PODELA ČELIKA• Prema hemijskom sastavu čelike delimo na:

- ugljenične čelike i

- legirane čelike

Ugljenični čelici sadrže 0,06 do 1,8%C, kao i primese drugih elemenata u

dozvoljenim granicama

Primese u ugljeničnim čelicima nalaze se u sledećim količinama: Si do

0,5%; Mn do 0,7%; S do 0,05%; P do 0,05%

Ovi čelici mogu sadržati i neznatne količine legirajućih elemenata -

mikrolegirani ugljenični čelici

Legirani čelici u svom sastavu osim gvožđa i ugljenika imaju i specijalno

dodate legirajuće elemente Cr, Ni, Mn, Si, V, Mo, W, Co, Ti, Al, Cu ..., koji

im daju poboljšana mehanička, fizička i hemijska svojstva

Podela čelika prema sposobnostima za deformaciju, mogućnostima

termičke obrade, prema čistoći i kvalitetu površine, vrši se na:

- obične ili trgovačke čelike

- kvalitetne čelike i

- plemenite čelike

Podela čelika prema hemijskom sastavu i nameni

Podela

čelika

prema

hemijskom

sastavu

Ugljenični

- niskougljenični (do 0,25%C)

- srednjeugljenični (od

0,250,6%C)

- visokougljenični (sa preko 0,6%C)

- niskolegirani (do 5% legirajućih

elemenata)

- visokolegirani (sa preko 5%

legirajućih elemenata)

Podela

čelika

prema

nameni

Konstrukcioni

- čelik za opšte svrhe;

- čelik za noseće konstrukcije;

- čelik za cementaciju;

- čelik za poboljšanje;

- čelik za automate;

- čelik za opruge;

- čelik za ležaje;

- čelik za zavrtnje;

- nerđajući i kiselootporni čelik;

- vatrootporni čelik, itd.

Alatni

- nelegirani alatni čelik;

- legirani za hladnu obradu; i

- legirani za toplu obradu.

UGLJENIČNI ČELICI

Ugljenični čelici su najmasovnije primenjeni materijali u metalo-

prerađivačkoj industriji i primenjuju se skoro kod svih

konstrukcija: za mostovske konstrukcije, rudarske podgrade, razne

mašinske i građevinske elemente, profile itd

Prema nameni ugljenični čelici se dele na

- konstrukcione i

- alatne čelike

Ugljenični konstrukcioni čelici se dele na:

1. Obične i kvalitetne;

2. Niskougljenične i visokougljenične;

3. Meke čelike (sa 0,15-0,25%C); polumeke (sa 0,25-0,4%C);

polutvrde (sa 0,4-0,6%C); i tvrde čelike (sa preko 0,6-1,7%C);

Ugljenični čelici - primena

• Obični konstrukcioni ugljenični čelici koriste se za izradu: debelih i

srednjih limova, klinova, zakivaka, cevi, toplo valjanih profila, šipki ...

• Kvalitetni ugljenični čelici po kvalitetu prevazilaze obične čelike, a

sadrže i manje štetnih primesa kao što su S i P. U rudarstvu se koriste

za izradu čeličnih podgrada, rudarskih šina i za druge namene

• Ugljenični alatni čelici koriste se za izradu alata, kojima se mogu

obrađivati drugi čelici ili drugi metali

Kaljenjem ovih čelika može se postići velika tvrdoća, ali uz znatno

smanjenje žilavosti

• Mekše vrste ugljeničnih alatnih čelika služe za izradu kovačkih

kalupa, čekića, dleta, probojnika itd., dok tvrđe vrste koriste se za izradu

matrica i patrica, rezača navoja, noževa alatnih mašina, turpija itd.

LEGIRANI ČELICI Legirane čelike pre upotrebe treba obavezno termički obraditi

• Legirani čelici u svom sastavu imaju specijalno dodate legirajuće

elemente (Cr, Ni, Mn, Si, V, Mo, W, Co, Ti, Al, Cu i dr), koji im daju

poboljšana mehanička, fizička i hemijska svojstva

• Prema procentu legirajućih elemenata legirane čelike delimo na:

- niskolegirane čelike - do 5% legirajućih elemenata

- srednjelegirane čelike - sa 5-10% legirajućih elemenata i

- visokolegirane čelike - sa preko 10% legirajućih elemenata

• Prema nameni legirani čelici se dele na

- konstrukcione legirane i

- alatne legirane čelike

• Legirani alatni čelici imaju veću tvrdoću, čvrstoću, prokaljivost, radnu

temperaturu, žilavost i otpornost na habanje u odnosu na ugljenične

alatne čelike. Dele se na:

– alatne čelike za kovanje, presovanje i merne alate

– niskolegirane alatne čelike za rezanje i

– brzorezne čelike

Legirani čelici – legirajući elementi Konstrukcioni legirani čelici nose naziv prema legirajućem elementu ili grupi

legirajućih elemenata (npr. Cr-čelik, Cr-Ni čelici i dr)

• Hrom Cr kao legirajući element ima najširu primenu, jer povećava čvrstoću i

tvrdoću, daje čeliku visoku otpornost na habanje, a srazmerno mu je niska cena.

Cr-čelici koriste se za izradu: osovina, zupčanika, kugličnih ležaja, alata, lopatica

parnih turbina, cilindara visokog pritiska itd

• Nikl Ni je savršen legirajući element, ali s obzirom da je vrlo skup, često se

zamenjuje hromom. Najpoznatije vrste Ni-čelika su invar i platinit

• Cr-Ni čelici po svom kvalitetu prevazilaze i Cr čelike i Ni čelike. Upotrebljavaju se za

jako opterećene konstrukcione delove, naročito u avio industriji, za izradu aparata za

rafinerije nafte, hemijsku i prehrambenu industriji

• Molibdenski Mo-čelici koriste se za izradu konstrukcija parnih kotlova, turbina,

kotlovskih cevi, cevnih grejača i dr. U praksi najčešće Ni-Mo, Cr-Mo i Cr-Ni-Mo čelici.

• Manganski Mn-čelici upotrebljavaju se za konstrukcione delove od kojih se zahteva

velika tvrdoća i visoka otpornost na habanje

Koriste se za zupčanike, osovine, šinske skretnice, obloge čeljusti drobilica i dr.

• Silicijum Si-čelici za izradu opruga i gibnjeva, kao i za mostovske konstrukcije

• Vanadijum V-čelici upotrebljavaju se za izradu opruga, za rad na visokim

temperaturama, za izradu alata i dr. Vrlo su skupi, ređe se koriste u praksi

• Volframovi W-čelici se koriste za izradu metalnih testera, alata za obradu

deformacijom na toplo, glodala, alata za rezanje itd. Vrlo su skupi

Specijalni čelici

• Specijalni čelici obuhvataju uglavnom veoma legirane vrste koje

se odlikuju specifičnim fizičkim i hemijskim osobinama,

podešenim u naročite svrhe

• Od specijalnih čelika u praksi se koriste:

– nerđajući i kiselootporni čelici

– čelici sa posebnim magnetskim osobinama i

– čelici otporni na visoke temperature - vatrootporni čelici

• Ovi čelici u rudarstvu imaju neznatnu primenu

U savremenoj tehnici od svih metala gvožđe i čelik

imaju najveću primenu

Vrlo široku primenu u industriji, pa i u rudarstvu, imaju

proizvodi železara dobijeni plastičnim deformisanjem,

kao što su: razni profili, žice, tanki limovi, trake, cevi ...

TEŠKI METALI

• Od teških metala najveću primenu u tehnici imaju

bakar Cu, olovo Pb, cink Zn,

kalaj Sn, hrom Cr, nikl Ni, mangan Mn, kobalt Co, živa Hg,

vanadijum V, volfram W, molibden Mo i antimon Sb

BAKAR Cu

• Pored gvožđa bakar je jedan od najvažnijih metala

• Spada u grupu obojenih metala. Odlikuje se karakterističnom crvenom

bojom.

• Dobija se iz sulfidnih ruda halkopirita CuFeS2 i halkozina Cu2S

Proces proizvodnje bakra odvija se u nekoliko faza

Prva faza sastoji se u delimičnom prženju rude uz dodatak topitelja (kvarcni pesak)

da bi se dobio poluproizvod bakrenac sa 30-45%Cu u obliku Cu2S

Druga faza obuhvata preradu bakrenca u plamenoj peći oksidaciono-redukcionim

postupkom da bi se dobio crni bakar sa 90%Cu, ili preradu bakrenca u konvertoru za

bakar gde se oksidaciono reakcionim postupkom dobija sirovi (bubuljičasti) bakar sa

96%Cu

Poslednja faza je rafinacija sirovog Cu plamenoj peći, ili elektrolitičkim postupkom

za dobijanje najčistijeg bakra

BAKAR Cu

Prema SRPS-u razlikuju se dve vrste bakra u zavisnosti od načina rafinacije

- Topionički bakar (99,0-99,75%Cu) i

- Elektrolitički bakar (99,9%Cu)

• Pri elektrolitičkoj rafinaciji bakra kao anode služe ploče od sirovog bakra, a

kao katode ploče od čistog elektrolitičkog bakra. Elektrolit je kiseli rastvor

bakra sulfata (5-10% slobodne H2SO4). Pri prolazu električne struje

rastvara se anodni bakar i zajedno sa primesama prelazi u rastvor. Iz

rastvora se izdvaja potpuno čist bakar koji se taloži na katodama, dok se

primese talože na dnu suda za elektrolizu u obliku mulja (Au, Ag, Se i dr)

Elektroliza bakra: 1)

katoda

2) anoda od sirovog

Cu

3) elektrolit;

desno: detalj anode

Radi sprečavanja oksidacije bakru se dodaju dezoksidatori : P, Al, Si idr

Najčešće se upotrebljava P u vidu fosfornog bakra koji ima 8-12%P

Bakar Cu• Tehnički čist ili crveni bakar ima

- gustinu 8,9g/cm3

- temperaturu topljenja 10830C

- čvrstoću u žarenom stanju 200-220MPa

- izduženje do 50%

- čvrstoću nakon obrade deformacijom 300-500MPa

- modul elastičnosti 115.000MPa

- žilavost 160-180J/cm2

- Vrlo je dobar provodnik toplote i elektriciteta

- Dobro se obrađuje valjanjem, izvlačenjem i presovanjem u hladnom i

zagrejanom stanju. Teško se zavaruje i lije

- Prema hemijskim uticajima dosta je postojan

- Kiseline i kisele soli ga napadaju gradeći s njim otrovna jedinjenja,

mahom zelene boje.

U savremenoj tehnici bakar se najviše upotrebljava u elektrotehnici zbog svoje

dobre provodljivosti električne struje. Veliki deo proizvodnje bakra, oko 40%

koristi se za izradu raznih legura - mesinga, bronze, duraluminijuma i dr

U rudarstvu primenjuje se između ostalog i za izradu čaura za rudarske

kapisle, električne upaljače itd.

Proizvođači bakra u našoj zemlji su Bor i Majdanpek.

OLOVO Pb

• Olovo se dobija iz njegove najvažnije rude galenita PbS oksidaciono-

redukcionim ili oksidaciono-reakcionim postupkom, nakon čega se

proizvod uvek rafiniše

• Ruda cerusit PbCO3 je od manje važnosti za dobijanje olova

• Oksidaciono-redukcioni postupak, podesnom za bogate rude i

koncentrate, galenit se prvo prženjem prevede u oksid

Nastali oksid olova uz dodatak koksa i topitelja (krečnjak, pesak,

gvozdena ruda) prerađuje se indirektnom i direktnom redukcijom u

metalno olovo u jamastim pećima

• U novije vreme uvedene su jamaste peći za zajedničko dobijanje

olova i cinka (ISC postupak)

Postupak se zasniva na redukciji sinterovanih kompleksnih koncentrata

rude, pri čemu se u donjem delu peći izdvaja olovo, dok se cink sa delom

olova izdvaja u kondenzacionoj komori

Jamasta peć za zajedničko dobijanje olova i cinka

(ISC postupak)

Jamasta peć za zajedničko

dobijanje olova i cinka

(ISC postupak)

1)peć

2)sirovina i koks

3)kondenzator za cink

4)separator olova i cinka

5)zagrejani vazduh

6)troska

7)crpka za tečno olovo

8)kanal za gasove (za

prečišćavanje)

Olovo Pb• Sirovo olovo rafiniše se pretapanjem ili elektrolizom

• Po Harris postupku primese se odstranjuju zagrevanjem sirovog Pb u

plitkim kotlovima uz dodatke. Najpre se na površini rashlađenog olova

izdvoji Cu, pa pri ponovnom zagrevanju i hlađenju As i Sb, i na kraju Ag

• Elektroliza se naročito primenjuje u cilju odstranjivanja bizmuta (Betts

postupak). Rafinisano olovo sadrži 99,9-99,99%Pb

• Olovo se odlikuje

- plavkastosivom bojom

- malom tvrdoćom 40HB

- znatnom gustinom 11,34g/cm3

- zatezna čvrstoća olova je samo 17MPa

- topi se na 3270C

- Slab je provodnik toplote i električne struje

- Na suvom vazduhu se ne menja, ali u vlazi se prevlači najpre oksidom,

a zatim hidroksidnom skramom Pb(OH)2 koja ga štiti od dalje oksidacije

Rafinisano olovo (čistoće 99,73-99,99%Pb) služi za izradu akumulatorskih

ploča, kablovskih omotača, izradu boja (minijum, olovno belo), raznih legura (za

ležišta i dr.), olovnih cevi, rudarskih eksploziva (olovo azid, olovo tetraetil...) itd.

CINK ZnRude cinka - sfalerit ZnS najvažnija .

- smitsonit ZnCO3 mnogo manjeg značaja

Cink se dobija iz ruda pirometalalurškim i hidrometalurškim postupkom

Ovako dobijeni sirovi cink se rafiniše

Pirometalurško dobijanje cinka - sulfidna ruda se oksidacionim prženjem

prevede u ZnO, koji se zatim redukuje ugljenikom u zatvorenim sudovima

S obzirom da je tačka ključanja cinka oko 9000 a redukcija cink oksida ZnO nastupa

na preko 10000C, cink se dobija u obliku pare

Zbog toga se proces mora obavljati u keramički zatvorenim sudovima bez prisustva

vazduha, tzv. retortama, u kojma se pare ohlade (kondenzuju) u rastopljeni cink,

a delom pretvore u cinkov prah

Dobijeni sirovi cink se rafiniše pretapanjem

Iskorišćenje cinka u odnosu na sadržaj u rudi je oko 90%, usled gubitaka pri

kondezaciji u retortama i gubitaka kroz dimne gasove.

Hidrometalurški način dobijanja cinka - sulfidna ruda se oksidacionim

prženjem najpre prevede u oksid cinka ZnO, koji se zatim dejstvom sumporne

kiseline prevede u sulfat cinka ZnSO4

Ovako dobijeni i prečišćeni sulfat cinka ZnSO4, podvrgava se elektrolizi (rafinacija

cinka) u koritima sa anodama od olovnog lima i katodama od aluminijuma

Istaloženi čisti cink (99,95% Zn) se na kraju pretopi u plamenoj peći, a zatim izlije u

kalupe

Cink Zn• Cink je metal plavkaste boje

• Gustine 6,9-7,2g/cm3 (liven) do 7,25 g/cm3(valjan cink)

• Temperatura topljenja 4200C, temperatura ključanja 9200

• Zatezna čvrstoća valjanog cinka obične čistoće (99%Zn) je 160MPa

• Dobro se lije

• Na suvom vazduhu se ne menja, ali u prisustvu vlažnog vazduha se prevlači

tankom oksidnom skramom, koja ga štiti od dalje oksidacije (pocinkovanje)

• Na tržištu se Zn pojavljuje kao: sirovi Zn, rafinisani Zn i kao cinkov prah

• Najvažnija upotreba cinka je za prevlake gvozdenog lima u svrhu zaštite od

korozije (oko 50% svetske proizvodnje), zatim za izradu legura (mesing, beo

metal ...), raznih limova, boja (bela cinkova boja i dr.), lakova, električnih baterija ...

Metal

Gustina Temp.

topljenja

Zatezna

čvrstoća

Ukupno

izduženje

HB tvrdoća

g/cm3] 0C MPa A, % MPa

Bakar 8,9 1083 2101), 4502) 501), 22) 3501), 9502)

Cink 7,1 419 150 35 35

Olovo 11,3 327 14 60 4

Kalaj 7,28 232 27,5 40 5

Aluminijum 2,7 659(70-110)1) 45-30 15-25

(150-230)2) 8-2 35-40

Magnezijum 1,7 650 200 10 25

Važnije

fizičko-

mehaničke

osobine

obojenih

metala

LAKI METALI• Laki metali: aluminijum, magnezijum i berilijum (gustina < 2,7g/cm3)

ALUMINIJUMNajvažnija ruda je boksit (hidratisani alumosdilikati), koji se sastoji od

mešavine hidroksida aluminijuma (Al2O3 . H2O ili Al2O3 .3H2O) sa

primesama Si-dioksida, Fe-oksida, Ti-oksida

U praksi se razlikuje

crveni boksit sa malo silicijum dioksida (1÷5%SiO2 i 20-25%Fe2O3) i

beli boksit sa mnogo silicijum dioksida (do 25%SiO2 i 5%Fe2O3)

Boksiti se kategorišu prema količini SiO2 i Fe oksida – beli boksiti imaju

više SiO2 – nepovoljni za dobijanje čistog metala

Tehnička vrednost boksita je veća što sadrži manje Si-oksida i Ti-oksida

Aluminijum se najviše dobija iz crvenih boksita koji su podesni za preradu

po baznom - alkalnom postupku po Bajeru (Bayer)

Dobijanje Al po Bajerovom postupku izvodi se u dve faze:

1. Izolovanje čistog, suvog Al-oksida tzv glinice i

2. Elektrolitička redukcija glinice u metalni aluminijum

Dobijanje Al po Bajerovom postupku

1. Izolovanje čiste suve glinice - zagrevanjem boksita u obrtnoj sušnici, da bi se

oslobodio vode i organskih primesa

Zatim se izmleven kuva sa natrijum hidroksidom u zatvorenim sudovima (auto-

klavama) da bi se dobio natrijum aluminat

Al2O3 . H2O + 2NaOH = Na2O . Al2O3 + 2H2O

Filtriranjem se iz rastvora izdvoje nerastvorljive primese u obliku crvenog mulja

(oksid i hidroksid Fe, Si dioksid, Ti-oksid) SiO2 je teško odvojiti od boksita.

Prečišćenom rastvoru natrijum aluminata dodaje se čist Al2O3, da bi se mešanjem

ponovo razložio na hidroksid Al i Na-hidroksid koji se opere, a zatim žari u obrtnoj

peći da bi se dobio čist aluminijum oksid Al2O3 - glinica

2. Elektrolitička redukcija glinice vrši se u elektrolitičkim ćelijama - pećima za

aluminijum

Peć ima dno od ugljenih blokova - katoda, a anoda je od petrol koksa. Ćelije

rade s niskim naponom jednosmerne struje od 5-6V i jačinom od 30.000-40.000A

U ćelijama se stalno nalazi rastopljen mineral kriolit, kome se dodaje samo do 20%

glinice, s obzirom da se mešavina glinice i kriolita topi na 900-9500C, a čista glinica

tek na 20500C. Proces elektrolitičke redukcije:

Al2O3 + 3C = 2Al + 3CO

Električno-redukciona peć za aluminijumRafinacija aluminijuma vrši se ponovnom elektrolizom u posebnim električnim pećima

Električno-redukciona peć za aluminijum

1)metalni plašt 2)ugljena obloga 3)anoda 4)katoda 5)topionički lonac sa čistim Al

• Peć ima dno od ugljenih blokova – katoda. Anoda je od petrol koksa

• Čista glinica se topi na 2050oC, zato joj se dodaje kriolit

• 80% kriolit+20% glinica - tačka topljenja oko 900oC

Aluminijum - osobine

• Aluminijum je srebrnastobele boje

• Gustina 2,7g/cm3

• Temperaturom topljenja 6580C

• Zatezna čvrstoća livenog aluminijuma je 90-120MPa

• Istezanje 30-40%

• Tvrdoća oko 300HB

• Dobar je provodnik električne struje

• Vrlo je mek i plastičan, dobro se kuje i valja u hladnom stanju

• Svojstvo livkosti je nedovoljno

• Zavarivanje i lemljenje je otežano usled stvaranja oksidne skrame - Na

vazduhu aluminijum se brzo zaštićuje od korozije oksidnom skramom Al2O3

• Antikorozioni materijal (primena u avio industriji)

• Vrlo je otporan na dejstvo kiselina (osim sone), ali je slabo otporan na

dejstvo baza

• U morskoj vodi aluminijum se vrlo brzo razara

Aluminijum – upotreba

• U Srbiji nemamo Al, u Crnoj Gori Boksiti – Nikšić

• Za dobijanje 1t Al potrebno je 2t glinice, odnosno 5t boksita pri potrošnji

struje 15.000-20.000kWh – izuzetno velika potrošnja struje

• Zbog velike potrošnje električne energije svaki Al kombinat mora da ima

svoju elektranu za proizvodnju glinice (Crna Gora - elektrana na Pivi)

Upotreba Al

- za proizvodnju legura (oko 63%)

- za izradu delova male mase

- manje u elektrotehnici za vodove visokog napona i dr (oko 12%)

- u metalurgiji (za dezoksidaciju i dr.), zaštitne premaze, ambalažu, posuđe ...

MAGNEZIJUM• dobija se iz ruda:

– karnalit MgCl, magnezit MgCO3, dolomit CaCO3 . MgCO3

– kao i iz morske vode (MgCl2 . KCl . 6H2O)

Pri dobijanju iz hloridnih sirovina, čist MgCl2 se podvrgava elektrolitičkom

topljenju

U slučaju karbonatne sirovine prethodi pečenje, da bi se dobio Mg oksid, koji se

prevodi u hlorid magnezijuma zagrevanjem u struji hlora i u prisustvu ugljenika

Ovako dobijen MgCl2 dalje se podvrgava elektrolitičkom topljenju

Magnezijum – osobine• Najlakši tehnički metal sa gustinom 1,74g/cm3

• Tačkom topljenja 6500C, zateznom čvrstoćom 120-220MPa

• Na vazduhu je nepostojan usled oksidacije, stvarajući oksidnu skramu koja je

porozna - ne prestavlja zaštitu magnezijuma od dalje oksidacije.

• Prema delovanju baza je dosta otporan

• Kiseline i soli ga lako razaraju uz razvijanje vodonika.

• Gori pri povišenoj t (pali se na oko 7000C) oslobađajući veliku količinu toplote.

Magnezijum – primenaMagnezijum ima primenu u vazduhoplovstvu, metalurgiji (za dezoksidaciju, kao

vatrostalni materijal itd.), za izradu kućišta bušilica i brusilica u rudarstvu, da bi

se smanjila masa konstrukcije, zatim za izradu legura i dr

LEGURE OBOJENIH METALA

Legure obojenih metala obuhvataju

• legure teških obojenih i

• legure lakih obojenih metala

• Legure teških obojenih metala najčešće u upotrebi su

• legure bakra i kalaja (Cu-Sn)

• bakra i cinka (Cu-Zn)

• bakra i nikla (Cu-Ni) i dr

Najpoznatije legure bakra su mesing i bronza

Legura bakra - bronza (CuSn)

Bronza je legura bakra sa kalajem (5-20%Sn) i drugim metalima

Prema vrsti metala koji ulazi u ovu leguru imamo: kalajne, aluminijeve,

olovne, silicijumove i manganske bronze.

Bronze se odlikuju znatnom čvrstoćom, otpornošću prema koroziji, dobrom

livkošću i znatnom tvrdoćom

Upotrebljavaju se za livenje armatura, ležišnih posteljica, cevi, žice ...

Legura bakra - mesing (CuZn)

• Sadrži najmanje 50%Cu i Zn od 40-50%Zn

• Najbolja mehanička svojstva ima mesing pri sadržaju cinka oko 40%

(čvrstoća Rm=330MPa pri A=35%)

• Povećanje Zn preko 50% nema nikakvog korisnog dejstva, jer čvrstoća

i plastičnost naglo opadaju

Mesing - osobineZlatnožute do crvenkaste je boje zavisno od sadržaja bakra

Vrste sa manje od 20%Zn su crvenkaste boje - tombak (za izradu čaura

DK)

Kovne vrste mesinga odlikuju se većom čvrstoćom, tvrdoćom i otpornošću

prema hemijskim uticajima

Mesing – upotreba- za armature, mašinske delove, lim, žicu, trake, za ležajeve, elemente

otporne na morsku vodu,

- u metalurgiji praha za razne presovane i sinterovane proizvode i dr.

• Legure aluminijuma obuhvataju vrste sa najmanje 87% aluminijuma i

dodatkom lakih i teških metala

• Odlikuju se malom masom, znatnom čvrstoćom i tvrdoćom, a

pojedine vrste znatnom otpornošću prema koroziji

• Najpoznatije legure Al su duraluminijum, silumin i hidronalijum

Legure aluminijuma

Duraluminijum je najpoznatija kovna legura Al iz grupe Al-Cu-Mg. Osim ovih

elemenata duraluminijum sadrži još i Si i Fe (0,2-0,6%)

Duraluminijum se može termnički poboljšati kaljenjem na temperaturi do 5000C uz

sporo hlađenje u vodi sobne temperature

Ne može se zavarivati

Od korozije se štiti prevlačenjem tankim slojem Al

Upotreba durala: za izradu lakih konstrukcija, raznih mašinskih delova, delove

rudničkih izvoznih koševa i vagoneta, podgradnih stubaca ...

Superduraluminijum je duraluminijum povećane čvrstoće, dobija se nakon

termičke obrade

Silumin je livna legura Aliz grupe Al-Si sa 5-13%Si

Silumin ima odlično svojstvo livkosti. On je najotpornija Al-legura na koroziju.

Nedostatak - poroznost, jer silumin u rastopljenom stanju lako upija gasove.

Hidronalijum je poznata kovna i livna legura aluminijuma iz grupe Al-Mg sa 2,5-

4%Mg (kod kovnih vrsta) i 4-12%Mg (kod livnih vrsta). Otporan je prema koroziji

Upotrebljava se za jače opterećene konstrukcione delove, izložene koroziji slane vode

Legure magnezijuma • obuhvataju legure sa najmanje 89%Mg i dodatkom Al, Zn, Mn i drugih

elemenata, koje se jednim imenom nazivaju elektroni

• Ne mogu se upotrebiti u konstrukcione svrhe, zbog svoje male čvrstoće

• Veliki nedostatak elektrona je mala otpornost na koroziju

• Dobro se obrađuju rezanjem

• Dele se na: elektrone za livenje i elektrone za gnječenje

• U rudarstvu se koriste za livenje kućišta ručnih rotacionih bušilica i dr

MaterijalGranica

elastičnostiIzduženje

Zatezna

čvrstoćaTvrdoća

Modul

elastičnosti

RE, MPa A, % Rm, MPa HB, MPa E, MPa

Čelik 180220 27 500600 14001700 210.000

Dural

(kaljen)80240 3236 260520 6001400 7000075000

Dural

(nekaljen)150370 - 110220 300600 7000075000

Elektron

(livni)60180 2630 240370 550800 46.000

Uporedne mehaničke osobine čelika i nekih lakih legura

SPECIJALNE LEGURE obuhvataju

legure za ležišta

tvrde legure

legure za lemljenje

lako topljive legure i

legure za otpornike

Legure za ležišta ili antifrikcione legurese odlikuju specifičnim osobinama potrebnim za ležišta: mali koeficijent trenja,

dovoljna pritisna čvrstoća, manja tvrdoća od osovine koja se okreće u ležištu, dobra

provodljivost toplote i malo širenje pri zagrevanju

Najpoznatije ležišne legure: beli metali, aluminijumske legure i bronze

Beli metal je legura kalaja i olova sa dodatkom antimona i bakra u cilju povećanja

tvrdoće i nosivosti. Plavičastobele boje. Lako se topi na 230-4000C. Razlikuju se dve

vrste ovih legura i to: kalajni beli metal i olovni beli metal

Aluminijumske legure za ležišta Al-Cu-Si odlikuju se manjom težinom, većom

čvrstoćom i jeftinije su od belih metala

Kalajna bronza sa 90%Cu i 8%Sn je savršena antifrikciona legura Upotrebljava

se za najodgovornije ležajeve, jer podnosi vrlo velike specifične pritiske.

Olovna bronza sa 70-75%Cu i 25-30%Pb upotrebljava se za nalivanje kliznih ležaja

motora sa unutrašnjim sagorevanjem

Tvrde legure

• Sastavljene su od karbida teško topljivih metala

• Odlikuju se velikom tvrdoćom (oko 70-90HRC) koju zadržavaju i pri

povišenoj temperaturi (do oko 10000C).

• Prema načinu proizvodnje i nameni tvrde legure se dele na:

Sinterovane - metalokeramičke

Livene tvrde legure - steliti i

Praškaste tvrde legure

Tvrde legure - Sinterovane tvrde leguresastavljene su od jedinjenja karbida WC, TiC, TaC ... i kobalta Co kao

vezivnog sredstva

Kobalt se ne legira sa navedenim karbidima, nego samo povezuje čestice

karbida u tečnoj fazi, zato se ove legure nazivaju tvrde pseudo legure

U rudarstvu najveću primenu nalaze WC pseudo legure tipa WC-Co

Ove legure sastoje se od zrnaca volfram karbida (WC) povezanih stopljenim

prahom kobalta Co (6-15%Co) kao vezivnog sredstva

WC - tvrdoća po Mosu H=9 daje leguri veliku tvrdoću i otpornost prema

habanju, a Co čvrstoću i žilavost

U pogledu krupnoće karbidne komponente razlikujemo: sitnozrne,

srednjezrne i krupnozrne vrste

Zavisnost savojne čvrstoće i tvrdoće legure od Co i WC

• Tvrdoća legure raste

– sa padom sadržaja Co (d-1(- -)) i

– povećanjem sadržaja WC

• Tvrdoća legure raste s opadanjem krupnoće zrnaca WC (d-2)

• Čvrstoća na savijanje raste sa porastom sadržaja Co (d-1(---)) u leguri

i sa porastom veličine čestica karbidne faze ( d-3)

• Žilavost ovih legura je srazmerno niska

Zavisnost savojne

čvrstoće i tvrdoće

od sadržaja Co

Zavisnost HV tvrdoće

od srednje vrednosti

prečnika zrna WC

Zavisnost savojne čvrstoće

od srednje vrednosti

prečnika zrna WC

Sinterovane tvrde legure – proizvodnja i upotreba• Sinterovane volfram karbidske pseudo legure proizvode se postupcima

metalurgije praha (metalokeramike)

• Najpre se mešavina usitnjenog WC i sprašenog Co ispresuje u kalupima pod

pritiskom 100-420MPa, a zatim peče (sinteruje) u elektropećima na temperaturi

od 1400-15000C

• Pri pečenju dolazi do topljenja Co koji obavija karbidna zrna i tako ih povezuje

• Pločice ovih legura pričvršćuju se za telo alata indukcionim lemljenjem ili

mehaničkim putem - presovanjem

• Ove legure poznate su pod raznim trgovačkim nazivima, kao što su: vidia

(Nemačka), koromant (Švedska), karboloj (SAD), pobedit (Rusija) itd

• U našoj zemlji ih proizvodi "Prvi partizan"-Užice po licenci Švedske firme

Sandvik Coromant

• U rudarstvu se upotrebljavaju za izradu sečiva: bušaćih dleta, kruna, svrdala,

reznih elemenata kombinovanih tunelskih i drugih mašina

Rezni elementi bušaće opreme

za rudarstvo

Tvrde legure - Livene tvrde legure - steliti i

Tvrde legure - Praškaste tvrde legure

Tvrde legure - Livene tvrde legure – steliti

su legure na bazi kobalta Co sa volframom W, hromom Cr i ugljenikom C

Odlikuju se visokom antikorozivnošću i visokom vatrostalnošću do

8000C. Krte su

Proizvode se livenjem u obliku šipki prečnika 5-7mm

Ne mogu se kovati, niti kaliti, već se odlivci doteruju brušenjem na tačne

dimenzije

Tvrdoća stelita iznosi 45-55HRC

Nanose se navarivanjem na čelik i liveno gvožđe radi stvaranja tvrdih i

otpornih površina na habanje (matrice, ventili, kalibri za izvlačenje žice itd)

Tvrde legure - Praškaste tvrde legure

proizvode se u obliku praha sastava: W-C-Si-Fe ili Cr-C-Mn-Si-Fe

Koriste se za navarivanje u cilju stvaranja tvrdih i otpornih površina na

habanje - čeljusti drobilica, zubi bagera itd

Navarivanje tvrdih praškastih legura vrši se elektrolučnim postupkom

Legure za lemljenje

Legure za lemljenje koriste se za spajanje (lemljenje) delova metala i

legura među sobom

Delimo ih na

- meke lemove i

- tvrde lemove

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

3000C

Od mekih lemova najviše su u primeni lemovi od kalaja (Sn) i olova (Pb)

Upotrebljavaju se za spojeve bez velikih naprezanja u eksploataciji

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

5500C. Pri lemljenju daje vrlo čvrste spojeve

Tvrdi lemovi na bazi bakra i cinka (temperatura topljenja 820-9150C)

upotrebljava se za lemljenje mesinga, bronze, bakra i gvožđa

Bakarni lemovi našli su veliku primenu za indukciono lemljene

pločica tvrdih legura kod bušaćih alata za rudarstvo

Lako topljive legure

Legure za otpornike

Lako topljive legure

imaju nisku tačku topljenja (ispod 1000C). Najpoznatije lako topljive legure:

• Rozova (Rose) legura Pb-Sn-Bi temperature topljenja 93,750C i

• Vudova (Wood) legura Bi-Pb-Sn-Cd temperature topljenja 600C

Upotrebljavaju se za osigurače parnih kotlova i električnih vodova, kao

prenosnici toplote u metalnim kupatilima itd.

Legure za otpornike

imaju visoku elektrootpornost, a malu elektroprovodljivost

Upotrebljavaju se za izradu otpornika i grejnih tela električnih peći ...

• Za elektrootpornike temperature do 5000C koriste se legure bakra sa Ni, Mn

i Zn, od kojih su najpoznatije: nikelin, manganin i konstantan

Primenjuju se za otpornike mernih instrumenata, merne trake, mostiće

električnih upaljača itd

• Za otpornike temperature preko 5000 koriste se legure na bazi nikla, hroma,

gvožđa i drugih dodataka, od kojih su najpoznatije: nihron (cekas) i fehral

(kantal). Primenjuju se za otpornike termičkih aparata

OBRADA METALA I LEGURA

1. Obrada livenjem

2. Obrada plastičnom deformacijom

3. Obrada rezanjem - skidanjem strugotine

4. Termička obrada

5. Metalokeramička obrada i

6. Zavarivanje i lemljenje

1. LIVENJE• Postupak se sastoji u tome da se metal ili legura u tečnom stanju uliju u

kalup, u kome hlađenjem očvrsnu dobijajući oblik kalupa

• Najvažnije osobine metala i legura koje dolaze do izražaja pri livenju jesu

stepen livkosti i skupljanje pri hlađenju

• Naročito dobru livkost ima sivo liveno gvožđe, cink, kalaj i olovo, kao i

većina legura obojnih metala. Slabije se lije čelik, aluminijum i bakar

• Skupljanje rastopljenog materijala pri hlađenju znatno je kod mnogih

metala i legura. Zato su kalupi za livenje uvek za onoliko veći za koliko se

dotični materijal skuplja pri hlađenju: za sivo livničko gvožđe 1%, belo

livničko gvožđe do 2,5%, čelik 2%, bronza i mesing 1,5%, itd.

• Greške pri livenju obuhvataju deformisanje odlivka, pukotine i

šupljine, rastresitost i poroznost odlivka, slojevitost i dr

Greške se mogu preduprediti odgovarajućim merama, kao što su: dobrom

izradom kalupa, optimalnim načinom hlađenja odlivka itd

U cilju izbegavanja pojave šupljina usled mehurića u odlivku, naročito

pri livenju čelika, livenje se izvodi u tzv. produženim kalupima, da bi se

šupljine zadržale u ovom delu kalupa, koji se nakon hlađenja odlivka

odreže.

2. OBRADA PLASTIČNOM DEFORMACIJOM• Obrada plastičnom deformacijom metala i legura vrši se preko

granice elastičnosti materijala, da bi predmet trajno zadržao

promenjeni oblik

• Najčešće korišćeni postupci plastičnog deformisanja materijala su:

kovanje, presovanje, valjanje, izvlačenje i istiskivanje

• Plastičnost mnogih metala i legura na običnim temperaturama je

mala, zbog čega je potrebno da se pre plastičnog deformisanja

prethodno zagreju do određene temperature

• Kod nekih obojnih metala i njihovih legura, kao i kod tankih profila,

promena oblika pod pritiskom može se vršiti i u hladnom stanju

• Obrada čelika obično se izvodi pri temperaturi preko 9000C, jer se čelik

najbolje obrađuje u oblasti tzv. čvrstog rastvora

Pravilno zagrevanje ima vrlo važnu ulogu i ono je najpovoljnije između

9000 i 12000C, zavisno od sastava čelika

Što čelik sadrži više ugljenika, to je temperatura obrade niža i obratno

• Obrada aluminijuma, bakra, mesinga, legura magnezijuma ... obično

se izvodi na temperaturi od 500-7500C

2. Obrada plastičnom deformacijom- kovanje

• Kovanje je postupak oblikovanja zagrejanih komada metala i legura

nanošenjem čestih i kratkih udaraca, ograničenih na manju površinu

komada

Radna brzina pri kovanju iznosi 3-10m/sec

Zagrevanje komada namenjenih kovanju vrši se u kovačkoj vatri

ili u specijalnim pećima kod kovanja velikih komada

• U praksi se koristi:

– ručno i

– mašinsko kovanje

• Ručno kovanje se vrši pomoću ručnog čekića i nakovnja na

koji se stavlja materijal pri kovanju

• Mašinsko kovanje se vrši pomoću mašinskih čekića, uz

primenu kovačkih kalupa, što se naročito koristi kod serijske

izrade velikog broja istih komada.

2. Obrada plastičnom deformacijom- presovanje• Presovanje je postupak obrade sličan kovanju, s tom razlikom što je radna brzina

presovanja znatno manja i iznosi 0,01-0,1m/sec

Manjom brzinom rada kod presovanja se postiže sabijanje metala i u

unutrašnjosti komada, dok udarci čekića deluju uglavnom na površinu

komada

• Kod presovanja izostaje jak potres koji se javlja kod težih mašinskih čekića.

Presovanje se obavlja pomoću brzohodih presa (ekscentar presa, frikcionih

presa) ili pomoću sporohodih hidrauličnih presa

Presovanje se najčešće vrši u kalupima – matricama

Kovanje i presovanje u kalupima ima

vrlo široku primenu u metalnoj industriji za

proizvodnju najrazličitijih mašinskih delova,

alata, armatura, okova itd

Primena najčešće kod delova serijske

proizvodnje

U rudarstvu mašinsko kovanje u kalupima

pomoću pneumatskih čekića ima naročito

primenu kod kovanja bušaćih dleta

Kalupi se sastoje iz dva dela, donjeg

izdubljenog dela kalupa matrice - i gornjeg

ispupčenog dela kalupa - patrice

Rasklopni kalup

za kovanje glave bušaćeg dleta

1) matrica; 2) šipka dleta; 3) patrica

2. Obrada plastičnom deformacijom- valjanje

• Sastoji se u tome što se zagrejani čelični blok - ingot propušta između

dva valjka, koji se obrću u suprotnom smeru jedan prema drugom

• Rastojanje između valjaka je manje nego debljina sirovog bloka, pa

valjci prihvataju blok i snažnim pritiskom mu smanjuju presek uz

znatno izduženje i neznatno širenje

• Postupcima valjanja prerađuje se najveći deo savremene proizvodnje

čelika - nosači, železničke i rudarske šine, šipke, debela žica, ploče,

različiti limovi, cevi i drugi specijalni proizvodi

Princip valjanja metala

2. Obrada plastičnom deformacijom- valjanje

šipke bušaćih dleta

Šipke bušaćih dleta proizvode se valjanjem čeličnih cilindara. Razlikujemo

• postupak sa metalnim jezgrom i

• postupak sa peščanim jezgrom

• Kod postupka sa metalnim jezgrom najpre se kroz čelični blok izbuši aksijalno

bušotina i u nju uvuče metalno jezgro, koje se prethodno premaže mazivom.

Cilindar se zatim zagreje na odgovarajuću temperaturu i podvrgne valjanju

pomoću kalibrisanih valjaka za šestougaoni presek

Metalno jezgro se po valjanju izvadi

• Kod postupka sa peščanim jezgrom najpre se izbuši središnja bušotina kroz

čelični blok, koja se napuni kvarcnim peskom i s obe strane začepi. Zatim se blok

izvalja u zagrejanom stanju, čepovi izvuku i pesak izduva

U oba slučaja se na kraju iskiva usadnik i glava dleta.

Valjanje šupljih šipki

za bušaća dleta

a)puni blok

b)izbušeni blok ispunjen peskom

c)kalibrisani valjci

2. Obrada plastičnom deformacijom- valjanje

specijalni profili za rudarske podgrade

• izrađuju se postupkom toplog valjanja, provlačenjem zagrejanog

čeličnog bloka kroz niz kalibrisanih valjaka, koji postepeno

smanjuju presek do završnog oblika (I ili U profil)

• Kalibri mogu biti otvoreni ili zatvoreni

• Otvoreni kalibri koriste se za grubo valjanje, dok se zatvoreni

kalibri koriste za završno valjanje

Kalibrisani valjci za profilisane proizvode

a) redosled deformacija pri valjanju I profila

2. Obrada plastičnom deformacijom- izvlačenje

• Izvlačenje je postupak kod koga se materijal u hladnom stanju provlači

kroz otvor manjeg prečnika, tako da dolazi do smanjenja preseka i

izduženja materijala. Prerađuje se debela valjana žica, šipke itd

• Izvlačenje žice vrši se na mašinama koje se sastoje od bubnjeva za

vuču i otvora za provlačenje, tzv. kalibara. Otvori kalibara su obloženi

izmenljivim okcima od tvrde legure ili industrijskih dijamanata za najtanju

žicu. Kako prilikom izvlačenja žica otvrdne, to se posle provlačenja kroz

više kalibara (sve manjeg prečnika) mora žariti da bi omekšala

• Žica se upotrebljava za izradu električnih provodnika, čeličnih užadi,

eksera (tvrda nežarena žica) itd

Shema uređaja za izvlačenje žice: 1) pomoćni bubanj 2) tabla sa kalibrima za

izvlačenje; 3 ) vučni bubanj; desno:detalj table sa kalibrima

Obrada plastičnom deformacijom- izvlačenje

čelična užad• Čelična užad izrađuju se od žice prečnika

0,8-3,8mm, zatezne čvrstoće 1200-1770MPa

• Žica za užad radi se od visoko ugljeničnog

konstrukcionog čelika i naziva se

"patentirana" žica za užad

• Žičana užad se pletu pomoću naročitih

mašina, pri čemu se najpre ispletu strukovi

od žica (19-37 žica), a zatim strukovi

(najčešće 6) upletu oko središnjeg umetka

(jezgra) užeta

• Mašina za pletenje strukova i užadi sastoji

se od obrtnog bubnja sa kalemovima za žicu,

tj strukove i centrično postavljenog grla u

kome dolazi do uplitanja

• Pri pletenju užeta žice se moraju

podmazivati mazivim mastima za užad,

kako bi svaka pojedinačna žica bila

pokrivena tankim slojem maziva - žice se

štite od korozije i smanjuje unutrašnje trenje

između žica u užetu

Shema uređaja za pletenje užeta:

a)pletenje strukova:

1) centralna žica

2) bubanj za struk

3) kotur sa kalemovima žice

b) pletenje užeta:

1) jezgro od kudelje

2) kalemovi za strukove

3) obrtna "košara“

4) žičano uže

Obrada plastičnom deformacijom- izvlačenje

šavne cevi• Šavne cevi izrađuju se od čeličnih traka koje se savijaju provlačenjem

ugrejane trake kroz levkasti otvor odgovarajućeg prečnika

• Ivice savijene trake se zavare autogenim ili električnim putem. Kod cevi

većeg prečnika (40-300mm) zavarivanje se vrši preklopom ivičnih površina

Izvlačenje čeličnih cevi sa šavom

a) presek izvučene cevi

b) pripremljena traka

c) izvlačenje zagrejane trake

2. Obrada plastičnom deformacijom – istiskivanje

Istiskivanje je postupak koji se koristi za izradu šupljih delova tankih

zidova. Istiskivanje se najčešće vrši u hladnom stanju

Istiskivanje izrezanog komada lima vrši se na presama uz korišćenje

matrice (izdubljenog dela) i patrice (ispupčenog dela)

Ovaj postupak koristi se za izradu delova za automobilsku industriju, posuđa,

čaura za detonatorske kapisle itd

3. OBRADA REZANJEM – SKIDANJEM STRUGOTINE

• Najzastupljenija mašinska obrada

• Mogu se obrađivati kružne i ravne površine

• Vrši se na alatnim mašinama. Alati za rezanje napravljeni od alatnih čelika

• Zavisno od načina obrade razlikuju se: struganje, glodanje, rendisanje,

bušenje, brušenje i sečenje

• Alati sa kojima se vrši obrada mogu biti sa jednim sečivom (noževi), sa

dva i više sečiva (glodala, svrdla itd.) i alati sa velikim brojem nepravilnih

oštrih površina (tocila, brusevi i dr)

Shematski prikaz postupaka za obradu metala skidanjem strugotine:

a) struganje; b) glodanje - frezovanje; c) rendisanje; d) bušenje; e) brušenje

3. Obrada rezanjem - struganje

• Postupak obrade cilindričnih površina na strugu pomoću strugarskih

noževa

• Pri struganju obrće se komad metala koji se obrađuje, a nož se pomera

paralelno osi komada

• Strugarski noževi su različitih konstrukcija u zavisnosti od njihove namene, i

to za grubu i finu obradu, za navoje, za bočnu obradu itd

• Sečivo noža je od brzoreznog čelika ili od navarene pločice tvrde legure

u slučaju obrade izrazito tvrdih materijala

• Na strugu se mogu obavljati mnogobrojne operacije: uzdužna i poprečna

obrada, zasecanje, odsecanje, bušenje, rezanje navoja itd

Vrste

strugarskih

noževa

3. Obrada rezanjem - glodanje - frezovanje

• Postupak obrade na mašini glodalici, korišćenjem obrtnog alata sa

zubima-glodala

• Glodanjem se mogu obrađivati ravne, cilindrične i profilisane površine u

zavisnosti od oblika i vrste glodala (za izradu zupčanika)

• Prema obliku glodala se dele na:

– valjkasta glodala sa ravnim ili spiralnim zubima

– glodala za kanale sa pravim ili kosim zubima i

– profilisana glodala sa zubima različitog profila u zavisnosti od namene

Vrste glodala:

1) valjkasto

2-3) za kanale

4-6) profilisano

u određene

svrhe

3. Obrada rezanjem – rendisanje

brušenje i glačanjeRendisanje

• postupak obrade na mašini rendisaljci, korišćenjem noža koji se kreće

pravolinijski

• Nož aktivno skida strugotinu samo u jednom pravcu, dok pri povratnom

hodu klizi po komadu

• Po obliku noževi za rendisanje su slični strugarskim, ali su veći i teži

• Mašine rendisaljke, zbog sporijeg rada-hoda, upotrebljavaju se uglavnom za

obradu dugačkih komada koji se ne mogu obraditi glodanjem

Brušenje i glačanje (oštrenje)

Najfiniji i najtačniji postupci

obrade skidanjem strugotine, koji

se obavljaju na brusilicama

Brušenjem se mogu obrađivati

cilindrične i ravne površine,

kako spolja tako i iznutra

Brusilice služe i za oštrenje

alata

Oštrenje

monoblok

dleta;

a) kontrolni

šablon

3. Obrada rezanjem – bušenje

• Bušenje se izvodi na mašinama bušilicama, pri čemu se burgija

okreće i pomera u pravcu ose, a komad koji se buši stoji

• Bušenjem mogu se otvarati nove rupe, kao i proširivati izbušene

ili izlivene rupe

• Na bušilicama moguće je i narezivati navoje u izbušenim rupama,

pomoću tzv nareznih burgija

Alati za bušenje:

a) burgija

b) razvrtač cilindrični

i konusni

c) glodač-razvrtač

3. Obrada rezanjem – sečenje

• Vrši se pomoću testere ili makaza, koje mogu imati ručni ili mašinski

pogon

• Često se primenjuje i autogeno sečenje, korišćenjem gorionika nešto

izmenjene konstrukcije uglavnom za sečenje čelika i čeličnih limova

Plamenik za autogeno

sečenje (detalj):

1)kiseonik

2)acetilen+kiseonik