14. ELJEZO I NJEGOVE LEGURE

Prema internacionalnom dogovoru legure eljeza se dijele u zavisnosti od sadraja ugljika na:

metal eljezo (Fe), sa neznatnim sadrajem ugljika i drugih primjesa,

elike, legure eljeza sadrajem ugljika od 0,025 do 2,11 %,

gvoa, legure eleza sa sadrajem ugljika preko 2,11 %. Tehniko eljezo koje se proizvodi u industriji ima do 0,012 % C i do 0,12 % primjesa. To je jako mek i plastian metal sa mehanikim osobinama slinim bakru. Proizvodnja tehnikog eljeza je skupa i ono se upotrebljava samo u posebne svrhe. U industriji znatno veu primjenu imaju legure eljeza: elici i gvoa. elici imaju velike prednosti pred ostalim materijalima koji se koriste u industriji:

proizvodnja elika je relativno jednostavna, uz utroak energije koji je znatno nii od utroka za proizvodnju drugih mainskih materijala,

elik se moe dobro oblikovati svim poznatim tehnolokim postupcima,

odgovarajuim legiranjem moe se postii dobra koroziona i hemijska postojanost, otpornost na visokim temperaturama i sl.

Legiranjem i termikom obradom mogu se eliku mijenjati osobine u irokim granicama. Na primjer, zatezna vrstoa moe da se kree od 200 do 3000 N/mm2, tvrdoa od 50 do 1200

HB ili specifini elektrini otpor od skoro 0 do 12,5 m/mm2 . Gvoda su legure sa vie od 2,11 % C. Mehanike osobine gvoa su slabije od mehanikih osobina elika. Meutim, gvoa imaju bolju livkost od elika ali nisu podesna za obradu plastinom deformacijom. Skoro cijela proizvodnja bijelog gvoa se prerauje u elik, a samo male koliine se oblikuju livenjem u tvrdi i temper liv. Sivo gvoe slui za izradu odlivaka iz sivog liva. eljezo i njegove legure (u prvom redu elik) uestvuju sa oko 90 procenata u svjetskoj proizvodnji metala, uglavnom zbog njihove kombinacije dobre vrstoe, ilavosti i plastinosti pri relativno maloj cijeni. Zbog irokog opsega mehanikih, fizikih i hemijskih svojstava, eljezne legure su od svih drugih metala i legura najvie koriteni materijali u svim oblastima mainstva: u automobilskoj industriji, brodogradnji, za izradu svih vrsta elinih konstrukcija, u mostogradnji, za izradu elemenata maina (zupanici, vratila, osovine, zavrtnji, opruge, ...), za izradu eljeznikih ina, kao i u mnogim drugim oblastima industrije. 14.1. Proizvodnja gvoa i elika

Sirovina za dobijanje sirovog gvoa sastoji se od tri materijala: rude eljeza, krenjaka i koksa. Ovim materijalima se kontinuirano puni visoka pe, koja se zatim ari na temperaturu od 1.650 C. U visokoj pei obavlja se redukcija eljezne rude sa ugljikom po jednainama koje su date na slici 14.2. Sirovo gvoe iz visokih pei ima priblian hemijski sastav: 4,0% C, 1,5% Si, 1,0% Mg, 0,04% S i 0,4% P. Sirovo gvode iz visokih pei dalje se prerauje u elik.

Zona pregrijavanja i isparavanja H2O Zona indirektne redukcije: 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 FeO + CO Fe + CO2 Zona naugljenienja i direktne redukcije: Fe + 2CO Fe3C + CO2 Direktna redukcija: Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO Fe3O4 + 4C 3Fe + 4CO C + CO2 2CO

Slika 14.1. ematski prikaz procesa dobijanja sirovog gvoa u visokoj pei

Materijalni bilans visoke pei:

Zasip za visoku pe

Koliina Produkti visoke pei

Koliina

t % t %

Fe ruda Fe strugotina Koks Krenjak Suhi zrak Valga u zraku

1,904 0,078 0,850 0,286 2,892 0,020

31,6 1,3

14,1 4,7

48,0 0,3

Gvoe Troska Visokopeni plin Vlaga u plinu Praina u plinu Razlika u bilansu

1,000 0,540 4,070 1,126 0,286 0,003

16,51 8,95

67,47 2,08 4,93 0,06

UKUPNO 6,030 100,0 UKUPNO 6,030 100,00

Proizvodnja elika u sutini se sastoji u preiavanju sirovog gvoa iz visokih pei smanjivanjem procenta ugljika, silicijuma, mangana i drugih elemenata kao i kontrolu njihovog sastava dodavanjem razliitih hemijskih elemenata. Rastopljeno sirovo gvoe prerauje se u elike na jedan od tri naina:

Simens-Martinovim peima,

elektro peima,

konvertorima. Simens-Martinove pei su plitke plamene pei sa regenerativnim predgrijavanjem plina i zraka. Grade se kao fisne i pokretne, a mogu preraivati teno ili vrsto bijelo gvoe, kao i staro gvoe. ematski prikaz Simens-Martinove pei dat je na slici 14.2.

Legenda: 1- plamena pe sa otvorenim loitem, 2- regeneratori toplote, 3- otvor za ulaz gasa, 4- otvor za ulaz vazduha u pe, 5- mjesto paljenja smjee gasa i vazduha, 6- plamen lie iznad metala u pei, 7 i 8- otvori za odvod sagorelih gasova i plamena u regeneratore toplote i 9- dimnjak

Slika 14.2. ematski prikaz Simens-Martinove pei elici proizvedeni u elektro peima. Kao izvor toplote u elektro peima koristi se konstantan elektrini luk koji se stvara izmeu ugljenih elektroda i istopljenog materijala (direktni luk), slika 14.3a., ili izmeu dvije ugljene elektrode (indirektni luk), slika 14.3b. Temperatura koja se ovdje razvija je oko 1.925 C. Kapacitet ovih pei je 60 - 90 tona elika na dan. Pored sirovog gvoa prerauje se i staro gvoe. Za manje koliine koriste se i elektroindukcione pei, slika 14.3c.

Slika 14.3. ematski prikaz tri tipa elektrinih pei: (a) direktni luk, (b) indirektni luk i (c) indukciona

elici iz konvertora. Ovo je jedan od najrasprostranjenijih postupaka za preradu sirovog gvoa u elike. Konvertori su velike posude krukastog oblika, izraene od elinog lima i ozidane vatrostalnim materijalom. Rafinacija se vri produvavanjem zrakom (Besemerov) ili istim kisikom (LD konvertor), slika 14.4., pri emu izgara najprije Si, pa Mn, onda C i na kraju P. Pri tome moe da izgori i do 12 % uloka. Ovaj postupak za dobijanje elika je veoma brz, sakapacitetom i do 250 tona za 30 - 35 minuta. Konvertori se pune sa oko 200 tona sirovog gvoa i oko 90 tona starog gvoa. Ovaj postupak obezbjeuje dobar kvalitet elika sa vrlo malim procentom neistoa.

Slika 14.4. ematski prikaz Bessemer-ovog konvertora (a) i LD konvertora (b)

Vakuumske pei. U ovim peima elik se pretapa u vakuumu. U ovom procesu prerade sirovog gvoa iz rastopljenog metala uklanjaju se svi gasovi tako da ovaj elik ima veoma visok kvalitet. Gasovi rastvoreni u eliku imaju znatan uticaj na kvalitet elika. Zaostali gasovi utiu na homogenost materijala i ujednaenost mehanikih svojstava. Naroito je jak negativan uticaj gasnih mjehura u eliku na ilavost, dinamiku vrstou i plastinost. U zavisnosti od kolime zaostalih gasova u procesu ovravanja razlikujemo tri tipa ingota:

umireni,

poluumireni i

neumireni. Umireni elici su potpuno dezoksidisani poto je kiseonik udaljen i poroznost eliminisana. U procesu dezoksidacije rastvoreni kiseonik u rastopljenom eliku stupa u reakciju sa elementima kao to su: Al, Si, Mn i V. Ovi elementi imaju afinitet prema kiseoniku i formiraju okside. Oksidni ukljuci se uklanjaju iz rastopljenog metala. Kako se metal skuplja u toku ovravanja kod ingota ovoga tipa na vrhu se stvara upljina Ijevkastog oblika. Ovaj dio ingota kasnije se odstranjuje sjeenjem. Umireni elici imaju homogenu strukturu bez upljina, ujednaena hemijska i mehanika svojstva, bolju dinamiku vrstou bolje se zavaruju, bolje termiki obraduju; veoma su pogodni za rad na niskim temperaturama. Poluumireni elici su djelimino dezoksidisani. Oni sadre manju poroznost i to obino u vrhu centralnog dijela ingota, sa malom upljinom zbog skupljanja ili bez nje. Ova upljina kod poluumirenih elika je manja, zato to se kompenzuje poroznou u tom dijelu ingota. Proizvodnja poluumirenih elika je veoma ekonomina, slika 14.5.

Slika 14.5. Struktura ingota: a) neumiren, b) poluumiren, c) umiren

Neumireni elici imaju mali sadraj ugljika i silicijuma (manji od 0,15%), gasovi su djelimino odstranjeni. Oni se kontroliu dodavanjem hemijskih elemenata kao to je aluminijum. Gasovi formiraju mjehure du spoljne strane ingota. Neumireni elici imaju mek povrinski sloj koji omoguava obradu deformacijom na hladno. Prisustvo gasova smanjuje ilavost, dinamiku vrstou, sposobnost zavarivanja i poveavaju sklonost ka starenju. U poredenju sa umirenim elicima oni su slabijeg kvaliteta i koriste se za izradu limova i ipki obradom deformacijom na hladno. Proizvodi od neumirenih elika mogu imati greke i treba ih kontrolisati.

Prisustvo neistoa, raznih ukljuaka u elicima jako negativno utiu na svojstva elika. Uklanjanje svih neistoa iz elika utie na poveanje i ujednaavanje svojstava. Preiavanje je veoma vaan postupak za dobijanjc elika visokog kvaliteta koji se koristi za odgovorne dijelove kao to su vratila, osovine, zupanici i dr. Preiavanje elika obino se vri pretapanjem i metalurkim procesima koji se odvijaju u vakuumu. Neki od postupaka koji koriste kontrolisanu atmosferu jesu:

topljenje elektronskim snopom,

AOD postupak (argon - oxvgen decarburization),

pretapanje elektrinim lukom u vakumu

pretapanje pod troskom. Teni elik iz konvertora se lije u nepokretne kalupe (kokile) ili se kontinuirano lije u duge gredice od kojih se periodino odsjecaju dugi segmenti. U posljednje vrijeme, priblino oko 40% sirovog elika kontinuirano se lije i oekuje se da e ovaj procenat rasti u slijedeim godinama. Ovaj proces ima niz prednosti u poredenju sa livenjem ingota, dobijaju se istije povrine; zbog velike brzine hlaenja dobijeni elik ima sitnozrniju strukturu; manju neujednaenost hemijskog sastava du uzdune ose odlivka. Poslije odlivanja ingoti se zagrijavaju u dubinskoj pei i toplo valjaju u slabove, gredice i blumove. Slabovi se naknadno toplo i hladno valjaju u eline tanke i debele limove. Gredice se toplo i hladno valjaju u ipke, meufaznu icu i finalnu icu, dok se blumovi toplo i hladno valjaju u takve oblike kao to su I-profili i ine. Na slici 14.6. data je ema tehnolokog procesa koja saeto prikazuje osnovne faze procesa koje su ukljuene u pretvaranje sirovih materijala u glavne oblike elinih proizvoda.

Slika 14.6. ema tehnolokg procesa koja pokazuje osnovne faze procesa

ukljuene u pretvaranje sirovih materijla u polufabrikate 14.2. Uticaj prateih i legirajuih elemenata na osobine elika elicima nazivamo leguru eljeza sa ugljikom i drugim elementima, sa sadrajem ugljika do 2,11%. elici kod kojih odluujui uticaj na strukturu i svojstva ima sadraj ugljika nazivaju se ugljenini elici (nelegirani). Pored ugljika ovi elici sadre i jedan broj stalnih prateih

elemenata kao to su: Mn (do 0,8%), Si (do 0,6%), S i P (do 0,04%) i odreenu koliinu gasova O2, H2, N2. U ovim elicima esto se u manjim koliinama sreu i drugi sluajni pratioci kao to su: Cr, Ni, V, Mo, W, Ti, Al i dr. Maksimalni sadraj ovih pratilaca dat je u tabeli 14.1. i u ovim koliinama oni ne mijenjaju svojstva elika odreena sadrajem ugljika.

Tabela 14.1. Sadraj hemijskih elemenata u eliku koji se ne smatraju legirajuim

Hemijski element

Si Mn Cr Ni W Mo V Co Ti Cu Al

Sadraj % manje od

0,60 0,80 0,30 0,30 0,10 0,08 0,01 0,10 0,05 0,04 0,10

14.2.1. Uticaj prateih elemenata na osobine elika Osim ugljika u ugljeninim elicima su uvijek prisutni i silicijum, mangan, sumpor i fosfor. To su takozvani pratei elementi ili primjese. Slicijum U eliku se kao primjesa nalazi do 0,6%. Razlog prisustva silicijuma u eliku je kisela obloga pei u kojima je elik dobijen, a takoe i dezoksidacija elika ferosilicijumom (poto je silicijum efikasno dezoksidaciono sredstvo). Ako se dezoksidacija ne izvodi nekim drugim elementima kao to su Al i Mn, potpuno dezoksidisani ili umireni elik sadri 0,2-0,5% Si, poluumireni 0,1% Si, a neumireni manje od 0,02% Si. elici liveni u ingotima mogu biti neumireni, poluumireni i umireni, dok su kontinualno liveni elici zbog specifinosti livenja umireni ili eventualno poluumireni. elici koji sadre vie od 0,3% C su uvijek umireni.

Rastvorljivost silicijuma u -eljezu je velika i na sobnoj temperaturi iznosi do 14%. Zato ugljenii elik sa Si < 0,6%, ne stvara posebnu fazu u strukturi elika, ve se potpuno rastvara u feritu, gradei supstitucijski vrsti rastvor. Silicijum ima veliki afinitet prema kiseoniku, gradei sa njim kristalni oblik SiO2, ili amorfni koji se naziva staklo. Silicijumdioksid, SiO2, lako stvara silikate sa drugim oksidima, kao to su: MnO x SiO2, 2MnO x SiO2, 3Al2O3 x 2SiO2, 3MnO x Al2O3 x 3SiO2 itd. Ti silikati mogu biti prisutni i u elicima. Jednim imenom se nazivaju silikatni nemetalni ukljuci. Koliina, raspored i veliina nemetalnih ukljuaka imaju veliki uticaj na kvalitet elika, pa se prisustvo nemetalnih ukljuaka u eliku ograniava. Mangan Nelegirani ugljenini elici mogu da sadre do 0,8% Mn koji se u rastopljeni elik dodaje radi dezoksidacije, a prije svega radi odsumporavanja pri emu se stvara mangan - sulfid (MnS). Ferit moe da rastvara do 10% Mn te se u koliini do 0,8%, koliko ga ima u ugljeninim elicima, mangan ne izdvaja kao posebna faza, ve sa feritom gradi supstitucijski vrsti rastvor. Takoe, mangan se rastvara i u cementitu gradei mjeoviti karbid tipa cementita (Fe Mn)3C. U strukturi elika mangan se javlja u vidu sulfidnih (MnS), oksidnih globularnih (MnO) i kompleksnih silikatnih (MnO vezan sa SiO2) nemetalnih ukljuaka. Ugljenini elici sa sadrajem mangana blizu granine vrijednosti od 0,8% nisu osjetljivi na pojavu krtosti, zbog vezivanja sumpora u eliku u vidu MnS koji ima visoku taku topljenja. Sumpor Sumpor je u eliku tetna primjesa, pa se zajedno sa fosforom naziva neistoa. elici iz konvertora sadre vie sumpora (max. do 0,065%), dok su elici pretopljeni pod ljakom

najistiji i sadre do 0,005% S. Sumpor se na sobnoj temperaturi ne rastvara u eljezu, ve se javlja u obliku jedinjenja eljezo-sulfid (FeS). Dodavanjem mangana, kao sredstva za odsumporavanje dolazi do reakcije:

FeS + Mn MnS + Fe

Vezivanje sumpora prisutnog u eliku, u obliku MnS, otklanja mogunost loma u crvenom aru, te se omoguava obrada elika plastinim deformisanjem u intervalu 900 -1.150 C. MnS ne utie na promjenu zatezne vrstoe, ali smanjuje dinamiku vrstou, olakavajui fazu stvaranja zamorne mikroprsline. Za razliku od ostalih nemetalnih ukljuaka, sulfidni nemetalni ukljuci se relativno dobro plastino deformiu, kako na toplo, tako i na hladno, te se izduuju u vidu nizova. Prema sadraju sumpora elici se dijele na:

obine, sa maksimalnim sadrajem sumpora do 0,065%,

kvalitetne, sa maksimalnim sadrajem sumpora do 0,045%,

plemenite, sa maksimalnim sadrajem sumpora do 0,035%,

visoko kvalitetne, sa maksimalnim sadrajem sumpora do 0,02%,

ultra iste (premijum) elike, sa maksimalnim sadrajem sumpora do 0,007%, Posebna grupa su elici za automate u kojima se sadraj sumpora kree od 0,2 do 0,5%, zbog ega se eliku usljed poveanja sadraja MnS poveava obradljivost rezanjem i omoguava stvaranje krte i kratke strugotine. Fosfor Fosfor u elik dolazi preko sirovih gvoa, koja se koriste za dobijanje elika. Sadraj fosfora u eliku zavisi od postupka dobijanja. elici sadre obino do 0,065% P. Samo u nekim vrstama elika moe biti prisutan vei sadraj fosfora (do 0,3%). Kako vrsti rastvor eljeza na sobnoj temperaturi moe da sadri priblino 0,6 % P, onda se sav fosfor prisutan u eliku nalazi u vrstom rastvoru, ne stvarajui posebnu fazu Fe3P. Faza Fe3P javlja se jedino u sivom livenom gvou. 14.2.2. Uticaj legirajuih elemenata na osobine legiranih elika elici koji osim ugljika i prateih elemenata sadre i druge, namjerno dodate elemente, nazivaju se legirani elici. Prema sadraju legirajuih elemenata, razlikuju se niskolegirani elici, kod kojih je ukupni sadraj svih legirajuih elemenata do 5% i visokolegirani elici, kod kojih je zbirni sadraj svih legirajuih elemenata vei od 5%. Legiranje elika se vri da bi se dobio vei efekat rastvarajueg ojaavanja, zatim zbog stvaranja karbida legirajuih elemenata, poveanja kaljivosti i prokaljivosti, korozione postojanosti, itd. U principu, niskolegirani elici imaju iste osobine kao i ugljenini elici, samo to su prema vrsti i koliini legirajuih elemenata izvjesne poeljne osobine poboljane ili su odreene nepoeljne osobine oslabljene. Glavne prednosti niskolegiranih elika su: bolja prokaljivost, vea postojanost pri otputanju, manja sklonost ka deformaciji i stvaranju pukotina pri termikoj obradi, vea ilavost pri istoj vrstoi, via granica teenja pri propisanoj vrstoi ili tvrdoi, poveana granica elastinosti, a time i dinamika vrstoa, vea vrstoa na povienim temperaturama.

Strukturno gledano, ne postoji razlika izmeu niskolegiranih i ugljeninih elika. Nastaju isti mikrokonstituenti kao kod ugljeninih elika, dakle: -ferit, austenit, ferit, perlit, karbidi tipa cementita, beinit, martenzit i zaostali austenit.

Tabela 14.2. Uticaj legirajuih elemenata na osobine elika

LEG

IRA

JU

I

ELEM

ENT

MEHANIKE OSOBINE TEHNOLOKE I DRUGE OSOBINE

Tvrd

oa

vr

sto

a

Gra

nic

a

razv

lae

nja

Izd

ue

nje

Ko

ntr

akci

ja

ila

vost

Elas

tin

ost

Stab

iln. p

ri

viso

k.te

mp

.

Brz

ina

hla

en

ja

Form

iran

je

karb

ida

Otp

orn

ost

na

hab

anje

Spo

sob

no

st z

a

kova

nje

Spo

sob

no

st z

a

reza

nje

Nas

tan

ak o

kujin

e

Spo

sob

no

st

nit

rira

nja

Otp

orn

ost

na

koro

ziju

Si -- -- -- Mn u perl..

-- -- -- -- -- -- -- --

Mn u aust..

-- -- -- -- -- -- -- --

Cr -- Ni u

perl.. -- -- -- -- -- -- --

Ni u aust..

-- -- -- --

Al -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- W -- -- -- V -- -- --

Co -- -- -- -- -- Mo -- -- Cu -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- S -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- P -- -- -- -- -- -- -- -- C -- -- -- -- -- -- --

Objanjenje: - Poveava, - Sniava, -- Nema uticaja ili nepoznato, Vie strelica intenzivniji uticaj Visokolegirani elici esto imaju specijalne osobine, koje ugljenini i niskolegirani elici nemaju. To su koroziona postojanost u razliitim sredinama, otpornost prema oksidaciji na povienim temperaturama (vatrootpornost), sposobnost rezanja pri crvenom usijanju, nemagnetinost, specifine elektrine i magnetne osobine itd. U veini sluajeva mikrostruktura im je specifina i razlikuje se od ugljeninih i niskolegiranih elika. 14.2.2.1. Raspodjela legirajuih elemenata u eliku Legirajui elementi se mogu u eliku: 1. nalaziti u slobodnom obliku; 2. rastvarati u eljezu i graditi vrste rastvore; 3. rastvarati u Fe3C ili stvarati slobodne karbide; 4. stvarati intermetalna jedinjenja ili jedinjenja sa nemetalima. Elementi koji se javljaju u slobodnom obliku kao posebna faza su elementi koji se ne rastvaraju u eljezu, a to su olovo, srebro i rutenijum. Kao legirajui elementi rijetko se primjenjuju. Izuzetak je olovo, koje se dodaje elicima radi poboljanja obradivosti rezanjem na automatima.

Legirajui elementi se rastvaraju u feritu i austenitu, gradei supstitucijski i intersticijski vrsti rastvor. Pored ugljika, koji je osnovni intersticijski legirajui elemenat eljeza, intersticijski vrsti rastvor grade jo B i N. Sa druge strane, supstitucijski vrsti rastvor grade Ni, Si, Co, Cu, P, kao i karbidotvomi elementi: Nb, W, V, Mo, Mn, Cr, Ti, koji iako imaju vei afinitet ka stvaranju karbida, ipak se jednim dijelom rastvaraju u feritu i austenitu. Elementi koji grade samo supstitucijski vrsti rastvor, kao to su: Ni, Si, Cu i Co, ne grade stabilne karbide, ve sa izuzetkom Co, pomau razlaganje cementita na eljezo i grafit. Karbide u eliku stvaraju samo oni elementi koji se u Periodnom sistemu elemenata nalaze lijevo od eljeza, slika 14.6.

22 Ti 2

23 V 3

24 Cr 4

25 Mn 5

26 Fe 6

40 Zr 2

41 Nb 3

42 Mo 4

72 Mf 2

73 Ta 3

74 W 4

Slika 14.6. Poloaj legirajuih elemenata u periodnom sistemu Karbidi se obino dijele na dvije grupe. U prvoj grupi su karbidi legirajuih elemenata, kod kojih je odnos radijusa atoma ugljika Rc prema radijusu atoma metala RM manji od 0,59, tj. RC/RM < 0,59. Opta formula ovih karbida je MC. Ovakve karbide stvaraju: V, Ti, Nb, Zr i Ta i to su karbidi: VC, TiC, NbC, ZrC i TaC. Svi ovi karbidi su vrlo postojani i teko se pri zagrijavanju rastvaraju u austenitu, imaju visoku temperaturu topljenja i veliku tvrdou. Ovi karbidi ne rastvaraju eljezo. Druga grupa obuhvata karbide Mn, Cr i Fe. Kod ove grupe karbida, odnos je RC/RM > 0,59. Opta formula je M3C, M23C6 i M7C3. To su manje postojani karbidi, lake se rastvaraju u austenitu, a mogu rastvarati eljezo i druge elemente. Mo i W stvaraju karbide tipa M2C i M6C, kao posebne karbide i karbide tipa Fe3M3C, koji se nazivaju dvojni karbidi. Pri sporom hlaenju stvaraju se karbidi prvog tipa koji sadre vie molibdena ili volframa, a pri brzom hlaenju karbidi drugog tipa. Kod niskolegiranih elika, ne stvaraju se posebni, ve mjeoviti karbidi tipa cementit, koji se naziva legirani cementit (FeMn)3C i (FeCr)3C. Pri veem sadraju legirajuih elemenata, moe izmeu eljeza i legirajueg elementa nastati intermetalna jedinjenja, npr. FeCr, Fe3W2, Fe2W, Fe3Mo2, FeMo, FeV, Fe3Ti, Fe2Si2. Isto tako, legirajui elementi mogu stvarati jedinjenja sa nemetalima: MnO, SiO2, TiO2, Al2O3. Ovakva jedinjenja se tretiraju kao nemetalni ukljuci. 14.2.2.2. Uticaj legirajuih elemenata na i podruje lako svaki legirajui elemenat sa eljezom i ugljikom stvara sistem trojnih legura, to odreuje potrebu koritenja trojnih sistema, Wever je uticaj legirajuih elemenata na Fe Fe3C sistem pojednostavio i podijelio u etiri kategorije:

1. Elementi koji otvaraju -podruje. To su: Mn, Ni, Co, Ru, Pa, Os, Ir i Pt. Mangan i nikl, kao najznaajniji legirajui elementi ove grupe, kada su prisutni u eliku u velikim koliinama potpuno eliminiu postojanje -faze, i zamjenjuju je -fazom na sobnoj temperaturi. To znai da je transformacija , odnosno temperature A3 i A1, su pomjerene ka niim temperaturama. elici zbog legiranja sa Ni i Mn, mogu imati mikrostrukturu austenit na sobnoj temperaturi. Takvi elici se nazivaju austenitni elici, slika 14.7a.

2. Elementi koji proiruju podruje. Najvaniji elementi ove grupe su C i N. Pored njih, isti efekat imaju Cu, Zn i Au. Svi zajedno pokazuju ogranienu rastvorljivost, slika 14.7b.

3. Elementi koji zatvaraju podruje. To su elementi koji se potpuno rastvaraju u -eljezu, stvarajui -petlju, i omoguuju postojanje kontinuiteta izmedju i faze. elici koji u strukturi imaju samo fazu, nazivaju se feritni elici, i oni nemaju transformaciju, slika 14.7c. Elementi koji zatvaraju podruje su: Si, Be, Al i P i karbidorvorni elementi: Ti, V, Mo i Cr.

4. Elementi koji suavaju podruje. To su elementi koji, pored toga to suavaju podruje, istovremeno stvaraju i hemijska jedinjenja. Ovoj kategoriji pripadaju elementi: B, Zr, Nb i Ta, slika 14.7d.

Slika 14.7. Uticaj legirajuih elemenata na i podruje

14.2.2.3. Uticaj legirajuih elemenata na A1 liniju i take S i E Za analizu legiranih elika, reeno je, mjerodavni su trojni dijagrami stanja sistema Fe-C-X. Poto je njihovo koritenje veoma sloeno, konstruisani su ili pseudobinarni dijagrami, ili se koriste Fe-Fe3C, pri emu se vodi rauna o poloaju linija i taaka koji se pomjeraju u zavisnosti od vrste i koliine legirajuih elemenata. Cr, W, Si, Mo i Ti povisuju temperaturu eutektoidne transformacije, a Mn i Ni je smanjuju. Svi legirajui elementi smanjuju koliinu ugljika u eutektoidu, odnosno u Fe-Fe3C dijagramu pomjeraju taku S u lijevo.

14.3. Podjela legiranih elika prema mikrostrukturi u ravnotenom stanju Mikrostruktura legiranih elika u ravnotenom stanju zavisi od sadraja ugljika, kao i sadraja i vrste legirajuih elemenata. Prema mikrostrukruri elici se dijele na: podeutektoidne, eutektoidne, nadeutektoidne, ledeburitne, feritne i austenitne. Podeutektoidni elici imaju u strukturi ferit i perlit. Sadraj legirajuih elemenata je nii ili srednji, a primjenjuju se kao konstrukcioni elici. Eutektoidni elik ima perlitnu mikrostrukturu, a nadeutektoidni elici, pored perlita sadre i sekundarni cementit. Primjenjuju se za izradu alata, jer se dobro obrauju rezanjem, dobro se kale u ulju, a poslije odgovarajueg otputanja imaju dobre osobine. Ledeburitni elici su visokougljenini i visokolegirani elici. U strukturi se pored perlita i Fe3C, pojavljuju primarni ledeburitni karbidi legirajuih elemenata. Ovi elici imaju dobre rezne osobine, visoku otpornost na habanje i veliku tvrdou. U grupi ledeburitnih alatnih elika, pored nekih alatnih elika predvienih za rad na hladno, spadaju svi brzorezni alatni elici. Feritni elici sadre malo ugljika (0,1 - 0,2% C) i visok sadraj elemenata koji zatvaraju podruje (Cr, Si, Mo, V). Poto kod ovih elika izostaje transformacija, oni se ne mogu ni normalizovati, ni kaliti, ni poboljavati. Osobine se mogu poboljavati rafinacijom zrna, koja se izvodi plastinom deformacijom na hladno i naknadnom rekristalizacijom. Zagrijavanjem dolazi do sekundarnog rasta zrna, jer ferit ima nisku temperaturu rekristalizacije ( 600 oC). Zbog toga se i plastina deformacija na toplo vri na niim temperaturama nego kod austenitnih elika. Mikrostruktura feritnih elika se sastoji od legiranog ferita, slika 14.8a.

Slika 14.8. Mikrostruktura feritnog elika legiranog sa 3,5% Si (a) i autenitnog elika(b) Austenitni elici mogu da imaju razliit sadraj ugljika, ali moraju imati visok sadraj legirajuih elemenata koji otvaraju podruje (Mn, Ni). Kao i feritni elici, ni ovi elici nemaju transformaciju, te se zbog toga ne mogu normalizovati, kaliti i poboljavati. Rafinacija zrna je mogua samo plastinom deformacijom na hladno i naknadnom rekristalizacijom. Kod austenitnih elika postoji manja opasnost od stvaranja grubog austenitnog zrna. Ovi elici mogu se obraivati plastinom deformacijom u toplom i hladnom stanju. Imaju nisku granicu teenja i visoku sposobnost ojaavanja pri hladnoj deformaciji. Usljed plastine deformacije na hladno, moe doi do transformacije austenita u martenzit, poznate kao TRIP mehanizam (Transformation Induced Plasticity). Efekat ojaavanja usljed TRIP-a je vie izraen ako elik sadri vie ugljika. Mikrostruktura austenitnih elika se sastoji od legiranih austenitnih zrna, sa dvojnicima arenja, slika 14.8b.

14.4. Konstrukcioni elici Konstrukcionim elicima se nazivaju oni elici koji se primjenjuju za izradu dijelova maina, noseih konstrukcija i u graevinarstvu. Konstrukcioni elici mogu biti ugljenini i legirani elici. Sadraj ugljika u ovoj grupi elika obino ne prelazi 0,5-0,6%. Konstrukcioni elik treba da ima povienu vrstou, plastinost i ilavost, zajedno sa dobrim tehnolokim svojstvima. elik treba da se lako prerauje pritiskom (valjanjem, kovanjem, presovanjem, itd.) i rezanjem, da se dobro zavaruje, da posjeduje veliku prokaljivost i malu sklonost ka deformisanju i obrazovanju prskotina pri kaljenju, itd. 14.4.1. Ugljenini konstrukcioni elici Ugljenini konstrukcioni elici proizvode se u SM peima i kiseoninim konvertorima (LD). U zavisnosti od uslova dezoksidacije elika u procesu topljenja, oni se dijele u tri grupe. Umireni elici se dobijaju potpunom dezoksidacijom (uklanjanjem eljeznih oksida iz istopljenog elika) takvim metalima kao to su Si, Mn i Al u pei, a zatim u kazanu. Ovi elici sadre minimalnu koliinu FeO, to obezbjeduje "mirno" ovravanje metala u kokili, koje se vri sa smanjenjem zapremine. U gornjem dijelu ingota obrazuje se lunker - upljina i poroznost od skupljanja, to se otklanja sjeenjem pri slijedeem valjanju. Ingoti se dobijaju kompaktni i homogeni po sastavu. Svi legirani elici se liju kao umireni. Neumireni elici dezoksidiu se samo manganom i sadre poveanu koliinu FeO. Pri ovravanju u kokili FeO reaguje sa ugljikom metala, obrazujui CO. Izdvajanje mjehuria ovoga gasa u metalu daje utisak da on kljua, tj. da je neumiren. U ingotu neumirenog elika obrazuje se velika koliina gasnih mjehuria, zbog ega se ne pojavljuje lunker. Mjehurii imaju iste neoksidisane zidove koji se zavaruju pri slijedeem toplom valjanju. Neumireni elik je jeftiniji, jer su otpaci pri proizvodnji minimalni. Neumireni elici u odnosu na umirene elike imaju veu sklonost ka starenju i krtom lomu. Poluumireni elici predstavljaju prelaznu grupu, a dezoksidisani su samo sa Mn i Al. Prema tretmanu kod proizvodnje, a prema tome i prema kvaliteti elici se dijele na obine konstrukcione elike, kvalitetne i plemenite: Obini ugljenini konstrukcioni elici. U ovu grupu spadaju elici koji sadre do 0,6% C i pri ijoj proizvodnji se obino ne stavljaju veliki zahtjevi u pogledu sastava are, postupka topljenja i livenja. U procesu topljenja elici obinog kvaliteta manje se iste od tetnih primjesa i sadre vie S i P, pojedinano do 0,06%. elici sa garantovanim hemijskim sastavom primjenjuju se onda kad elik treba podvri toploj obradi deformisanjem ili otvrdnuti termikom obradom. Kvalitetni ugljenini konstrukcioni elici. U odnosu na elike obinog kvaliteta, kvalitetni elici se tope pri stroijim uslovima to se tie sastava are i voenja topljenja i livenja. Za ove elike postavljaju se vei zahtjevi u pogledu sastava (manji je sadraj S i P, pojedinano do 0,045%), koliine nemetalnih ukljuaka, makro i mikrostrukture. Oni se isporuuju sa garantovanim hemijskim sastavom i mehanikim svojstvima.

Plemeniti ugljenini konstrukcioni elici. Od ovih elika se zahtijevaju specijalna svojstva, pa se njihova proizvodnja mora odvijati uz posebnu kontrolu. Pod ovim zahtjevima ne treba podrazumijevati samo veliine osnovnih mehanikih karakteristika ve i takve kao to su: granica puzanja, vrstoa na povienim temperaturama, krupnoa zrna, obradljivost, prokaljivost itd. Ovakvi i slini zahtjevi od plemenitih elika su normalni. Odstupanje pojedinih karakteristika od propisanih vrijednosti su vrlo mala, tako da im je kvalitet ujednaen. Sadraj S i P pojedinano je ispod 0,035%, a kod nekih vrsta se ograniava i niim vrijednostima, npr. 0,020%. Pretena veina legiranih elika se proizvodi kao plemeniti, to je razumljivo kad se uzme u obzir njihov poveani legirajui sadraj, namjena i poviena cijena. Svi ugljenini elici se prema sadraju ugljika mogu podijeliti na niskougljenine (do 0,25% C), srednjeugljenine (od 0,25 do 0,6% C) i visokougljenine (iznad 0,6% C). 14.4.2. Niskolegirani konstrukcioni elici Niskolegirani elici imaju najbolja mehanika svojstva poslije termike obrade. Ovo se objanjava time to legirajui elementi usporavaju difuzione procese i pokazuju zato veliki uticaj na fazne preobraaje, koji se vre u eliku pri kaljenju i otputanju. Legirajui elementi poveavaju postojanost zakaljenog elika prema otputanju. Za dobijanje zahtjevane tvrdoe legirani elici podvrgavaju se otputanju pri vioj temperaturi nego ugljenini. Ovo omoguava ne samo potpuno uklanjanje unutranjih napona, ve dobijanje elika sa boljim odnosom vrstoe i ilavosti. Poveana mehanika svojstva postiu se takoe zbog toga to mnogi legirajui elementi potpomau usitnjavanje zrna i putem svog rastvaranja ojaavaju ferit. Mehanika svojstva legiranih elika u velikim presjecima su bolja od mehanikih svojstava ugljeninih elika. Legirajui elementi posebno jako poveavaju pri tome konvencionalni napon teenja RP0,2, kontrakciju presjeka Z i udarnu ilavost KV. Ovo se objanjava time to legirani elici imaju manju kritinu brzinu kaljenja i prema tome, veu prokaljivost i zakaljivost. Prema tome, zamjena ugljeninog elika legiranim doputa da se kaljenje izvri u manje otrom sredstvu za hlaenje, to smanjuje deformisanje komada i opasnost od stvaranja prskotina. Legirani elici se zato primjenjuju i za dijelove manjeg presjeka, koji imaju sloen oblik. 14.4.3. Konstrukcioni legirani elici Konstrukcioni legirani elici su uglavnom elici za posebne svrhe, a pripadaju grupi materijala srednje, visoke i ultra visoke vrstoe. Izuzetak su Cr-Ni 18/8 nerajui austenitni elici u arenom stanju, koji pripadaju grupi materijala niske vrstoe. Legirani elici srednje vrstoe, da bi obezbjedili eljeni nivo vrstoe, ilavosti i dinamike izdrljivosti, obino sadre od 0,20 - 0,55% C, nisko su legirani sa Cr, Mo, Mn, V, Ni i termiki se obraduju kaljenjem i otputanjem. U grupi legiranih elika srednje vrstoe spadaju i standardni Cr-Ni 18/8 nerajui austenitni elici, ali u hladno deformisanom stanju. Takoe, ovoj grupi pripadaju martenzitni nerajui elici sa 13% Cr.

U grupu elika visoke vrstoe spadaju:

niskolegirani elici sa niskim i srednjim sadrajem ugljika. eljeni nivo vrstoe elika od 750 1.500 MPa se postie kaljenjem i otputanjem,

nehrajui hrom-martenzitni elici, koji pored visokog sadraja Cr, sadre jo i Mo, V i Nb. Ovoj grupi elika pripadaju austenitni nerajui elici ojaani termikim taloenjem.

elici sa ultra visokom vrstoom su uglavnom ili specijalni elici, ih su elici za specijalne namjene. Tu spadaju neki elici za opruge, maraging elici, kontrolisano transformisani nehrajui elici, patentirana ica i drugi. 14.4.3.1. Nehrajui elici Izbor nehrajuih elika kao tehnikog materijala uglavnom se vri zbog njihove izuzetne otpornosti prema koroziji u mnogim sredinama. Otpornost nehrajuih elika prema koroziji potie usljed velikog sadraja hroma. Da bi se "nehrajui elik" uinio nehrajuim, mora postojati najmanje 12% Cr u eliku. Prema klasinoj teoriji, hrom obrazuje oksidnu prevlaku koja titi osnovnu leguru eljeza sa hromom od korozije. Radi obrazovanja zatitnog oksida, nerajui elik se mora izloiti oksidativnom reagensu. Uopteno, postoje etiri vrste nerajuih elika: feritni, martenzitni, austenitni i taloeno ojaani. Feritni nehrajui elici. Feritni nehrajui elici su u sutini dvojne legure Fe-Cr, koje sadre oko 12-30% Cr. Oni se nazivaju feritni jer njihova struktura ostaje preteno feritna (prostorno centrirana kubna reetka -eljeza) u uslovima uobiajene termike obrade. Hrom, poto ima istu kristalnu strukturu kao -ferit, proiruje podruje -faze i ograniava podruje -faze. Kao posljedica obrazuje se "-petlja" u faznom dijagramu Fe-Cr, koja ga dijeli na podruje povrinski centrirane i prostorno centrirane kubne reetke. Feritni nerajui elici, poto sadre vie od 12% Cr, ne podlijeu transformaciji povrinske u prostorno centriranu kristalnu strukturu i hlade se sa visokih temperatura kao vrsti rastvori hroma u -eljezu. Feritni nerajui elici imaju relativno malu cijenu poto ne sadre nikl. Oni se koriste uglavnom kao konstrukcioni materijali opte namjene od kojih se zahtijeva njihova posebna otpornost prema koroziji i zagrijavanju. Prisustvo karbida u ovom eliku smanjuje otpornost prema koroziji u nekom stepenu. U posljednje vrijeme proizvedeni su novi feritni elici sa veoma malim sadrajem ugljika i azota, te imaju poboljanu otpornost prema koroziji. Martenzitni nehrajui elici. Martenzitni nehrajui elici su u sutini Fe-Cr legure koje sadre 12-17% Cr sa dovoljnim sadrajem ugljika (0,15-1,0%C), tako da se moe postii martenzitna struktura kaljenjem iz austenitnog faznog podruja. Ove legure se nazivaju martenzitne poto one imaju sposobnost da postignu martenzitnu strukturu poslije termike obrade austenitizacije i kaljenja. Budui da je sastav nehrdajuih elika podeen tako da se postignu optimalne vrijednosti vrstoe i tvrdoe, otpornost prema koroziji ovih elika je relativno mala u odnosu na feritne i austenitne vrste elika. Termika obrada martenzitnih nehrajuih elika radi poveavanja vrstoe i ilavosti je u biti ista kao ona za ugljenine i niskolegirane elike. To jest, legura se austenitizira, hladi dovoljno brzo radi dobijanja martenzitne strukture, a zatim otputa radi poputanja napona i poveavanja ilavosti. Velikom prokaljivosti legura Fe sa 12-17% Cr izbjegnuta je potreba za kaljenjem u vodi i omogueno je sporije hlaenje radi dobijanja martenzitne strukture.

Austenitni nehrajui elici. Austenitni nehrajui elici su u sutini trojne Fe-Cr-Ni legure, koje se sastoje od oko 16-25% Cr i 7-20% Ni. Ove legure se nazivaju austenitne, budui da njihova struktura ostaje austenitna (povrinski centrirana kubna reetka -eljeza) pri svim uobiajenim temperaturama termike obrade. Prisustvo nikla, koji ima istu kristalnu strukturu, omoguava da se povrinski centrirana kubna struktura zadri na sobnoj temperaturi. Austenitni nehrajui elici obino imaju bolju otpornost prema koroziji nego feritni i martenzitni elici zato to se karbidi mogu zadrati u vrstom rastvoru brzim hlaenjem sa visokim temperaturama. Meutim, ako se ove legure zavaruju ili sporo hlade sa visokih temperatura kroz interval od 870 do 600 C, one mogu postati osjetljive na interkristalnu koroziju, zbog taloenja karbida bogatih hromom na granicama zrna. Ova tekoa se moe prevazii u izvjesnom stepenu smanjivanjem sadraja ugljika u leguri na oko 0,04% C ili dodavanjem legirajueg elementa kao to je Nb radi vezivanja sa ugljikom u leguri. 14.5. Alatni elici Specijalnu oblast primjene elika ine alati. Tu spadaju rezni alati, udarni alati, alati za livenje, alati za plastinu deformaciju i svi drugi alati, od kojih se zahtijeva dobra kombinacija osobina kao to je visoka vrstoa, tvrdoa, ilavost, otpornost na habanje, otpornost pri povienim temperaturama, otpornost prema udarnim optereenjima i da imaju dobre rezne sposobnosti. Sve ove navedene zahtjeve nijedan alatni elik u potpunosti ne moe da ispuni. Zato postoje razne vrste alatnih elika koji se razlikuju i po hemijskom sastavu i po karakteristinim osobinama, to stvara probleme pri izboru materijala za odgovarajui alat. Alatni elici pripadaju grupi materijala visoke i ultra visoke vrstoe. Postoji vie naina podjela alatnih elika. Najjednostavnija je prema hemijskom sastavu:

ugljenini alatni elici,

legirani alatni elici, Alati se, prema podruju upotrebe, mogu dalje klasifikovati na:

alate za rad u hladnom,

alate za rad u vruem stanju

brzorezni elici.

Slika 14.9. Podjela alatnih elika

Svaka grupa i podgrupa alatnih elika ima svoje specifine karakteristike. Na primjer: od reznih alata se zahtijeva visoka tvrdoa, otpornost pri otputanju i otpornost za habanje; od alata za sjeenje se oekuje velika otpornost na habanje uz visoku ilavost; alati za oblikovanje plastinom deformacijom u vruem stanju moraju biti ilavi, otporni na habanje, a njihove mehanike osobine moraju biti postojane na povienim temperaturama; alati izloeni udarima moraju biti prije svega veoma ilavi. Pri proizvodnji elika za alate treba teiti to veoj istoi i to manjim segregacijama. 14.5.1. Ugljenini alatni elici Ugljenini alatni elici sa 0,6-1,3% C usljed male postojanosti pothlaenog austenita imaju malu prokaljivost. Potpuna prokaljivost pri kaljenju u vodi se postie samo u alatima debljine ili prenika do 10-12 mm. Zato se navedeni elici primjenjuju za alate malih veliina (prenika 15-30 mm), koji se ak i pri kaljenju u vodi ne prokaljuju potpuno i kod kojih se rezno sjeivo nalazi u povrinskom sloju (trupije, razvrtai). U sluajevima kad je alat u radu izloen dinamikim optereenjima (alat za obradu drveta, dlijeta, probijai, sjekire), preporuuje se koritenje podeutektoidnog i eutektoidnog elika, koji poslije kaljenja imaju strukturu vrlo finog perlita. Za rezni alat (glodala, razvrtae, noeve, otre hirurke alate) obino se primjenjuju nadeutektoidni elici kod kojih je poslije termike obrade struktura - martenzit i karbidi. Dobra strana ugljeninih elika je niska cijena, ne mnogo visoka tvrdoa i dobra obradljivost rezanjem i pritiskom u arenom stanju. Meutim, ugljenini elici imaju i odreene mane: uzak interval temperature kaljenja i neophodnost kaljenja u vodi, to uslovljava deformisanje alata i prouzrokuje ak i pojavu prskotina. Ugljenini elici se mogu koristiti samo za rezanje malom brzinom, jer se njihova visoka tvrdoa jako sniava pri zagrijavanju iznad 190-200 C. 14.5.2. Legirani alatni elici Legirani alatni elici, slino ugljeninim, ne posjeduju veliku otpornost prema otputanju na povienim temperaturama i pogodni su samo za rezanje malom brzinom. Oni se koriste za alate, koji se u radu ne podvrgavaju zagrijavanju iznad 200 - 250 C. Meutim, legirani elici u odnosu na ugljenine imaju manju osjetljivost prema pregrijavanju, veu prokaljivost i doputaju kaljenje u ulju ili toplim kupkama, to smanjuje deformisanje. Najei legirajui elementi u ovim elicima su: Cr, Mn, V, Mo, Ni, Co itd. S obzirom na hemijski sastav, razlikuju se glavne grupe elika kao napr. Cr alatni elici, Cr-Mo-V alatni elici, W alatni elici itd. 14.5.2.1. Alatni elici za rad u hladnom stanju Ovi elici se upotrebljavaju za izradu alata kojima se obrauju u hladnom stanju razliiti materijali, kao npr.: elik, obojeni metali, drvo, plastine mase, papir itd. Pri ovome se podrazumjeva normalna temperatura okoline, dok temperature koje se razvijaju na alatu usljed trenja i drugih uzroka ne utiu bitno na smanjenje njihove tvrdoe. Primjeri za ovu grupu su elici sa 1,2% C, 1% W, 0,1% V, namijenjeni za spiralne burgije, razvrtae, glodala, noeve za rezanje ili visokolegirani Cr elik sa 2% C, 12% Cr, 0,1% V, namijenjen za sve alate sloenijeg oblika, noeve za precizno prosjecanje, matrice za izvlaenje itd.

14.5.2.2. Alatni elici za rad u toplom stanju Ovoj grupi pripadaju elici koji se upotrebljavaju za izradu alata za obradu razliitih materijala (elika, obojenih metala, plastinih masa, stakla itd.) na visokim temperaturama (kovanjem, presovanjem, livenjem). Zato ovi elici treba da imaju dobra mehanika svojstva (vrstou i ilavost) na visokim temperaturama i da posjeduju vatrootpomost i tako izdre viestruka zagrijavanja i hlaenja bez obrazovanja mree prskotina. Pored toga, elici treba da posjeduju veliku otpornost prema habanju i veliku provodnost toplote radi dobrog odvoenja toplote koja se prenosi od obraivanog komada. Mnogi alati imaju velike dimenzije, te zato elik za njihovu izradu treba da ima veliku prokaljivost. Ona obezbjeuje dobra mehanika svojstva po cijelom presjeku alata. Vano je da elik nije sklon otpusnoj krtosti, jer se ona ne moe otkloniti brzim hlaenjem krupnih alata. Primjer legiranog alatnog elika za rad u toplom stanju je elik sa 0,55%C, 1%Cr, 1,7%Ni, 0,5%Mo, 1%V, namjenjen za izradu kovakih alata, za noeve za sjeenje u toplom stanju ili elik sa 0,4%C, 1%Si, 5%Cr, 1,3%Mo, 0,4%V, koji je pogodan za razliite alate u uslovima rada do temperature 500 C. Ovaj poslijednji kvalitet je posebno pogodan za toplo presovanje lakih metala i njihovih legura, kao i alata za livenje pod pritiskom. 14.5.3. Brzorezni elici Brzorezni elici se koriste za rezne alate zbog toga to zadravaju visoku tvrdou pri rezanju metala velikom brzinom koja prouzrokuje visoke temperature (540-600C) na reznom sjeivu alata. Kako je za postizanje dobrih karakteristika reznog alata potrebna velika tvrdoa, na sobnoj temperaturi tako ali i na temperaturi crvenog usijanja rezne ivice, to se brzorezni elici legiraju sa razliitim metalima i ugljikom. Meutim, bez obzira na kvalitet, poetna tvrdoa brzoreznog elika se potpuno i stalno obnavlja poslije hlaenja do sobne temperature, pod pretpostavkom da poetna temperatura otputanja nije prekoraena. Mnogi tvrdi legirani karbidi sa velikom otpornou prema habanju u ovim elicima ne samo da doprinose njihovoj tvrdoi u crvenom aru ve, takoe, znatno poboljavaju njihovu otpornost prema habanju. Prema svom hemijskom sastavu, brzorezni elici se esto dijele na volframove i molibdenske. Volframovi brzorezni elici. Glavni legirajui elementi kod volframovog brzoreznog elika su W, Cr, V, Co i C. Veliki sadraj legirajuih elemenata i ugljika proizvodi veliki broj tvrdih karbida, to poveava njegovu otpornost prema habanju, a posebno kod elika koji sadre vie od 1,5%V i 1%C. Dodatak kobalta poveava tvrdou u crvenom aru, ali na tetu ilavosti. Prisustvo mnogih karbida otpornih na habanje u vatrootpornoj osnovi ini ove elike pogodnim za izradu reznih alata, njihova ilavost im omoguava da prevaziu tvrde metale za neke posebne alate i alate za diskontinuirano rezanje. Molibdenski brzorezni elici. Molibden ima oko dva puta veu sposobnost za obrazovanje karbida nego volfram, i zato se zahtjeva manja koliina molibdena. Mo, W, Cr, V, Co i C su glavni legirajui elementi u ovim elicima. Po svojstvima su slini volframovim brzoreznim elicima, ali se smatra da imaju neto viu ilavost pri istoj tvrdoi. Glavna prednost im je nia cijena, 30% nia od one za slian kvalitet volframovog elika. Vei sadraj C i V poveava otpornost prema habanju, dok poveani sadraj Co povisuje tvrdou pri crvenom aru.

Svojstva vatrootpornosti. Najvanije svojstvo brzoreznih elika je visoka tvrdoa pri crvenom aru, tj. otpornost prema otputanju pri povienim temperaturama (do 600 C), koje nastaju na reznom sjeivu alata. ak i onda kad se rezni alat kvasi uljem ili drugim sredstvima za hlaenje i podmazivanje, habanje alta zavisi uveliko od tvrdoe elika pri crvenom aru. Omekavanje zakaljenih alatnih elika nastaje zbog taloenja i koagulacije karbida iz zakaljene martenzitne osnove. elici sa velikim sadrajem legirajuih elemenata odupiru se efektu taloenja. Otpornost prema efektu omekavanja usijed zagrijavanja se poboljava prisustvom visokolegiranih karbida, koji zadravaju svoju tvrdou na povienoj temperaturi. Prokaljivost. Svi brzorezni elici mogu se zakaliti na 64 do 66 HRC kroz cio popreni presjek do prenika ili debljine od oko 25 mm pri hlaenju na vazduhu ili do 75 mm putem kaljenja u ulju ili solnom kupatilu. Meutim, izuzev u posebnim sluajevima, oni se rijetko koriste za otvrdnjavanje presjeka debljih od 75 mm. esto izraz "prokaljivost", kad se koriste u vezi sa brzoreznim elicima, ne oznaava toliko dubinu prodiranja tvrdoe koliko posebnu tvrdou koju moe postii pri uobiajenom postupku kaljenja i otputanja.