Dijagram Fe – C (Fe – Fe3C)

1

Strukturni dijagram (udio strukture na sobnoj temperaturi)

koncentracija Fe3C: 1 mol C = 12 g 1 mol Fe3C = (3·56 + 12) g (12 : (3·56 + 12)) · 100 = 6.67 % sadržaj Fe3C(S) (za 2.03 %C): x : (2.03 – 0.8) = 100 : (6.67 – 0.8) x = 20.95

2

Mikrostruktura legura željeza

Lamelarni perlit (tamno) i ferit (svjetlo); pov. 500:1

Perlit; čelik s 0.75 %C; pov. 500:1

3

Cementit se izlučuje po granicama kristalnih zrna;

nadeutektoidni čelik; pov. 500:1

4

TTT- dijagrami

- TTT-dijagrami kvantitativno prikazivanje faznih pretvorbi u konkretnom čeliku pri ohlađivanju iz austenitnog područja - ovisno o uvjetima faznih pretvorbi postoje:

- izotermički TTT- dijagrami izotermički uvjeti (T = konst.)

Primjer izotermičkog TTT-dijagrama eutektoidnog čelika

- TTT-dijagrami za kontinuirano ohlađivanje

Primjer TTT-dijagrama podeutektoidnog čelika za kontinuirano ohlađivanje

5

Prokaljivost i zakaljivost čelika

Orijentacijske vrijednosti tvrdoće čelika u ovisnosti o koncentraciji ugljika

u martenzitu i udjelu martenzita u mikrostrukturi čelika

Primjeri raspodjele tvrdoće nakon gašenja čelika

6

Shema položaja pokusnog uzorka pri Jominyjevom pokusu

Jominyjeve krivulje dvaju čelika različite prokaljivosti

7

Kaljenje čelika - kaljenjem se nastoji postići tvrda, pretežno martenzitna mikrostruktura - postupak kaljenja: ugrijavanje uzorka do temperature austenitizacije progrijavanje na maksimalnoj temperaturi gašenje niskotemperaturno popuštanje

8

Poboljšavanje čelika

Dijagram postupka (klasičnog) poboljšavanja čelika

Dijagram postupka izotermičkog poboljšavanja čelika

9

Normalizacijsko žarenje - postizanje ujednačene, sitnozrnate perlitno-feritne mikrostrukture (normalizirana mikrostruktura)

10

Površinsko kaljenje - na površini se postiže tvrdi zakaljeni sloj otporan na trošenje, dok svojstva jezgre ostaju nepromjenjena - indukcijsko kaljenje - plameno kaljenje

Raspodjela temperature i tvrdoće po dubini obratka pri površinskom kaljenju

11

Cementiranje čelika - toplinsko-kemijski postupak obrade čelika promijena kemijskog sastava u površinskim slojevima čeličnih obradaka - postupak cementiranja: pougljičavanje kaljenje s niskotemperaturnim popuštanjem - nakon cementiranja: tvrd površinski sloj, meka i žilava jezgra

Postupak cementiranja čelika s izravnim kaljenjem

Postupak cementiranja čelika s jednostrukim kaljenjem

12

Nitriranje čelika - toplinsko-kemijski postupak obrade čelika - dušik difundira u površinske slojeve obradaka - za otvrdnjavanje nije potrebno gašenje

13

Statički vlačni pokus - elastično i plastično ponašanje materijala u uvjetima jednoosnog statičkog vlačnog naprezanja - standardni pokusni uzorak:

dL

F

00

F

000 5655 dS.L =⋅= 000 10311 dS.L =⋅=

4

20

0π⋅

=dS - pokusni uzorak kružnog poprečnog presjeka

- pokusni uzorak četvrtastog p.p. baS ⋅=0

- kidalica – kontinuirano vlačno opterećenje pokusnog uzorka do loma - mjeri se odnos sila - produljenje ⇒ dijagram ''sila (F) – produljenje (ΔL)''

L, mm

F, NFm

Lu

FkFe

Fe - sila razvlačenja ili tečenja Fm - maksimalna sila Fk - konačna sila pri kojoj dolazi do loma L0 - početna mjerna duljina pokusnog uzorka Lu - konačna mjerna duljina ∆Lu - produljenje nakon kidanja

∆Lu = Lu – L0, mm

14

RehRkRm

σkon

v, N

/mm

e

2

Rel

- dijagram ''sila – produljenje'' ⇒ dijagram ''naprezanje – deformacija'' - konvencionalni dijagram σ – e

- konvencionalno naprezanje:

2

0mm/N,

SF

konv =σ

- relativno produljenje (inženjerska deformacija):

0LLe Δ

=

Vlačna čvrstoća, Rm- naprezanje kod maksimalne sile

2

0mm/N,

SFR m

m =

Konačno naprezanje, Rk- naprezanje kod kojeg dolazi do loma

2

0mm/N,

SFR k

k =

Istezljivost materijala, A

%L

LLA u 1000

0 ⋅−

=

Kontrakcija, Z

%S

SSZ u 1000

0 ⋅−

=

Su - površina p.p. na mjestu loma

15

Granica razvlačenja, Re

2

0mm/N,

SFR e

e =

- gornja granica razvlačenja ehR - donja granica razvlačenja elR

e

σRp0,2

0.2 %

Rp - konvencionalna granica razvlačenja Rp0,2 = naprezanje koje će nakon rasterećenja u materijalu ostvariti određenu plastičnu deformaciju (0.2 % početne mjerne duljine)

- u području elastičnih deformacija vrijedi Hookov zakon: εσ ⋅= E ; E - modul elastičnosti

2mm/N,tgEεσα ==

16

Ispitivanje udarne radnje loma

- ponašanje materijala u uvjetima udarnog opterećenja - Charpyjev bat - standardni pokusni uzorak četvrtastog poprečnog presjeka s utorom => višeosno stanje naprezanja u korijenu utora - vrijednost udarne radnje loma pokazuje da li će se materijal ponašati žilavo ili krhko u uvjetima udarnog opterećenja

rα1 α2

h1 h2- vrijednosti udarne radnje loma utvrđene pokusnim uzorcima različitih utora mogu se samo kvalitativno uspoređivati (ne mogu se izravno koristiti u proračunima sigurnosti konstrukcija) - udarna radnja loma je energija potrebna da se Charpyjevim batom jednim udarcem prelomi pokusni uzorak ili da se kod vrlo žilavih materijala pokusni uzorak pri udaru bata savije, nakon čega prođe kroz otvor između oslonaca ( ) )Nm(J,coscosrgm)hh(gmU 1221 αα −⋅⋅⋅=−⋅⋅=

r - duljina klatna, r = 820 mm m - masa bata, m = 20 kg h1 - početna visina bata, m h2 - visina bata nakon udarca, m

8±0,

06

27,5±0,42

10±0

,1

55±0,6

r=0,25

45°

- pokusni uzorci:

ISO-V pokusni uzorak - udarna radnja loma za ISO-V uzorak izražava se s KV = U

17

θ, °C

KV, J

a

b

c

55±0,6

10±0

,1

27,5±0,422±0,14

r=1±0,07h

DVM pokusni uzorak - udarna radnja loma za DVM uzorak izražava se s KU = U

- ovisnost udarne radnje loma o temperaturi

a – područje krhkog loma b – područje mješovitih lomova c – područje plastičnog loma

18

Ispitivanje tvrdoće materijala - tvrdoća = otpornost materijala prema prodiranju drugog, znatnije tvrđeg tijela - tvrdoća – u korelaciji s drugim mehaničkim svojstvima - tvrdomjer - osnovni princip mjerenja: mjerenje veličine ili dubine otiska

d

D

F

1. BRINELLOVA METODA - utiskivač: kuglica od zakaljenog čelika (rjeđe od tvrdog metala) - mjera tvrdoće: HB

( )22

2

2040

1020

dDDD.FHB

mm,hDSS.FHB

−−⋅⋅

⋅=

⋅⋅=

⋅=

π

π

F - primjenjena sila, N D - promjer kuglice, mm S - površina otiska (kalote), mm2

h - dubina otiska, mm d - promjer otiska, mm

- primjenjuje se za ispitivanje tvrdoće mekših materijala 2. VICKERSOVA METODA - utiskivač: dijamantni šiljak oblika četverostrane piramide (s kutem 136 °)

F

h

d2

d1

- mjera tvrdoće: HV

218901020

d.F

S.FHV ⋅

=⋅

=

221 ddd +

=

F - primjenjena sila, N S - površina otiska, mm2

d1, d2 - dijagonale otiska, mm - primjenjuje se za ispitivanje tvrdoće mekših i tvrđih materijala (metoda je preciznija od Brinellove metode)

19

3. ROCKWELLOVA METODA Ispitivanje po C metodi:

h

F

- mjera tvrdoće: HRC

h1 (u

z F0

)h3

(uz

F0)

h2 (u

z Fu

)

h

HRC = 100 – 500 ⋅h h - dubina otiska, mm

metoda C B mjera tvrdoće HRC HRB oblik utiskivača stožac s kutem 120° kuglica promjera 1.5875 mmmaterijal utiskivača dijamant kaljeni čelik F0 (početna), N 98 F1(glavna), N 1373 882 Fu(ukupna), N 1471 980 utvrđivanje tvrdoće 100 – 500 ⋅h 130 – 500 ⋅h - područje primjene: HRC = 20…70 - za tvrđe materijale (npr. kaljeni čelik) HRB = 35…100 - za mekše materijale (npr. normalizirani čelici, Cu-

legure)

20

Metode ispitivanja materijala bez razaranja

Ispitivanje ultrazvukom - metoda prozvučivanja -> odašiljanje zvučnih valova kroz materijal - ultrazvuk su elastomehanički titraji nekog medija; f = 0,5 - 6 MHz

određivanje veličine, položaja i orijentacije vanjske stijenke materijala i pogreške

- ravna ili kosa ultrazvučna glava - nailaženje na vanjsku stijenku ili pronađena pogreška prikazani su u obliku vertikalnog impulsa čija je visina proporcionalna veličini pogreške - akustička impendancija (dinamički otpor medija) - konstanta materijala - odbijanje ultrazvučnog vala od prepreke (vanjska stijenka, pogreška) zbog velike razlike akustičkih impendancija ispitivanog materijala, zraka (vanjska stijenka) ili nekog drugog materijala (pogreška) - brzina širenja zvuka u materijalu udaljenost prepreke od izvora i prijemnika (sonda) položaj pogreške u odnosu na izvor - prednosti metode:

- područje debljina ispitivanog predmeta je neograničeno - dovoljan je pristup predmetu kontrole samo s jedne strane - provođenje kontrole je bezopasno i ne zahtijeva zaštitna sredstva - osjetljivost metode je visoka, a pronalaženje pogrešaka jednostavno - metoda je relativno neosjetljiva na uvjete okoline (temperatura, vlaga)

21