AKREDITACIJA I SERTIFIKACIJAuniverzitetpim.com/wp-content/uploads/2020/03/IV-BLOK... · 2020. 3. 20. · 9. ČELIČNI LIV Čelični liv (ČL) je legura željeza i ugljenika od koje

PREDMET:

MATERIJALI

PODACI PREDAVČA I ASISTENTA

Prof.dr Veljko Vuković (vanredni profesor)

Asistent: ≈

Tel: 00387/65-518-335

E-mail: [email protected]

BANJA LUKA

mailto:[email protected]

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


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


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.



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




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-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


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


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.


Šematski prikaz načina površinskog kaljenja indukcionim zagrijavanjem:

(a)jednovremeno; (b) neprekidno; (c) pojedinačno


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


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.


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.


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


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


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


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.


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.



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.



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.



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



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.



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.



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.


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.


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


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%,


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).


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.


Legure bakra

Kao konstrukcioni materijal čist bakar nema zadovoljavajuće osobine

(max Rm, posle ojačavanja hladnim deformisanjem, do 440 MPa), za

razliku od njegovih legura.


Sastav i primjena najvažnijih vrsta bakarne legure-mesinga


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.


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.


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.


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.



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.



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.



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.



Osnovne karakteristike legura aluminijuma za gnječenje koje se

termički obrađuju



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.


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


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.


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%


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%.


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.


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.


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.


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


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


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


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.


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.

Documents

AKREDITACIJA I SERTIFIKACIJAuniverzitetpim.com/wp-content/uploads/2020/03/IV-BLOK... · 2020. 3. 20. · 9. ČELIČNI LIV Čelični liv (ČL) je legura željeza i ugljenika od koje