Metalni materijali: -željezne legure -čelici -liveno gvožđe · 8 Čelici se proizvode u:-Električnim pećima-direktni električni luk između ugljene elektrode i istopljenog

Prof.dr Darko BajićMašinski fakultet [email protected]

Metalni materijali:- željezne legure- čelici- liveno gvožđe

Inženjerski materijali:

- na bazi željeza (Fe) – ŽELJEZNI METALI- na bazi drugih metala – NEŽELJEZNI METALI

ŽELJEZNI METALI

Osnovni hemijski element - Fe

Najviše korišćeni metali: automobilska industrija, avio industrija, brodogradnja, petrohemija, mostogradnja, sve vrste čeličnih konstrukcija, željeznički transport itd...

Tri razloga masovne primjene:- Rude željeza je mnogo u zemljinoj kori- Relativno jeftin tehnološki postupak proizvodnje čelika i livenog gvožđa- Mehaničke i fizičke osobine zadovoljavaju zahtjeve

2Prof. dr Darko Bajić

T e h n i č k i m a t e r i j a l i

Metalni materijaliMetalni materijali

Željezni materijaliŽeljezni materijali

ČeliciČelici

Ugljenični čelici

Ugljenični čelici

KonstrukcioniKonstrukcioni AlatniAlatni

Legirani čelici

Legirani čelici

KonstrukcioniKonstrukcioni AlatniAlatni BrzorezniBrzorezni

Liveno gvožđeLiveno gvožđe

Sivi livSivi livBijeli

livBijeli

livTemper

livTemper

livNodularni

livNodularni

liv

Neželjezni materijali Neželjezni materijali



Tri materijala za proizvodnju sirovog gvožđa:- Ruda željeza (magnetit, hematit, limonit)- Krečnjak i- KoksNa 1650°C u visokoj peći se vrši redukcija.

Sirovo gvožđe:~ 4% C~ 1,5% Si~ 1%Mg~ 0,04%S~ 0,4%P ....

I faza proizvodnja čelika je proces prečišćavanja (rafinacija) sastava sirovog gvožđa i dodavanje drugih elemenata (legiranje).

4

Sirovo gvožđe, zbog većeg sadržaja nečistoća i ugljenika, izrazito je krto i

nepodesno za obradu ili primjenu



5

1 – otvor za ispuštanje sirovog gvožđa

2 - otvor za ispuštanje šljake3 – duvaljke

4 – vatrostalna opeka5 – odvoz sirovog gvožđa

6 – odvoz šljake7 – odvod gasova

8 – uređaj za punjenje9 – temelj

10 – dovod vazduha

Ždrijelo

Trup

Trbuh

Sedlo

Gnijezdo



Gvožđe u tečnom stanju

Sporo hlađenje

Brzo hlađenje

Sivo gvožđe

Bijelo gvožđe

Gvožđe za livnice

Gvožđe za proizvodnju čelika

Šljaka

Visokopećni gas

Ru

da

gvo

žđa

Ko

ks

Kre

čnja

kVazduh

Visoka peć



Prva visoka peć u Njemačkoj (1150.- 1350.)



8

Čelici se proizvode u:- Električnim pećima

- direktni električni luk između ugljene elektrode i istopljenog materijala

- idirektni električni luk između dvije ugljene elektrode- Elektroindukcione peći (za manje količine)

Skup postupak –kvalitetan čelik

- Konvertorski – najrasprostranjeniji postupak (Besemerov (veći sadržaj Si) ili Tomasov (veći sadržaj P)

Konvertor – obložen opekom bazičnog(Tomasov) ili kisjelog (Besemerov)sastava, u kom se vrši konvertovanjegvožđa u čelik procesom oksidacije uzpomoć vazduha, odnosno kiseonika.

Za proizvodnju ugljeničnih čelika i niskolegiranih.

Najjeftiniji postupak

Punjenje metalnim otpadom Punjenje rastopljenim otpadom Dodavanje pečenogkreča

Uduvavanje kiseonikaod 150 bar

Cijev za uduvavanje kiseonika hlađena vodom

Izlivanje rastopljenogčelika u kokile

Izlivanje šljake



II faza proizvodnja čelika je oblikovanje čelika pri prelazu iz tečne u čvrstu fazu.

• Koristeći kalupe, čelik se lije u ingote (odigrava se kristalizacija i očvršćavanje).

• Zaostali kiseonik sa ugljenikom gradi ugljen-monoksid (poroznost uzrokuje).

• Zavisno od stepena dezoksidacije u procesu očvršćavanja, postoje tri kvalitetaproizvodnje čelika:

o Umiren (više od 0,3% C i od 0,15-0,6% Si), o Neumiren (do 0,15% C i Si) io Poluumiren.

• Kod umirenih čelika dezoksidacija (odstranjivanjekiseonika) je izvršena u potpunosti prije početka procesalivenja - nema oslobađanja gasova (poroznosteliminisana.

• Potpuna dezoksidacija ovih čelika se postiže dodavanjemferomangana, ferosilicijuma, vanadijuma i aluminijuma.

• Oko gasnih mjehurova se mogu koncentrirati nečistoće

(sumpor), koje negativno utiču na čelik (npr. slaba

zavarljivost).

Lunker(šupljina)


Primjena: za zavarene konstrukcije i konstrukcije za koje je potrebna veća žilavost (radna ispod -30°C), kao i za elemente izložene dinamičkim opterećenjima.


Neumireni čelik - kristalizacija praćena intenzivnim ključanjemrastopljenog metala.

- Izdvajanje gasova (spoljna strana ingota) se javlja od trenutkaulivanja čelika i traje tokom čitavog procesa kristalizacije.

- Lako obradljivi deformacijom na hladno (duboko izvlačenje) jer sumjehurovi po obodu ingota.

- Glavni nedostatak ovih čelika je njihova nehomogenost.

Poluumireni čelici - objedinjuju najbolje karakteristike prethodne dvijeklase nelegiranih čelika: homogenost umirenih čelika i nisku cijenuneumirenih čelika.

- Dezoksidacija se postiže silicijumom ili aluminijumom.

- Postoji određeni intenzitet ključanja, znatno niži nego kodneumirenih čelika.

Ingoti



Tradicionalni način livenja ingota najčešće se zamjenjuje kontinualnim livenjem.

Niz prednosti u odnosu na livenje ingota:- homogenija i sitnozrnija struktura čelika - usled veće brzine hlađenja- postupak je ekonomičniji- čistije površine- dobra ujednačenost hem. sastava duž ose odlivka

Kontinualno livenje

hlađenje vodom Dodatno hlađenje vodom i premazivanje grafitom (eliminacija trenja)

≈25 mm/s

Lonac

Rastopljeni materijal

Vatrostalna posuda za razlivanje

Rastopljeni materijal

Bakarni kristalizator hlađen vodom

Starter – postavlja se na početku livenja (sjedinjuje se sa tečnim čelikom)



Podjela čelika

Hemijski sastav

Ugljenični

Legirani

Upotreba (namjena )

Konstrukcioni

Alatni

Sa posebnim svojstvima

Kvalitet (sadržaj S i P)

Običnog kvaliteta (ugljenični) sasadržajem S do 0,06% i

P do 0,07%

Kvalitetni (ugljenični i legirani) sasadržajem S 0,035-0,04% i

P 0,035-0,04%

Visoko kvalitetni (legirani) sasadržajem S do 0,025% i

P do 0,025%

Plemeniti (legirani) sa sadržajem S do 0,015% i P do 0,015%

Struktura

Feritni

Podeutektoidni

Eutektoidni

Nadeutektoidni

Ledeburitni

Austenitni

Martenzitni

Način dobijanja

Besemerov (konvektorski)

Tomasov (konvektorski)

Simens-Martinov

Elektro-čelik

Oblik i stanje proizvodnje

Valjani

Vučeni

Kovani

Liveni

Brušeni

Presovani

Ljušteni



UGLJENIČNI I LEGIRANI ČELICI

Čelik je legura željeza (Fe) sa težinskim sadržajem ugljenika (C) do 2% (2,11% - tačka Edijagrama Fe-Fe3C).

U sastavu čelika se, pored željeza i ugljenika, nalaze i drugi hemijski elementi:

• Uobičajene primjese – hemijski elementi (Mn, Si, Al) koji su tehnološki neophodnida bi se izvršila dezoksidacija čelika ili elementi (P, S) koje je nemoguće odstranitipri proizvodnji čelika.

• Legirajući elementi – hemijski elementi (Cr, Ni, Mo, V, Ti, Nb, Cu i dr.) koji sesvjesno, u unaprijed definisanim količinama uvode u čelik sa ciljem promjenestrukture i osobina čelika.

• Skrivene primjese – hemijski elementi (O2, H2 i N) koji su u čeliku prisutni u malimkoličinama.

• Slučajne primjese – hemijski elementi (Pb, Zn, Sn i dr.) koji su unešeni u čeliktokom tehnološkog procesa proizvodnje.



Prema sadržaju ugljenika, ugljenični čelici se dijele na: - niskougljenične - do 0,25% C- srednjeugljenične - od 0,25% do 0,6% C- viskokougljenične - preko 0,6% C.

a prema namjeni na: - konstrukcione - do 0,6% C- alatne - preko 0,6% C.

ReH,

RM

, MP

a

Z, A

11,3

, %

0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 C, %

Tvrd

oća

, H

BS

100%

50%

300

200

100

1000

500

0

zatezna čvrstoća

granica tečenja

kontrakcija

izduženje



Legirani čelici osim ugljenika (i primjesa) sadrže i druge legirajuće elemente.

Austenitni stub star preko 1000 godina

(Indija)

• Legura je smješa dvaju ili više metala.• Metali su izabrani i miješaju se na takav način

da legure kombinuju svoje najbolje karakteristike




Legi

ran

i če

lici

Broj legiranih elemenataJednostruko legirani

Višestruko legirani

Ukupan sadržaj legirajućih elemenata

Nisko legirani (≤5%)

Visoko legirani (>5%)

Vrsta legirajućih elemenata

Cr-Ni čelici

Cr čelici

Ni čelici

Mo čelici

Cr-Mo-V čelici

Mn čelici

V čelici

Si čelici


Nisko legirani čelici imaju istu strukturu i slične osobine kao ugljenični (nelegirani) čelici.Neke njihove osobine poboljšavaju legirajući elementi u zavisnosti od vrste ikoličine:- veća žilavost pri istoj čvrstoći,- viši napon tečenja,- veća čvrstoća na povišenim temperaturama i- manja sklonost ka stvaranju prslina.

Visoko legirani čelici imaju svojstva koja nemaju ugljenični (nelegirani) i nisko legiraničelici:- vatrootpornost,- otpornost prema habanju,- sposobnost rezanja pri crvenom usijanju,- koroziona postojanost,- neki čelici imaju i specifične električne i magnetne osobine ili mali koeficijentlinearnog širenja.



Uticaj elemenata

C – povećava zateznu čvrstoću, napon tečenja, tvrdoću, otpornost na habanje,prokaljivost, snižava žilavost, plastičnost i zavarljivost

Mn - dezoksidant i smanjuje negatino dejstvo sumpora; povećava tvrdoću i žilavost,smanjuje svojstva deformacije; smanjuje kritičnu brzinu hlađenja - povećanjeprokaljivosti; povećava otpornost na habanje

Si - dezoksidant; povećava tvrdoću i zateznu čvrstoću, smanjuje svojstva deformacije;dodaje se materijalima kod kojih se traži dobra električna i magnetna svojstva;smanjuje kritičnu brzinu hlađenja - povećanje prokaljivosti; za čelike za izradu opruga

S - sa Fe obrazuje FeS (sulfid željeza) po granici metalnog zrna – štetno prisustvo

P - povećava tvrdoću i zateznu čvrstoću, smanjuje svojstva deformacije – štetnoprisustvo

Cr - smanjuje kritičnu brzinu hlađenja - povećanju prokaljivosti i dubinu prokaljivanja;povećava otpornost na koroziju, habanje i čvrstoću na visokim temperaturama

Ni - smanjuje kritičnu brzinu hlađenja - povećanje prokaljivosti; smanjuje krtost ipovećava žilavost na niskim temperaturama; ne utiče na tvrdiću

Mo - smanjuje kritičnu brzinu hlađenja - povećanje prokaljivosti; povećava zateznučvrstoću, napon tečenja, tvrdoću, otpornost na koroziju, habanje i puzanje



Označavanje čelika prema EN 10027

EN standard predviđa dvije podjele označavanja

EN 10027-1- šifra koja upućuje na primjenu,

mehanička i fizička svojstva čelika- šifra koja upućuje na hemijski sastav

čelikaEN 10027-2

- označavanje sa brojevima materijala

L235JRG2+F

EN 10027-1

S - konstrukcioni čelik

P - čelici za posude pod pritiskom

L - čelici za cjevovode

E - čelici za mašinogradnju

B - čelici za armiranje betona

Y -čelici za prednapon

betona

R - čelici za šine

H -hladno valjani čelici visoke čvrstoće za hladno

oblikovanje

D -plosnati čelici za hladno oblikovanje (izuzev

onih pod H)

T - čelici na bazi kalaja

M - elektročelici

C - ugljenični čelici

X - visokolegirani čelici

HS - brzorezni čelici (high speed)

Sistem označavanja premaprimjeni i mehaničkim i/ili

fizičkim svojstvima



L243J2H+F

- tri broja (243) označavaju minimalnu granicu razvlačenja za područje najmanjih debljina,

- slovno brojčana oznaka za energiju udara prilikom loma (mehaničke karakteristike)

27 J 40 J 60 J Temp οC

JR KR LR 20

J0 K0 L0 0

J2 K2 L2 -20

J3 K3 L3 -30

J4 K4 L4 -40

J5 K5 L5 -50

J6 K6 L6 -60

- slovno brojčana oznaka za fizičke karakteristike

- slovno brojčana dopunska oznaka za posebnezahtjeve i dodatne oznake čeličnih proizvoda

C - hladno obradljivo

D - za vruća uranjanja

E - za emajliranje

F - za kovanje

G -način dezoksidacije (G1 - neumiren,

G2 – umiren)

H - za šuplje profile

L - za niske temperature

M - termomehanički obrađeno

N - normalizacijski žareno

O - offshore

P - oplata

Q - poboljšano

S - za brodogradnju



Sistem označavanja prema hemijskim svojstvima

Nelegirani (ugljični) čelik

- označava se slovom C (oznaka za ugljenik u periodnom sastavu elemenata)

- poslije slova slijedi brojčana oznaka udjela ugljenika u stotom dijelu srednjeg masenog udjela

Primjeri:

- C3 udio 0,03% ugljenika

- C146 udio 1,46% ugljenika

Legirani čelik

- udio ugljenika se označava na isti način samo se izbacuje slovo C- nakon definicije ugljenika slijede slovne oznake legirnih primjesa i njihovog udjela u brojkama

(brojke se pridružuju u redosledu upisanih elemenata)- srednje vrijednosti masenog udjela elemenata množene su sledećim faktorima

• Faktor 4 - Cr, Co, Mn, Ni, Si, W• Faktor 10 - Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr• Faktor 100 – C, Ce, N, P, S• Faktor 1000 - B

16MnCr5 - 0,16% C, 1,25% Mn, manji udio Cr11MoCrV7-2-4 - 0,11% C, 0,70% Mo, 0,50% Cr, 0,40% V



Visoko legirani čelik

- visoko legirani čelici sadrže legirane elemente koji učestvuju u masenom udjelu najmanje5%

- označavaju se X- izuzev za ugljenik, kao faktor za proračun masenog udjela uzima se 1

X15Cr14 - 0,15% C, 14% CrX6CrNiMo17-13 - 0,06% C, 17% Cr, 13% Ni, manji udio Mo

EN 10027-2

A.BCDE(FG)

0 - sirovo željezo1 - čelik2 - teški metali (osim željeza)3 - laki metali

4-8 - nemetalni materijali9 - slobodno za internu upotrebu

A - broj grupe materijala



Broj grupe čelika Broj grupe Nelegirani čelik

00 i 90 osnovni čelici

01 do 07

91 do 97kvalitetni čelici

10 plemeniti čelici sa posebnim fizičkim svojstvima

11 do 13 plemeniti građevinski čelici

15 do 18 alatni čelici

Legirani čelik

08 i 98 kvalitetni čelici s posebnim fizičkim svojstvima

09 i 99 kvalitetni čelici za raznovrsnu primjenu

20 do 89 plemeniti čelici podijeljeni kao:

20 do 28 alatni čelici

32 do 33 brzorezni čelici

34 do 39 razni čelici

40 do 49hemijski postojani čelici (otporni na koroziju, kisjeline, visoke

temperature)

50 do 59 konstrukcijski čelici

60 do 69 čelici za mašinogradnju

70 do 79 čelici za posude pod pritiskom

80 do 89 visokokvalitetni čelici

A.BCDE(FG)



Numeričko označavanje čelika (MEST EN 10027-2:2003) se vrši koristeći 5 numeričkih oznaka:1. XX YY (ZZ)

1. – broj klase materijala (1=čelik, a 2÷9 za ostale materijale) XX – broj klase čelikaYY – serijski broj (oznke u zagradama su za moguću dalju upotrebu).Broj (ZZ) klase čelika je:za nelegirane čelike

- 1.00 osnovni čelici- 1.01 – 1.07 kvalitetni čelici- 1.10 – 1.19 posebni čelici

za legirane čelike- 1.08 – 1.09 kvalitetni čelici- 1.20 – 1.89 posebni čelici- 1.40 – 1.49 nerđajući i vatrootporni čelici- 1.50 – 1.89 konstrukcioni, čelici za posude pod pritiskom, čelici za

mašinogradnju

Č 4573 (X5 CrNiMo 18 10 - DIN) - 1.4401Č 0563 (St 52-3 - DIN) - 1.0570Č 4130 (34 Cr 4 - DIN) - 1.7033

A.BCDE(FG)

Serijski broj

Brojevi u zagradama predviđeni su za moguću buduću upotrebu



Oznaka prema EN

10027-1:1992 i

ECISS IC 10

Brojčana oznaka

prema EN 10027-2

Oznaka čelika

JUS C.B0.500:19891 prema

standardu JUS C.B0.002:1986

S185 1.0035 Č 0130

S235JR 1.0037 Č 0370

S235JRG1 1.0036 Č 0371

S235JRG2 1.0038 Č 0361

S235JO 1.0114 Č 0362

S235J2G3 1.0116 Č 0363

S275JR 1.0044 Č 0451

S275JO 1.0143 Č 0452

S275J2G3 1.0144 Č 0453

S355JR 1.0045 Č 0561

S355JO 1.0553 Č 0562

S355J2G3 1.0570 Č 0563

E295 1.0050 Č 0545

E295 1.0060 Č 0645

E360 1.0070 Č 07451Usvojen je adekvatan standard MEST EN 10025-1:2008



KONSTRUKCIONI ČELICI

Konstrukcioni čelici moraju da imaju:- dobra mehanička svojstva (čvrstoću i plastičnost, elastičnost, otpornost na

habanje, udare, zamor i krti lom),- da se dobro obrađuju rezanjem, deformisanjem (kovanje, valjanje,

izvlačenje, presovanje),- da imaju dobru zavarljivost,- pouzdanost u radu i- nisku cijenu.

Konstrukcioni čelici se koriste za izradu čeličnih konstrukcija u: mašinogradnji, mostogradnji,brodogradnji, kotlogradnji; za izradu cjevovoda, posuda pod pritiskom itd.

Prema čvrstoći (naponu tečenja), ovi čelici se dijele u četiri grupe: 1. čelici niske čvrstoće, Re < 250 MPa, 2. čelici srednje čvrstoće, 250 MPa < Re < 750 MPa, 3. čelici visoke čvrstoće, 750 MPa < Re < 1550 MPa, 4. čelici ultravisoke čvrstoće, Re > 1550 MPa.

Ugljenični konstrukcioni čelici pripadaju prvoj grupi, a legirani čelici drugoj, trećoj iličetvrtoj grupi.



• To su ugljenični i niskolegirani čelici sa utvrđenim mehaničkim svojstvima (na sobnoj temperaturi).

• Kao umireni, neumireni i specijalno umireni u stanju termičke obrade ili normalizacije.

• Primjena: za izradu zavarenih konstrukcija i cjevovoda, konstrukcija spojenih vijcima i zakovicama, u visokogradnji, mostogradnji, hidrogradnji i mašinogradnji ili za dalju preradu hladnim presovanjem, vučenjem i vrućim kovanjem ili valjanjem.

• Šest grupa kvaliteta.



• Finozrni konstrukcioni čelici su potpuno umireni i sitnozrne strukture.

• Primjena: cjevovodi za visoke pritiske, posude pod pritiskom, elementi drumskihvozila, železničkih vagona, cisterne za prevoz gasa, mostove, industrijske hale, različitezavarene konstrukcije i posebne namjene.

• Čelik sa Re350 N/mm2 neophodno je predgrijavanje; sa Re350 N/mm2 neophodno je predgrijavanje ako se vrši zavarivanje na temperaturi +5 °C

• Obuhvaćeni su:

o - osnovni čelici (RO) Č RO250

o - čelici za povišene temperature (RV) Č RV250

o - čelici za niske temperature (RN) Č RN250



• To su konstrukcioni čelici sa malim sadržajem ugljenika 0,1 – 0,25%.

• Primjena: za dijelove kod kojih se površinski sloj cementira (obogaćuje ugljenikom) ilikarbonitrira (obogaćuje ugljenikom i azotom istovremeno). Posle cementiranja ilikarbonitriranja i odgovarajuće termičke obrade (kaljenje ili nisko odpuštanje) postiže sevisoka tvrdoća, otpornost prema habanju i koroziji površinskog sloja, a jezgro zadržavadobru žilavost.

• Podjela prema hemijskom sastavu:

o ugljenični (0,20%C) – za male dijelove izložene habanju s malim opterećenjima

o legirani (0,18-0,24%C) – Cr, Mn, Ni, Mo – za veće dijelove s većim opterećenjem(visoka tvrdoća površinskog sloja i dovoljno visoka čvrstoća i žilavost jezgra) Cr, Cr-Ni,Cr-Ni-Mo, Cr-Mn, Cr-Mo



• Posle termičke obrade poboljšanjem (kaljenje + visoko otpuštanje) posjeduju:

o visoku vrijednost napona tečenja i zatezne čvrstoće,

o dobru plastičnost,

o malu osjetljivost na koncentraciju napona,

o visoku vrojednost dinamičke čvrstoće i

o dovoljnu žilavost.

• Prema hemijskom sastavu dijele se na:

o ugljenične (0,2-0,5%C) – za dijelove sa potrebnom većom čvrstoćom (koljenastavratila, bregaste osovine, osovinice klipova, zavrtnji, zupčanici)

o legirane - legirani sa Cr, Ni, Mo, V; za izradu dijelova većeg poprečnog presjeka (do 250 mm)



• Moraju posjedovati:

o što veći napon tečenja,

o visoku vrijednost granice elastičnosti,

o dobru dinamičku čvrstoću,

o zadovoljavajuću žilavost i

o dobru plastičnost.

• To su ugljenični i legirani čelici sa Si, Mn, Cr, V, W.


• Za izradu dijelova koji su izloženi habanju u uslovima visokih pritisaka i udara (članci gusjeničnih platna, dijelovi drobilica i mlinova, zubi kofice rotornog bagera, zubi kašike bagera, skretnice železničkih i tramvajskih šina) upotrebljava se visokolegirani manganski čelik Č 3160 (1,2% C, 12,5% Mn).

• Niskolegirani čelik Č 3134 (0,5% C, 1,8% Mn) upotrebljava se kada je primjena visokolegiranih manganskih čelika otpornih prema habanju necjelishodna iz ekonomskih razloga ili zbog teške obrade.


• Otporni su prema hemijskom razaranju površina u atmosferi vazduha ili gasova natemperaturama višim od 550°C, kada su malo opterećeni ili neopterećeni.

• Pri visokim temperaturama u sredini zagrejanog vazduha ili produkata sagorevanjagoriva, dolazi do oksidacije čelika (gasna korozija).

• Ugljenični čelici nisu pogodni za ovakve radne uslove, pošto njihova površina intenzivno

oksidiše i razara se već na temperaturama oko 300°C.

• Visoku vatrootpornost imaju visokolegirani čelici sa Cr (13–25%), Si (1-2%) i Al (1-1,5%).

• Dodavanjem Ni (20–35%), popravljaju se mehaničkih svojstava i otpornosti premaoksidaciji ovih čelika.

• Vatrootporni čelici, legirani hromom, niklom i aluminijumom (Č 4970, Č 4971, Č 4973,Č 4578 i Č 4579) upotrebljavaju se za izradu pregrijača vazduha, ventilatora, armaturapeći, gorionika, kada za termičku i termo-hemijsku obradu, izduvnih sistema gasnihturbina i motora SUS i drugih dijelova termoenergetskih postrojenja.



• Upotreba: za izradu dijelova koji su u eksploataciji izloženi visokim opterećenjima ipovišenim temperaturama u toku dužeg vremenskog perioda (lopatice turbina, diskovi,rotori i tijela gasnih parnih turbina; cijevi pregrijača pare, parovodi i armature parnihkotlova; ventili i drugi dijelovi motora SUS).

• Pored dobre čvrstoće pri dugotrajnom opterećenju na povišenim temperaturama odovih čelika se zahtijeva i da budu vatrootporni.

• Dijele se prema temperaturi rada:

do 350°C upotrebljavaju se opšti konstrukcioni, ugljenični i niskolegirani čelici u poboljšanom stanju (Č 1431, Č 1531)

od 400 do 550°C upotrebljavaju se niskolegirani čelici, koji sadrže Cr, Mo i V (Vr-Mo čelici za cijevi pregrijača pare, parovode, kolektore, za armaturu parnih kotlova iparovoda (Č 7400 i Č 7431); za dijelove parnih kotlova (kotlovske cijevi, cijevipregrijača pare, parovode), koristi se Cr-Mo-V čelik (Č 7432)

od 500 do 600°C upotrebljavaju se visokolegirani čelici, koji osim 10 –13% Cr sadrže iMo, V, W, Ti, Nb. Ovi čelici se koriste za lopatice, diskove i rotore turbina, kao i ventileautomobilskih i avionskih motora



• Odlikuju se:

� visokom čvrstoćom,

� visokom plastičnošću,

� visokim sadržajem Cr,

� visokom otpornošću prema koroziji - obrazovanjem tankog, tvrdog i kompaktnogpovršinskog sloja.

• Vatrootporni su - za rad na temperaturama >550°C, umjesto niskolegiranih čelika.

• Nerđajući čelici su visokolegirani, a pored najmanje ≥12,5% Cr sadrže i Ni, Mo, Cu, Ti, Si, Mn i Nb.

• Nerđajući čelici se koriste za izradu pribora za jelo, elemenata opreme u kuhinjama irestoranima, hirurških instrumenata ...

• Čelici se koriste za izradu: kotrljajnih ležajeva, ventila, opruga, mjerne instrumente,dijelova peći i razmjenjivača toplote u hemijskoj, petrohemijskoj i termoenergetskojindustriji

• Komercijalno najpoznatiji nerđajući čelik je Cr-Ni čelik 18/8, sa 18% Cr i 8% Ni.



• Legura Fe-C.

• Sadržaj C: 2% (2-4%)

• Drugi legirajući elementi mogući u cilju promjene pojedinih svojstava.

• Pogodne su legure za livenje jer posjeduju:

nisku tačku topljenja i

tečljive su.

• Otpornost na habanje, abraziju i koroziju.

• Mala plastičnost i udarna žilavost.

• Za elemente koji nisu izloženi visokom nivou opterećenja i koja nisu dinamički opterećena.

LIVENO GVOŽĐE



• Prema obliku u kom se javlja ugljenik:

o Bijelo liveno gvožđe (bijeli-tvrdi liv) – sav ugljenik vezan u obliku cementita (Fe3C).

o Sivo liveno gvožđe (sivi liv) – sav ugljenik u obliku lamelarnog grafita ili djelimično (veći dio) u grafit a djelimično u obliku cementita (Fe3C).

o Nodularno liveno gvožđe (nodularni liv) – to je sivi liv, oblik ugljenika je oblikakuglastog grafita (nodule).

o Temperovani liv (temper liv) - ugljenik u obliku temper-grafita (kovno gvožđe).



• To je željezo koje ima bijelu površinu preloma zbog prisustva cementita.

- Velika tvrdoća- Krt materijal- Velika površinska tvrdoća- Otporan na habanje- Služi kao osnova za proizvodnju odlivanja

temperovanjem

Odbijeljeno liveno gvožđe- po površini struktura je bijelog livenog gvožđa- po sredini struktura sivog livenog gvožđa- između je prelazna struktura

• Za izradu: kugli mlinova, drobilica, valjaka u valjačkim stanovima, vagonski točkovi ....



• Formira se kada je sadržaj C u leguri tolikav da se ne može sav rastvoriti u austenitu.

• Višak C se izdvaja u vidu povezanih grafitnih lamela.

• Veći sadržaj C – formiranje veće količine grafita

• Podeutektičke legure koje sadrže 3,1-3,8%C + 1,8-2,8%Si + Mn + P + S. za stvaranje grafita

• Veća brzina hlađenja – sitnije grafitne lamele (podsjećaju na tanke prsline – krajevi izvori koncentracije napona).

Perlitna Perlitno-feritna FeritnaMetalna osnova sivog livenog gvožđa

Više perlita – veća

čvrstoća i tvrdoća,

manja žilavost

grafit

ferit

grafi

tferit

perlit

grafit

perlit



• Veličina i oblika grafitnih lamela određen američkim standardom

• Oblik lamela zavisi od brzine hlađenja

• Otpornost na vibracije – veoma dobra• Obrada rezanjem – veoma dobra zbog postojanja grafita• Otpornost na habanje – veoma dobra• Dobra mehanička svojstva do temperature ~400°C, a

smanjenje za ~50% mehaničkih svojstva u temperaturnom intervalu od 400-600°C.

• Pri zagrijavanju formira se oksid – nepoželjna pojava “rast gvožđa“

Sivi liv se označava slovnim simbolima SL i cifarskim simbolima koji definišu vrijednost zatezne čvrstoće, izražene u MPa. (SL200 - sivi liv zatezne čvrstoće 200 MPa)


PRIMJENA: za postolja radnih mašina zbog dobre amortizacije vibracija.


Modifikovano sivo liveno gvožđe

• Dodavanjem 0,3-0,8% ferosilicijuma u rastopljeni liv neposredno pred izlivanje ukalupe (1400°C), dobija se modifikovani sivi liv.

• Modifikovanjem se lamele grafita smanjuju i prevode u povoljniji oblik.

• Ovaj liv u poređenju sa sivim livom ima niz prednosti: veća zatezna čvrstoća, tvrdoća i žilavost – za zupčanike, cilindre ....

• Dobija se na isti način kao modifikovani sivi liv.

• Umjesto ferosilicijuma dodaje se modifikator (na bazimagnezijuma ili cerijuma), koji omogućavaju izdvajanjegrafita u obliku nodula (kuglica).

• Karakteristika: posjeduje znatno veću čvrstoću i žilavost odsivog liva (posledica izdvojenog grafita u obliku nodula ismanjenog sadržaj sumpora i fosfora).

• Struktura metalne osnove nodularnog liva zavisi od sastava ibrzine hlađenja i ista je kao kod sivog liva.



Struktura metalne osnove nodularnog liva: ferit – nodule grafita, ferit – perlit- nodule grafita, perlit – nodule grafita.

Svojstva:- dobro se obrađuje rezanjem,- prigušuje vibracije,- otporan je na habanje,- koristi se za odgovorne dijelove presa, mlinova, hidroturbina, automobila

(zahvaljujući relativno visokoj zateznoj čvrstoći).

Označavanje: NL700-2(zatezna čvrstoća 700 MPa i izduženje 2%)

grafit (nodul)

ferit perlit



• Dobija se dugotrajnim žarenjem bijelog liva na visokoj temperaturi.

• Cementit iz bijelog livenog gvožđa se razdlaže na austenit i grafit.

• Grafit (temper grafit) je u obliku nepravilnih grupacija – pahuljica.

• Na osnovu hemijskog sastava, temperature, vremena i atmosfere u peći pri žarenju,razlikuju se dvije vrste:

o bijeli temper liv

o crni temper liv.

• Bijeli temper liv se dobija žarenjem u oksidacionoj atmosferi (najčešće u hematitu) -razlaganje cementita i razugljeničenje odlivka.

• Crni temper liv se dobija žarenjem u neutralnoj atmosferi bez kiseonika (kvarcnipijesak).

Struktura osnove temper liva može da bude feritna, perlitna ili feritno-perlitna.

ferit

perlit

temper grafit



Osnovna literatura

Vitomir ĐorđevićMašinski materijali - prvi deoUniverzitet u Beogradu, Mašinski fakultetBeograd 2000

http://lo-gan.hr/index.php/o-celiku/11-celik/24-oznacavanje-prema-en-10027-1



Documents

Metalni materijali: -željezne legure -čelici -liveno gvožđe · 8 Čelici se proizvode u:-Električnim pećima-direktni električni luk između ugljene elektrode i istopljenog