Mašinski materijali

Mašinski materijali Metali i legure se obično dele u dve grupe: železni

metali i legure, koji sadrže veliki procenat železa, kao čelik i livena gvožđa; i neželezni (obojeni) metali i legure, koji ne sadrže železo ili ga imaju u malom procentu, kao aluminijum, bakar, titan, nikl i dr.

Polimerni materijali. Većina polimernih materijala sastoji se od organskih jedinjenja koja sadrže ugljenik, vodonik i druge nemetalne elemente. Struktura polimernih materijala je nekristalna, mada neki od njih mogu da imaju kombinovanu – nekristalnu i kristalnu strukturu.

Keramički materijali. Keramički materijali su neorganska jedinjenja metala i nemetala. Struktura keramičkih materijala može da bude kristalna, i kombinovana kristalno-nekristalna.

Kompozitni materijali. Kompozitni materijali su kombinacija dva ili više materijala u makroskopskoj razmeri. Većina kompozitnih materijala sastoji se od vlakana i matrice kao veziva. Kompozitni materijali su tako građeni da koriste najbolja svojstva svake pojedine komponente, dobijajući tako tražena svojstva.

METALNI MATERIJALI

Čelici Čelicima nazivamo leguru železa sa ugljenikom i

drugim elementima sa sadržajem ugljenika do 2,11%. Podela na:

Konstrukcioni čelici (u mašinogradnji, mostogradnji, brodogradnji, u gradnji kotlova, cevovoda, nosećih konstrukcija itd.)

Čelici sa posebnim svojstvima (hemijski postojani – nerđajući čelici i čelici sa naročitim fizičkim svojstvima)

Alatni čelici (nelegirani i legirani čelici koji služe za izradu raznih alata, za obradu materijala u hladnom i toplom stanju).

Označavanje vrste čelika Č(L) XXXX(X).X(X..)-X(X..)

-slovni simbol : Č-oznaka za čelik ČL-oznaka za čelični liv -osnovna oznaka - sastoji se iz četiri ili pet brojčanih simbola

kojima se označava vrsta čelika -dopunska oznaka- sastoji se iz jednog, dva ili više brojčanih ili slovnih simbola i njihovih kombinacija, kojima se po potrebi označava namena, odnosno stanje proizvoda -ostale dopunske oznake - sastoje se iz jednog, dva ili više brojča- nih ili slovnih simbola i njihovih kombinacija, kojima se po po- trebi označavaju druge karakteristike čelika.

LIVENA GVOŽĐA Livena gvožđa su legure železa sa ugljenikom sa

sadržajem više od 2,11%C, u praksi livena gvožđa sadrže 2-4%C.

Siva livena gvožđa (SL) imaju dobru otpornost na koroziju, dobru otpornost na habanje, dobro prigušuju vibracije, dobru toplotnu provodljivost, dobro se obrađuju rezanjem, dozvoljavaju livenje delova složenog oblika; bez grešaka usled skupljanja, raslojavanja i prslina. Odlivci od sivog livenog gvožđa su jeftiniji nego odlivci od drugih livenih gvožđa.

BAKAR I NJEGOVE LEGURE

Bakar je metal crvenkaste boje. Ima visoku električnu i toplotnu provodljivost koje

zavise od njegove čistoće i stanja. Poseduje dobru otpornost na koroziju u običnim

atmosferskim uslovima, slatkoj i morskoj vodi i drugim agresivnim sredinama, ali je neotporan na organske kiseline, amonijak i gasove koji sadrže sumpor.

Dobro se obrađuje deformacijom, loše se obrađuje rezanjem i ima loša livačka svojstva

Legure bakra Mehanička svojstva i otpornost na koroziju

bakra mogu se poboljšati legiranjem. Glavni legirajući elementi u legurama bakra su: cink, kalaj, aluminijum, silicijum, olovo i drugi metali.

Legure bakra sa cinkom (mesing) - dobru električnu i toplotnu provodljivost, dobra mehanička svojstva, dobru otpornost na koroziju i sposobnost prerade u hladnom i toplom stanju.

Legure bakra sa kalajem - kalajne bronze i sadrže do 13% kalaja. Postignuta su bolja mehanička i tehnološka svojstva, otpornosti na habanje i koroziju, kalajne bronze, a mogu se dodatno legirati sa Zn, Fe, P, Pb, Ni i drugim metalima.

Legure bakra sa aluminijumom -aluminijumske bronze. Otporne su prema koroziji, kiselim sredinama i morskoj vodi. Otporne su na visokim temperatueama i prema eroziji.

ALUMINIJUM I NJEGOVE LEGURE

Najvažnije svojstvo aluminijuma je njegova mala gustina

ima dobru električnu i toplotnu provodljivost aluminijum poseduje visoku korozivnu

otpornost ima dobru obradivost deformisanjem, obrada

rezanjem je nešto otežana i dobro se zavaruje.

Legure aluminijuma

Aluminijum se može legirati sa većim brojem elemenata od kojih su najvažniji: Mn, Mg, Si, Cu i Zn sa kojima stvara familije legura aluminijuma kao krajnje podesnih inženjerskih materijala.

Sve legure aluminijuma podeljene su na dve osnovne grupe:

1. Legure aluminijuma za plastičnu preradu i

2. Legure aluminijuma za livenje.

TERMIČKA OBRADA ČELIKA

Poboljšavaju se mehanička svojstva kao što su: zatezna čvrstoća, napon tečenja, tvrdoća, žilavost i plastičnost.

Termičkom obradom nazivaju se procesi koji se sastoje od:

1. zagrevanja do kritičnih temperatura,

2. držanja na tim temperaturama određeno vreme,

3. zatim hlađenje određenim načinom i brzinom.

Kaljenje

Kaljenje je proces kojim se čelik zagreva do temperatura od 8000C, a zatim naglo hladi rashladnim sredstvom (mineralna ulja, voda, rastvori soli i baza i sl.) u cilju dobijanja martenzitne strukture, a time visoke površinske tvrdoće i otpornosti na habanje.

Vreme zagrevanja mora biti dovoljno dugo da bi se obezbedilo postizanje potrebne temperature po celom poprečnom preseku dela, kao i završetak svih faznih transformacija, i zavisi od: temperature zagrevanja, sadržaja ugljenika i legirajućih elemenata, veličine i oblika delova, načina smeštanja delova u peći, vrste peći i drugih faktora.

Otpu{tanje Termi~ka obrada kojom se kaljeni ~elik

zagreva do temperatura ni`ih od temper. kaljenja, dr`i na toj temperaturi odredjeno vreme a zatim sporo hladi, i pri tom prouzrokuje transformaciju nestabilne strukture kaljenog ~elika u stabilniju strukturu naziva se otpu{tanje.

Otpu{tanje ima za cilj smanjenje ili potpuno uklanjanje unutra{njih napona, smanjivanje krtosti kaljenog ~elika i dobijanje `eljenih struktura i mehani~kih svojstava.

Pobolj{anje

Pobolj{anje predstavlja kombinovani postupak koji se sastoji od kaljenja i visokog otpu{tanja, ima za cilj postizanje visoke vrednosti napona te~enja i visoke vrednosti `ilavosti. Postupak nalazi naj{iru primenu kod konstrukcionih ugljeni~nih (0,3-0,6%C), nisko i srednje legiranih ~elika. Ova termi~ka obrada je veoma zna~ajna jer se ~esto koristi kod delova koji su najodgovorniji kod ma{ina ( osovine, vratila, zup~anici, zavrtnji i sl.).

TERMOHEMIJSKE OBRADE

Cementacija Cementacija je termohemijski proces u kojem se

površinski slojevi čelika obogaćuju ugljenikom. Konačna svojstva cementirani delovi dobijaju tek posle kaljenja i niskog otpuštanja. Cilj cementacije je da se dobije visoka tvrdoća površinskog sloja (HRc 55-65) a time i visoka otpornost na habanje. Cementaciji se podvrgavaju niskougljenični čelici sa sadržajem do 0,2%C i legirani čelici sa 0,08-0,2%C.

Cementacija

Dubina cementiranog sloja zavisi od: vremena i temperature, a u manjoj meri i od hemijskog sastava, kao i od aktivnosti sredstva za cementaciju. Dubina cementiranog sloja može biti od 0,5-1,5mm, izuzetno i do 10mm. Sadržaj ugljenika u cementiranom sloju je 0,9-1%C. Delovi koji se podvrgavaju procesu cementacije moraju se pripremiti. Priprema obuhvata čišćenje i odmašćivanje površina, kao i zaštitu površina koje se ne cementiraju.

Nitriranje Nitriranje je termohemijski proces u kojem se površinsi sloj čelika

difuzijom obogaćuje atomima azota, u cilju povećanja tvrdoće, otpornosti na habanje, otpornosti na koroziju kao i povećanja dinamičke čvrstoće. U tom cilu čelici se zagrevaju u sredini sposobnoj da na temperaturi nitriranja 500-520˚C oslobode atome azota koji difuzijom ulaze u površinski sloj metala.

Jonsko nitriranje. Ovaj postupak nitriranja ima najširu primenu i daje najbolja svojstva površinskog sloja. Postupak se ostvaruje u komori sa razređenim gasom koji sadrži azot (NH3, N2) kada je deo koji se nitrira, priključen na negativnu elektrodu – katodu, a anoda je zid komore uređaja za jonsko nitriranje. Između katode i anode uspostavlja se tinjajuće pražnjenje. Pozitivni joni gasa bombarduju površinu katode i zagrevaju je do potrebnih temperatura.

Hromiranje

Hromiranje je termohemijski proces difuzionog obogaćivanja površinskog sloja čelika hromom zagrevanjem u odgovarajućoj sredini. Ovaj proces obezbeđuje površinskom sloju čelika visoku tvrdoću, otpornost na habanje, toplotnu postojanost i otpornost na koroziju u sredini kao što su morska voda i azotna kiselina.

Hromiranje se izvodi u čvrstoj, gasovitoj i tečnoj sredini.

KOROZIJA METALA Korozijom se naziva proces razaranja

metala usled hemijskog ili elektrohemijskog uzajamnog dejstva sa okolnom sredinom.

Korozija započinje na graničnoj površini dve faze metal – spoljna sredina i vremenom prodire u dubinu metala. Javlja se kao posledica fizičko – hemijskih procesa pri dodiru metala i agresivne sredine (metal – voda, metal- kiselina, metal – vazduh, metal – zemlja, itd), pri dodiru raznorodnih metala i na dodirnoj površini dva metalna zrna sa različitim sastavom ili različitim naponskim stanjem.

Zaštita od korozije

Potpuna zaštita metala i legura od korozije je skoro nemoguća, ali izvesne mere se mogu preduzeti da se problem minimizira.

Zaštita metala i legura od korozije može se ostvariti korišćenjem većeg broja različitih metoda koje uključuju: izbor materijala, konstruktivna rešenja, zaštitne prevlake, inhibitore, katodnu zaštitu i pasivizaciju.

Izbor materijala. pravilan izbor materijala za izradu delova konstrukcija koje su u toku eksploatacije izložene dejstvu agresivne sredine .

Konstruktivne metode. Pri konstruisanju delova konstrukcije najvažnije je sprečiti formiranje galvanskog elementa. Dva različita metala ne smeju biti u direktnom dodiru na mestima koja su izložena agresivnoj sredini jer se formira galvanski element i pojavljuje korozija. U takvim slučajevima delove izrađene od metala sa različitim električnim potencijalima potrebno je na mestima dodira razdvojiti nemetalnim materijalima otpornim na koroziju, kao što su zaptivači i podmetači, da bi se sprečio električni kontakt među njima.

Zaštitne prevlake. Mogu biti metalne i nemetalne: boje, emajl, polimerne, metalne i oksidne. Ove prevlake mogu pružiti dobru zaštitu od korozije, ali ako dođe do njihovog oštećenja ta mesta postaju anode i dovode do ubrzane lokalne korozije.

Inhibitori. Izvesne materije dodate u relativno maloj koncentraciji rastvoru mogu pod određenim uslovima smanjiti brzinu korozije. Vrsta inhibitora zavisi od metala/legure i od korozivne sredine ( da li je kisela, bazna, ili neutralna).

Katodna zaštita - najefikasniji način zaštite u nekim situacijama može potpuno zaustaviti proces korozije. Suština katodne zaštite metala od korozije je snabdevanje metala, koji se štiti, elektronima iz spoljnjeg izvora i od njega načiniti katodu. Primenjuje se za zaštitu od korozije podzemnih cevovoda i rezervoara, platformi za bušenje ispod površine

mora, brodova i opreme brodova, grejača vode i dr.