućišta i radna kola
hidro-turbina, ramovi kovačkih presa).
Visokougljenični ČL koristi se za izradu opterećenih odlivaka
izloženih habanju (npr. veliki zupčanici u cementarama i
valjaonicama)
9. ČELIČNI LIV
Legirani čelični livovi se dijele na:
manganske,
hromove i
višestruko legirane (Cr-Mn, Cr-Mo, Cr-Mo-V, Cr-Ni).
Osnovni razlozi za legiranje su povećanje otpornosti prema habanju, otpornosti prema koroziji i vatrootpornosti.
9. ČELIČNI LIV
Čelični liv nakon lijevanja Čelični liv
(pločasta struktura) (Normalizovana struktura
usitnjeno zrno)
9. ŽELJEZNI LIV
LIVOVI SA PREKO 2.06%C
Lijevano željezo ili željezni liv je legura željeza i ugljenika, te nekih drugih legirnih elemenata, gdje je sadržaj ugljenika se kreće od 2,06% do 6.67%
Ovisno o strukturi lijevano željezo dijeli se na:
Bijeli tvrdi liv
Tvrdi liv
Sivi liv
9. ŽELJEZNI LIV
9. ŽELJEZNI LIVBijeli tvrdi liv je lijevano željezo gdje je sav ugljenik vezan kao cementit ili željezni karbid (Fe3C).
Bijelo skrućivanje liva postiže se prikladnim hemijskim sastavom i većom brzinom hlađenja.
Bijeli tvrdi liv je tvrd i krhak.
Dodatkom legirnih elemenata promijeni se mikrostruktura karbida i osnovnog materijala, jer perlit prijeđe u medustrukture i martenzit.
Razlikuju se bijeli tvrdi liv i liv s tvrdom korom.
Hemijski sastav taljevine je sljedeći: 2,5 – 3,5 % C; < 0,6 % Si; 3–4 %, Mn;< 0,9% P;< 0,25% S.
Struktura bijelog liva
9. ŽELJEZNI LIV
Svojstva bijelog tvrdog liva:
Tvrdoća viša od 400 HV;
Visoka otpornost na abrazijsko trošenje;
Slaba duktilnost; (svojstvo materijala da podnese plastičnu deformaciju bez loma)
Ne obradljivost odvajanjem čestica.
Bijeli tvrdi liv se primjenjuje za odlivke jednostavnijeg oblika, koji trebaju biti tvrdi i otporni na abrazijsko trošenje.
9. ŽELJEZNI LIV
TVRDI LIV
Tvrdi liv je kombinacija bijelog i sivog liva. Na površini, koja se brže
hladi, dolazi do metastabilnog skrućivanja, a u sporije hlađenoj jezgri
nastaje stabilno skrućivanje.
Koristi se za izradu valjaka za valjanje limova (posebno za toplo
valjanje gdje se tvrdoća površine ne smije smanjivati sa porastom
temperature
Tvrdi liv često se i legira radi smanjenja trošenja površine.
9. ŽELJEZNI LIV
SIVI LIV
Sivi liv je talina željeza i ugljenika, gdje se ugljenik izlučuje iz taline kao
grafit, i to za vrijeme skrućivanja ili pri njenom žarenju
Taljenjem sivog sirovog željeza u kupolnoj peći i dodavanjem otpadaka
drugih livova, kao i drugih elemenata, dobiva se talina sivog liva.
Sivi liv je legura podeutektičke koncentracije koja kristalizuje stabilno,
tako da se sastoji pretežno od ferita i lamela grafita.
Sadržaj mangana može uticati da se dijelom izluči i cementit.
Hemijski sastav je sledeći: 2,5 – 4,5 % C; 0,3 – 1,2 % Mn; 1–4% Si; 0,4
– 1,5 % P; < 0,1% S.
Dakle, element koji forsira grafitizaciju, kod sivog liva je silicij.
9. ČELIČNI LIV
SIVI LIV
Primjena sivog liva je vrlo raširena za odlivke svih masa, kao što su npr.
postolja alatnih strojeva, ili pak kućišta motora i reduktora.
Sivi liv je otporan na visoke temperature te se koristi za ložišta, roštilje,
vratašca na pećima....
Mikrostruktura Mikrostruktura
SL 250 (polirano) SL250 (nagrizeno)
9. ŽELJEZNI LIV
VRSTE SIVOG LIVA
Nodularni liv
Temper (kovkasti) liv
Feritni sivi liv
Perlitni sivi liv
9. ŽELJEZNI LIV
NODULARNI LIV
Nodularni liv je vrsta lijevanog željeza s kugličastim grafitom.
Mehanička svojstva tog liva ovise u prvom redu o obliku grafita.
mikrostruktura nodularnog liva pod povećanjem od 100 puta.
9. ŽELJEZNI LIV
Nodularni sivi liv
Hemijski sastav je sljedeći: 3,2 – 3,8 % C; 2,4 – 2,8 % Si; < 0,5 % Mn; <
0 045 % P; < 0,01% S.
Mikrostruktura NL 700 ) Mikrostruktura NL 700
(polirano) (nagrizeno)
Perlitno–feritni nodularni liv Perlitni nodularni liv
9. ŽELJEZNI LIV
Nodularni sivi liv
Mehanička svojstva nodularnog liva su bolja od svojstava sivog liva, ali
slabija od svojstava čeličnog liva.
Dobro se obrađuje odvajanjem čestica i moze se zavarivati.
9. ŽELJEZNI LIV
Temper (kovkasti) liv
Temper liv se dobiva tako da se bijelo kristalizirani liv (bijeli sirovi liv)
žari tzv. „temper postupkom“, pa time ugljenk iz željeznog karbida: ili
kristalizira u obliku tzv. temper ugljenika, ili se većim dijelom ukloni iz
liva procesom razugljičenja.
Zaviano o atmosferi u kojoj se provodi žarenje, dobiva se:
crni temper liv (sivi prelom od grafita, žarenjem u neutralnoj atmosferi)
bijeli temper liv (svjetliji prelom do ferita i perlita, žarenjem u
oksidacijskoj atmosveri)
9. ŽELJEZNI LIV
Feritni i Perlitni sivi liv
Sekundarni cementit nastaje brzim hlađenjem od Te do A1, a moguća je
i transvormacija eutektoidnog austenita u perlit.
Ova vrsta liva naziva se perlitni sivi liv.
Po mehaničkim svojstvima perlitni sivi liv je bolji od feritnog sivog liva,
pa se primjenjuje tamo gdje čvrstoća igra bitnu ulogu.
9. ŽELJEZNI LIV
Feritni i Perlitni sivi liv
Feritini sivi liv je mekan, ali je otporniji na koroziju na povišenim
temperaturama, a ujedno je izrazito meki magnetski materijal.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
Termička obrada je tehnološki proces koji se satoji iz
zagrijavanja metala do određene temparature, zadržavnja na
toj temparaturi i hlađenja do sobne teparature
Cilj termičke obrade metala i legura jeste da se promjene
njihove mehničke i fizičko-hemijske osbine, prije svega faznim i
strukturnim promjenam u čvrstom stanju, te su promjene
uglavnom funkcija temparature vremna
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
Proces termičke obrade(ili termohemijske obrade) sastoji se iz tri
faze:
1. faza - Zagrevanje materijala na određen način,do zadate
temperature,određenom brzinom
2. faza - Zadržavanje na toj temperaturi određeno vrijeme
3. faza - Hlađenje materijala odgovarajućom brzinom
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
PROCESI TERMIČKE OBRADE ČELIKA
Različite mikrostrukture legure železo-ugljenik koje su opisane, mogu se izmijeniti procesima termičke obrade, tj. zagrevanjem i hlađenjem različitim brzinama.
Ovi procesi proizvode fazne transformacije koje imaju veliki uticaj na mehanička svojstva kao što su: čvrstoća, tvrdoća, žilavost i plastičnost.
Efekat termičke obrade zavisi prvenstveno od legure, njenog hemijskog sastava, mikrostrukture, stepena hladne deformacije, brzine zagrevanja i hlađenja za vreme termičke obrade.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
PROCESI TERMIČKE OBRADE ČELIKA
Najvažnije termičke obrade kojima se podvrgavaju čelici su: žarenje,
kaljenje, otpuštanje i poboljšanje
1. Žarenje: Dfuzno žarenje, Rekristalizaciono žarenje, Žarenje za
uklanjanje zaostalih napona, Potpuno žarenje, Izotermalno žarenje,
Sferoidizacija (meko žarenje), Normalizaciono žarenje,
2. Kaljenje : Izotermalno kaljenje, Kontinuirano kaljenje, Kaljenje u dva
sredstva, Stepenasto kaljenje i Površinsko kaljenje
3. Otpuštanje: Nisko otpuštanje, Srednje otpuštanje, Visoko otpuštanje
4. Poboljšanje
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-ŽARENJE
ŽARENJE
Žarenjem se nazivaju termičke obrade u kojima se čelik izlaže
povišenim temperaturama u dužem vremenskom periodu, a
posle toga sporo hladi
Bilo koji proces žarenja sastoji se iz tri faze: (1) zagrevanje do
određenih temperatura, (2) držanje na tim temperaturama
određeno vreme i (3) sporo hlađenje do sobne temperature.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA -ŽARENJE
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA -ŽARENJE
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-ŽARENJE
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-ŽARENJE
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-ŽARENJE
Normalizacija
Normalizacija je postupak termičke obrade koji ima za cilj da
nepovoljnu , grubu krupozrnastu, igličastu i drugu strukturu, nastalu
pri livenju, valjanju, presovanju ili kaljenju, prevede u normalnu
sitnozrnastu strukturu po celoj zapremini dela.
Izvodi se tako što se čelični delovi zagrevaju na temperaturi do 30° C
iznad A3 , koja se zadržava sve dok se ne formira austenitna struktura.
Hlade se na mirnom vazduhu.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-ŽARENJE
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-KALJENJE
Kaljenje
Kaljenje je proces kojim se čelik zagreva do temperatura nešto iznad
kritične, a zatim hladi brzinom većom od kritične u cilju dobijanja
martenzitne strukture, a time visoke tvrdoće i otpornosti na habanje.
Uspešno izvođenje kaljenja čelika i dobijanje pretežno martenzitne
strukture po cijelom poprečnom presjeku dijela zavisi od više faktora:
temperature zagrevanja, vremena zagrevanja, sredine u kojoj se
izvodi zagrevanje, brzine hlađenja i prokaljivosti
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-KALJENJE
Zagrijevanjem, početna feritnoperlitna struktura prevodi se u austenit, koji se kasnije hladi brzinom većom od kritične i koji se transformiše u martenzit.
(a) Šematski prikaz procesa kaljenja čelika; (b) temperaturna područja zagrijevanja čelika
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-KALJENJE
Brzina hlađenja čelika sa temperature kaljenja ima veliki uticaj za postizanje željenih struktura kao i na konačan rezultat kaljenja.
Pravilan izbor sredstva za hlađenje mora da obezbedi željenu strukturu po cijelom poprečnom preseku, bez pojava većih unutrašnjih napona, prslina i deformacija.
Velika brzina hlađenja u temperaturnom intervalu martenzitne transformacije je nepoželjna jer može dovesti do većih unutrašnjih napona i do pojava prslina.
Izbor sredstva za hlađenje bira se u zavisnosti od hemijskog sastava, željene strukture dimenzija i oblika dijela.
Kao sredstva za hlađenje najčešće se koriste: mirna ili tekuća voda, slana voda, vodeni rastvori soli i baza, mineralna ulja, rastopljene soli ivazduh.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-ODPUŠTANJE
Odpuštanje
Otpuštanje je postupak termičke obrade čelika posle kaljenja.
Pri kaljenju se dobija martenzitna struktura sa zaostalim austenitom.Ova
struktura je nestabilna , sa unutrašnjim naponima, vrlo tvrda i krta.
Difuzijom ugljenika iz tetragonalne rešetke martenzita i transformacijom
austenita, formira se nova struktura sa zahtevanim svojstvima.
U zavisnosti od temperature zagrevanja otpuštanje može biti nisko,
srednje i visoko.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-OTPUŠTANJE
Nisko
Srednje i
Visoko odpuštanje
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-ODPUŠTANJE
Odpuštanje
Dijelovi se, odmah posle kaljenja, ponovo zagrevaju u temperaturskom
intervalu(150-650)°C.
Otpuštanjem se smanjuje tvrdoća a povećava žilavost.
Veličina promjene ovih karakteristika zavisi od temperature otpuštanja.
Ako je otpuštanje na :
1) 150 °C -postiže se samo smirivanje napona u materijalu
2) preko 500 °C -postiže se manja tvrdoća, veća žilavost ( u odnosu na
stanje odmah posle kaljenja ).
Posle zagrijavanja na željenu temperaturu, materijal se hladi, uglavnom
na vazduhu.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POVRŠINSKO KALJENJE
Proces termičke obrade u kojem se zagrijeva samo površinski sloj do
temperature iznad tačke AC3 za podeutektoidne, i iznad tačke AC1 za
nadeutektoidne čelike, a zatim hladi brzinom većom od kritične brzine, sa
ciljem da se u površinskom sloju dobije martenzitna struktura naziva se
površinsko kaljenje.
Ovim načinom kali se samo površinski sloj, dok jezgro mašinskog dijela
zadržava svoju polaznu strukturu.
Osnovna namjena površinskog kaljenja je povećanje: površinske tvrdoće,
otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju i dinamičke čvrstoće.
U industrijskoj praksi najviše se koristi postupak površinskog kaljenja
indukcionim zagrevanjem, a ređe površinsko kaljenje zagrevanjem
gasnim plamenom.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POVRŠINSKO KALJENJE
Šematski prikaz načina površinskog kaljenja indukcionim zagrijavanjem:
(a)jednovremeno; (b) neprekidno; (c) pojedinačno
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POVRŠINSKO KALJENJE
Površinsko kaljenje zagrevanjem gasnim plamenom.
Ovaj način površinskog kaljenja kao toplotni izvor za zagrevanje
površina dijelova koristi toplotu nastalu sagorijevanjem mješavine
acetilena i kiseonika (C2H2 + O2).
Dubina zakaljenog sloja može biti od 2–6 mm, što zavisi od snage
gorionika i brzine njegovog kretanja i rastojanja između gorionika i
mlaznica za hlađenje
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POVRŠINSKO KALJENJE
Površinsko kaljenje zagrevanjem gasnim plamenom.
Poslije površinskog kaljenja dijelovi se nisko otpuštaju na temperaturi
160–180°C, u cilju smanjenja unutrašnjih napona.
Tvrdoća zakaljenog sloja kod čelika sa 0,4–0,5% C može dostići
vrijednost HRC = 50–56.
Nedostatak ovog načina površinskog kaljenja je mogućnost pregrevanja
površinskog sloja i teško ostvarivanje zadate dubine prokaljivanja.
Ovaj način površinskog kaljenja koristi se za dijelove velikih dimenzija
kao što su: valjaonički valjci za hladno valjanje metala, velika vratila,
zubi velikih zupčanika i dr.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POVRŠINSKO KALJENJE
Cementacija
Cementiranje čelika je postupak toplotne obrade koji se sastoji od
pougljičenja, kaljenja i niskotemperaturnog popuštanja.
Cilj je ostvarivanje tvrdoće na površinskim slojevima (otpornost na
trošenje) i zadržavanje žilavosti u jezgri (otpornost na udarna
opterećenja).
Izvori ugljenika mogu biti čvrsti (drveni ugljen s dodatkom aktivatora,
npr. BaCO3-barijum karbonat), solne kupke, plinovi, ionizirani plinovi itd.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POVRŠINSKO KALJENJE
Cementacija
Temperature su pougljičavanja od 870 ºC do 930 ºC, najčešće 927 ºC.
Udio ugljenka na površini i dubina pougljičavanja ovise o temperaturi i
trajanju pougljičavanja, te o sastavu sredstava za pougljičavanje.
Površine čelika se obogaćuju ugljikom približno od 0,6 do 1,0%,
najčešće od 0,7% do 0,8%.
Dubine su pougljičenog površinskog sloja obično 0,5 do 2 mm,
najčešće oko 1,0 mm.
TERMIČKA OBRADA ČELIKA-CEMENTACIJA
cementacija
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POBOLJŠANJE
POBOLJŠANJE
Kombinovani postupak termičke obrade čelika, koji se sastoji iz
kaljenja i visokog otpuštanja, koji ima za cilj postizanje visoke
vrednosti napona tečenja i visoke vrednosti žilavosti naziva se
poboljšanje.
Ovaj postupak nalazi najširu primenu kod konstrukcionih
ugljeničnih (0,3–0,6%C), nisko i srednjelegiranih čelika
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POBOLJŠANJE
Posle poboljšanja čelik ima veću vrednost napona tečenja i veće
izduženje nego pre kaljenja (sl. a).
Ovim se znatno povećava površina ispod krive napon izduženje, što
jasno ukazuje na povećanje vrednosti žilavosti u odnosu na stanje pre
poboljšanja, a pogotovu u odnosu na stanje posle kaljenja
(a) Dijagram napon–izduženje, pre kaljenja, posle kaljenja i poboljšanja; (b) promena
mehaničkih svojstava u zavisnosti od temperature otpuštanja
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POBOLJŠANJE
POBOLJŠANJE
Od kakvog je značaja termička obrada poboljšanjem može se
zaključiti po tome što se najodgovorniji delovi mašina (osovine,
vratila, zupčanici, zavrtnji i dr.) koriste u poboljšanom stanju.
Posle kaljenja čelik ima visoku vrednost napona tečenja, ali
malu plastičnost i nisku vrednost žilavosti
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA-POBOLJŠANJE
POBOLJŠANJE
Termičkom obradom poboljšanja povećava se čvrstoća,
postiže se najbolji odnos između čvrstoće i žilavosti,
umanjuje osetljivost na koncentraciju napona, snižava se
prelazna temperatura i potrebna je veća energija za razvoj
prsline.
Međutim, otpornost na habanje, zbog smanjenja tvrdoće, nije
velika.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
GREŠKE NASTALE U PROCESU TERMIČKE OBRADE
Usled nepravilno primenjene tehnologije termičke obrade čelika
na dijelovima mogu nastati različite greške kao što su:
nedovoljno zagrijevanje,
pregrevanje,
pregorijevanje,
razugljenisavanje,
prsline i
deformacije.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
GREŠKE NASTALE U PROCESU TERMIČKE OBRADE
Nedovoljno zagrijevanje.
Nedovoljno zagrevanje nastaje u slučaju ako se čelik zagreje
do temperatura koje su niže od potrebnih.
Ova greška može se ispraviti tako što se nedovoljno zagrejan
kaljeni čelik žari, a zatim ponovo zagreva do potrebnih
temperatura.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
GREŠKE NASTALE U PROCESU TERMIČKE OBRADE
Pregrijevanje.
Do pregrevanja dolazi u slučaju ako se čelik zagrijeva do temperatura koje su mnogo više od potrebnih temperatura(znatno iznad AC3 i ACm), ili ako se pri normalnimtemperaturama drži duže vreme.
Posledica pregrevanja je pojava krupnozrnog austenita.
Otklanjanje grešaka pregrevanja nastalih u procesu žarenjazahteva ponovno žarenje, ili dijelove podvrgnuti procesunormalizacije.
Čelike pregrejane u procesu kaljenja žariti i ponoviti kaljenje.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
GREŠKE NASTALE U PROCESU TERMIČKE OBRADE
Pregorijevanje.
Pregorijevanje nastaje u slučaju kada se čelik zagrijeva do
temperatura koje su bliske temperaturi topljenja.
Pregorijevanje je praćeno izdvajanjem oksida željeza po
granicama metalnog zrna zbog čega su čelici veoma krti.
Pregorijevanje je nepopravljiva greška
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
GREŠKE NASTALE U PROCESU TERMIČKE OBRADE
Oksidacija i razugljenisavanje.
Oksidacija i razugljenisavanje čelika u procesu zagrevanja
dolazi kao posledica uzajamnog dejstva njegove površine sa
gasovima koji se nalaze u atmosferi peći (kiseonik, vodonik).
Najbolji način da se dijelovi u procesu zagrevanja zaštite od
oksidacije i razugljenisavanja jeste zagrevanje u pećima sa
zaštitnom (kontrolisanom) atmosferom koja je inertna u odnosu
na čelik.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
GREŠKE NASTALE U PROCESU TERMIČKE OBRADE
Prsline.
U procesu termičke obrade prsline se obrazuju pri suviše
velikim brzinama hlađenja ili zagrijevanja.
Prsline se pojavljuju kada unutrašnji naponi dostignu vrijednost
zatezne čvrstoće čelika
Prsline su greške koje se ne mogu ispraviti i dijelovi sa
prslinama se odbacuju.
10. TERMIČKA OBRADA ČELIKA
GREŠKE NASTALE U PROCESU TERMIČKE OBRADE
Deformacije.
Deformacije (izmena dimenzija i oblika), koje nastaju na
dijelovima pri termičkoj obradi, jesu rezultat termičkih i
strukturnih napona koji se javljaju u čeliku usled
neravnomernog hlađenja i faznih transformacija.
Sprečavanje krivljenja dijelova postiže se pravilnim izborom
režima termičke obrade (temperatura zagrevanja, brzina i način
hlađenja), a kod dugih i tankih dijelova koristiti se kaljenje u
alatima.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Najvažniji obojeni metali za mašinsku tehniku su:
Cu-bakar
Al-aluminijum
Ni-nikl
Ti-titan
Mg-mangan
Zn-cink
legure za klizne ležajeve.
Osim njih, koriste se i tvrdi metali.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Kao čist metal, ima široku primenu u elektrotehnici za izradu provodnikazbog izvanrednih fizičkih svojstava električne i toplotne provodljivosti.. Osobine.
Bakar pripada prvoj grupi Periodnog sistema sa atomskim brojem29 i atomskom masom od 63,54.
Gustina čistog bakra iznosi 8,93 g/cm3.
Posle zlata i srebra ima najveću električnu provodljivost (σ = 58 m/Ωmm²) u odnosu na ostale metale.
Toplotna provodljivost bakra je šest puta veća u odnosu na željezo, odnosno, dva puta veća od toplotne provodljivosti aluminijuma.
Temperatura topljenja čistog bakra je 1083°C.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Mehanička svojstva bakra u zavisnosti od stanja prerade
Osobine Stanje prerade
liveno žareno hladno
deformisano
Zatezna čvrstoća, Rm (MPa) 150 – 200 210 – 240 300 – 440
Napon tečenja, ReH (MPa) – 40 – 80 200 – 390
Izduženje, A5 (%) 25 –15 50 – 35 25 – 2
Tvrdoća po Brinelu, HB 50 40 – 50 75 – 90
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Dobijanje bakra.
Bakar se uglavnom dobija iz sulfidnih ruda (∼80% svetske
proizvodnje), pre svega halkopirita, CuFeS2, zatim halkozina, CuS,
bornita 5Cu2S⋅Fe2S3, i pirita, FeS2.
Drugi, po značaju, izvor za dobijanje bakra su oksidne rude bakra,
kuprit, azurit i malahit.
Sadržaj bakra u rudama nije visok, često svega 1–2%,
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Uprošćena šema dobijanja bakra iz sulfidnih ruda se sastoji iz
sledećih glavnih operacija:
1. obogaćivanja rude flotacijom u cilju dobijanja koncentrata koji sadrži 20–
25% bakra,
2. delimičnog prženja i topljenja u plamenim pećima pri čemu se dobija
bakrenac sa oko 30–40% bakra,
3. produvavanja bakrenca u konvertoru u cilju dobijanja bakra čistoće 97–
98,5% nizom hemijskih reakcija i
4. rafinacije u plamenim pećima (rafinisani bakar) oksidacionim postupkom
(topionički bakar) ili elektrolizom (elektrolitički bakar).
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Uticaj pratećih elemenata u bakru
Osobine tehnički čistog bakra zavise od njegove čistoće i sadržaja
gasova.
Štetnim primesama za elektrotehnički bakar ograničava na 0,005% (Sb,
S, Se, Te, Bi i O)
Prisustvo kiseonika utiče na povećanje tvrdoće i čvrstoće, ali zato
značajno snižava električnu provodljivost.
Nepoželjno je i prisustvo vodonika, ne samo zbog smanjenja električne
provodljivosti, već i zbog pojave poroznosti, a u prisustvu kiseonika i
pojave šupljina po granicama zrna koje su uzrok krtosti bakra.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Legure bakra
Kao konstrukcioni materijal čist bakar nema zadovoljavajuće osobine
(max Rm, posle ojačavanja hladnim deformisanjem, do 440 MPa), za
razliku od njegovih legura.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Sastav i primjena najvažnijih vrsta bakarne legure-mesinga
11.OBOJENI METALI I LEGURE
SPECIJALNI MESING
Specijalni mesinzi su legure Cu-bakra sa Zn-cinkom kod kojih
su, radi poboljšanja određenih osobina (čvrstoća, otpornost
prema koroziji, otpornost prema habanju), dodate i manje
količine drugih metala (Ni, Mn, Fe, Pb).
Količina dodatnih legirajućih elemenata je takva da oni utiču na
poboljšanje osobina, ali ne utiču na promenu strukturnog stanja
mesinga.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Legure Cu sa Sn – kalajne bronze.
Kalajne bronze su legure koje nalaze primenu u mašinogradnji
zbog izuzetne otpornosti prema koroziji, visoke tvrdoće i
čvrstoće, kao i velike otpornosti prema habanju (zavrtnjevi,
zupčanici, fina sita, propeleri).
Kao i kod mesinga, osobine kalajnih bronzi zavise od njihove
strukture, odnosno sadržaja kalaja-Sn.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Specijalne bronze i druge legure Cu.
Legure u kojima se pored Cu, čiji je minimalni sadržaj određen
na 78%, nalaze i Al, Pb, Ni, Mn, Si i Be u kombinaciji sa Sn ili
bez njega su označene kao specijalne bronze.
U zavisnosti od toga koji je legirajući element glavni,
najuticajniji, razlikuju se Al, Pb i Be bronze.
Sve specijalne bronze se odlikuju visokom otpornošću prema
koroziji, dobrim kliznim osobinama, velikom električnom
provodljivošću i srednjim nivoom čvrstoće i tvrdoće.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
ALUMINIJUM I NJEGOVE LEGURE
Alumijum je, posle Fe, drugi po redu metal koji se koristi u savremenojmašinskoj tehnici.
Upotrebljava se kao čist metal u elektrotehnici, metaloprerađivačkoj, prehrambenoj i hemijskoj industriji, ali mu je mnogo značajnija primena u vidu različitih višekomponentnih legura koje se široko upotrebljavaju u mašinskoj industriji.
Gustina čistog Al iznosi 2,7 g/cm3, što znači da je za istu veličinuzapremine Al skoro tri puta lakši od Fe
Aluminijum se odlikuje i velikom električnom provodljivošću, koja je 57% električne provodljivosti Cu koji se u tehnici koristi kao etalon.
Temperatura topljenja čistog aluminijuma je 660°C.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
ALUMINIJUM I NJEGOVE LEGURE
Mehanička svojstva Al su relativno niska: Rm u zavisnosti od stanja
prerade se kreće od 90–180 MPa, tvrdoća 20–40 HB, a plastičnost je
veoma visoka što omogućava valjanje aluminijuma do veoma malih
debljina (folija).
Veoma teško se obrađuje rezanjem.
Ima dobru otpornost prema koroziji, u atmosferskim uslovima tokom
vremena obrazuje se na površini zaštitna prevlaka oksida alumijuma,
Al2O3.
Dobijanje Al. Alumijum se u prirodi ne sreće u samostalnom obliku, već u
obliku različitih minerala kojih ima veoma mnogo. Iako ih prema
podacima ima 250, ne koriste se svi kao rude za dobijanje aluminijuma.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
ALUMINIJUM I NJEGOVE LEGURE
Osnovna ruda iz koje se procesom prerade dobija Al je boksit u
kome je aluminijum vezan u obliku hidroksida, mada se koriste i
druge rude kao što su apatit, alunit, kianit.
Legure aluminijuma
Najvažniji legirajući elementi koji značajno poboljšavaju osobine
čistog Al su Cu, Mg, Mn, Si, Zn i Li.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
ALUMINIJUM I NJEGOVE LEGURE
Legure Al se dijele na:
legure za gnječenje (deformabilne) i
legure za livenje.
Legure za gnječenje se dalje dijele na one koje se termički ne
obrađuju i one koje se termički obrađuju.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
ALUMINIJUM I NJEGOVE LEGURE
Osnovne karakteristike legura aluminijuma za gnječenje koje se
termički obrađuju
11.OBOJENI METALI I LEGURE
ALUMINIJUM I NJEGOVE LEGURE
Legure Al za livenje su brojne i mogu da se podele u pet osnovnih
grupa:
I grupu legura čine legure Al sa Si, poznate pod imenom silumini;
II grupu legura čine legure Al sa Si i Cu;
III grupu legura čine legure Al sa Cu;
IV grupu legura čine legure Al sa Mg; sa visokim mehaničkim
svojstvima i otpornošću prema koroziji; koriste se za izradu lakih
odlivaka za transportne mašine;
V grupu legura čine legure Al sa drugim komponentama u koje pored
nabrojanih spadaju i Ni, Zn i Ti.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Nikl i njegove legure
Nikl izuzetno je otporan na koroziju, ima dobru vatrootpornost i magnetičan je do 360°C. Ova dva svojstva su osnovni razlozi primene Ni i njegovih legura u mašinstvu, a osnovnaprepreka za širu primenu je visoka cena.
Fizičko-mehnička svojstva su:
gustina ρ = 8,89 g/cm3
temperatura topljenja Tt = 1453°C
koeficijent linearnog širenja α = 13,3⋅10-6 °C–1
toplotna provodljivost λ = 92 W/mK
modul elastičnosti E = 205 Gpa
zatezna čvrstoća Rm ∼ 500 MPa (u žarenom stanju)
napon tečenja Rp0,2 ∼ 150 MPa (u žarenom stanju)
procentualno izduženje A ∼ 50% (u žarenom stanju)
tvrdoća 75 HB
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Titan i njegove legure
Titan je metal male gustine (4,5 g/cm3), što u kombinaciji sa dobrim
mehaničkim svojstvima (velika čvrstoća i tvrdoća) daje veliku specifičnu
čvrstoću.
Osim toga je izuzetno otporan na koroziju i ima dobru vatrootpornost.
Slično Ni, primena Ti i njegovih legura je ograničena zbog visoke cijene,
i svodi se na konstrukcione dijelove gasnih motora i turbina, kao i
opremu u prehrambenoj, hemijskoj i petrohemijskoj industriji.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Titan i njegove legure
Mehnička svojstva (u žarenom stanju) su:
modul elastičnosti E = 126 Gpa
zatezna čvrstoća Rm ∼ 330 Mpa
napon tečenja Rp0,2 ∼ 240 Mpa
procentualno izduženje A ∼ 30%
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Magnezijum i njegove legure
Magnezijum kristališe po heksagonalnoj gusto pakovanoj rešetki, ima
veoma malu gustinu (1,74 g/cm3) i relativno nisku temperaturu topljenja
(650°C). Lako se vezuje sa kiseonikom, ali je njegov oksid porozan i nije
dobra zaštita od korozije. Pali se na 700°C i gori bleštavim plamenom,
pa se koristi u pirotehnici.
Mehnička svojstva (u žarenom stanju) su:
modul elastičnosti E = 45 GPa
zatezna čvrstoća Rm ∼ 115 MPa
napon tečenja Rp0,2 ∼ 25 MPa
procentualno izduženje A ∼ 8%.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Magnezijum i njegove legure
Osim lake zapaljivosti i male otpornosti na koroziju, mane Mg su slaba
mehanička svojstva (mala čvrstoća i plastičnost), koja mogu da se
povećaju legiranjem sa Al, Zn i Mn.
U tom slučaju legure Mg (sa 8–9% Al, 0,5–0,7% Zn i 0,12–0,13% Mn) se
koriste za manje opterećene delove automobila i aviona.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Cink i njegove legure
Cink kristališe po heksagonalnoj gusto pakovanoj rešetki, ima gustinu
7,13 g/cm3 i temperaturu topljenja 420°C, i relativno loša mehanička
svojstva (mala čvrstoća i tvrdoća). Stoga se njegova primena u
mašinstvu svodi na galvanske prevlake koje se nanose na čelične
limove radi zaštite od korozije.
Legure Zn se koriste kao niskotopljive legure za lemove.
Legure Zn za livenje (sa Al, Cu i Mg) se koriste za odlivke
komplikovanog oblika, koji nisu opterećeni (npr. karburatori motora
SUS), jer imaju veliku tečljivost i lako popunjavaju kalupe složenog
oblika.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Legure za klizne ležaje
To su legure od kojih se izrađuju ležaji za različite pokretne mašinske
elemente kod kojih u toku rada dolazi do klizanja kontaktnih površina.
U ovu grupu legura spadaju:
sivo liveno gvožđe,
bronze,
lakotopljive legure na bazi kalaja, olova, cinka i aluminijuma koje su
poznate pod zajedničkim imenom babiti, a u poslednje vreme i sintetički
plastični materijali.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Legure za klizne ležaje
Osnovni zahtevi kod ovih legura su:
mali koeficijent trenja u kontaktnoj površini; ovaj zahtev je ispunjen kada
se u kontaktnoj površini nalazi sloj (film) sredstva za podmazivanje;
dobra otpornost na habanje; međutim, materijal za ležaje mora pri radu
da se brže haba nego npr. rukavac osovine koji se nalazi u svom ležištu;
dovoljno dobra čvrstoća i plastičnost;
sposobnost da izdrže relativno veliki specifičan pritisak;
malo zagrevanje pri radu;
mikrostruktura, koja se sastoji od relativno meke metalne osnove
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Metalne pjene
Prirodni materijali su u pravilu porozni (kamen, kost, koralji...).
Metalnim pjenama pokušavamo se približiti strukturama koje nastaju u
prirodi
Intenzivan razvoj metalnih pjena započeo je koncem 20. stoljeća.
Metalne pjene se dobivaju iz taline ili iz praha. Poroznost nastaje iz
tekućeg stanja tako da se i prah u procesu proizvodnje tali.
Metalne pjene s otvorenim i zatvorenim šupljinama
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Metalne pjene
Osnovna svojstva metalnih pjena u uspoređenju sa metalima su:
visoka poroznost (40% - 90%);
dobro prigušuju zvuk i vibracije;
mala specifična težina;
relativno visoka krutost;
visok stupanj apsorpcije udarne energije;
dobra toplinsko izolacijska svojstva
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Metalne pjene
Pjene mogu biti otvorenih ili zatvorenih šupljina
Pjene otvorenih šupljina predstavljaju spužvaste tvari jer lako
upijaju tekućine i porozne su.
Pod opterećenjem se jako zbijaju.
Pjene zatvorenih šupljina se manje deformišu pod
opterećenjem i vraćaju u prvobitni oblik.
Nepropusne su za plinove i tekućine.
11.OBOJENI METALI I LEGURE
Proizvodi izrađeni iz metalnih pjena
15. LEMOVI
LEMOVI
Lemovi su grupa legura koji služe spajanju metala, keramike i stakla
lemljenjem.
Obično su eutektičkog sastava za niže temperature lemljenja, ali se
kao lemovi mogu koristiti i čisti metali.
Osnovna odlika lema je da treba imati nižu temperaturu taljenja od
metala koji se lemi.
Vezivanje lema odvija se difuzijom s lemljenim metalom.
Lemu se dodaju i primjese radi snižavanja površinske napetosti taline
jer treba dobro vlažiti lemljene površine i popunjavati kapilare u spoju.
15. LEMOVI
LEMOVI
Osim za spajanje, lemovi se mogu koristiti i za nanošenje
tvrdih slojeva na površine izložene velikom trošenju.
U mekoj matrici lema usađene su tvrde čestice odgovarajuće
granulacije.
Izbor lema provodi se prema metalu kojeg se lemi i prema
maksimalnoj temperaturi koju se kod lemljenja smije postići
da ne dođe oštećenja ili deformiranja lemljenih dijelova.
15. LEMOVI
LEMOVI
Dvije su osnovne grupe lemov: meki i tvrdi.
Meki lemovi imaju nisku čvrstoću i temperaturu taljenja,
Tvrdi imaju više temperature taljenja i čvrstoću.
Granična temperatura između mekog i tvrdog lema je oko 400°C.
Meki lemovi su najčešće legure olova i kositra s različitim dodacima
radi snižavanja temperature tališta
Lemiti se može i čistim kositrom, ali je jeftinije dodavati olovo.
Lemovi s kadmijem su otrovni, ali imaju nisku temperaturu taljenja.
Ovim lemovima dobro se lemi ugljenični čelik, bakar i legure bakra.
15. LEMOVI
LEMOVI
Čvrstoća mekog lema iznosi nekoliko desetaka MPa, dok
tvrdi lemovi postižu čvrstoće od nekoliko stotina MPa.
Lemljeni spoj se u pravilu opterećuje na smicanje, jer je
vezivanje ploha difuziono.
Postoji obostrana difuzija elemenata iz lema i osnovnog
materijala.
HVALA NA PAŽNJI !
2018.god.