1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 1/13

Početna strana

Čelik

Karakteristike

Prodavnica

Kontakt

Ključ za čelik-Oblik i mere-

Čelik sl edi Osobine sle di Termička obrada sle di Vrste čelika

Čelik

Definicija: Materijal koji, prema masi, sadrži više gvožđa od bilo kog pojedinačnogelementa, u kojem je sadržaj ugljenika obično manji od 2% i koji sadrži druge elemente.Ograničeni broj hrom-čelika može da sadrži više od 2% ugljenika, ali 2% ugljenika je običnogranica razdvajanja između čelika i livenog gvožđa.

Fizičko-hemijske osobine: Specifična težina = 7850 kg/m3

Alotropske modifikacije gvožđa:α-gvožđe (PROSTCK - Prostorno centrirana kubna rešetka) γ- gvožđe (POVCK - Površinski centrirana kubna rešetka) δ- gvožđe (PROSTCK - Prostorno centrirana kubna rešetka) ξ- gvožđe (HGR - Haksagonalna gustosložena rešetka)

Mikrokonstituenti u čeliku i gvožđu:- Austenit- Beinit- Martenzit- Cementit (Fe-karbid; Fe3C)- Ledeburit (eutektička faza sa 4,3% ugljenika karakteristična samo za Gvožđe)- Ferit- Perlit

UVOD

Čelik je metastabilno kristalizovana Fe-C (Fe-Fe3C) legura sa sadržajem ugljenika manjimod 2,06%.Dodavanjem volframa, hroma, molibdena, vanadijuma, mangana, nikla, kobalta i drugihmetala, pojedinačno ili u kombinacijama, dobijaju se legirani čelici za specijalne svrhe,izuzetno mehanički, hemijski ili toplotno postojani.

Definicija

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 2/13

Slika 1. Matastabilni fazni dijagram Fe-Fe3C (pune linije). Fazne oblasti stabilnog faznogdijagrama Fe-C označene su isprekidanim linijama.Po klasičnoj definiciji čelik je legura gvožđa (Fe) i ugljenika (C) koja sadrži manje od 2,06%(masenih %) ugljenika. Sa stanovišta hemije i termodinamike čelik je u stvari metastabilnalegura gvožđa (Fe) i cementita - karbida gvožđa Fe3C. Fazni dijagram koji se koristi kaopolazna osnova pri proizvodnji i preradi čelika, nije ravnotežni fazni dijagram Fe-C, većnjegova metastabilna verzija Fe-Fe3C (vidi sliku 1.). Zanimljivo je naglasiti da su mnogikorisni materijali, koje ekstenzivno koristimo, zapravo metastabilni.Ako je maseni udeo ugljenika između 2,06% i 4,3% onda govorimo o leguri pod imenomGvožđe.

OSOBINE

Čelik, na primer, može biti vrlo mek i kao takav izuzetno pogodan za duboko izvlačenje(pravljenje limenki, konzervi i td.). Nasuprot tome čelik može biti vrlo tvrd i krt kao na primerkod martenzitnih čelika koji se koriste za sečiva. Pred modernu proizvodnju čelikapostavljaju se vrlo visoki zahtevi, koji najčešće uključuju optimalnu kombinaciju osobina kaošto su zatezna čvrstoća sa jedne i duktilnost odnosno deformabilitet sa druge. Pored togamora se stalno voditi računa o isplativosti proizvodnje što je posledica neprestane promenecena legirajućih elemenata.

Kako uticati na osobine čelika (legranje)

Osobine čelika kao što su tvrdoća, duktilnost, zatezna čvrstoća... mogu se kreirati ikontrolisati u veoma širokom spektru, što čelik čini osnovnim metalnim konstrukcionimmaterijalom. Tri osnovne metode, koje se naravno mogu međusobno kombinovati, u ciljupostizanja željenih osobina čelika su:- legiranje- termička obrada- plastična prerada (valjanje, izvlačenje, itd.)

Legirajući elementi i njihov uticaj na osobine čelika (poređani po abecednom redu)

Legirajući elementi u čeliku se rezlikuju po tome da li stabilizuju stvaranje karbida, austenitaili ferita, odnosno sa kojim ciljem su legirani. Svaki element daje čeliku određeni nizkarakteristika specfičnih samo njemu. Postoje vrste čelika gde samo karakterističnakombinacija "suprostavljeno" delujućih legirajućih elemenata daje željenu mikrostrukturu.Legiranje čelika daje samo osnovu za postizanje željenih osobina u toku termičke obrade iplastične prerade

Aluminijum (Al)

TTopljenja = 658°C.Sužava snažno γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C <=> Favorizuje stvaranje ferita.

Aluminijum je najjače i najčešće primenjivano dezoksidativno sredstvo. Pored togaaluminijum snažno utiče na koncentraciju rastvorenog azota u čeliku i kao takav utiče naosetljivost legure na proces starenja. Već u malim koncetnracijama favorizuje usitnjavanjezrna što kasnije značajno utiče na mehaničke osobine. Kako aluminijum zajedno sa azotomgradi nitride visoke trvdoće, veoma je široko korišćen kao legirajući element u čelicima zanitriranje.Aluminijum povećava vatrostalnost (vatrootpornost) čelika i kao takav je često korišćen kodlegiranja feritskih vatrostalnih čelika. Kroz proces "aliranja" (nanošenje aluminijuma upovršinskom sloju) može se čak i kod visoko ugljeničnih čelika poboljšati vatrostalnost.Zbog vrlo snažnog uticaja na povećanje koercitivne sile aluminijum se koristi u gvožđe-kobalt-aluminijum čeliku od koga se prave permanentni (stalni) magneti.

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 3/13

kobalt-aluminijum čeliku od koga se prave permanentni (stalni) magneti.

Arsen (As)

TTopljenja = 817°C (pod pritiskom).

Sužava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.Sklonost ka stvaranju segregacija - Izuzetno štetna pojava pri livenju čelika.Nepoželjan legirajući element.

Difuziono žarenje, inače jedini način uklanjanja segregacija u čeliku, je još teže u slučajuarsena nego što je to slučaj kod, na primer, fosfora. Pored toga povećava krtost materijalaposle procesa otpuštanja, snižava drastično zateznu čvrstoću i sposobnost zavarivanja.

Bor (B)

TTopljenja = 2300°C

Bor ima vrlo izražen uticaj na absorpciju neutrona što ga čini veoma pogodnim za legiranječelika koji se koristi pri izgradnji nuklearnih reaktora.Austenitni nerđajući čelici legirani borom u procesu taložnog ojačavanja postižu povećanugranicu tečenja i zateznu čvrstoću, s tim što istovremeno slabi njihova korozionapostojanost. Mikrokonstituenti izdvojeni u procesu taložnog ojačavanja povećavaju zateznučvrstoću visoko vatrostalnih čelika u području izuzetno visokih temperatura.Kod čelika negarantovanog sastava i kod ugljeničnih čelika bor kao legirajući elementpoboljšava prokaljivost a samim tim zateznu čvrstoću.Bor kao legirajući element generalno smanjuje sposobnost zavarivanja čelika.

Berilijum (Be)

TTopljenja = 1280°C.Snažno širi γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Bakar-berilijum-legure se koriste za izradu visokokvalitetnih opruga za časovnike koje nepokazuju skoro nikakvu sposobnost magnetizacije kao i veću dinamičku čvrstoću negoodgovarajuće opruge napravljene od čelika. Nikl-berilijum-legure su veoma korozionopostojane i koriste se za izradu hiruških instrumenata. U čeliku, pored toga što snažno širi γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C, berilijum može onemogućiti taložno ojačavanje što upomenutom slučaju vodi padu zatezne čvrstoće. Pored toga poseduje veliki afinitet prema

kiseoniku (dezoksidirajuće svojstvo) i prema sumporu..

Ugljenik (C)

TTopljenja = 3450C.

Snažno širi γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Ugljenik je najvažniji i najuticajniji legirajući element u čeliku. Pored ugljenika svakinelegirani čelik sadrži silicijum, mangan, fosfor i sumpor, čije je prisustvo posledica samog

procesa proizvodnje čelika. Dodavanje drugih legirajućih elemenata u cilju postizanjaodređenih osobina čelika, kao i dolegiranje silicijuma i mangana vodi ka dobijanju legiranogčelika. Sa povećanjem masenog udela ugljenika raste zatezna čvrstoća i tvrdoća čelika, dokse sposobnost izvlačenja, kovnost, zavarljivost i mašinska obradivost smanjuju.Koroziona otpornost u odnosu na vodu, kiseline i vrele gasove skoro i da ne zavisi odmasenog udela ugljenika.

Kalcijum (Ca)

TTopljenja = 850°C

Zajedno sa silicijumom u formi siliko-kalcijuma upotrebljava se u procesu proizvodnje pridezoksidaciji čelika. U principu kalcijum povećava vatrostalnost.

Cer (Ce)

TTopljenja = 775°C

Sam, ali najčešće u kombinaciji sa lantanom, neodijumom, prazeodijumom i ostalimelementima koji pripadaju grupi metala retke zemlje deluje kao snažan dezoksidant. Zbog

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 4/13

elementima koji pripadaju grupi metala retke zemlje deluje kao snažan dezoksidant. Zbogsvog izuzetno velikog aktiviteta prema kiseoniku i sumporu služi kao sredstvo za postizanjevisoke čistoće čelika.Poboljšava kod visokolegiranih čelika sposobnost obrade na povišenim temparaturama dokkod vatrostalnih čelika potpomaže vatrostalnost.Gvožđe-cer-legura sa oko 70% cera naziva se pirofor (veštački kremen).Dodaje se i kao legirajući element u nodularnom livu.

Kobalt (Co)

TTopljenja = 1492°CNe stvara karbide <=> Favorizuje izdvajanje grafita.

Otežava rast zrna, poboljšava otpornost u odnosu na krtost pri procesu otpuštanja kao i zateznu čvrstoću na povišenim temparaturama. Zbog toga se koristi kao legirajući element kod brzoreznih čelika i alatnih čelika za rad u toplom, kao i za proizvodnju drugih vatrostalnih ivisoko vatrostalnih legura.Povećava remanenciju, koercitivnu silu i toplotnu provodnost, zato se često primenjuje kaoosnovni legirajući element za visokokvalitetene stalne magnete (čelične ili od drugih legura).Pod uticajem neutronskog zračenja stvara se intenzivno izotop 60Co, zbog toga je kobaltnepoželjan kao legurajući element u materijalima koji služe za izradu nuklearnih reaktora.

HromCr)

TTopljenja = 1920°C

Izražena težnja ka stvaranju karbida.Snažno sužava γ- a širi α-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Hrom kao legirajući element daje čeliku sposobnost kaljenja u ulju, odnosno na vazduhu,preko uticaja na kritičnu brzinu kaljenja, što povećava prokaljivost čelika i sposobnostpoboljšanja. Sklonost ka krtom lomu se smanjuje dodatkom hroma, mada je uticaj nasposobnost izvlačenja relativno slab. Sposobnost zavarivanja (zavarljivost) raste sapovećanjem masenog udela hroma u leguri. Zatezna čvrstoća čelika raste 80-100 N/mm2po masenom procentu hroma.Hrom ima izuzetnu sklonost ka stvaranju karbida koji dalje pozitivno utiču na mehaničkekarakteristike čelika (na pr. otpornost na habanje), ali negativno utiče na korozionupostojanost.Iako snažno sužava γ- a širi α-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C, hrom stabilizuje austenit(?-oblast) u hrom-mangan, odnosno hrom-nikl-nerđajućim čelicima.Hrom kao legirajući element snižava toplotnu i električnu provodnost čelika.Ako imamo visko sadržaj ugljenika u čeliku i istivremeno sadržaj hroma do 3% (masena %)

povećavaju se istovremeno remanencija, koercitivna sila.

Bakar (Cu)

TTopljenja = 1083°C.Nepoželjan (štetan) legirajući element.

Bakar se vrlo retko koristi kao legirajući element (samo kod nekih posebnih vrsta čelika),inače je u principu vrlo nepoželjan u čeliku. Poseban problem predstavlja u čeličanama kojeproizvode čelik u elektrolučnim pećima gde se njegov udeo u leguri može vrlo teškokontrolistai, s obzirom da metalni otpad ima vrlo širok spektar udela bakra. Kada je u pitanju"staro gvožđe", što je često sinonim za čelični otpad, u Evropskoj uniji postoje 9 klasačeličnog otpada podeljenih prema "čistoći" čelika. Zbog visoke cene čelika koji pripadajuvišim klasama čistoće, čeličane su primorane da prave tzv. "čelični meni" sastavljeno odoptimalne kombinacije čeličnog otpada i optimalne cene tone čelika.Štetno dejstvo bakra ispoljava se naročito pri visokim temperaturama. Najštetnije dejstvobakra ispoljava se tokom plastične prerede čelika na povišenim temparaturama (kovanja,valjanja, izvlačenja ...), i posledica je izdvajanja bakra po granicama zrna. Izdvajanje bakra pogranicama zrna povećava površinsku osetljivost materijala u toku svih vrsta plastičneprerade na povišenim temparaturama.Granica tečenja i odnos granice tečenja/zatezna čvrstoća se poboljšavaju sa porastommasenog udela bakra u čeliku. Maseni udeo preko 0,3% bakra vode povećanju tvrdoće,odnosno povećane sposobnosti kaljenja.Uticaj na sposobnost zavarivanja nije primećen.Kod nelegiranih i nisko legiranih čelika, bakar povećava njihovu otpornost na šteteneatmosferske uticaje. Kod visoko legiranih čelika maseni udeo bakra iznad 1% povećava

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 5/13

atmosferske uticaje. Kod visoko legiranih čelika maseni udeo bakra iznad 1% povećavanjihovu otpornost na dejstvo kiselina (pogotovo hlorovodonične i sumporne kiseline).

Vodonik (H)

TTopljenja = -262°C.Nepoželjan (štetan) legirajući element.

Vodonik izaziva povećanje krtosti i smanjenje sposobnosti izvlačenja čelika a da pritom nepoboljšava vrednost granice tečenja i zatezne čvrstoće. Kod većine legirajućih elemenata,npr. sposobnost izvlačenja i zatezna čvrstoća su obrnuto korelirani.Vodonik je pored ostalog "krivac" za takozvani "plavi lom" čeličnog materijala.Unutar čelika vodonik se okuplja u blizini greški u materijalu (dislokacije, nemetalni uključci,...) . U zavisnosti od količine vodonika u čeliku te nakupine mogu dostići takve razmere dapostanu koncetrator naprezanja dovoljno veliki da na njemu krene rast prskotine koja ćekasnije dovesti do loma matarijala.

Magnezijum (Mg)

TTopljenja=657°C

Magnezijum se koristi kao dezoksidans, a kao sredstvo za uklanjanje neželjenogsumpora iz čelika. Kao legirajući element u dobijanju legure gvožđa pospešuje stvaranjeglobularnog (sfernog) grafita.

Mangan (Mn)

TTopljenja = 1221°C.

Snažno širi γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Mangan u čeliku na prvom mestu služi kao dezoksidaciono sredstvo. Kao sredstvo zaredukovanje količine slobodnog sumpora, mangan deluje tako što stvara mangansulfid(MnS) stvaranje štetnog gvožđasulfida (FeS). Dugo je vremena problem stvaranjagvožđasulfida što uzrokuje takozvanu pojavu loma u crvenom ili (crveni lom) bio nerešiv.

Problem je bio u tome što gvožđesulfid ima veoma nisku tačku topljenja tako da ostaje utečnoj fazi pri očvršćavanju čelika. To dovodi do toga da kao poslednja tečna fazagvožđesulfid očvrsne po granicama zrna. Kako je gvožđesulfid vrlo krt to dovodi do lomamaterijala već pri plastičnoj preradi u oblasti temperatura crvenog usijanja. Odatle vodi naziv- "crveni lom" ili lom u crvenom. Suprotno gvožđusulfidu, mangansulfid je teško topivojedinjenje, tako da se u vidu nemetalnih uključaka izdvaja unutar zrna, što povoljno utiče namehaničke osobine materijala. Ta osobina je posebo veoma korisna kod čelika zaautomate koji inače imaju povećan sadržaj sumpora. Povećan sadržaj sumpora kod čelikaza automate koristan je sa aspekta poboljšanja sposobnosti mašinske obrade materijala.Mangan snažno snižava kritičnu brzinu hlađenja što povećava sposobnost kaljenja čelika.Granica tečenja i zatezna čvrstoća se povećavaju sa povišenjem masenog udela mangana.Mangan takođe povoljno utiče na kovnost, sposobnost zavarivanja kao i povećanje dubineprokaljivosti.Maseni udeli preko 4% vode, pri sporijem hlađenju, stvaranju krte martenzitne strukture takoda se ta oblast legiranja izbegava. Čelici sa preko 12% masenih udela mangana ostajuaustenitni i pri istovremeno visokom sadržaju ugljenika, jer mangan snažno deluje naširenje γ-oblasti u faznom dijagramu Fe-Fe3C. Takvi čelici se mogu na pr. deformacionoplastično površinski ojačati uz istovremeno očuvanje duktilne centralne zone profila, što ovugrupu čelika čini izuzetno otpornim na habanje. Takav raspored, meka (duktilna) centralnazona i tvrd površinski sloj, daju ovom materijalu izuzetne ekspoatacione mehaničke osobine.Čelici sa preko 18% masenih udela mangana ostaju čak i posle relativno visokog stepenaplastične deformacije nemagnetični. Ova grupa čelika se često pod nazivom specijalni čelicikoristi za izradu odgovornih delova koji rade u uslovima niskih temperatura.Managn povećava toplotni koeficijent širenja, a pri tom smanjuje toplotnu i električnuprovodnost čelika.

Molibden (Mo)

TTopljenja = 2622°C.Izražena težnja ka stvaranju karbida.Snažno sužava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Molibden se većinom legira u kombinaciji sa drugim legirajućim elementima. Molibden

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 6/13

Molibden se većinom legira u kombinaciji sa drugim legirajućim elementima. Molibdensnažno snižava kritičnu brzinu hlađenja što povećava sposobnost kaljenja čelika. Ukombinaciji sa hromom, niklom i manganom, molibden smanjuje sklonost ka krtosti posleotpuštanja, pospešuje stvaranje finijeg (sitnijeg) zrna, pozitivno deluje na sposobnostzavarivanja. Granica tečenja i zatezna čvrstoća se povećavaju sa povišenjem masenogudela mangana. Granica tečenja i zatezna čvrstoća se povećavaju sa povišenjem masenogudela molibdena.Pri većim masenim udelima molibdena dolazi do smanjenja sposobnosti mašinskeobrade. Zbog izražene težnje ka stvaranju karbida poboljšava osobine brzoreznih alatnihčelika. Primenjen kod visokolegiranih čelika legiranih hromom ili kod hrom-nikl-austenitnihčelika, molibden pomaže daljem povećanju korozione postojanosti.Dodatak molibdena kao legirajućeg elementa negativno deluje na vatrostalnost čelika.

Azot (N)

TTopljenja = -210°C.

Snažno širi γ-oblst u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

U zavisnosti od vrste i namene čelika, azot se može posmatrati i kao štetan i kao koristanlegirajući element. Štetne su pojave taloženja koje dovode do sniženja sposobnostiizvlačenja, a u procesu starenja izazivaju takozvani lom u plavom (pri preredi u oblastitemperatura plavog usijanja - 300 do 350°C), kao i mogućnost pojave interkristalnenaponske korozije kod nelegiranih ili niskolegiranih čelika.Kao legirajući element azot proširuje γ-oblast i stabilizuje austenitnu strukturu, povećava kodaustenitnih čelika granicu tečenja, a posebno zateznu čvrstoću kao i ostale mehaničkeosobine na povišenim temperaturama.U procesu nitriranja azot se može naneti u tankom površinskom sloju, čime se dobija vrločvrst i tvrd površinski sloj, dok unutrašnjost ostaje originalno meka i žilava, čime se postižu

optimalne karakteristike na primer za delove koji su izloženi snažnom dinamičkomopterćenju.

Niobijum i tantal (Nb-Ta)

TNbTopljenja = 1960°C, TTaTopljenja = 3030°C.

Izražena težnja ka stvaranju karbida.Snažno sužavaju γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C <=> Favorizuju stvaranjeferita.

Zbog toga što u prirodi obično idu zajedno i uz to se veoma teško razdvajaju, ova dvaelementa se primenjuju u legiranju čelika kao legura niobijuma i tantala. Zbog osobine dapovećavaju vatrostalnost kao i otpornost na puzanje vrlo često se koriste kao legirajućielementi za čelike koji rade u uslovima visokog pritiska i visoke temperature.Tantal ima veoma visok stepen absorpcije neutrona tako da za čelike koji se primenjuju zaizradu nuklearnih reaktora dolazi u obzir samo tantal-niobijum-legura sa vrlo niskimmasenim udelom tantala.

Nikl (Ni)

TTopljenja = 1453°C

Snažno širi γ-oblst u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Povećava granicu tečenja i smanjuje krtost kod čelika negarantovanog sastava. U ciljupovećanja žilavosti nikl se dodaje kao legirajući element u čelik za cementaciju i čelik zapoboljšanje.Zbog snažnog širenja γ-oblasti u faznom dijagramu Fe-Fe3C nikl služi kao stabilizatoraustenitne strukture u nerđajućim hrom-nikl-čelicima.Legura gvožđa i nikla sa 36% masenih udela nikla pod komercijalnim nazivom "invar"poseduje najmanji koeficijent termičkog širenja i kao takva nezamenljiv je matrijal u izradimnogih mernih instrumentata.

Antimon (Sb)

TTopljenja = 630°CSužava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.Sklonost ka stvaranju segregacija - izuzetno štetna pojava pri livenju čelika.Nepoželjan legirajući element.

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 7/13

Nepoželjan legirajući element.

Slično arsenu povećava krtost odnosno smanjuje žilavost materijala.

Olovo (Pb)

TTopljenja = 327,4°C

Olovo u principu nije stvarni legirajući element u čeliku, jer njegov uticaj na mehaničkeosobine skoro i da ne postoji. Dodaje se u količini između 0,2 i 0,5 masenih procenata ucilju poboljšanja sposobnosti obrade mašinskom obradom. Jedna od primena olova je uizradi ležajeva gde dolazi do izražaja nizak koeficijent frikcije olova.

Fosfor (P)

TTopljenja = 44°C.Nepoželjan (štetan) legirajući element izuzetno snažnog legirajućeg uticaja.Snažno sužava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Postoji samo jedna grupa čelika kod koje je dozvoljen relativno visok sadržaj fosfora. To sučelici za automate. Fosfor iskazuje jaku tendenciju posebno ka primarnoj segregaciji, čije seštetno prisustvo usled relativno niskog koeficijenta difuzije fosfora, kako u austenitu tako i u

feritu, veoma teško uklanja. Segregacije deluju kao slaba mesta u strukturi materijala nakojima po pravilu kreće propagacija prskotine, što za posledicu ima lom materijala. Pošto jeskoro nemoguće sprečiti segregaciju foafora, odnosno pospešiti njegovu ravnomernuraspodelu unutar čvrstog rastvora, ostaje kao jedino rešenje maksimalno smanjenjemasenog udela (od 0,03%-0,05%).Fosfor već u malim količinama povećava osetljivost na pojavu krtosti materijala prilikomotpuštanja. Taj uticaj se povećava sa povećanjem masenog udela ugljenika. Takođe rastetemperatura kaljenja, veličina zrna kao i smanjenje sposobnosti plastične deformacije.Posledica svega toga može da bude lom u hladnom stanju, kao posledica porasta krtostimaterijala.U niskolegiranim čelicima negarantovanog kvaliteta koji imaju maseni udeo ugljenika oko0,1%, povećan sadržaj fosfora povećava korozionu postojanost u odnosu na atmosferskeuticaje. Sličan uticaj ima još jedan takozvani nepoželjni legirajući element, bakar.Dodatak fosfora može kod austenitnih čelika (CrNi-čelici) pored uticaja na procese taložnogojačavanja povećati i granicu tečenja.

Kiseonik (O)

TTopljenja = -218,7°C.Nepoželjan legirajući element.

Kiseonik pogoršava tehno-mehaničke osobine čelika kao što su žilavost, sposobnoststarenja. Kao i sumpor kiseonik dovodi do "loma u crvenom" (lom u oblasti temparaturacrvenog usijanja).

Sumpor (S)

TTopljenja = 118°C .U principu nepoželjan legirajući element veoma snažnog legirajućeg dejstva.

Sumpor pogoršava tehno-mehaničke osobine čelika u prvom redu granicu tečenja.Zasebno ili u kombinaciji sa kiseonikom (pojačano dejstvo) dovodi do "loma u crvenom"(lom u oblasti temparatura crvenog usijanja).Ipak sumpor se dodaje kod čelika za automate u masenom udelu do maksimalno 0,3% ucilju poboljšanja sposobnosti mašinske obrade rezanjem.

Silicijum (Si)

TTopljenja = 1414°C.Sužava snažno γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C <=> Favorizuje stvaranje ferita.

Silicijum je jako i vrlo često primenjivano dezoksidativno sredstvo u proizvodnji čelika. Kaolegirajući element silicijum povećava čvrstoću, granicu elastičnosti i otpornost na habanje.Sposobnost da poveća granicu elastičnosti dovodi do vrlo česte primene silicijuma kaolegirajućeg elementa u proizvodnji čelika za opruge.Legiran u većim masenim udelima silicijum vodi poboljšanju vatrostalnosti i otpornosti na

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 8/13

Legiran u većim masenim udelima silicijum vodi poboljšanju vatrostalnosti i otpornosti nauticaj kiselina. Međutim visok sadržaj silicijuma utiče na smanjenje električne provodnosti ikoercitivne sile.

Titan (Ti)

TTopljenja = 1727°C.Izražena težnja ka stvaranju karbida.

Kao snažno dezoksidativno sredstvo u izuzetnu težnju ka stavranju karbida, titan se legirakao stabilizator u koroziono rezistentnim čelicima (nerđajući čelici).

Vanadijum (V)

TTopljenja = 1726°C.Izražena težnja ka stvaranju karbida.

Kao i titan poseduje izuzetnu težnju ka stvaranju karbida i nitrida. Vanadijum snažno delujena vezivanje azota u čeliku. Dodatkom vanadijuma postiže se fina sitnozrna mikrostrukturakoja za posledicu ima poboljšanje mehaničkih osobina čeličnih odlivaka. Dodatakvanadijuma pozitivno deluje na otpornost na habanje (zbog prisustava tvrdih karbida), dobremehaničke osobine u radu na povišenim temparaturama, kao i povoljan uticaj na procesotpuštanja. Zbog svega gore nabrojanog vanadijum se legira kod brzoreznih alatnih čelika,alatnih čelika za rad u toplom kao i kod alatnih čelika za rad na visokim temperaturama.Dolegiran u čelika za opruge vanadijum vodi povećanju granice elastičnosti.

Volfram (W)

TTopljenja = 3380°C.Izražena težnja ka stvaranju karbida.

Volfram deluje vrlo pozitivno na zateznu čvrstoću, granicu tečenja kao i na žilavost čelika.Zbog toga što utiče na povećanje čvrstoće čelika na povišenim temperaturama, a uz topovećava i otpornost na habanje, volfram se legira kod brzoreznih alatnih čelika kao i kodalatnih čelika za rad u toplom.

Kalaj (Sn)

TTopljenja = 231,8°C.Nepoželjan legirajući element veoma snažnog legirajućeg dejstva.

Cirkonijum (Zr)

TTopljenja = 1860°C

Izražena težnja ka stvaranju karbida.Sužava γ-oblast u faznom dijagramu Fe-Fe3C.

Cirkonijum se ponaša kao snažno dezoksidativno sredstvo, denitrifikaciono sredstvo idesulfuraciono sredstvo. Kod čelika za automate, koji inače imaju poželjno uvećan sadržajsumpora, cirkonijum deluje pozitivno na profil i sastav istaloženih sulfida što smanjujeopasnost od pojave loma u crvenom.

Termička obrada

ŽarenjeŽarenje je postupak termičke obrade čelika, koji se sastoji od zagrevanja čelika naodređenoj temperaturi, držanja na ovoj temperaturi i zatim sporog hlađenja.

Meko žarenje Mekim žarenjem se postiže omekšavanje čelika, radi lakše dalje mehaničke obrade, atakođe se dobija zrnasta perlitna ili neka druga tražena mikrostruktura. Nakon izvršene vruće prerade mnogi čelici su previše tvrdi, za dalju mehaničku obradu.Takve čelike moramo zbog same sposobnosti za obradu omekšati mekim žarenjemPored lakše mehaničke obrade, povećava se sposobnost plastične deformacije, što je odvelike važnosti za sve vrste hladne prerade (hladno valjanje, izvlačenje, hladno vučenje).

Izotermalno žarenje

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 9/13

Izotermalnim žarenjem postiže se ravnomerniji kvalitet, dok je vreme žarenja znatno kraće.Izotermalno žarenje se dosta primenjuje kod brzoreznih čelika i kod nekih vrsta legiranihčelika, kod kojih se ukupno vreme žarenja može skratiti na jednu trećinu uz jednak ili boljikvalitet. Izotermalno žarenje zamenjuje normalizaciju i kao takvo najčešće se izvodi kod legiranihčelika kod kojih bi obična normalizacija mogla prouzrokovati već nastanak martenzita ilibajinita.

Žarenje za rastvaranje sekundarnog cementita

Kod nadeutektoidnih čelika ponekad je sekundarni cementit prisutan u veoma nepovoljnomobliku mreže, što može prouzrokovati krtost.Za rastvaranje cementitne mreže moramom čelik žariti na temperaturi koja nam osiguravada postignemo čist austenit. Nakon rastvaranja sekundarnog cementita u austenitumoramo sprečiti ponovno izlučivanje u nepovoljnom obliku brzim ohlađivanjem čelika dotemperature ispod 700°C.

Visoko žarenje na krupno zrno (za bolju obradivost) Žarenje na krupno zrno primenjuje se kod mekih čelika s niskim sadržajem ugljenika.Temperaturno područje visokog žarenje je 100 do 200°C iznad gornje tačke preobražajaAc3. Izotermički preobražaj je veoma pogodno izvršiti na temperaturi koja omogućavapreobražaj u najkraćem vremenu. Posle presferoidizacije može se čelik hladiti na vazduhu. Sa ovim žarenjem dobijamo diferenciranu strukturu ferita i perlita.Za čelike sa manjim i srednjim sadržajem ugljenika meko žareno stanje nije uvek povoljnoza obradu skidanjem strugotine. Zbog njihove male čvrstoće kod ovih čelika dolazi dolepljenja strugotine pri obradi, a time i lošeg kvaliteta obrađene površine. Za ove čelike,pored feritno perlitna struktura sa lamelarnim perlitom, koja se takođe dobija inormalizacijom, povoljno je to što se kod žarenja dobija još i krupno zrno. Za mehaničku obradu skidanjem strugotine krupno zrno se pokazalo kao vrlo povoljno iomogućava najbolju izdržljivost alata. Visoko žarenje upotrebljava se za proizvode koji sedosta mehanički obrađuju. Ako se od proizvoda zahtevaju i dobra mehanička svojstva,moramo posle završetka mehaničke obrade, deo normalizovati ili poboljšati da bismo dobilifino zrnu strukturu.

Difuziono žarenje ili žarenje na homogenizaciju

Pod difuzionim žarenjem se podrazumeva dugotrajno žarenje na visokim temperaturama ucilju izjednačavanja lokalnih razlika koncetracija pojedinih hemijskih elemenata iizjednačavanja segregacija, koje su nastale pri očvršćavanju čelika. Difuziono žarenje vrlodugo traje i vrši se kod temperatura visoko iznad Ac3 u blizini solidus temperature čelika.Temperaturni interval difuzionog žarenja je u području 1050 do 1300°C u zavisnosti od vrstečelika. Više temperature primenjuju se kod niskougljeničnih čelika .Difuzionim žarenjem čelika nastaje vrlo grubo zrno. To grubo zrno moramo smanjiti pomoćunaredne vruće prerade ili prekristalizacije, koju treba često i više puta ponoviti.Ovo žarenje dolazi u obzir samo u posebnim slučajevima zbog nedostataka, koje uzrokujedugotrajno držanje čelika na vrlo visokim temperaturama. Zbog navedenih nedostatakaposle žarenja izvodi se naknadno još normalizacija za poboljšanje mehaničkih svojstava.

Rekristalizacija

U toku hladne prerade (valjanje, vučenje ili kovanje u hladnom stanju) dolazi do povećanjatvrdoće, čvrstoće i granice razvlačenja dok se izduženje, kontrakcija i žilavost jako smanjuju.Deformisanje kristalnih zrna prouzrokuje krtost čelika.Mehanička otvrdnjavanja, promene fizičkih svojstava i deformacije strukture, koje prouzrokujehladna deformacija, možemo delimično ili potpuno otkloniti žarenjem na odgovarajućojtemperaturi za rekristalizaciju.Za rekristalizaciju je potrebno prekoračenje nekog određenog kritičnog stepena deformacije.Za različite stepene prerade potrebno je utvrditi i odgovarajuće uslove rekristalizacije, pamožemo reći da svaki stepen deformacije ima određenu tipičnu kritičnu temperatururekristalizacije.

Žarenje u cilju otklanjanja unutrašnjeg naprezanja

Žarenje u cilju uklanjanja ili smanjenja unutrašnjih naprezanja vrši se u svakom slučajuzagrevanjem do temperature ispod tačke preobražaja Ac1 ,a najčešće između 550 i 650°C,laganim ohlađivanjem nakon zadržavanja 1 do 2 sata na temperaturi, posle izjednačavanjatemperature po čitavom preseku. U ovom procesu se smanjuju, odnosno izjednačavaju

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 10/13

temperature po čitavom preseku. U ovom procesu se smanjuju, odnosno izjednačavajuunutrašnja naprezanja koja ostaju u čeliku kao posledica prethodne mehaničke ilil termičkeobrade. Žarenje u cilju smanjenja unutrašnjih naprezanja ne izaziva nikakve druge

strukturne promene niti promene osobina čelika. Zbog toga moramo za ovo žarenje čelikaizabrati temperaturno područje, u kojem prema dijagramu stanja ne prelazimo nijednu linijupreobražaja. Za uspeh ovog žarenja od odlučujuće važnosti je lagano ohlađivanje.

Normalizacija

Normalizacija je postupak žarenja sa potpunom prekristalizacijom, koja se postižezagrevanjem čelika na temperaturi iznad Ac3 i potom hlađenja na vazduhu. Normalizacija čelika je postupak termičke obrade koji čelik dovodi iz nenormalnog unormalno stanje. Cilj normalizacije je poboljšanje mehaničkih osobina na osnovu sitnijegzrna i ravnomernije strukture, poboljšanje obradivosti kao i priprema strukture za naredneoperacije termičke obrade. Za razliku od žarenja u procesu normalizacije vrše se bitnestrukturne promene. Normalizacija se sprovodi samo kod podeutektoidnih čelika, dok seeutektoidni i nadeutektoidni čelici normalizuju samo u izuzetnim slučajevima.

Normalizacija kod čeličnih odlivaka odstranjuje grubu livenu strukturu koja je za postizanjedobrih mehaničkih osobina veoma nepoželjna.Često moramo normalizovati i kovani i valjani čelik, ako nakon vruće prerade ima bilo kakvunenormalnu ili grubozrnastu strukturu, koja mu ne daje tražene mehaničke osobine. Normalizacijom se bitno poboljšavaju mehaničke osobine, a naročito žilavost čelika. Kodnekih čelika se normalizacijom postiže takvo poboljšanje mehaničkih osobina da ovopredstavlja i završnu termičku obradu. Još češće normalizacija predstavlja neku vrstuprethodne termičke obrade sa zadatkom da pripremi strukturu radi uspešnijeg iravnomernijeg kaljenja.Kod visokougljeničnih, a naročito legiranih čelika normalizacijom se dobija relativno velikatvrdoća, koja ne omogućava dobru obradivost, dok neke vrste niskougljeničnih čelika baš zapoboljšanje obradivosti moramo normalizovati.Kod niskougljeničnih čelika normalna meko žarena struktura sa zrnastim perlitom je isuvišemekana za obradu skidanjem strugotine ili brušenjem. Pri obradi ovih čelika postojiopasnost nalepljivanja strugotine na alate. Usled toga ne može se postići čista i glatkaobrađena površina, što naročito važi za brušenje. Za dobru obradivost, a istovremeno dobar kvalitet obrađene površine niskougljenični čelici naročito oni za cementaciju, treba da imajuferitno-perlitnu lamelarnu strukturu, koja se dobija normalizacijom. Čelici, koji se upotrebljavaju bez naknadnog poboljšavanja po pravilu se normalizuju, da bidobili što bolja svojstva: čvrstoću, plastičnost i žilavost.

Gašenje

Gašenje je postupak termičke obrade nerđajućih, vatrootpornih i nekih drugih vrstaaustenitnih čelika, kao i nekih vrsta čisto feritnih čelika.Gašenje ima za cilj homogenizaciju, postizanje čistih monofaznih struktura i rastvaranjekarbida ili drugih strukturnih faza.Nakon gašenja austenitni čelici dobijaju minimalnu tvrdoću i maksimalnu žilavost.

Kaljenje

Kaljenje je postupak termičke obrade, koji se sastoji iz zagrevanja čelika na temperaturi 30do 50°C iznad kritične tačke Ac3 (ili Ac1 kod eutektoidnih i nadeutektoidnih čelika), držanja na ovoj temperaturi i brzog hlađenja u vodi, ulju, vazduhu ili nekom drugom sredstvuza kaljenje. Hlađenje se mora vršiti tolikom brzinom, da se postigne na površini ili po čitavom preseku znatno povećavanje tvrdoće, po pravilu putem stvaranja martenzitnestrukture.

U zavisnosti od vrste čelika, dimenzije komada i rashladnog sredstva kaljenje može biti: - po čitavom preseku, ako je tvrdoća približno jednaka na površinskom sloju kao i u jezgru,- plitkom kaljenju, ako je okaljen samo površinski sloj, dok je jezgro mekano,- kaljenju na određenu dubinu, kada se kali određena dubina površinskog sloja

Otpuštanje

Otpuštanje se mora izvršiti odmah nakon kaljenja ili u što kraćem vremenu nakon kaljenja.Otpuštanje je obavezno i neposredno pripada kaljenju. Zbog toga mnogi kaljenje i

otpuštanje tretiraju kao jedan postupak termičke obrade.Otpuštanje je zagrevanje čelika nakon kaljenja na određenu temperaturu, koja je uvek ispodpreobražajne temperature Ac1. Posle odgovarajućeg vremena zadržavanja na temperaturiotpuštanja čelik se opet ohladi do sobne temperature. Ohlađivanje s temperature otpuštanja

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 11/13

otpuštanja čelik se opet ohladi do sobne temperature. Ohlađivanje s temperature otpuštanjamože biti lagano ili brzo u zavisnosti od sklonosti čelika krtosti kod otpuštanja.Karakteristično za ovaj postupak je to, da se u čeliku ne vrši nikakav preobražaj strukture,nego samo u izvesnoj meri dolazi do otpuštanja naprezanja i strukture nastale kod kaljenjačelika.Čelik sa martenzitnom strukturom, u kaljenom stanju, zbog velike tvrdoće, krtosti iunutrašnjih naprezanja praktično nije upotrebljiv ni za alate niti za konstrukcije delova. Zbogtoga treba pomoću otpuštanja u kaljenom čeliku smanjiti unutrašnja naprezanja i tvrdoću, aistovremeno povećati žilavost. Zajedno sa opadanjem tvrdoće pri otpuštanju se smanjuje ičvrstoća i granica razvlačenja, a povećava žilavost, izduženje i kontrakcija. Ove promeneutoliko su veće, ukoliko je viša temperatura otpuštanja. Efekat otpuštanja na visokimtemperaturama u blizini Ac1 približava se efektu žarenja.

Poboljšanje

Poboljšanje je postupak termičke obrade čelika, koji se sastoji iz kaljenja i otpuštanja narelativno visokoj temperaturi, koje se često približavaju temperaturama mekog žarenja. Sobzirom na upotrebljena rashladna sredstva pri kaljenju govorimo o poboljšenju u vodi, uljuili na vazduhu. Pri poboljšanju u čeliku dobijamo uglavnom sorbitnu ili troostitnu strukturu. Poboljšanje se,uglavnom primenjuje u termičkoj obradi konstrukcionih i nekih alatnih čelika, a ima za ciljpoboljšanje mehaničkih osobina, a naročito žilavosti.

Vrste čelika

Prema EN 10020:2000 čelici se dele na: - Nelegirani čelici- Nerđajući čelici- Legirani čelici

Danas je registrovano negde oko 3000 različitih vrsta čelika. Dalje grupisanje na podgrupe vrši se prema legurajućim elementima, mikrostrukturi,mehaničkim osobinama, nameni i slično

Nelegirani čelici

Nelegirani čelici su one vrste čelika u kojima nije dostignuta nijedna od graničnih vrednostinavedenih u tabeli 1.

Ugljenični čelik (do 2,1% ugljenika) je kombinacija dva elementa, gvožđa (Fe) i ugljenika(C), gdje su ostali elementi prisutni u takvim odnosima da ne utiču na osobine legure. Odlegirajućih elementa, u ugljeničnom čeliku jedino su dozvoljeni: magnezijum (maksimalno1,65%), silicijum (maksimalno 0,60%) i bakar (maksimalno 0,60%). Čelik sa niskimsadržajem ugljenika ima iste osobine kao gvožđe. Kako se sadržaj ugljenika povećava,metal postaje tvrđi i čvršći, ali manje duktilan i teži za zavarivanje. Visok sadržaj ugljenikasnižava tačku topljenja čelika, kao i njegovu temperaturnu otpornost.Ugljenični čelik se deli na:

Niskougljenični čelik: otprilike 0,05 do 0,29% sadržaja ugljenika. Niskougljeničničelici imaju relativno nisku vrednost zatezne čvrstoće, ali su jeftini i kovni..Čelik sa srednjim sadržajem ugljenika: otprilike 0,30 do 0.59% sadržaja ugljenika.Poseduje dobru i duktilnost i čvrstoću, te je jako otporan na habanje.Visokougljenični čelik: otprilike 0,6 do 0,99% sadržaja ugljenika. Vrlo čvrst, te sekoristi za opruge i žice visoke čvrstoće.Ultra visokougljenični čelik: otprilike 1,0 do 2,0% sadržaja ugljenika. Ovi čelici setoplotno obrađuju do veoma visoko čvrstoće. Većina čelika sa preko 1,2% sadržajaugljenika se prave metodama praškaste metalurgije, te obično spadaju u kategorijuvisoko legiranih ugljeničnih čelika.

Čelik se može toplotno obrađivati, što omogućava da se delovi proizvode dok su još umekom stanju. Ako je prisutno dovoljno ugljenika, legura može očvrsnuti, te se takopovećava jačina, otpornost na habanje, kao i otpornost na udar. Čelici se obrađuju imetodom hladnog valjanja, tj. oblikovanje metala putem deformacija na niskoj metastabilnojtemperaturi.

Nerđajući čelici

Nerđajući čelici su čelici koji sadrže najmanje 10,5% hroma i najviše 1,2% ugljenika

Niskolegirani čelici

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 12/13

Niskolegirani čelici

Kao niskolegirani čelici tretiraju se oni čelici sa ukupnim masenim udelom legirajućihelemenata ne manjim od 1%, ali ne većim od 5%. Ovi čelici poseduju poboljšanemehaničke osobine u odnosu na nelegirane čelike.

Simbol Utvrđeni element Granična vrednost u masenim %

Al Aluminijum 0,30

B Bor 0,0008

Bi Bizmut 0,10

Co Kobalt 0,30

Cr Hrom 0,30

Cu Bakar 0,40

La Lantanidi (svaki pojedinačno) 0,10

Mn Mangan 1,65 a)

Mo Molibden 0,08

Nb Niobijum 0,06

Ni Nikal 0,30

Pb Olovo 0,40

Se Selen 0,10

Si Silicijum 0,60

Te Telur 0,10

Ti Titan 0,05

V Vanadijum 0,10

W Volfram 0,30

Zr Cirkonijum 0,05

- Ostali (osim ugljenika, fosfora, sumpora iazota) pojedinačno

0,10

a) Kada je utvrđen samo najveći sadržaj mangana, granična vrednost je 1,80%

Visokolegirani čelici

Kao visoko legirani čelik tretira se čelik koji sadrži više od 5% legirajućih elemenata. Ovičelici poseduju izuzetne osobine u zavisnosti koja kombinacija legirajućih elemenata je

primenjena. Tipičan primer je nerđajići čelik, koji svoju optpornost na koroziju duguje uprvom redu hromu.

Podela čelika prema oblastima primene

- Betonski čelici

- Čelici za cementaciju - Čelici za poboljšanje - Čelici za obradu na automatima - Čelici za površinsko kaljenje

- Čelici za nitriranje - Čelici za upotrebu kod povišenih temperatura - Vatrootporni čelici

- Čelici sa povećanom otpornošću prema atmosferskoj koroziji

- Nerđajući čelici - Nerđajući i hemijski postojani čelici - Čelici otporni prema habanju- Čelici otporni na starenje

- Alatni čelici

- ugljenični

l- legirani ( za rad u hladnom stanju; za rad u vrućem stanju)

- brzorezni

- Čelici za posude pod pritiskom

- Čelici za opruge - Čelici za kotrljajne ležaje - Čelici za ventile motora

1/31/2014 Ključ za čelik - Čelik

http://www.kljuczacelik.com/Celik.html 13/13

- Čelici za ventile motora

- Čelici za lance

Sve o čelicima možete saznati u "KLJUČU ZA ČELIKE". Naručite Ovde

REFERENCE:

Standardi EN; ISO; DIN; SRPS i ostali.

Smith, W.F. & Hashemi, J. (2006). "Foundations of Materials Science andEngineering," 4th ed., McGraw-Hill.Oberg, E. et al., (1996). "Machinery's Handbook," 25th ed., Industrial Press Inc.H. Schuman, H. Oettel, "Metallografie", WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,

Weinheim, 2005Stalschluessel-Taschenbuch, Verlag Stalschluessel Wegst GmbH, Marbach, 2004http://sr.wikipedia.org/

Copyright 2008 w w w .kljuczacelik.com All rights reserved designed by: vladesko@gmail.com