4. TERMIČKA OBRADA

• Postupci kod kojih se dejstvom temperaturnih promena postiže

promena strukture i određenih mehaničkih osobina metala i

legura

• Postupcima termičke obrade uglavnom se podvrgavaju: čelici i

legure lakih metala

• Najčešće primenjivani postupci termičke obrade su:

- žarenje

- normalizacija

- kaljenje

- otpuštanje i poboljšanje

- obrada niskim temperaturama

- “patentiranje” čelične žice

- površinsko otvrdnjavanje

- temperovanje

- termička obrada lakih legura i dr

4. Termička obrada - kaljenje• Kaljenjem se postiže poboljšanje mehaničkih svojstava čelika

• Operaciji kaljenja podvrgavaju svi alatni čelici posle tehnološkog procesa

proizvodnje

• Kaljenje je zasnovano na zagrevanju čelika do iznad kritične t, držanju izvesno

vreme na toj temperaturi, a zatim brzom hlađenju

• Brzo hlađenja čelika pri kaljenju je neophodno, da bi se što pre prešlo

temperaturno područje oko 7000C da ne dođe do preobražaja austenita u

perlit, već da bi se dobila jedna od željenih struktura: sorbit, trustit ili martenzit

Temperatura kaljenja zavisi od sadržaja ugljenika u čeliku i iznosi

- za podeutektoidni čelik (do 0,8%C) temperatura zagrevanja pri

kaljenju je 30-500C iznad linije GOS

- za nadeutektoidne čelike (0,8-2,14%C) temperatura zagrevanja

pri kaljenju je 30-500C iznad linije SK

čelici sa manjim sadržajem ugljenika greju se na višu temperaturu i

obratno (dijagram)

Npr obični čelik za bušaća dleta sa 0,7-0,9%C zahteva temperaturu

zagrevanja od 780-8000C

METASTABILNI DIJAGRAM STANJA Fe - Fe3C

Dijagram zagrevanja čelika u svrhu termičke obrade

1) kovanje; 2) kaljenje u ulju; 3) kaljenje u vodi; 4) normalizacija;

5) potpuno žarenje; 6) otpuštanje (nisko, srednje, visoko) i

rekristalizaciono žarenje; 7) žarenje-homogenizacija

Termička obrada – kaljenje - hlađenje

• Za hlađenje pri kaljenu biraju se različite tečnosti u zavisnosti od: potrebne

kritične brzine hlađenja, dimenzija i oblika predmeta i zahtevane dubine prokaljivosti.

• Najšire primenljivani način hlađenja je potapanje zagrejanog predmeta u tečnosti

• Rashladne tečnosti: voda, rastvori baza ili kiselina, ulja, rastopljeno Pb itd.

• Jedno od boljih rashladnih sredstava je 10%-ni rastvor NaOH u vodi

• Ugljenični - nelegirani čelici hlade se skoro uvek u hladnoj vodi (15-250C)

• Jako legirani brzorezni čelici hlade se samo u ulju ili u još blažim sredstvima, kao

što su loj, petroleum ili vazduh

Postupcima brzog hlađenja sprečavamo dobijanje perlita. Austenit je izuzetno

povoljan za prelazak u kvalitetnije strukture. Zavisno od brzine hlađenja

zagrejanog čelika sa austenitnom strukturom, nastaju strukture kaljenog čelika:

Martenzit - zasićen čvrst rasvor ugljenika u gvožđu, igličast, vrlo tvrd i

nemagnetičan. Nastaje pri brzini hlađenja 180-2000C u sekundi u vodi temperature

200C. Tvrdoća HB 6000-7000MPa podesna je za sečiva dleta

Trustit - vrlo sitnozrna smeša ferita u cementitu, nastaje raspadanjem austenita

pri brzini hlađenja 650C u sekundi. Tvrdoća HB 3500-5000MPa podesna je za

mašinske delove od kojih se traži pored znatne tvrdoće i dovoljna čvrstoća pri udaru.

Sorbit - sitnozrna smeša ferita u cementitu, nasataje raspadanjem austenita pri

brzini hlađenja ispod 300C u sekundi u zagrejanoj vodi. Tvrdoća HB 2500-3500MPa

podesna je za mašinske delove od kojih se pored površinske tvrdoće traži i žilavost

5. METALOKERAMIČKA OBRADA

• Metalurgija praha -"metalokeramika” odlikuje se time što se

oblikovanje predmeta obavlja presovanjem sprašenih metala i

legura, uz naknadno pečenje presovanih proizvoda ispod tačke

topljenja (sinterovanja)

• Krupnoća zrnaca metalnog praha kreće se u granicama 0,05-0,15mm

• U rudarstvu ima široku primenu za izradu pločica tvrdih legura za

sečiva bušaćih dleta, dijamanskih kruna za dubinsko bušenje itd

Proizvodnja predmeta od metalnih prahova odvija se u više faza:

- mešanje metalnih prahova

- presovanje

- sinterovanje i

- završna obrada odpresaka

Sinterovanje ispresovanih predmeta obavlja se u granicama 2/3 do

4/5 temperature topljenja dotičnih metala ili legura

Ona iznosi kod bronze i sličnih legura oko 600-8000C, gvožđa i nikla

oko 1000-13000C, kod volframa oko 2000-33000C.

6. ZAVARIVANJE I LEMLJENJE

6.1. ZAVARIVANJE• Zavarivanje je postupak spajanja dva ili više metala slične ili iste

vrste, na račun vezivanja njihovih atoma

• Danas je moguće, osim metala, zavarivanje i nemetala kao što su:

staklo, plastične mase, smole itd. Isti tako, moguće je spajanje

metala sa nemetalom, na primer stakla sa metalom

• Prema postupku razlikuju se sledeće vrste zavarivanja:

– Zavarivanje pritiskom - kovačko, elektrootporno, hladno

zavarivanje i dr

– Zavarivanje u stopljenom stanju - gasno-autogeno, elektro-

lučno

– Termitno zavarivanje

– Specijalni postupci zavarivanja

Zavarivanje pritiskom

• Izvodi se tako što se predmeti najpre zagreju, a zatim pritiskom spoje

• Postoji nekoliko postupaka zavarivanja pritiskom:

- kovačko zavarivanje

- zavarivanje vodenim gasom

- hladno zavarivanje pritiskom

- elektrootporno zavarivanje i dr

• Elektrootporno zavarivanje je najčešće korišćen postupak zavarivanja

pritiskom

Zagrevanje delova postiže se usled otpora prolazu indukovane struje, na

dodirnim mestima zavarivanih predmeta.

• Postoje tri vrste elektrootpornog zavarivanja:

1. dodirno - čeono

2. tačkasto

3. šavno

Elektrootporno zavarivanje

• Dodirno ili čeono zavarivanje primenjuje se za spajanje krajeva dva metalna predmeta, na

primer žice, cevi itd. Predmeti koji se zavaruju (1) spojeni su klemama (2) i dodiruju se čeono.

Indukciona struja velike jačine, dobijena transformatorom (3), prolazi kroz dodirna mesta

predmeta, pri čemu se usled nastalog otpora razvija velika toplota, kojom se predmeti na mestu

spoja stope i pod dejstvom sile F spoje

• Tačkasto zavarivanje sastoji se u tome da se spajani predmeti (1) stavljaju između elektroda

(4), kroz koje se pušta indukovana struja. Usled velikog otpora na mestima dodira spajani

predmeti se zagreju do usijanja, pa pod pritiskom elektroda (F) dolazi do difuzije i tačkastog

zavarivanja.

Primena u proizvodnji mrežaste armature, karoserija automobila, rudarskih vagoneta itd

• Šavno zavarivanje se upotrebljava za spajanje limova, pri čemu se pripremljeni delovi (1)

propuštaju između rotirajućih elektroda-točkića (4). Kroz elektrode prolazi indukovana struja

koja na mestima spoja, usled velikog otpora, zagreje predmete do usijanja, koji se zatim pod

pritiskom šavno spoje. Elektrode-točkići se izrađuju od legura bakra. Zbog intezivnog

zagrevanja elektrode se moraju neprestano hladiti.

Primena za proizvodnju rezervoara, cevi, sudova pod pritiskom itd.

a)čeono-dodirno

b)tačkasto

c)šavno

1) predmeti koji se

zavaruju;

2) kleme;

3) transformator;

4) elektrode;

Zavarivanje u stopljenom stanju

• Izvodi se tako što se predmeti koji se spajaju i dodatni materijal za

zavarivanje (žice, elektrode i dr.) zagreju na visoku temperaturu, na

kojoj dolazi do topljenja materijala i zavarivanja predmeta

• Razlikuje se više postupaka zavarivanja u stopljenom stanju od kojih

su najčešće u primeni:

a) autogeno - gasno zavarivanje i

b) elektrolučno zavarivanje

a) Autogeno – gasno zavarivanjevrši se pomoću toplote koja nastaje sagorevanjem nekog gasa: vodonika, acetilena ...

Zavarivanje acetilenom ostvarauje se sagorevanjem smeše acetilena i kiseonika, pri

čemu se razvija toplota potrebna za zavarivanje

Uređaj za autogeno zavarivanje obuhvata: bocu za acetilen (disu gas), bocu za

kiseonik, plamenik i gumena creva za dovod kiseonika i acetilena do plamenika

Za autogeno zavarivanje potrebna je metalna šipka (žica) od istog ili materijala

približnog sastava kao i predmeti koji se zavaruju. Žica (šipka) se pod dejstvom

plamena stopi i gradi šav-var. Prečnik žice za zavarivanje je 1-8mm

Tehnologija autogenog zavarivanja sastoji se u tome da se plamenik kreće uzduž

kratera šava pod određenim uglom, zavisno od debljine predmeta

Za čišćenje površina predmeta koje se vare koriste se različite vrste praškova za

zavarivanje (boraks za čelik, soda za liveno gvožđe...)

Oprema za autogeno zavarivanje

a) opšta šema: 1) boca za acetilen; 2) boca za kiseonik; 3) osigurač; 4)

gumeno crevo; 5) plamenik; 6) metalna šipka za zavarivanje; 7) var;

b) plamenik: 1) dovod acetilena; 2) dovod kiseonika;3) ventil za acetilen;

4) ventil za kiseonik; 5) mlaznica

Gasno sečenje

• Gasnim postupkom mogu se seći metali i legure

• Gasno sečenje je postupak kod koga metal sagoreva u struji čistog kiseonika.

Gorionik se pokreće određenom brzinom i sagorevanjem kiseonika pod pritiskom

seče usijani metal

• Pri sečenju ne dolazi do strukturnih promena u materijalu, sem na ivicama reza

• Gorionici za sečenje su nešto drugačiji od gorionika za zavarivanje i mogu biti:

sa dva odvojena voda, sa oba voda zajedno i prstenasti gorionik

Gorionici za sečenje

metala

a) sa dva odvojena voda;

b) sa oba voda zajedno;

c) prstenasti gorionik

Gasno se ne mogu seći: Cu, Al, Ni i mesing

Vrlo teško i pod specijalnim uslovima seku se: liveno gvožđe do 3,4%C,

hrom, olovo, nerđajući hrom i hrom-nikl čelici, plakirani limovi

Ostali metali i legure mogu se lako seći

Gasno sečenje ima široku primenu u rudarstvu za sečenje čeličnih

podgrada, šina, cevi, profila itd (Aleksinac – rudarska nesreća)

b) Elektrolučno zavarivanje

• Zasniva se na toploti koju stvara električni luk između dve elektrode

• Koristi se za zavarivanje: čelika, sivih livenih gvožđa, tvrdih legura, bakra,

aluminijuma, nikla, njihovih legura i dr.

• Elektrolučno zavarivanje deli se na:

1. Ručno elektrolučno zavarivanje

2. Elektrolučno zavarivanje u atmosferi zaštitnog gasa

3. Automatsko elektrolučno zavarivanje

1. Ručno elektrolučno zavarivanje

Najpoznatiji postupak ručnog elektrolučnog zavarivanja je postupak

Slavjanova, kod koga se kao negativna elektroda koristi metalna šipka, koja

je u isto vreme i dodatni materijal

Luk koji nastaje između elektrode (1) i predmeta (2), topi predmet i elektrodu

koja popunjava krater šava.

Elektrolučno

zavarivanje

1) metalna elektroda;

2) predmet

2. Elektrolučno zavarivanje u atmosferi zaštitnog gasa

• Sastoji se u tome da se u zonu elektroluka dovodi zaštitni gas

(vodonik ili argon), koji štite rastopljeni metal od oksidacije i uticaja

azota iz vazduha

• Najpoznatiji postupci ovog načina zavarivanja su: zavarivanje u zaštitnoj

atmosferi vodonika – arkatom postupak i zavarivanje u zaštitnoj zoni

argona

• Ova vrsta zavarivanja upotrebljava se za zavarivanje aluminijumovih i

magnezijumovih legura, nerđajućih čelika, bakra i drugih metala i legura

3. Automatsko elektrolučno zavarivanje

• Najsavremeniji tehnološki proces zavarivanja metala

• Kod automatskog elektrolučnog zavarivanja elektroda je dugačka žica,

namotana na valjak sa kojeg se pri radu odmotava, ispravlja i topi radi

nanošenja na metal. Savremeni automati osiguravaju stalni napon struje,

što omogućava održavanje dužine luka sa tačnošću +0,2-0,3mm

• Pri elektrolučnom zavarivanju javljaju se velika termička naprezanja na

mestu vara, a nakon potpunog hlađenja zaostala naprezanja

• Usled termičkih naprezanja predmet se deformiše i menja mu se struktura

Elektrode• Elektrode su dodatni materijal, kojim se pri zavarivanju popunjava pripremljeni

šavni kanal

• Izrađuju se od materijala po sastavu sličnom materijalu koji se zavaruje da bi

se podesile fizičko-mehaničke osobine materijala koji bi trebali da se spoje (od

čelika, legiranih čelika, tvrdih metala, livenog gvožđa, Al i Al legure, Cu, bronze,

monel metala i dr.)

• Prečnik elektrode je obično 1-10mm

• Prema spoljašnjem izgledu mogu biti: gole, obložene i sa jezgrom

Elektrode za elektrolučno

zavarivanje:

1) gole;

2-3) obložene;

4) sa jezgrom;

a) deo za držanje;

b) obloga;

c) jezgro;

d) prečnik

Elektrolučno sečenje i elektrolučno navarivanje

Elektrolučno sečenje je postupak sečenja metala pod dejstvom

električnog luka. Na mestu sečenja metal sagoreva usled visoke

temperature koju stvara električni luk

• Elektrode za sečenje mogu biti ugljene ili čelične. Sečenje ugljenim

elektrodama je mnogo brže s obzirom da se može upotrebiti jača struja

• Ima široku primenu u mašinstvu za sečenje limova, profila, šina itd., u

brodogradnji za sečenje čeličnih konstrukcija brodova i dr

Elektrolučno navarivanje je postupak za dodavanje mekog ili tvrdog

metalnog sloja na površine pojedinih delova, u cilju poboljšanja

mehaničkih svojstava i otpornosti na habanje

• Pod mekim navarenim slojem podrazumeva se sloj koji se posle

navarivanja može relativno lako obraditi

• Tvrdi navareni sloj odlikuje se povećanom tvrdoćom i otpornošću

prema habanju, što je naročito interesantno za rudarstvo

Tvrdo navarene slojeve koristimo za ojačanje zuba bagera, reznih

elemenata bušilica, podsekačica i drugih kombinovanih rudarskih

mašina.

6.2. LEMLJENJE

• Lemljenje je postupak za spajanje dva metala pomoću odgovarajuće

legure s nižom tačkom topljenja, koju nazivamo lem

• Lem mora da ima moć legiranja sa dotičnim metalom

• Pri lemljenju osnovni materijal je u čvrstom stanju, a lem u rastopljenom

• S obzirom na karakteristike lema razlikuje se dve vrste lemljenja:

- Lemljenje mekim lemom

- Lemljenje tvrdim lemom

• Meki lem ima malu čvrstoću Rm=50-70MPa i temperaturu topljenja ispod 3000C.

Od mekih lemova najviše su u primeni lako topljivi lemovi od kalaja Sn i olova Pb

Koristi se uglavnom za spojeve bez velikih naprezanja u eksploataciji – ovi lemovi

daju manju nosivost

• Tvrdi lem ima visoku čvrstoću Rm=500MPa i temperaturu topljenja preko 5500C.

Od tvrdih lemova najviše su u primeni lemovi od bakra Cu, koji daju vrlo čvrste

spojeve, zatim bakarno-cinkovi srebrni, aluminijumovi i drugi lemovi (za lemljenje

crnih i obojenih metala i legura)

• Tvrdim lemljenjem se dobijaju vrlo čvrsti spojevi koji mogu izdržati veća naprezanja.

Spojevi mogu biti: na preklop, čeoni spojevi i spojevi sa zakošenjem

Vrste spojeva pri lemljenju

• U zavisnosti od načina zagrevanja postoji nekoliko vrsta lemljenja : gasno,

potapanjem, električno, indukciono lemljenje ...

• Indukciono lemljenje našlo je široku primenu u rudarstvu za lemljenje pločica

tvrdih volframkarbidskih legura monoblok i krstastih dleta

• Sastoji se u brzom zagrevanju mesta spoja induktorom. Induktor je bakarna cev sa

jednim ili više namotaja hlađena vodom

• Bakarni lem se stavlja u vidu lista između pločice tvrde legure i noža. Nakon

lemljenja nož se zatrpava u pesak radi laganog hlađenja

Vrste spojeva pri lemljenju

a) na preklop; b) čeoni spojevi;

c) sa zakošenjem

Indukciono lemljenje pločice tvrde legure

1) čelični nož; 2) pločica tvrde legure;

3) folija-list tvrdog lema

Osnovni defekti kod zalemljenog spoja su: slabo priljubljivanje, praznine i pore

Praznine u spoju smanjuju čvrstoću zalemljenog spoja (npr može doći do brzog

ispadanja pločice tvrde legure iz glave monoblok dleta).

KOROZIJA I ZAŠTITNE MERE

KOROZIJA METALA I LEGURA

• Pod korozijom (lat. corrado-nagrizati) metala i legura podrazumeva se

njihovo razaranje pod uticajem okolne sredine, koje obično počinje sa

površine usled hemijskog i elektrohemijskog dejstva

• Primeri korozije : rđanje gvožđa i čelika, razaranje podzemnih cevovoda,

rezervoara, delova mašina i dr opreme usled delovanja kiselina, baza i soli

• Prirodna težnja metala je da se jedine sa drugim supstancama i da se

odgovarajućim oslobađanjem energije preobraćaju u stanje niže energije -

to je pokretačka sila korozionih reakcija

• Korozione reakcije javljaju se između graničnih površina, koje mogu biti

između čvrste i gasovite ili između čvrste i tečne faze

OBLICI KOROZIJE Prema načinu i uzroku oštećenja razlikuju se:

- površinska-ravnomerna korozija i

- lokalna korozija

Korozija može da bude praćena i drugim oblicima napada, kao što su erozija

ili zamor materijala, što može da izazove naročito teška oštećenja

U praksi se najčešće istovremeno javlja nekoliko oblika korozije, pri čemu

je jedan oblik obično dominantan

Oblici korozije - Površinska korozija

• Odlikuje se ravnomernim napadom koji se razvija paralelno s površinom

predmeta - najrasprostranjenija vrsta korozije

• Površinska korozija nastaje uglavnom pod uticajem vode, agresivnih

gasova, soli i prašine, raspoređena po površini i ide ka dubini

• Debele, ravnomerne naslage proizvoda korozije i rđe, obično ukazuju

na ravnomernu koroziju

• Može se lako konstatovati, merenjem gubitaka mase ili smanjenjem

debljine predmeta u određenim vremenskim razmacima

Oblici korozije - Lokalna korozija

Izaziva lokalno korodivno razaranje, na jednom mestu pa čak i u jednoj tački

U lokalnu koroziju spadaju: mestimična-tačkasta korozija, selektivna korozija,

interkristalna korozija, korozija pod naprezanjem, korozija praćena erozijom i dr

Lokalna korozija -Tačkasta korozija

• Javlja se na veoma uočljivim mestima.

Takva mesta su relativno mala u odnosu

na celokupnu površinu i definišemo ih kao

tačkice

• To su u stvari šupljine relativno oštrih i

uočljivih ivica, koje se mogu razviti u

dubinu do te mere da izazovu probijanje

čeličnih ploča

Neravnomerni

Raspored

rupica

kod tačkaste

korozije

Javlja se kod metala i legura koji u građi imaju dve ili više strukturnih faza

različitog sastava – različito podložne selektivnoj koroziji

Npr Selektivna korozija čelika feritno-cementitne strukture (slika)

Pri potapanju takvog čelika u elektrolit, nejednorodni kristali će imati različite

potencijale, a pošto su ti kristali električno spojeni jedni s drugima preko mase

metala, dobiće se veliki broj galvanskih elemenata, Tamno je označen cementit (faza

sa većim potencijalom) kao katoda (+), a svetlim ferit kao anoda (-). Strelicama je

pokazan prelaz čestica anode (ferita) u rastvor.

Lokalna korozija - Selektivna korozija

čisti metali i jednofazne legure

imaju veću otpornost prema koroziji

nego višefazne legure

Lokalna korozija - Interkristalna korozija

• Vrsta selektivne korozije kod koje su

napadnute ivice zrna ili okolnog

materijala, bez posebnog napada na sama

zrna ili kristale - dovodi do slabljenja

međukristalnih veza i mehaničkih osobina

materijala

• Metali sa izraženom interkristalnom

korozijom gube svoj metalni zvuk prilikom

snažnog udarca. Ako se metal savije na

napadnutom mestu pojaviće se prskotineInterkristalna korozija

Javlja se kod opterećenih delova i može biti uzrok njihovog

prskanja - naprezanje može biti: statičko i dinamičko

Koroziju pod naprezanjem delimo na:

- naponsku koroziju i

- korozioni zamor

Lokalna korozija - Korozija pod naprezanjem

Lokalna korozija - Korozija pod naprezanjem -

Naponska korozija

• javlja se kao posledica kombinovanog dejstva

statičkog naprezanja i korozije, koje dovodi do

razaranja usled nastalih prslina u materijalu

• Prsline obično teku upravno na pravac naprezanja,

izazivajući interkristalno prskanje

• Interkristalni lom – krhki lom, ne postoji

plastična deformacija pukotina se širi duž kristalne

ravnineInterkristalni napad usled

naponske korozije koji se

razvio u lokalne prskotine

Kada prsline teku kroz same

kristale tada je prskanje

transkristalno

Transkristalni lom – žilavi lom,

prisutna je snažna deformacija u

svim koracima loma znatno iznad

granice razvlačenja

Razgranate transkristalne pukotine

nastale usled naponske korozije,

koje su tipične za razaranje

austenitnih nerđajućih čelika

Lokalna korozija - Korozija pod naprezanjem –

Korozioni zamor

• Javlja se kao posledica kombinovanog dejstva dinamičkog naprezanja i

korozije. Razaranje metala zbog zamora nastaje nakon velikog broja

ciklusa pri dovoljno velikom opterećenju

• Efekat cikličnih naprezanja intezivira koroziju i izaziva stvaranje dubokoh

zareza, koji povećavaju oštećenja nastala zamorom. Procesi korozije i

zamora se uzajamno ubrzavaju i nastavljaju sve dok ne dođe do loma

Korozioni zamor - U oba slučaja postoje mnogobrojne duboke šupljine i veoma

vidljive pukotive koje prolaze preko njih. Pukotine su normalne na pravac

naprezanja. Prisustvo velikog broja pukotina je karakteristično za ovu vrstu

korozije, zbog čega prelomna površina ima reckav izgled

Lokalna korozija - Korozija praćena erozijom• Izaziva izuzetno teška oštećenja, često lokalne prirode

• Mnogi metali su otporni na koroziju zahvaljujući zaštitnim slojevima oksida ili

naslagama produkata korozije. Uklanjanjem ovih zaštitnih slojeva erozijom, metali

korodiraju mnogo brže

• Postoji više vrsta korozije izazvane erozijom, kao što su: eroziona korozija, udarni

napad mlazom tečnosti, kavitaciona erozija i nagrizajuća korozija

• U rudarstvu korozija izazvana erozijom javlja se kod: pumpi, ventilatora,

cevovoda za hidraulični transport rude i jalovine i td

Eroziona

korozija

livenog

gvožđa –

npr elisa

brodskog

motora

Eroziona

korozija

izazvana

udarnim

napadom

na disk od

mesinga –

npr pumpe

Kavitaciona

erozija

npr – motori

sa unutr.

sagorevanjem Nagrizajuća korozija - javlja se pod

pritiskom, delovi dizalica i kranova

Lokalna korozija - Kor. na visokim temperaturama

• Ima slične oblike kao i korozija na niskim temperaturama

• Može da bude u obliku tačkica, površinske-ravnomerene korozije,

selektivnog napada, prskanja ili erozije

• Najčešću vrstu korozije na visokim temperaturama predstavlja suva

oksidacija

• Produkti korozije ostaju na površini i njihova priroda u velikoj meri određuje

dalji tok napada

• Ako su porozni i ne prijanjaju korozija može da se nastavi i ubrza

• Ako su neporozni i dobro prijanjaju mogu da pruže visok stepen zaštite

Korozija metala

oksidacijom na

visokim

temperaturama

VRSTE KOROZIJE• Zavisno od sredine u kojoj teče proces korozije, razlikuju se

1. hemijska korozija i

2. elektrohemijska korozija

1. Hemijska korozija

• Nastaje u prisustvu agresivnih supstanci koje nisu elektroliti - suvi

gasovi i tečnosti neelektroliti (benzin, nafta, ulje, smola i dr.). Agresivno

dejstvo gasova (O2, njegovih jedinjenja sa C, S idr) dovodi do stvaranja

hemijskih jedinjenja, najčešće oksida u vidu tanke površinske skrame,

kojom se prevlače metali (izuzetak plemeniti metali Au, Ag, Pt)

• Čvrstoća oksidne skrame je različita kod različitih metala

Čvrstoća oksidne skrame gvožđa je neznatna, porozna je i sipka, lako se

razara, zbog čega korozija gvožđa napreduje do potpunog uništenja

Kod aluminijuma, bakra, hroma i dr, oksidna skrama je dovoljno čvrsta i

gusta te prestavlja zaštitu od dalje korozije. Čvrste oksidne skrame

prestavljaju zaštitu i od elektrohemijske korozije

Čista hemijska korozija vrlo retko se javlja, jedino u slučajevima pojave

oksidacije pri obradi metala na toplo

• Atmosferska korozija prestavlja kombinovanu hemijsku i elektrohemijsku

koroziju

2. Elektrohemijska korozija – korozija pod uticajem elektrolita

• Javlja se u prisustvu nekog elektrolita i uvek je praćena električnom

strujom, zbog čega je poznata i kao elektrolitička korozija

• Elektrolit je supstanca koja sadrži slobodne jone koji je čine električnim

provodnikom

• Elektrolit je naziv za svaku supstancu koja je sposobna da vrši jonski

prenos struje

• Elektroliti mogu biti: kiseline, baze, nihovi rastvori, soli rastvorene u vodi,

gasovi rastvoreni u vodi itd

• Kod elektrohemijske korozije hemijska energija se pretvara u električnu energiju

usled mnoštva mikro galvanskih elemenata, pri čemu se troši materijal

anode kao materijal nižeg potencijala

Galvanski Zn(A)-Cu(K)

element

Ako se dva različita metala dovedu u kontakt, struja će teći

kroz rastvor

sa manje plemenitog metala - hemijski aktivnijeg – sa

nižim potencijalom

ka plemenitijem metalu - hemijski manje aktivnom – sa

višim potencijalom

Struja se kreće od (A) ka (K), rastvara se materijal anode, tj

materijal koji je podložan razlaganju

Količina korozije anode naziva se galvanskom korozijom

Elektrohemijska korozija metala

• Na slici je prikazan proces elektrohemijske korozije usled stvaranja

mikrogalvanskih elementa, u kojima čisto gvožđe predstavlja anodu, a

elektrolit (npr. Kapljica vode) katodu

• Pri rastvaranju metala u elektrolit prelaze samo pozitivno naelektrisani joni, usled

čega se sloj elektrolita uz metal pozitivno naelektrizira, a sam metal

negativno na račun zaostalih elektrona

• Metali imaju različite sposobnosti rastvaranja, pa njihovim uranjanjem u

elektrolit imaju i različite elektrodne potencijale. Najviši elektrodni potencijal

imaju plemeniti metali Au, Ag, Pt, zbog čega su otporni na koroziju

• Ukoliko neki metal ima nižu vrednost elektrodnog potencijala, to je hemijski

aktivniji i više izložen gubljenu elektrona koji prelaze u rastvor, pa je tim više

sklon koroziji

• Zato član galvanskog sprega sa višim potencijalom čini katodu, a sa nižim

potencijalom anodu

Shema elektrohemijske korozije metala:

1) anodna zona; 2) katodna zona;

3) elektrolit (kapljica vode);

4) proizvod korozije (rđa)

Pregled potencijala nekih metala

• Metali imaju različite sposobnosti rastvaranja, pa njihovim

uranjanjem u elektrolit imaju i različite elektrodne potencijale

• Najviši elektrodni potencijal imaju plemeniti metali Au, Ag, Pt,

zbog čega su otporni na koroziju

• Ukoliko neki metal ima nižu vrednost elektrodnog potencijala, to

je hemijski aktivniji i više izložen gubljenu elektrona koji prelaze

u rastvor, pa je tim više sklon koroziji

Metal Potencijal Metal Potencijal

Magnezijum -1,55 Olovo -0,127

Aluminijum -1,28 Vodonik 0,00

Mangan -1,10 Bakar +0,344

Cink -0,762 Srebro +0,80

Gvožđe -0,439 Živa +0,86

Nikal -0,23 Zlato +1,50

Kalaj -0,136 Platina +1,80

Elektrohemijska korozija gvožđa - rđa

Pri nastanku mikro galvanskih elemenata rastvara se materijal anode

Višak elektrona nastalih rastvaranjem metala spaja se sa kiseonikom

rastvorenim u elektrolitu, gradeći jone hidroksida OH -

O2 + 4e + 2H2O 4OH-

Sekundarna reakcija, je reakcija katjona Fe2+ koji prelaze u elektrolit i spajaju

se sa OH- jonima iz elektrolita

Na površini metala stvara hidroksid Fe koji je nerastvorljiv u vodi

Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Vremenom hidroksid gvožđa pređe u jedinjenje tipa

n Fe2O3. n H2O - u praksi poznato kao "rđa”

ZAŠTITNE MERE OD KOROZIJE

Metali i legure mogu se štititi od korozije na nekoliko načina

1. nanošenjem metalnih prevlaka

2. nanošenjem nemetalnih prevlaka

3. hemijska zaštita

4. elektrohemijska zaštita

1. Metalne prevlake

Ovakva zaštita metala je vrlo rasprostranjena i daje dobre rezultate

Metalne prevlake za zaštitu gvožđa i čelika mogu biti od: cinka,

kalaja, hroma, bakra, aluminijuma, olova itd (predstavljaju prevlaku

koja je otpornija)

Nanose se na prethodno dobro očišćene površine nekim od postojećih

postupaka

- potapanjem u rastopljen metal

- galvanskim postupkom

- difuzionim postupkom

- termomehaničkim postupkom

- rasprašivanjem metala (metalizacijom)

- eloksiranjem itd

1. Metalne prevlake - potapanje u rastopljeni metal

• Najjednostavniji postupak zaštite i sastoji se u nanošenju tankog sloja

lako topljivih metala: kalaja (kalaisanje), cinka (cinkovanje), olova itd

• Očišćeni i osušeni predmeti urone se u kotao sa rastopljenim metalom,

koji prione na površine predmeta formirajući tanak zaštitni sloj

• Na ovaj način se proizvode pocinkovani i kalaisani limovi, čelična

žica, cevi, zavrtnjevi i dr

1. Metalne prevlake - Galvanski-elektrolitički postupak

Sastoji se u nanošenju Zn, Sn, Pb, Cu, Ni, Cr i

drugih metala galvanskim putem

Postoji anodna i katodna zaštita

Anodna zaštita izvodi se metalima čiji je

potencijal u datom elektrolitu niži od potencijala

osnovnog metala

Cink i aluminijum ophode se prema gvožđu

kao anode, pa će pri rastvaranju otići u rastvor

Zbog toga Zn nalazi veliku primenu za zaštitne

prevlake gvozdenih predmeta, a aluminijum u

prahu se koristi kao zaštitni premaz

Zaštitno dejstvo prevlake od

cinka na gvozdenom limu:

1) gvozdeni lim

2) zaštitna prevlaka od Zn

3) elektrolit-vlaga

1. Metalne prevlake – Galvanski - elektrolitički postupak

Katodna zaštita izvodi se metalima čiji je potencijal u datom elektrolitu

veći od potencijala osovnog metala. Bakar, nikal i kalaj ophode se prema

gvožđu kao katode, pa ga mogu štititi samo u dovoljno debelim,

kvalitetnim prevlakama.

Galvanski postupak izvodi se tako što se predmet koji se prevlači (npr.

gvožđe) obesi kao katoda u vodeni rastvor metala, kojim se želi

prevući (npr cinka). Propuštanjem struje kroz rastvor cink se istaloži na

gvozdenom predmetu u debljini zavisno od trajanja postupka.

Koristi se za presvlačenje čeličnih limova, zavrtnjeva i dr

Elektrohemijska korozija izazvana mehaničkim

povredama zaštitne prevlake

1. Metalne prevlake - difuzija

• Difuzija – transport materije iz zone više u zonu niže energije

• Difuzni način zaštite sastoji se u difuznom obogaćenju površinskog

sloja zaštitnim metalom, pri visokim temperaturama - proces

termohemijske obrade

• U ovaj način zaštite spadaju: alitiranje, hromiranje, nitriranje, siliciranje itd

1. Metalne prevlake - Termomehanički način zaštite –

plakiranje

Sastoji se u dobijanju bimetala - dvojnih metala, putem

zajedničkog valjanja na toplo osnovnog i zaštitnog metala

Na primer, čelik se može zaštititi sa Cu, Al, tombakom itd.

1. Metalne prevlake - Eloksiranje (eloksal postupak)

Odnosi se na zaštitu aluminijuma i njegovih legura

Zaštitna prevlaka je od oksida aluminijuma i nanosi se galvanskim

putem

Zaštitna prevlaka je vrlo otporna prema koroziji, a uz to je i dobro

elektro izolaciono sredstvo

1. Metalne prevlake - Metalizovanje

• Postupak za nanošenje zaštitne metalne prevlake prskanjem

rastopljenog, lako topljivog metala (olova, kalaja, cinka itd.)

pomoću pištolja za metalizovanje

• Lako topljivi metal u obliku žice prolazi kroz pištolj, topi se i kao sitne

kapljice izbacuje na površinu koja se zaštićuje

• Prednost ovog postupka je što se može upotrebiti kod krupnih i

teških predmeta, koji se ne mogu zaštititi potapanjem, kao i za već

montirane konstrukcije

Postupak izrade metalne

prevlake metalizovanjem

1) pištolj;

2) metalni predmet;

3) kabal za

električnu struju;

4) žica od lako topljivog

materijala za rasprašivanje

2. Nemetalne prevlake i oblogeZaštita se sastoji u premazivanju površina: bojama, mastima i uljima, lakovima,

sintetičkim smolama, katranom, bitumenom, kao i emajlima

• Ulja i masti služe kao privremena zaštita gvozdenih i drugih delova za vreme

transporta i na stovarištu. U ovu svrhu služe samo mineralna ulja i masti (vazelini),

jer biljna ulja i životinjske masti oksidacijom delimično se razlažu u masne kiseline,

koje nagrizaju metalne delove

• Uljane boje služe kao stalne zaštitne prevlake, koje se nanose četkom ili

prskanjem. Osnovna prevlaka sastoji se od firnisa (prekuvanog lanenog ulja) i

materijala koji dobro pokriva (minijum, gvozdeni minijum, grafit)

Po sušenju osnovne prevlake dolazi završna prevlaka od firnisa i boje otporne

prema vremenskim uticajima (cinkova siva, cinkova bela i dr)

• Sintetičke smole našle su u novije vreme primenu kao zaštitne prevlake, npr.

melamino-formaldehidske smole i dr

• Katran - ter i bitumen pogodni su za zaštitu gvozdenih predmeta u stalnoj vlazi

(rezervoari, cevi i dr.). Obično se nanose rastvoreni u benzinu ili benzolu, tako da po

isparavanju rastvarača ostavljaju zaštitnu prevlaku

• Lakiranje proizvoda se vrlo često koristi kao mera zaštite od korozije. Nedostatak

zaštite lakiranjem je krtost laka i njegovo razaranje na višim temperaturama

3. Hemijska zaštita

• Sastoji se u tome, što se na površini metala veštački (procesima

oksidacije) stvaraju zaštitne oksidne skrame (npr. Al2O3)

• Najrasprostranjeniji način oksidiranja je potapanje metala u rastvor

azotnih soli

• Nakon oksidiranja, radi povećanja antikorozivnosti, zaštićeni delovi se

premazuju mastima ili uljima koja popunjavaju pore u oksidnoj skrami i

sprečavaju prodiranje vlage u metal

4. Elektrohemijska zaštita

Deli se na: protektornu i katodnu zaštitu

• Protektorna zaštita sastoji se u pričvršćenju protektora na zaštitnoj površini

Protektori su od metala koji ima niži potencijal od osnovnog metala

Pri ovoj zaštiti stvara se galvanski par, tj. protektor je anoda (-), a zaštićeni

materijal katoda (+). U takvim uslovima protektor će postepeno da se razara,

štiteći time osnovni metal. Nakon razaranja protektor se zamenjuje

Npr cinkovim protektorom zaštićuju se podvodni delovi brodova, bojleri itd.

Zaštita cinkovim protektorom

• Katodna zaštita primenjuje se kod podzemne elektrohemijske korozije

zakopanih gvozdenih (čeličnih) cevi, rezervoara itd

Gvozdeni predmet koristi se kao katoda, a manje plemenit predmet, npr.

cink, kao anoda. Zaštita se izvodi tako što se podzemni gvozdeni predmet

(objekt) spoji sa trakom od cinka, čime se postiže da se pri elektrohemijskom

korozivnom procesu troši cink umesto gvožđa, zbog čega se cink mora

povremeno obnavljati.