29810054 Seminarski Rad Celik i Njegove Legure

UNIVERZITET U NIU

Fakultet zatite na radu

Predmet: Tehniki materijali

SEMINARSKI RAD

Tema: elik i njegove legure

Mentor: Student:

Ni, 2009.

SADRAJ

Uvod................................................................................................................................3

1. Osobine elika.........................................................................................................4

2. Proizvodnja elika..................................................................................................5

3. Vrste elika..............................................................................................................5

4. Podela elika u grupe.............................................................................................6

5. Podela elika prema oblastima primene..............................................................9

6. Legirajui elementi i njihov uticaj na osobine elika........................................10

7. Zakljuak..............................................................................................................22

8. LITERATURA.....................................................................................................23

2

UVOD

elik je metastabilno kristalizovana Fe-C (Fe-Fe3C) legura sa sadrajem ugljenika

manjim od 2,06%. Dodavanjem volframa, hroma, molibdena, vanadijuma, mangana, nikla,

kobalta i drugih metala, pojedinano ili u kombinacijama, dobijaju se legirani elici za

specijalne svrhe, izuzetno mehaniki, hemijski ili toplotno postojani. Ako je maseni udeo

legirajuih elemenata vei od masenog udela gvoa, ili se gvoe nalazi samo u tragovima,

onda ne govorimo o eliku ve o novim tipovima legura. Neverovatan raspon i fleksibilnost

osobina (uz pomo legiranja, termike obrade i plastine prerade) kao i relativno niska cena

proizvodnje ine ga i dalje najrasprostranjenije korienim metalnim materijalom.

3

Osobine elika

Kao to smo ve rekli, elik ima neverovatan raspon i fleksibilnost osobina. Moe biti

vrlo mek i kao takav izuzetno pogodan za duboko izvlaenje (pravljenje limenki, konzervi i

td.). Nasuprot tome elik moe biti vrlo tvrd i krt kao na primer kod martenzitnih elika koji

se koriste za seiva. Pred modernu proizvodnju elika postavljaju se vrlo visoki zahtevi, koji

najee ukljuuju optimalnu kombinaciju osobina kao to su zatezna vrstoa sa jedne i

duktilnost odnosno deformabilitet sa druge. Pored toga mora se stalno voditi rauna o

isplativosti proizvodnje to je posledica neprestane promene cena legirajuih elemenata.

Najvaniji legirajui element u eliku je ugljenik. On se u eliku nalazi u obliku

jedinjenja pod imenom cementit, Fe3C. Povieni maseni udeo ugljenika ini elik vrim, ali

u isto vreme krtim materijaliom. U zavisnosti od udela ugljenika i temperature na kojoj se

uzorak elika nalazi na faznom dijagramu se mogu uoiti sledei mikrokonstituenti: Austenit,

Ferit, Primarni-, Sekundarni-, cementit kao i mikrostrukture (meavine faza): Perlit,

Ledeburit. Ako se elik naglo ohladi, tako da se difuzioni procesi (na prvom mestu difuzija

ugljenika) ne odviju do kraja, onda se u strukturi elika pojavljuju nove mikrostrukture koje

su veinom presiene ugljenikom. Ako se ubrzano hlaene odvija iz austenitne oblasti mogu

se javiti finolamelirane mikrostrukture Sorbit ili Trosit) kao i igliati/zrnasti Beinit ili igliasti

Martenzit.

Specifina teina elika je skoro ista kao specifina teina istog gvoa i iznosi oko

7.850 kg/m.

Osobine elika kao to su tvrdoa, duktilnost, zatezna vrstoa... mogu se kreirati i

kontrolisati u veoma irokom spektru, to elik ini osnovnim metalnim konstrukcionim

materijalom. Tri osnovne metode, koje se naravno mogu meusobno kombinovati, u cilju

postizanja eljenih osobina elika su:

- legiranje

- termika obrada (arenje, kaljenje, poboljanje, Tempcore-metoda, itd.)

- plastina prerada (valjanje, izvaenje, itd.)

4

Proizvodnja elika

Proizvodnja elika ima za cilj dobijanje legure (gvoa i ugljenika) eljenog

hemijskog sastava i mehanikih osobina. Postizanje eljenih mehanikih osobina zavisi od tri

meusobno povezana faktora:

- hemijskog sastava (kombinacija legirajuih elementata),

- plastine prerade i

- termike obrade.

Proizvodnja elika se odvija u elianama, koje su deo ireg postrojenja pod imenom elezara.

To postrojenje se najee sastoji od: pogona visoke pei, eliane i valjaonice (tople i

hladne). Pogon visoke pei nije neophodan u sluaju ako se elik dobija iz elinog otpada

pomou elektro lunih pei. Postoje generalno dva tipa elezara:

- integralna elezara, ona koja poseduje postrojenje visoke pei, konvertorske eliane i tople

i hladne valjaonice,

- ostali tipovi elezara koje nemaju proizvodnju gvoa (nemaju visoku pe).

Vrste elika

Po DIN EN 10020 postoje samo dve Glavne klase elika:

- Kvalitetni elici (QS)

- Specijalni (plemeniti) elici (SS)

Danas je registrovano negde oko 2500 razliitih vrsta elika.

Dalje grupiranje na podgrupe vri se prema legurajuim elementima, mikrostrukturi, ili

mehanikim osobinama.

Prema sadraju legirajuih elemenate elici se dele na:

- Nelegirani elici - Nelegirani elici se dele na one koji su predvieni za termiku obradu i

one koji to nisu.

- Niskolegirani elici - Kao niskolegirani elici tretiraju se oni elici sa ukupnim masenim udelom legirajuih elemenata ne manjim od 1%, ali ne veim od 5%. Ovi elici posduju

poboljane mehanike osobine u odnosu na nelegirane elike.

- Visokolegirani elici - Kao visoko legirani elik tretira se elik koji sadri vie od 5% legirajuih elemenata. Ovi elici poseduju izuzetne osobine u zavisnosti koja kombinacija

legirajuih elemenata je primenjena. Tipian primer je nerajii elik, koji svoju optpornost

na koroziju duguje u prvom redu Hromu.

5

Podela elika u grupe

Razvrstavanje elika po srodnim grupama mogue je izvesti na vie naina. To su:

nain proizvodnje, hemijski sastav, kvalitet, mikrostruktura, namena itd.

Prema nainu proizvodnje elici se dele na:

Bessemerov elik

Thomasov elik

Simens-Martinov elik

Elektro elik

elik iz kisikovih konvertora

elik proizveden sekundarnom metalurkom obradom, kontrolisanom

metalurgijom.

Prema nainu dezoksidacije:

nemirene

poluumirene i umirene

specijalno umireni elici

Prema hemijskom sastavu elici se dele na:

nelegirane

legirane (niskolegirani, visokolegirani)

Prema kvalitetu:

osnovne ili komercijalne (masovne)

kvalitetne

plemenite

Prema nameni:

konstrukcione

alatne

posebnim osobinama (antikorozioni, vatrootporni, brzorezni, itd.)

Prema nainu prerade:

toplo valjani

hladno valjani

kovani

vueni

6

liveni

Prema obliku proizvoda:

ipke

ice

cevi

profili

limovi itd.

Gvoe iji sadraj ugljenika ne prelazi 2 % moe se definisati i definie se kao elik.

Sa veim procentom ugljenika prestaje mogunost deformacije, pa se takvo tehniko eljezo

sa preko 2 % sadraja ugljenika naziva gvoem.

elici se razlikuju i po nainu dobijanja. Tako se elik dobijen u tenom stanju zove

topljeni elik, a ako je dobijen u testastom stanju, tj. ako pri dobijanju nije prekoraena taka

topljenja elika, zove se vareni elik.

Na slici 1. dat je ematski prikaz opte podele gvoa i njegovih legura.

- ugljenini - ugljenini - ugljenini - ugljenini

- niskolegirani - niskolegirani - niskolegirani

7

E L J E Z O

HEMIJSKO ISTO ELJEZO (Fe) TEHNIKO ELJEZO (sadri C)

s manje od 2 % CELIK

s vie od 2 % CGVOE

Vareni elik dobiven na temp.

ispod temp. topljenja elika

Topljeni elik dobiven na temp.

iznad temp. topljenja elika

Bijelo livenogvoe

Sivo livenogvoe

KONSTRUKCIONI ELIK ALATNI ELIK

obini kvalitetni plemeniti plemeniti

- visokolegirani - visokolegirani

Konstrukcionim elicima se nazivaju oni elici koji se primenjuju za izradu delova

maina, nosee konstrukcije i graevina. Konstrukcioni elici mogu biti kako ugljenini tako i

legirani elici. Sadraj ugljenika u ovoj grupi elika obino ne prelazi 0,5 - 0,6 %.

Konstrukcioni elik treba da ima povienu vrstou, plastinost i ilavost, zajedno sa dobrim

tehnolokim svojstvima. Treba da se lako prerauje pritiskom (valjanjem, kovanjem,

presovanjem, itd.) i rezanjem, da se dobro zavaruje, malu sklonost ka deformacijama i

obrazovanju pukotina pri kaljenju.

Obini ugljenini konstrukcioni elici. U ovu grupu spadaju elici koji sadre do 0,6

% C i pri ijoj proizvodnji se obino ne stavljaju veliki zahtevi u pogledu postupaka topljenja

i livenja.

Kvalitetni ugljenini konstrukcioni elici. Ovi elici imaju stroije uslove prilikom

dobijanja u odnosu na obine ugljenine konstrukcione elike. Postavlja se vei zahtev u

pogledu sastava (manji je sadraj S, F, pojedinano do 0,045 %), koliine nemetalnih

dodataka, makro i mikro strukture.

Plemeniti ugljenini konstrukcioni elici. Od ovih elika se zahtevaju specijalna

svojstva pa se njihova proizvodnja mora odvijati pod strogim reimom. Sadraj sumpora i

fosfora pojedinano je ispod 0,035 %, a kod nekih vrsta se ograniava i niim vrijednostima,

npr. 0,020 %.

Alatni eliciAlatnim elicima nazivaju se ugljenini i legirani elici koji sadre iznad 0,7 % C,

imaju visoku tvrdou, vrstou i otpornost prema habanju i primenjuju se za izradu razliitih

alata.

Podela alatnih elika nije jednoobrazna, niti se zasniva na nekoj egzaktnoj metodologiji. Ona

je vie-manje iskustvena i ima za cilj da to vie olaka izbor odgovarajueg materijala u

odreenim sluajevima. Osnovna podela svih alatnih elika moe se izvriti dvojako:

prema hemijskom sastavu

prema nameni

Prema hemijskom sastavu dele se na:

ugljenine

legirane

8

Ugljenini elici se mogu koristiti samo za rezanje malom brzinom, jer se njihova visoka

tvrdoa jako sniava pri zagrevanju iznad 190-200 oC.

Legirani alatni elici, doputaju kaljenje u ulju i toplim kupkama, to smanjuje deformisanje i

vitoperenje alata. Najei legirani elementi u ovim elicima su: Cr, Mn, V, Mo, Ni, Co, itd. S

obzirom na hemijski sastav, razlikuju se glavne grupe elika kao npr. Cr-alatni elici, Cr-Mo-

V- alatni elici W-alatni elici itd.

Podela alatnih elika prema nameni

Jedna od osnovnih podela alatnih elika prema nameni bila bi sledea:

alatni elici za rad u hladnom stanju

alatni elici za rad u toplom stanju

brzorezni alatni elici

Alatni elici za rad u hladnom stanju upotrebljavaju se za izradu alata kojima se

obrauju u hladnom stanju razliiti materijali, kao npr.: elik, obojeni metali, drvo, plastine

mase, papir, itd. Alatni elici za rad u toplom stanju se upotrebljavaju za izradu alata za

obradu razliitih materijala na visokim temperaturama (kovanjem, presovanjem, livenjem).

Brzorezni elici se koriste za razne alate zbog toga to zadravaju dovoljno visoku

tvrdou pri rezanju metala velikom brzinom koja prouzrokuje visoke temperature (540 -600 oC) na reznom seivu alata.

Podela elika prema oblastima primene

elici za automate

Betonski elici

elici za cementaciju

elik za opruge

TRIP elici (engl. TRIP Steels, TRIP - transformation-induced plasticity)

HSLA elici (engl. HSLA Steels - High Strength Low Alloy steels)

9

Nerajui elici - Postoji kao Feritni (minimalno 10% Cr) i Austenitni (Cr+Ni).

Austenitni elici su nemagnetini na sobnoj temperaturi.

elici za nitriranje

elici otpotni na uticaj kiselina

elici za duboko izvaene

elici za poboljanje

Alatni elici

Brzorezni elici

elici za izradu seiva

Legirajui elementi i njihov uticaj na osobine elika

Legirajui elementi u eliku se rezlikuju po tome da li stabilizuju stvaranje karbida,

austenita ili ferita, odnosno sa kojim ciljem su legirani. Svaki element daje eliku odreeni niz

karakteristika specfinih samo njemu. Postoje vrste elika gde samo karakteristina

kombinacija "suprostavljeno" delijuih legirajuih elemenata daje eljenu mikrostrukturu.

Legiranje elika daje samo osnovu za postizanje eljenih osobina u toku termike obrade i

plastine prerade.

Legirajui elementi u eliku se dele u principu u dve grupe:

- alfageni elementi (stabilizuju ferit): Mo, Si, V, Nb, Ti, Al, W, i

- gamageni elementi (stabilizuju austenit): Ni, Mn, C, N, Cu.

Aluminijum (Al)

T. Topljenja = 658C.

Suava snano -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C Favorizuje stvaranje ferita.

Aluminijum je najjae i najee primenjivano dozoksidativno sredstvo. Pored toga

aluminijum snano utie na koncentraciju rastvorenog azota u eliku i kao takav utie na

osetljivost legure na proces starenja. Ve u malim koncetnracijama favorizuje usitnjavanje

zrna to kasnije znaajno utie na mehanike osobine. Kako aluminijum zajedno sa azotom

gradi nitride visoke trvdoe, veoma je iroko korien kao legirajui element u elicima za

nitriranje.10

Aluminijum poveava vatrostalnost (vatrootpornost) elika i kao takav je esto korien kod

legiranja feritskih vatrostalnih elika. Kroz procesu "aliranja" (nanoenje aluminijuma u

povrinskom sloju) moe se ak i kod visoko ugljenini elika poboljati vatrostalnost.

Zbog vrlo snanog uticaja na poveanje koercitivne sile aluminijum se koristi u elezo-kobalt-

aluminijum eliku od koga se prave permanentni (stalni) magneti.

Arsen (As)

T. Topljenja = 817C (pod pritiskom).

Suava -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Sklonost ka stvaranju segregacija - Izuzetno tetna pojava pri livenju elika.

Nepoeljan legirajui element.

Difiziono arenje, inae jedini nain uklanjanja segregacija u eliku, je jo tee u sluaju

arsena nego to je to sluaj kod, na primer, fosfora. Pored toga poveava krtost materijala

posle procesa otputanja, sniava drastino zateznu vrstou i sposobnost zavarivanja.

Bor (B)

T. Topljenja = 2.300C

Bor ima vrlo izraen uticaj na absorpciju neutrona to ga ini veoma pogodnim za legiranje

elika koji se koristi pri izgradnji nuklearnih reaktora.

Austenitni 18/8 CrNi-elici legirani borom u procesu talonog ojaavanja postiu poveanu

granicu teenja i zateznu vtstou, s tim to istovremeno slabi njihova Koroziona postojanost.

Mikrokonstituenti izdvojeni u procesu talonog ojaavanja poveavaju zateznu vrstou

visoko vatrostalnih elika u podruju izuzetno visokih temperatura.

Kod elika negarantovanog sastava i kod ugljeninih elika bor kao legirajui element

poboljava prokaljivost a samim tim zateznu vrstou.

Bor kao legirajui element generalno smanjuje sposobnost zavarivanja elika.

Berilijum (Be)

T. Topljenja = 1.280C.

Snano iri -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

11

Bakar-berilijum-legure se koriste za izradu visokokvalitetnih opruga za asovnike koje ne

pokazuju skoro nikakvu sposobnost magnetizacije kao i veu dinamiku vrstou nego

odgovarajue opruge napravljene od elika. Nikl-berilijum-legure su veoma koroziono

postojane i koriste se za izradu hirukih instrumenata. U eliku, pored toga to snano iri -

oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C, berilijum moe onemoguiti talono ojaavanje to u

pomenutom sluaju vodi padu zatezne vrstoe. Pored toga poseduje veliki afinitet prema

kiseoniku (dezoksidirajue svojstvo) i prema sumporu.

Ugljenik (C)


Snano iri -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Ugljenik je najvaniji i najuticajniji legirajui element u eliku. Pored ugljenika svaki

nelegirani elik sadri silicijum, mangan, fosfor i sumpor, ije je prisustvo posledica samog

procesa proizvodnje elika. Dodavanje drugih legirajuih elemenata u cilju postizanja

odreenih osobina elika, kao i dolegiranje silicijuma i mangana vodi ka dobijanju legiranog

elika. Sa poveanjem masenog udela ugljenika raste zatezna vrstoa i tvrdoa elika, dok se

sposobnost izvlaenja, kovnost, zavarljivost i mainska obradljivost smanjuju.

Koroziona otpornost u odnosu na vodu, kiseline i vrele gasove skoro i da ne zavisi od

masenog udela ugljenika.

Kalcijum (Ca)

T. Topljenja = 850C

Zajedno sa silicijumom u formi siliko-kalcijuma upotrebljava se u procesu proizvodnje pri

dezoksidaciji elika. U principu kalcijum poveava vatrostalnost.

Cer (Ce)

T. Topljenja = 775C

Sam, ali najee u kombinaciji sa lantanom, neodijumom, prazeodijumom i ostalim

elementima koji pripadaju grupi metala retke zemlje deluje kao snaan dezoksidans. Zbog

12

svog izuzetno velikog aktiviteta prema kiseoniku i sumporu slui kao sredstvo za postizanje

visoke istoe elika.

Poboljava kod visokolegiranih elika sposobnost obrade na povienim temparaturama dok

kod vatrostalnih elika potpomae vatrostalnost.

elezo-cer-legura sa oko 70% cera naziva se pirofor (vetaki kremen).

Dodaje se i kao legirajui element u nodularnom livu.

Kobalt (Co)

T. Topljenja = 1.492C

Ne stavra karbide Favorizuje izdvajanje grafita.

Oteava rast zrna, poboljava otpornost u odnosu na krtost pri procesu otputanja kao i

zateznu vrstou na povienim temparaturama. Zbog toga se koristi kao legirajui element

kod brzoreznih elika i alatnih elika za rad u toplom, kao i za proizvodnju drugih

vatrostalnih i visoko vatrostalnih legura.

Poveava remanenciju, koercitivnu silu i toplotnu provodnost, zato se esto primenjuje kao

osnovni legirajui element za visokokvalitetene stalne magnete (eline ili od drugih legura).

Pod uticajem neutronskog zraenja stvara se intenzivno izotop 60Co, zbog toga je Kobalt

nepoeljan kao legurajui element u matrijalima koji slue za izradu nuklearnih reaktora.

Hrom (Cr)

T. topljenja = 1.920C.

Izraena tenja ka stvaranju karbida.

Snano suava - a iri -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Hrom kao legirajui element daje eliku sposobnost kaljenja u ulju, odnosno na vazduhu,

preko uticaja na kritinu brzinu kaljenja, to poveava prokaljivost elika i sposobnost

poboljanja. Sklonost ka krtom lomu se smanjuje dodatkom hroma, mada je uticah na

sposobnost izvlaenja relativno slab. Sposobnost zavarivanja (zavarljivost) raste sa

poveanjem masenog udela hroma u leguri. Zatezna vrstoa elika raste 80-100 N/mm2 po

masenom procentu hroma.

Hrom ima izuzetnu sklonost ka stvaranju karbida koji dalje pozitivno utiu na mehanike

karakteristika elika (na pr. otpornost na habanje), ali negativno utie na korozionu

postojanost.13

Iako snano suava - a iri -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C, hrom stabilizuje austenit

(-oblast) u hrom-mangan-, odnosno hrom-nikl-nerajuim elicima.

Hrom kao legirajui element sniava toplotnu i elektrinu provodnost elika.

Ako imamo visko sadraj ugljenika u eliku i istivremeno sadraj hroma do 3% (masena %)

poveavaju se istovremeno remanencija, koercitivna sila.

Kod nerajuih elika sadraj hroma preko 12% daje materijalu pozitivni elektrohemijski

potencijal, materijal postaje "plemenitiji", to ga ini otpornim na delovanje elektrolita, a

istovremeno se stvara povrinski sloj Cr-oksida, koji dodatno titi materijal od korozivne

sredine.

Bakar (Cu)


Nepoeljan (tetan) legirajui element.

Bakar se vrlo retko ciljno legira (samo kod nekih posebnih vrsta elika), inae je u principu

vrlo nepoeljan u eliku. Poseban problem predstavlja u elianama koje proizvode elik u

elektrolunim peima gde se njegov udeo u leguri moe vrlo teko kontrolistai, s obzirom da

metalni otpad ima vrlo irok spektar udela bakra. Kada je u pitanju staro gvoe, to je

esto sinonim za elini otpad, u Evropskoj uniji postoje 9 klasa elinog otpada podeljenih

prema "istoi" elika. Zbog visoke cene elika koji pripadaju viim klasama istoe, eliane

su primorane da prave tzv. "elini meni" sastavljeno od optimalne kombinacije elinog

otpada i optimalne cene tone elika.

tetno dejstvo bakra ispoljava se naroito pri visokim temperaturama. Najtetnije dejstvo

bakra ispoljava se tokom platine prerede elika na povienim temparaturama (kovanje,

valjanje, izvlaenje ...), i posledica je izdvajanja bakra po granicama zrna. Izdvajanje bakra po

granicama zrna poveava povrinsku osetljivost materijala u toku svih vrsta plastine prerade

napovienim temparaturama.

Granica teenja i odnos granica teenja/zatezna vrstoa se poboljavaju sa porastom

masenog udela bakra u eliku. Maseni udeo preko 0,3% bakra vode poveanju tvrdoe,

odnosno poveane sposobnosti kaljenja.

Uticaj na sposobnost zavarivanja nije primeen.

14

Kod nelegiranih i nisko legiranih elika bakar poveava njihovu otpornost na tetene

atmosferke uticaje. Kod visoko legiranih elika maseni udeo bakra iznad 1% poveava

njihovu otpornost na dejstvo kiselina (pogotovo hlorovodonine i sumporne kiseline).

Vodonik (H)

T. Topljenja = -262C.

Nepoeljan (tetan) legirajui element.

Vodonik izaziva poveanje krtosti i smanjenje sposobnosti izvlaenja elika a da pritom ne

poboljava vrednost granice teenja i zatezne vrstoe. Kod veine legirajuih elemenata, npr.

sposobnost izvlaenja i zatezna vrstoa su obrnuto korelirani.

Vodonik je pored ostalog krivac za takozvani plavi lom elinog matrijala.

Unutar elika Vodonik se okuplja u blizini greki u materijalu (dislokacije, nemetalni

ukljuci, ...) u atmosfere. U zavisnosti od koliine vodonika u eliku te nakupine mogu dostii

takve razmere da postanu koncetrator naprezanja dovoljno veliki da na njemu krene rast

prskotine koja e kasnije dovesti do loma matarijala.

Magnezijum (Mg)

T. Topljenja = 657C

Magnezijum se koristi kao dezoksidans a kao sredstvo za uklanjanje neeljenog sumpora iz

elika. Kao legirajui element u dobijanju legure gvoa pospeuje stvaranje globularnog

(sfernog) grafita.

Mangan (Mn)


Snano iri -oblst u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Mangan u eliku na prvom mestu slui kao dezoksidacionao sredstvo. Kao sredstvo za

redukovanje koliine slobodnog sumpora mangan deluje tako to stvara mangansuklfid (MnS)

stvaranje tetnog elezosulfida (FeS). Dugo je vremena problem stvaranja elezosulfida to

uzrokuje takozvanu pojavu loma u crvenom (ili crveni lom) bio nereiv. Problem je bio u

tome to elezosulfid ima veoma nisku taku topljenja tako da ostaje u tenoj fazi pri

15

ovravanju elika. To dovodi do toga da kao poslednja tena faza elezosulfid ovrsne po

granicama zrna. Kako je elezosulfid vrlo krt to dovodi do loma materijala ve pri plastinoj

preradi u oblasti temparatura crvenog usijanja. Odatle vodi naziv - crveni lom ili lom u

crvenom. Suprotno elezosulfidu, mangansuklfid je teko topivo jedinjenje, tako da se u vidu

nemetalnih ukljuaka izdvaha unutar zrna, to povoljno utie na mehanike osobine

materijala. Ta osobina je posebo veoma korisna kod elika za automate koji inae imaju

povean sadraj sumpora. Povean sadraj sumpora kod elika za automate koristan je sa

aspekta poboljanja sposobnosti mainske obrade materijala.

Mangan snano sniava kritinu brzinu hlaenja to poveava sposobnost kaljenja elika.

Granica teenja i zatezna vtstia se poveavaju ps povienjem masenog udela mangana.

Mangan takoe povoljno utie na kovnost, sposobnost zavarivanja kao u poveanje dubune

prokaljivosti.

Maseni udeli preko 4% vode, pri sporijem hlaenju, stvaranju krte martenzitne strukture tako

da se ta oblast legiranja izbegava. elici sa preko 12% masenih udela mangana ostaju

austenitni i pri istivremeno visokom sadraju ugljenika, jer Mangan snano deluje na irenje

-oblasti u faznom dijagramu Fe-Fe3C. Takvi elici se mogu na pr. deformaciono platino

povzinski ojaati uz istovremeno ouvanje duktilne centralne zone profila, to ovu sortu

elika ini izuzetno otpornu na habanje. Takav raspored, meka (duktilna) centralna zona i tvrd

povrinski sloj, daju ovom materijalu izuzetne eksplotacione mehanike osobine. elici sa

preko 18% masenih udela mangana ostaju ak i posle relativno visokog stepena plastine

deformacije nemagnetini. Ova sorta elika se esto pod nazivom specijalni elici koristi za

izradu odgovornih delova koji rade u uslovima niskih temparatura.

Managn poveava toplotni koeficijent irenja, a pri tom smanjuje toplotnu i elektrinu

provodnost elika.

Molibden (Mo)



Snano suava -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Molibden se veinom legira u kombinaciji sa drugim legirajuim elementima. Molibden

snano sniava kritinu brzinu hlaenja to poveava sposobnost kaljenja elika. U

kombinaciji sa hromom niklom i manganom, molibden smanjuje sklonost ka krtosti posle

otputanja, pospeuje stvaranje finijeg (sitnijeg) zrna, pozitivno deluje na sposobnost

16

zavarivanja. Granica teenja i zatezna vtstoa se poveavaju ps povienjem masenog udela

mangana. Granica teenja i zatezna vrstoa se poveavaju sa povienjem masenog udela

molibdena.

Pri veim masenim udelima molibdena dolazi do smanjenja sposobnosti mainske obrade.

Zbog izraene tenje ka stvaranju karbida poboljava osobine brzoreuih alatnih elika.

Primenjen kod visokolegiranih elika legirenih hromom ili kod hrom-nikl-austenitnih elika,

molibden pomae daljem poveanju korozione postojanosti.

Dodatak molibdena kao legirajueg elementa negativno deluje na vatrostalnost elika.

Azot (N)

T. Topljenja = -210C.


U zavisnosti od vrste i namene elika azot se moe posmatrati i kao teten i kao koristan

legirajui element. tetna su pojave taloenja koje dovode do snienja sposobnosti izvalenja

a u procesu starenja izazivaju takozvani lom u plavom (pri preredi u oblasti temperatura

plavog usijanja - 300 do 350C), ako i mogunost pojave interkristalne naponske korozije kod

nelegiranih ili niskolegiranih elika.

Kao legirajui element azot proiruje -oblast i stabilizuje austenitnu strukturu, poveava kod

austenitnih elika granicu teenja, a posebno zateznu vrstou kao i ostale mehanike osobine

na povienim temperaturama.

U procesu nitriranja Azot se moe naneti u tankom povrinskom sloju, ime se dobija vrlo

vrst i tvrd povrinski sloj, dok unutranjost ostaje originalno meka i ilava, ime se postiu

optimalne karakteristike na primer za delove koji su izloeni snanom dinamikom

opterenju.

Niobijum i Tantal (Nb-Ta)

T. Nb Topljenja = 1.960C, T. Ta Topljenja = 3.030C


Snano suavaju -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C Favorizuju stvaranje ferita.

Zbog toga to u prirodi obino idu zajedno i uz to se veoma teko razdvajaju, ova dva

elementa se primenjuju u legiranju elika ako legura niobijuma i tantala. Zbog osobine da

17

poveavaju vatrostalnost kao i otpornost na puzanje vrlo esto se koriste kao legirajui

elementi za elike koji rade u uslovima visokog pritiska i visoke temperature.

Tantal ima veoma visok stepen absorpcije neutrona tako da za elike koji se primenjuju za

izradu nuklearnih reaktora dolazi u obzir samo tantal-niobijum-legura sa vrlo niskim masenim

udelom tantala.

Nikl (Ni)



Poveava granicu teenja i smanjuje krtost kod elika negarantovanog sastava. U cilju

poveanja ilavosti nikl se dodaje kao legirajui element u elika za cementaciju i elike za

poboljanje.

Zbog snano iri -oblsti u faznom dijagramu Fe-Fe3C nikl slui kao stabilizator austenitne

strukture u nerajuim hrom-nikl-elicima.

Legura eleza i nikla sa 36% masenih udela nikla pod komercijalnim nazivom Invar

poseduje najmanji koeficijent termikog irenja i kao takva nezamenljiv je matrijal u izradi

mnogih mernih instrumentata.

Antimon (Sb)

T. Topljenja = 630C

Suava -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Sklonost ka stvaranju segregacija - Izuzetno tetna pojava pri livenju elika.


Slino arsenu poveava krtost odnosno smanjuje ilavost materijala.

Olovo (Pb)

T. Topljenja = 327,4C

Olovo u principu nije istinski legirajui element u eliku, jer njegov uticaj na mehanike

osobine skoro i da ne postoji. Dodaje se u koliini izmeu 0,2 i 0,5 masenih procenata u cilju

18

poboljanja sposobnosti obrade mainskom obradom. Jedna od primena olova je u izradi

leajeva gde dolazi do izraaja nizak koeficijent frikcije olova.

Fosfor (P)

T. Topljenja = 44C.

Nepoeljan (tetan) legirajui element izuzetno snanog legirajueg uticaja.

Snano suava -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Postoji samo jedna sorta elika kod koje je dozvoljen relativno visok sadraj fosfora. To su

elici za automate. Fosfor iskazuje jaku tendenciju posebno ka primarnoj segregaciji, ije se

tetno prisustvo usled relativno nikog koeficijenta difuzije fosfora, kako u austenitu tako i u

feritu, veoma je teko uklanja. Segregacije deluju kao slaba mesta u strukturi materijala na

kojima po pravilu kree propagacija prskotine, to za posledicu ima lom materijala. Poto je

skoro nemogue spreiti Segregaciju fosfora, odnosno pospeiti njegovu ravnomernu

raspodelu unutar vrstog rastvora, ostaje kao jedino reenje maksimalno smanjenje masenog

udela (od 0,03%-0,05%).

Fosfor ve u malim koliinama poveava osetljivost na pokavu krtosti materijala prilikom

otputanja. Taj uticaj se poveava sa poveanjem masenog udela ugljenika. Takoe raste

temperatura kaljenja, veliina zrna kao i smanjenje sposobnosti plasine deformacije.

Posledica svega toga moe da bude lom u hladnom kao posledica porasta krtosti materijala.

U niskolegiranim elicima negarantovanog kvaliteta koji imaju maseni udeo ugljenika oko

0,1%, povean sadraj fosfora poveava korozionu postojanost u odnosu na atmosferske

uticaje. Slian uticaj ima jo jedan takozvani nepoeljni legirajui element, bakar.

Dodatak fosfora moe kod austenitnih elika (CrNi-elici) pored uticaja na procese talonog

ojaavanja moe poveati i granicu teenja.

Kiseonik (O)

T. Topljenja = -218,7C.


Kiseonik pogorava tehno-mehanike osobine elika kao to su ilavost sposobnost starenja.

Kao i sumpor kiseonik dovodi do loma u crvenom (lom u oblasti temparatura crvenog

usijanja).

19

Sumpor (S)

T. Topljenja = 118C .

U principu nepoeljan legirajui element veoma snanog legirajueg dejstva.

Sumpor pogorava tehno-mehanike osobine elika u prvom redu granicu teenja. Zasebno ili

kombinaciji sa kiseonikom (pojaano dejstvo) dovodi do loma u crvenom (lom u oblasti

temparatura crvenog usijanja).

Ipak sumpor se dodaje kod elika za automate u masenom udelu do maksimalno 0,3% u cilju

poboljanja sposobnosti mainske obrade rezanjem.

Silicijum (Si)


Suava snano -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C Favorizuje stvaranje ferita.

Silicijum je jako i vrlo esto primenjivano dozoksidativno sredstvo u proizvodnji elika. Kao

legirajui element silicijum poveava vrstou, granicu elestinosti i otpornost na habanje.

Sposobnost da povea granicu elestinosti dovodi do vrlo este primene silicijuma kao

legirajueg elementa u proizvodnji elika za opruge.

Legiran u veim masenim udelima silicijum vodi poboljanju vatrostalnosti i otpornosti na

uticaj kiselina. Meutim visok sadraj silicijuma utie na smanjenje elektrine provodnosti i

koercitivne sile.

Titan (Ti)



Kao snano dozoksidativno sredstvo u izuzetnu tenju ka stavranju karbida, titan se legira kao

stabilizator u kororiono rezistentnim elicima (nerajui elici).

Vanadijum (V)



20

Kao i titan poseduje izuzetnu tenju ka stavranju karbida i nitrida. Vanadijum snano deluje

na vezivanje azota u eliku. Dodatakom vanadijuma postie se fina sitnozrna mikrostruktura

koja za posledicu ima poboljanje mehanikih osobina elinih odlivaka. Dodatak vanadijuma

pozitivno delije na otpornost na habanje (znog prisustava tvrdih karbida), dobre mehanike

osobine u radu na povienim temparaturama, kao i povoljan uticaj na proces otputanja. Zbog

svega gore nabrojanog Vanadijum se legira kod brzoreznih alatnih elika, alatnih elika za rad

u toplom kao i kio alatnih elika za rad na visokim temparaturama. Dolegiran u elike za

opruge Vanadijum vodi poveanju granice elastinosti.

Volfram (W)



Volfram deluje vrlo pozitivno na zateznu vrstou, granicu teenja kao i na ilavost elika.

Zbog toga to utie na poveanje vrstoe elika na povienim temparaturama, a uz to

poveava i otpornost na habanje, Volfram se legira kod brzoreznih alatnih elika kao i kod

alatnih elika za rad u toplom.

Kalaj (Sn)

T. Topljenja = 231,8C.

Nepoeljan legirajui element veoma snanog legirajueg dejstva.

Cirkonijum (Zr)



Cuava -oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Cirkonijum se ponaa kao snano dozoksidativno sredstvo, denitrifikaciono sredstvo i

desulfuraciono sredstvo. Kod elika za automate, koji inae imaju poeljno uvean sadraj

sumpora, Cirkonijum deluje pozitivno na profil i sastav istaloenih sulfida to smanjuje

opasnost od pojave loma u crvenom.

21

Zakljuak

Postoji generalna tenja da se elik zameni u veini mesta gde se trenutno primenjuje,

a razlog je njegova velika specifina teina. Tenja da se upotrebe metalni materijali kao to

su Aluminijum, Magnezijum, Titan i njihove legure ili kompozitni materijali (veinom na

bazi ugljeninih vlakana) oteana je injenicom da ni jedan (za sada) poznati materijal nema

tako neverovatan raspon i fleksibilnost osobina (uz pomo legiranja, termike obrade i

plastine prerade) kao i relativno nisku cenu proizvodnje kao elik. Ako je suditi po

trenutnom stanju na tritu, sada i u blioj budunosti, elik je (i bie) superioran materijal za

najiru upotrebu.

22

LITERATURA

1. www.google.rs

23

Documents

29810054 Seminarski Rad Celik i Njegove Legure