Materijali II/2012

NEŽELJEZNE LEGURE

- Cu legure- Ni - Al- Ti- Mg

Materijali II/2012

BAKAR (Cu) I BAKROVE LEGURE

Materijali II/2012

PREDNOSTI Cu i Cu-legura:

Vrlo dobra električna vodljivost (čistog Cu)

Vrlo dobra toplinska vodljivost

Sposobnost slijevanja s nizom metala

Većina legura ima vrlo dobru duktilnost i kovkost

Vrlo dobra korozijska postojanost

Nemagnetičnost

Lijepa boja – crvena do žuta

Materijali II/2012

NEDOSTACI Cu i Cu-legura:

Visoka cijena

Visoke temperature lijevanja

Neotporan prema oksidirajućim kiselinama –vino, voćni sokovi i sl. (nastaje otrovni bakrov acetat)

Ne smije se koristiti u dodiru s hranom ili u preradi prehrambenih namirnica

Opasnost od vodikove krhkosti

Materijali II/2012

NELEGIRANI BAKAR

ELEKTRIČNA VODLJIVOST

TOPLINSKA VODLJIVOST

NISKOLEGIRANI BAKAR:

Povišenje čvrstoće dodavanjem malih količina legirnih elemenata

Materijali II/2012

NAČINI POVIŠENJA ČVRSTOĆE Cu i Cu-LEGURA:

1. LEGIRANJEM DO GRANICE RASTVORLJIVOSTI

2. PRISUTNOŠĆU DRUGE FAZE

3. PRECIPITACIJSKIM OČVRŠĆIVANJEM

4. HLADNOM DEFORMACIJOM

Materijali II/2012

KLASIFIKACIJA Cu-LEGURA

1. LEGURE Cu-Zn – MJEDI

a) Prave mjedi:

b) Specijalne mjedi:

c) Cu-Zn-Ni

d) Cu-Zn-Sn-Pb

Materijali II/2012

2. LEGURE BAKRA BEZ CINKA

a) Cu-Sn

b) Cu-Al

c) Cu-Sn-Pb

d) Cu-Pb

e) Cu-Be

f) Ostale bronce

g) Cu-Ni

Lijevane i gnječene legure.

Materijali II/2012

LEGURE Cu-Zn

a) Legure Cu-Zn (mjedi) - > 50 %Cu i < 44 %Zn

Svojstva ovise o % Zn odnosno o mikrostrukturi:

α - mjedi

α+β - mjedi

Materijali II/2012

DIJAGRAM STANJA Cu-Zn LEGURA

Materijali II/2012

OVISNOST MEHANIČKIH SVOJSTAVA MJEDI O %Zn I STRUKTURI

Materijali II/2012

Mikrostruktura gnječene mjedi CuZn30 (a) i lijevane K.CuZn40Pb (b)

Materijali II/2012

"Naval Brass" - otporne na morsku vodu

ad b) Specijalne mjedi

mogu biti gnječene i lijevane toplo oblikovljive velika čvrstoća

Materijali II/2012

- Homogena čvrsta otopina. - Vrlo duktilne i dobro hladno oblikovljive. - Dobro se leme. - Osjetljive na napetosnu koroziju.

c) Legure Cu-Zn-Ni (> 10 % Ni)

Ove legure spadaju među najstarije metalnematerijale čovječanstva.

Materijali II/2012

BRONCE

Bolja čvrstoća, otpornost na trošenje i klizna svojstva u odnosu na Cu-Zn legure. Bolja korozijska otpornost ali i viša cijena.

Materijali II/2012

a) KOSITRENA BRONCA - PRAVA BRONCA

DIJAGRAM STANJA

Materijali II/2012

Gnječene legure:

< 9 % Sn - α- strukturaHladno oblikovljiva.

oko 1,5% Sn - tvrde vučene žice za telefonske kabele.6-8% Sn, Rm = 900, HV = 180 - valjane opruge zareleje.

Vrste legura: CuSn2, CuSn6, CuSn8

Materijali II/2012

MEHANIČKA I FIZIKALNA SVOJSTVA GNJEČENIHBRONCI

Materijali II/2012

Lijevane bronce: većina legura

Širok interval skrućivanja za 10-15 % Sn

9-15 %Sn → α +

- tvrda i krhka faza (intermetalni spoj)

Materijali II/2012

>9,5 %Al - dvofazna struktura: može se toplo oblikovatii očvrsnuti toplinskom obradom

Rm do 700 N/mm2 (kao u konstrukcijskih čelika)

b) Aluminijeve bronce < 14 %Al

4-8 %Al - jednofazna struktura ()

Materijali II/2012

DIJAGRAM STANJA I TOPLINSKA OBRADA Al-BRONCI

Materijali II/2012

e) Cu-Ni legure

Potpuna rastvorljivost u rastaljenom i čvrstom stanju.

Materijali II/2012

NIKAL (Ni) I NJEGOVE LEGURE

SVOJSTVA Ni- LEGURA

FCC rešetka

hladna oblikovljivost

žilavost pri niskim temperaturama

otpornost na koroziju

otpornost pri visokim temperaturama

Materijali II/2012

Skupina Komercijalno ime

1. Ni-Cu Monel (Nicorros)

2. Ni-Mo-Cr Hastelloy (Nimofer)

3. Ni-Cr-Fe Inconel (Nicrofer)

Ni-Fe-Cr Incoloy (Nicrofer)

4. Ni-Cr + Al-Ti (A)* “SUPERLEGURE”

+ Co-W-Mo (B)*

+ C (C)*

* A - precipitacijski očvrstljive, B - očvrstljive kristalima mješancima,

C - očvrstljive karbidima.

VRSTE LEGURA

Materijali II/2012

NAČINI OČVRSNUĆA "SUPERLEGURA“:

Kristalima mješancima

Precipitacijom

MEHANIČKA OTPORNOST PRI VISOKIM

TEMPERATURAMA

Materijali II/2012

Dijagram precipitacijskog očvršćivanja Ni-Cr-Ti-Al legure

Materijali II/2012

Posebna fizikalna svojstva:

Visoka cijena

Ni-Ti legure

Materijali II/2012

LOPATICE TURBINA

GRIJAČINi-Cd BATERIJEKOVANICE

PRIMJERI PRIMJENA Ni-LEGURA

Materijali II/2012

Ni-Ti stent

PRIMJENE Ni-Ti PAMETNIH LEGURA

Naprave za ravnanje zubi

Naprave za ugradnju premosnica na srcu

Materijali II/2012

Pripada lakim metalima niskog tališta.

U zemljinoj kori ima ga relativno puno u obliku oksida.

Industrijski se racionalno dobiva samo izBOKSITA.

ALUMINIJ (Al) I NJEGOVE LEGURE

Materijali II/2012

SHEMA DOBIVANJA ALUMINIJA

GLINICA Al-primarni

Izluživanje s NaOH Elektroliza

BOKSIT

Al2O3

13000...15000 kWh/t

metalurškii kalciniranjenatrijevaaluminata

Materijali II/2012

POVOLJNA SVOJSTVA

NISKA GUSTOĆA

OTPORNOST NA ATMOSFERSKU KOROZIJU

ELEKTRIČNA VODLJIVOST

TOPLINSKA VODLJIVOST

HLADNA DEFORMABILNOST

RECIKLIČNOST

Materijali II/2012

Nizak E

Ograničena primjenjivost pri povišenim temperat.

Relativno loša zavarljivost

NEPOVOLJNA SVOJSTVA:

Materijali II/2012

Al 99; Al 99,3 - za opće svrhe

Al 99,5 - za robu široke potrošnje

Al 99,7 - za kemijsku industriju i brodogradnju

Al 99,8 - za kemijsku industriju i elektrotehniku

VRSTE TEHNIČKOG ČISTOG ALUMINIJA

VIŠI

STUPANJ ČISTOĆE

- kemijska i prehrambena industrija,

- kuhinjsko posuđe i metalni proizvodi široke potrošnje,

- građevinarstvo,

- ambalaža, folije, tube i limenke,

- elektrotehnika.

PRIMJENA TEHNIČKOG ALUMINIJA

Materijali II/2012

KLASIFIKACIJA AL-LEGURA:

1. Prema tehnološkoj preradi:

- gnječene

- lijevane

2. Prema kemijskom sastavu:

1. Al-Si

2. Al-Mn

3. Al-Cu

4. Al-Mg

5. Al-Zn

3. S obzirom na mogućnost toplinske obrade:

- toplinski neočvrstljive

- toplinski očvrstljive

Materijali II/2012

TOPLINSKO OČVRŠĆIVANJE Al-LEGURA - PRECIPITACIJSKO OČVRŠĆIVANJE

Prva primjena: I. svj. rat - nosiva konstr. Zeppelina

U II. svj., ratu za zrakoplove

DURAL ili DURALUMINIJ

Materijali II/2012

Materijali II/2012

Materijali II/2012

POLAZNI UVJETI ZA TOPLINSKO OČVRŠĆIVANJE

1. Sastav legure mora biti iz heterogenog područja

2. % legirnih elemenata mora biti što viši, što bliže rmax

3. β mora polazno biti neki intermetalni spoj:

Materijali II/2012

TIPOVI PRECIPITATA (FAZNIH GRANICA)

Materijali II/2012

Al-Mn

Al-Mg

Al-Mg-Mn

VRSTE GNJEČENIH LEGURA I NJIHOVA SVOJSTVA

1. TOPLINSKI NEOČVRSTLJIVE

Materijali II/2012

Al-Mg-Si ili Al-Mg2Si

Al-Cu-Mg (Si, Mn)

2. TOPLINSKI OČVRSTLJIVE

Al-Zn-Mg (Cu ili Cr)

Materijali II/2012

Mehanička otpornost

Livljivost Rezljivost Otpornost na koroziju

Tip legure

Predstavnik

mala srednja dobra vrlo dobra Al-Mg AlMg3, AlMg5

Al-Si-Mg AlSi10Mg AlSi7Mg1

Mg omogućuje toplinsko očvrsnuće

mala vrlo dobra slaba dobra Al-Si AlSi12

Al-Si-Cu AlSi5Cu1 AlSi6Cu2

Si negativno utječe na rezljivost, Cu omogućuje smanjenje Si, ali pogoršava otpornost na koroziju

osrednja slaba dobra vrlo slaba Al-Cu AlCu4MgTi Ti i Mg usitnjuju zrno

LIJEVANE Al-LEGURE

Materijali II/2012

Al-Si legure “silumin”

10-13 % Si – eutektičke legure: izvrsna livljivost

Materijali II/2012

TIPIČNI PRIMJERI PROIZVODA OD ALUMINIJA I AL-LEGURA

Materijali II/2012

BLOKOVI MOTORA

BMW V12 JAGUAR V8 VW V8

NOSIVI OKVIR - SPACE FRAME

HONDA, AUDI6...

Materijali II/2012

Radijatori

BICIKLI

Materijali II/2012

mala toplinska rastezljivost

POVOLJNA SVOJSTVA

TITAN (Ti) I NJEGOVE LEGURE

polimorfan metal

relativno niska gustoća

relativno visok E

povoljna specifična čvrstoća

značajna otpornost na umor i na puzanje

visoko postojan u različitim agresivnim medijima

Materijali II/2012

relativno visoka cijena.

velik afinitet prema O2, C, N2 i H2, naročito > 950 ºC

teško obradljiv odvajanjem čestica

ograničena sposobnost hladnog oblikovanja

teže zavarljiv

NEPOVOLJNA SVOJSTVA

Materijali II/2012

Ti-legure

Prema mikrostrukturi: -, - i (+)-legure

- relativno slabo hladno oblikovljive (HCP);

- zavarljivost, žilavost, čvrstoća pri višim temperaturama

- dobra žilavost i čvrstoća i pri sniženim temperaturama

- neočvrstljive toplinskom obradom.

-legure

OČVRSTLJIVE HLADNOM DEFORMACIJOM I

TOPLINSKOM OBRADOM

-legure

Materijali II/2012

- povišenje čvrstoće toplinskom obradom.

+ legure

Ck

Materijali II/2012

Legure se rastvorno žare u blizini temperature prekristalizacije /.

Gašenje legure sastava < Ck :

→ ’

Gašenje legure sastava >Ck :

tvrda i krhka -faza

krhka -faze.

Materijali II/2012

Vrsta legure Struktura Toplinska obrada Rp0,2, N/mm2

Rm,N/mm2

A,%

TiAl5Sn2,5 (HCP) rekristalizacijski žareno

790 oC/zrak850 950 14

TiAl6V4 +

rekristalizacijski žareno750 oC/zrak

890 970 13

rastvorno žar. 930 oC/voda + 540 oC/zrak

1080 1180 11

TiV13Cr11Al3 (BCC)

rekrist. žareno 790 oC /zrak 900 950 14

rastvor. žareno 790 oC /voda+480oC /17h/zrak

1220 1290 7

rastvor. žareno 790 oC/zrak +hlad. oblik. + 440 oC/ 24h/zrak

1700 1820 4

MEHANIČKA SVOJSTVA NEKIH VRSTA Ti LEGURA

Materijali II/2012

PRIMJERI PRIMJENE

ISPUŠNI SUSTAVJaguar

AUTOMOBILI

ZRAKOPLOVSTVO

Precizni odljevak

Materijali II/2012

IMPLANTATI Proteza umjetnog kuka

Umjetno srceProteza

Vijci

Materijali II/2012

Glava palice za golf

Kućište fotoaparata

Okviri očala

Materijali II/2012

POVOLJNA SVOJSTVA:

Mala masa

Prigušenje vibracija

Izvanredna

Nekoliko legura ima vrlo dobru

MAGNEZIJ (Mg) I NJEGOVE LEGURE

Materijali II/2012

Velika kemijska reaktivnost

NEPOVOLJNA SVOJSTVA:

Niska otpornost na koroziju

HCP rešetka

Nizak E i niska čvrstoća

1. Mg-Al, Mg-Zn ili Mg-Al-Zn,

2. Mg-Zr + Zn, Th, ili Ce.

Vrste legura

Materijali II/2012

PRIMJENE:

SJEDALO - LAGANO, PRIGUŠUJE VIBRACIJE

U F1 i U OSTALIM VOZILlMA

Materijali II/2012

Poklopac spremnika za gorivo

Materijali II/2012

Tlačni odljevak za borbeni zrakoplov

Automobilska vrata

Materijali II/2012

Tankostijeni dijelovi

oblikovani istiskivanjem

u poluskrućenom stanju

Materijali II/2012

Lijevano kućište prenosnika Forda sa pogonom na sva četiri kotača. od Mg-legure AZ91 s malim udjelom dodataka Fe, Cu i Ni

Materijali II/2012

KUĆIŠTE PILE - lagano, prigušuje vibracije