Repetitorij 3
description
Transcript of Repetitorij 3
Repetitorij 3
Uredila: Vera Rede
ŽELJEZNI LJEVOVI
- Kada se primjenjuje lijevanje?
- Odljevak
- Lijevana mikrostruktura u odnosu na gnječenu
- Kod primjene lijevanih materijala treba voditi računa o:
• primjeni legura sa moguće približnim eutektičkim sastavom (najniže talište),• skupljanju – promjeni mjera i volumena,• izboru pogodnog tehnološkog postupka lijevanja,• izbjegavanju nakupina velikih masa (nagle promjene dimenzija odljevka).
ČELIČNI LIJEV (ČL)
BIJELI TVRDI LIJEV (BTL)
SIVI LIJEV (SL)
NODULARNI (ŽILAVI) LIJEV (NL)
TEMPER (KOVKASTI) LIJEV
(CTEL – crni feritni, PTEL – crni perlitni, BTEL – bijeli).
U željezne ljevove spadaju:
ŽELJEZNI LJEVOVI
1. MEHANIČKIH SVOJSTAVA:
- ljevovi relativno dobre istezljivosti i žilavosti (čelični, temper i nodularni);- krhki ljevovi (sivi i bijeli tvrdi lijev).
Ljevovi se mogu sistematizirati glede:
2. KEMIJSKOG SASTAVA:
- skupina ljevova s niskim masenim udjelom ugljika (do 0,5 %C) – čelični lijev;
- skupina s visokim masenim udjelom ugljika (2,2...4,5 %C) – temper, bijeli tvrdi, sivi i
nodularni lijev.
1CE = C + Si+P , %
3Ekvivalent ugljika govori gdje se lijev određenog kemijskog sastava nalazi u odnosu prema eutektičkom sastavu u Fe-C dijagramu
temper lijev 2,4...3,0 %
tvrdi lijev 3,0...3,8 %sivi lijev 3,5...4,5 %nodularni lijev 4,5...5,1 %
3. TEHNOLOŠKOG POSTUPKA DOBIVANJA
ŽELJEZNI LJEVOVI
4. MIKROSTRUKTURE – vrste kristalizacije
- metastabilna kristalizacija (čelični i bijeli tvrdi) – ugljik vezan u cementitu ili karbidu;- mješovita kristalizacija (stabilno/metastabilno) – ugljik u grafitu i cementitu;- stabilna kristalizacija – ugljik samo u obliku grafita.
ŽELJEZNI LJEVOVI
U mikrostrukturi ljevova s više od 2 %C koji su metastabilno kristalizirani ugljik je izlučen u obliku cementita (karbida).
Takvi odljevci su: tvrdi, krhki i teško obradivi.
Mikrostruktura stabilno ili mješovito kristaliziranih ljevova je dvojna – sastoji se od željezne osnove (matice) i grafitnih nakupina.
Osnova kod nelegiranih vrsta ljevova može biti:Feritna, feritno-perlitna ili perlitna uz eventualno prisutni slobodni cementit.
LISTIĆAV ILI LAMELARAN – kod sivog lijeva
KUGLAST – kod žilavog lijeva
ČVORAST – kod temper lijeva
Grafit se pojavljuje u tri osnovna oblika:
Na svojstva lijeva utječe kako vrsta osnove tako i: udio, oblik, veličina i raspodjela grafitnih nakupina.
ŽELJEZNI LJEVOVI
- veliku sposobnost prigušenja vibracija,
- dobra klizna svojstva,
- dobru tlačna čvrstoća,
- dobru obradljivost odvajanjem čestica,
- nisko talište (vidjeti Fe‑C dijagram),
- dobru livljivost,
- mogućnost lijevanja složenih oblika male mase i dimenzija,
- dobru korozijsku postojanost (bolja nego u nelegiranih čelika).
Stabilno ili mješovito kristalizirani odljevci (s grafitom) imaju posebna svojstva:- prednosti u odnosu na čelik ili čelični lijev -
ŽELJEZNI LJEVOVI
ČELIČNI LIJEV
- gruba lijevana feritno‑perlitna - Widmannstättenova
Sastav
Mikrostruktura
Toplinska obrada
0...2 %C (0,5 %C)
- normalizacija usitnjenje grube mikrostrukturei izjednačenje zrna po veličini
Čelični lijev se primjenjuje:
- ako nije dovoljna čvrstoća sivog i temper lijeva; Rm do 700 N/mm2, a kod legiranih vrsta za poboljšavanje i do 1300 N/mm2, visoka granica razvlačenja i dovoljna istezljivost (8...25 %)
- kod promjenjivih i udarnih opterećenja;- za najveće dimenzije i mase (npr. postolja valjaka i preša mase nekoliko stotina t);- ako je nužno primijeniti vrste otporne na trošenje koje se zbog slabe oblikovljivosti deformiranjem moraju lijevati.
ŽELJEZNI LJEVOVI
• slabo ispunjavanje kalupa pa je potrebno visoko pregrijavanje taljevine. - minimalna debljina stjenke iznosi 5 mm;• vrlo veliko toplinsko stezanje (skupljanje)
linearno: 2...2,5 % kod nelegiranih vrsta i do 3 % kod legiranih, volumenski: 10...12 % što uzrokuje velika zaostala naprezanja i povećava opasnost od stvaranja šupljina ("lunkera") i pukotina.
• visokih zahtjeva na čistoću i točnost sastava litine;• visokog tališta (oko 1500 °C)• potrebne naknadne toplinske obrade.
Dijelovi iz čeličnog lijeva su skupi zbog:
Specifična svojstva koja otežavaju proces lijevanja:
odljevci velikih dimenzija i mase koji su mehanički opterećeni
Primjeri primjene čeličnog lijeva
• dijelovi preša (stolovi i okviri),• kućišta ventila, kućišta diferencijala kamiona,• veliki zupčanici i veći lančanici,• rotori toplinskih strojeva (radna temp. < 400 °C),• križne glave...
Oznaka lijeva premaRm,
N/mm2
Rp0,2,
N/mm2
A5,
min, %
Z,min, %
KU,min, J Re/Rm % C
Krit. deblj. stijenke,
mmEN
stara HRN
GS185NGS185KRN
ČL0300ČL0301
370 185 25 35–
350,5 <0,25 13,5
GS225NGS225JRN
ČL0400ČL0401
440 225 22 30–
280,5 0,25 18,5
GS255NGS255JRN
ČL0500ČL0501
510 255 18 25–
210,5 0,30 27
GS295NGS295JRN
ČL0600ČL0601
590 295 15 ––
140,5 0,40 39
GS345J0NGS345J2N
ČL0602ČL0603
610 345 15 ––
14 0,55 0,40
GS410N ČL0700 690 410 12 – – 0,6 0,50
Zajamčena svojstva nelegiranih i niskolegiranih vrsta čeličnog lijeva
Vrste nelegiranog i niskolegiranog čeličnog lijeva klasificiraju se na temelju vrijednosti vlačne čvrstoće i ostalih mehaničkih svojstava. Kemijski sastav nije zajamčen.
Za legirane vrste ne postoje norme nego samo preporuke proizvođača
G34CrMo4 (ČL4730)
G15Mo3 (ČL7100)
GX120Mn12 (ČL3160)
GX20Cr14 (ČL4171)
GX5CrNiNb18-9 (ČL4572) ─GX35CrNiSi25-12 (ČL4577)
ŽELJEZNI LJEVOVI
ŽELJEZNI LJEVOVI
BIJELI TVRDI LIJEV kemijski sastav taljevine2,5...3,5 %C< 0,6 %Si3,0...4,0 %Mn< 0,9 %P< 0,25 %S
cementator- odljevci su tvrdi (> 400 HV) i krhki,- imaju nisku istezljivost - osjetljivi su na udarna opterećenja - imaju veliku otpornost na pritiske i na trošenje,- teško obradljivi odvajanjem čestica
Primjeri primjene:valjci u metalnoj, papirnoj ili pekarskoj industriji, kotači i papuče kočnica tračnih vozila,dijelovi drobilica za kamen, ugljen i sl., žigovi i alati za izvlačenje žice,matrice za briketiranje ugljena, cigle i keramike, oklopi bubnjeva u industriji cementa,kugle u bubnjevima za drobljenje ugljena, cementa i sl.
za odljevke jednostavnijeg oblika koji trebaju biti tvrdi i otporni na abrazijsko trošenje
ŽELJEZNI LJEVOVI
SIVI LIJEV kemijski sastav taljevine2,5...4,5 %C
0,3...1,2 %Mn1...4 %Si
0,4...1,5 %P< 0,1 %S
grafitizator
- ekvivalenta ugljika CE = C + 1/3(Si + P) - stupnja zasićenja Sz koji se izračunava pomoću izraza:
z e%C %CS
1%C 4,26 (%Si+%P)3
Kemijski sastav se može izraziti preko:
podeutektičke vrste SL: Sz < 1eutektičke vrste SL: Sz = 1nadeutektičke vrste SL: Sz > 1
Veza stupnja zasićenja i mehaničkih svojstava:
Rm = 1045 – 785Sz – 2,5d, N/mm2 HB = 100 + 0,45Rm
služi za procjenu obradljivostiodvajanjem čestica
uz jednaki sastav lijeva vlačna čvrstoća biti to viša što je debljina stijenke manja
Optimalna vrijednost vlačne čvrstoće odljevka iznosi 250 N/mm2 (perlitna osnova)Vrste s tvrdoćom višom od 220 HB teže se obrađuju
ŽELJEZNI LJEVOVI
Kristalizacija i mikrostruktura sivog lijeva
- divarijantan, jer kristalizira i stabilno i metastabilno
Mikrostruktura sivog lijeva je dvojna i sastoji se od:nakupina listića grafita i željezne osnove koja je F, P ili F-P (+ K’’)
Tipovi listića grafita prema ASTM normi Mikrostruktura
perlito-feritnog sivog lijeva
Maseni udjeli C, Si i P kao i debljina stijenke (brzina hlađenja) pomažu u određivanju moguće mikrostrukture odljevka
ŽELJEZNI LJEVOVI
Sippov (a) i Klingensteinov strukturni dijagram (b)
Osnovni postupci toplinske obrade sivog lijeva:
žarenje za smanjenje zaostalih naprezanja: 350...650 °C
meko žarenje (feritizacija): 650...825 °C
normalizacija: 800...950 °C
poboljšavanje: 800... 900/ulje/popuštanje pri 200...600
°C
(uvjeti kaljivosti: Cukupni + Si 4,5 % i %Cvezani 0,5 %)
ŽELJEZNI LJEVOVI
• relativno niska vlačna čvrstoća,• visoka tlačna čvrstoća – oko 3 do 4 puta veća od Rm,• vrlo niska istezljivost A < 1 %,• slaba žilavost,• promjenjiv modul elastičnosti E = 60 000...155 000 N/mm2,
- što je viša Rm to je viši E. Što je E viši, to je lijev kvalitetniji.
• dobra ležišna (antifrikcijska) svojstva,• vrlo dobra sposobnost prigušenja vibracija,• bubrenje (porast obujma) pri povišenim temperaturama (> 400 °C),• otporan na atmosferilije zbog povišenog udjela Si.
• mogu se lijevati odljevci svih masivnosti,• proizvodnja je jednostavna i jeftinija nego u drugih ljevova,• vrlo dobra je livljivost – linearno skupljanje iznosi oko 1 %, • nisko talište (s obzirom na ~ eutektički sastav) i uzak interval skrućivanja,• dobra je rezljivost (obradljivost odvajanjem čestica),• slaba je zavarljivost radi niske istezljivosti i visokog %C.
Tehnološka svojstva:
Mehanička svojstva:
Ostala svojstva:
ŽELJEZNI LJEVOVI
Oznaka lijeva Rm, N/mm2 za šipku 30 mm Rms, min N/mm2 Raspon oslonaca pri savijanju L, mm
EN-GJL100S (SL 10) 100...150 - 400, d = 20 mm
EN-GJL150S (SL 15) 150...200 310 400, d = 20 mm
EN-GJL200S (SL 20) 200...250 380 400, d = 20 mm
EN-GJL250S (SL 25) 250...290 450 400, d = 20 mm
EN-GJL290S (SL 30) 290...340 470 400, d = 20 mm
EN-GJL340S (SL 35) 340...390 530 600, d = 30 mm
EN-GJL390S (SL 40) > 390 590 600, d = 30 mm
Primjena sivog lijeva:
• postolja alatnih strojeva,• kućišta motora i reduktora,• košuljice cilindara, stapovi i prstenovi stapova,• klizni ležaji,• radijatorski članci,• bubnjevi kočnica, papuče vagonskih kočnica,• kalupi za staklo,• dijelovi poljoprivrednih strojeva...
ŽELJEZNI LJEVOVI
NODULARNI (ŽILAVI) LIJEV
Sz > 1 … lijev nadeutektičkog sastava
kemijski sastav 3,2...3,8 %C2,4...2,8 %Si< 0,5 %Mn< 0,045 %P< 0,01 %S
0,5 % Mg ili Ce
globulatori
Mikrostruktura feritnog (a) i perlitnog (b) nodularnog lijeva
• potpuno feritna – vrste ljevova niže čvrstoće, ali više istezljivosti,• feritno - perlitna,• perlitna – vrste ljevova više čvrstoće, a niže istezljivosti, • austenitna.
Mikrostruktura željezne osnove je:
ŽELJEZNI LJEVOVI
- mehanička su svojstva bolja od sivog lijeva, a slabija od svojstava čeličnog lijeva(dinamička izdržljivost je visoka, posebno u poboljšanom stanju kao i vlačna čvrstoća, i to radi kuglastog oblika grafita);
- izotermičkim poboljšavanjem dobiva se povećana žilavost;
- modul elastičnosti je visok – oko 180000 N/mm2;
- sposobnost prigušenja vibracija niža nego kod sivog lijeva, a veća nego kod čelika;
- dobro se obrađuje odvajanjem čestica;
- može se zavarivati;
- otpornost na trošenje, koroziju i oksidaciju je bolja nego kod sivog lijeva;
- dobra ležišna svojstva;
- legiranjem se postižu posebna svojstva – npr. otpornost na djelovanje agresivnih medija i vatrootpornost kod austenitnih vrsta.
Svojstva nodularnog lijeva:
ŽELJEZNI LJEVOVI
Primjena:
• koljenaste i bregaste osovine motora,• košuljice cilindara motora i kompresora,• stapajice,• zupčanici,• poklopci kliznih ležaja,• rotori pumpa...
Izotermički poboljšan nodularni lijev
Tipični primjeri primjene ovog lijeva jesu:koljenaste osovine, zupčanici i stapajice motora.
Austenitiziranje odljevaka pri 900 C+
brzo hlađenje do temperature između 200 i 400 C+
držanje na toj temperaturi dok ne dođe do pretvorbe u donji ili gornji bainit
(ovisno o svojstvimakoja se žele postići)
ŽELJEZNI LJEVOVI
TEMPER (KOVKASTI) LIJEV - decementacijskim žarenjem bijelog tvrdog lijeva dobije se temper lijev
tvrdi i krhkiodljevci
niža tvrdoća,veća žilavost i kovkost,
bolja obradljivost
(id + Fe3Cid) + Fe3C" + Fe3Ce + Fe3C
dugotrajnim žarenjem pri900 do 1000 °C
Ovisno o atmosferi u kojoj se provodi žarenje dobiva se:
- crni temper lijev – žarenjem u neutralnoj atmosferi, sivi prijelom od grafita;- bijeli temper lijev – žarenjem u slabo oksidacijskoj atmosferi, svjetliji prijelom od ferita i perlita (tzv. europski lijev).
Kemijski sastav u masenim %
Vrsta lijeva C Si Mn P S
Crni temper lijev 2,8...3,4 0,5...0,8 0,2...0,4 < 0,1 0,1...0,29
Bijeli temper lijev 2,0...2,8 1,4...1,8 0,2...0,5 < 0,1 < 0,15
ŽELJEZNI LJEVOVI
feritni crni temper lijev
perlitni crni temper lijev
Dijagram postupka dobivanja crnog temper lijeva
- zbog visokog udjela ugljika teško se zavaruje, ali dobro lemi,- perlitni se može površinski zakaliti čime se povisuje tvrdoća i otpornost na trošenje,- bolje je obradljiv odvajanjem čestica od bijelog.
Svojstva crnog temper lijeva:
ŽELJEZNI LJEVOVI
Crni temper lijev primjenjuje se za odljevke male mase kompliciranih oblika:
- bubnjevi kočnica vozila,- držači kočionih čeljusti,- vilice i držači vilica u vozilima i strojevima,- cijevne spojnice,- dijelovi poljoprivrednih strojeva,- dijelovi šivaćih pisaćih, tiskarskih strojeva,- dijelovi vaga, dijelovi tkalačkih stanova,- ventili i zasuni u brodogradnji, ventili za plin i vodu itd.
Oznaka lijevaRm min
N/mm2
Rp0,2 min
N/mm2
A5 , min
%HB MikrostrukturaEN stara HRN
ENGJMB3006S CTEL30-06 300 - 6 < 170 ferit + grafit
ENGJMB35010S CTEL35-10 350 200 12 < 150 ferit + grafit
ENGJMB4506S PTEL45-06 450 300 7 160...200 perlit + ferit + grafit
ENGJMB5504S PTEL 55-04 550 360 5 180...250 perlit + (ferit) + grafit
ENGJMB6502S PTEL 65-02 650 430 3 210...250 perlit + grafit
ENGJMB7002S PTEL 70-02 700 550 2 240...270 perlit+ grafit
ŽELJEZNI LJEVOVI
Mikrostruktura bijelog temper lijev
Oznaka lijeva Rm , min
N/mm2 *
Rp0,2 , min
N/mm2 *
A5 min,
% *
HB, max
Mikrostruktura jezgre
debljih odljevakaEN stara HRN
ENGJMW3504S BTEL 35-04 340...360* - 3...6* 220zrnati perlit +
grafitENGJMW38012S BTEL 38-12 320...400 170...210 8...15 200
ENGJMW4005S BTEL 40-05 360...420 200...230 3...10 220
ENGJMW4507S BTEL 45-07 400...480 230...280 5...12 200
- primjenjuje se za: ručni alat (okasti ključevi), cijevne spojnice, lance i dr. jer se može pocinčavati i cementirati
BAKAR I NJEGOVE LEGURE Osnovna svojstva bakra su:
- električna vodljivost čistog bakra bolja je od svih metala izuzev srebra na volumnoj
osnovi i aluminija na masenoj osnovi,
- velika toplinska vodljivost,
- svojstva čistog bakra kao: čvrstoća, otpornost na oksidaciju, otpornost na puzanje,
otpornost na umor, otpornost na koroziju i livljivost mogu se poboljšati legiranjem, ali
se pri tome snizuju električna i toplinska vodljivost,
- većina legura ima izvrsnu duktilnost u žarenom stanju i posebno su pogodne za
proizvodnju cijevi, duboko vučenje, kovanje, oblikovanje u toplom stanju itd., -dobra otpornost na koroziju u atmosferskim uvjetima i u morskoj sredini stvaranjem
"patine“,- kemijski je postojan u neutralnim i lužnatim vodenim otopinama dok ga nagrizaju
kiseline, naročito oksidirajuće.
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Klasifikacija bakrovih legura
2. Legure bakra bez cinka:
• legure bakra s kositrom (< 15 %Sn) – kositrene bronce • legure bakra s aluminijem (< 14 %Al) – aluminijeve bronce• legure bakra s kositrom i/ili olovom (< 10 %Sn i/ili < 25 %Pb) - Pb-Sn i Pb bronce • legure bakra s berilijem (< 2 %Be) – berilijeve bronce• legure bakra s manganom te silicijem i manganom – Mg i silicijeve bronce
1. Legure bakra s cinkom:
• legure bakra s cinkom (> 50 %Cu i < 44 %Zn) – mjedi• posebne mjedi (54...62 %Cu, oko 7 % drugih elemenata, ostatak Zn)• legure bakra s niklom i cinkom (10...30 %Ni) – novo srebro.
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
najrasprostranjenije legure bakra - dobre električne i toplinske vodljivosti, dobrih mehaničkih svojstava, mogućnosti prerade u hladnom i toplom stanju i visoke antikorozivnosti
Mjedi se mogu razvrstati na hladno i toplo gnječene (oblikovljive) legure.
Dijagram stanja Cu-Zn (a) i prikaz utjecaja cinka na mehanička svojstva (b)
Mjedi
faza - čvrsta otopina (kristali mješanci bakra s otopljenim cinkom) faza - intermetalna faza (Cu-Zn)
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Mikrostruktura -mjedi: a) CuZn30, hladnognječeno stanje, b) CuZn20Pb, lijevano i žareno stanje
Hladno oblikovane -mjedi osjetljive su na napetosnu koroziju (season cracking).
Kod (+)-mjedi može nastupiti još jedna vrsta korozije koja se pogrešno naziva "korozija cinka" ili "otcinkavanje. Može se spriječiti uporabom posebnih mjedi.
Mikrostruktura (+)-mjedi (K.CuZn40Pb) u lijevanom stanju
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
se sastoje od 54...62 %Cu i do oko 7 % drugih elemenata, dok je ostatak cink. Legirni elementi poboljšavaju korozijsku postojanost ili druga svojstva.To su toplo oblikovljive legure, a mogu se primijeniti i u lijevanom stanju
Aluminij znatno povećava čvrstoću, a istezljivost pri tome ostaje nepromijenjena.Na površini mjedi aluminij stvara oksidni sloj koji štiti mjed od oksidacije.Dodatak 2 %Al štiti mjed od oksidacije na povišenim temperaturama.
Nikal povećava čvrstoću, otpornost na koroziju i djeluje na usitnjenje zrna pri žarenju.
Željezo usitnjuje zrno i tako povećava čvrstoću.
Mangan znatno povećava otpornost mjedi na koroziju u morskoj vodi i vodenoj pari,solima i kiselinama. Čvrstoća mjedi raste bez smanjenja žilavosti uz udio mangana do 4 %. Pri udjelu iznad 4 % smanjuju se žilavost i istezljivost.
Silicij smanjuje napetosti, povećava žitkost kod zavarivanja stvaranjem topljive troske.
Kositar povećava otpornost na koroziju u morskoj vodi. Povećava i čvrstoću, ali se udio kositra ograničava na oko 1 %, jer u većem udjelu smanjuje istezljivost.
Posebne mjedi
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Lijevane mjedi imaju u pravilu 36 % do 43 %Zn i 1 % do 3 %Pb, a posebne mjedi još i nikla, aluminija, željeza, kositra ili mangana. Posjeduju uski interval skrućivanja i zbog toga ne dolazi do segregacija u zrnu. Ove legure nisu predviđene za hladno oblikovanje zbog heterogene (+)-mikrostrukture, pa se primjenjuju u lijevanom stanju zbog povišene čvrstoće. Za određene namjene lijevaju se i -mjedi
Legure bakra s cinkom i niklom
10 do 30 % Ni, 55 % do 63 % Cu,
ostatak Zn
novo srebro, alpaka, argentan, bijeli bakar
poboljšava livljivost i pojeftinjuje leguru
Po mikrostrukturi to su u potpunosti čvrste otopine.Vrlo su duktilne i mogu se hladno oblikovati.Primjenjuju se za izradu relejnih opruga i posrebrenog pribora, u finoj mehanici, optici, graditeljstvu itd.
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
BRONCE
Kositrena bronca
-faza je čvrsta otopina (kristal mješanac), žilava i duktilna-faza, intermetalni spoj sastava Cu31Sn8, prisutna u leguri s više od 8 %Sn
- bronca s -mikrostrukturom može uspješno hladno oblikovati deformiranjem;- (+)-bronce su prilično krhke i ne mogu se hladno oblikovati.- u industrijskoj praksi hladno se oblikuju samo legure sa do 7 %Sn, dok se legure sa do oko 15 %Sn lijevaju.
Dijagram stanja Cu-Sn: a) ravnotežno stanje, b) žareno stanje, c) lijevano stanje
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Lijevane kositrene bronce koriste se za izradu kliznih ležaja budući da im mikrostruktura potpuno ispunjava uvjete za tu namjenu, tvrde čestice -faze otporne na trošenje uložene su u matricu koju čini -faza otporna na udarce.
Mikrostruktura kositrene bronce P.CuSn14
Fosforne bronce sadrže namjerno dodan fosfor u masenom udjelu od 0,1 % do 1 %.
Fosfor povećava čvrstoću, poboljšava otpornost na koroziju i smanjuje faktor trenja
- Gnječenjem oblikovljive fosforne bronce - (do 8 %Sn i do 0,3 %P)- Lijevane fosforne bronce – (13 %Sn i do 1 %P) koriste se uglavnom za ležaje
zahtijeva se nizak faktor trenja uz visoku čvrstoću i žilavost
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Crveni lijev
- bronca u kojoj je skupi kositar djelomično zamijenjen jeftinijim cinkom (2 %Zn ima jednako djelovanje kao i 1 %Sn)
- Zn pospješuje žitkost taljevine čime doprinosi livljivosti- osim cinka dodaje se 4 do 6 % olova
Crveni lijev sve više zamijenjuje lijevanu broncu. Odljevci od crvenog lijeva koriste se za izradu dijelova strojeva i aparata kad se traži otpornost na koroziju, za ležaje i dijelove otporne na djelovanje morske vode.
Višekomponentne kositrene bronce s manjim dodatkom legirnih elemenata mogu se i gnječiti kao npr. CuSn4Zn4Pb4, a primijenjuju se za izradu valjanih košuljica kliznih ležaja
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Aluminijeva bronca
faza - čvrsta otopina dobre oblikovljivosti (do 9,4 %Al )2 faza - intermetalni spoj sastava Cu9Al4
Dijagram stanja Cu-Al s prikazom mikrostrukturnih promjena legure s 10 %Al
(hladno i toplo) oblikovljive (I) i livljive legure(II)
Primjena aluminijeve bronce slijedi iz ovih značajki: - sposobnost zadržavanja čvrstoće pri povišenim temperaturama,- velika otpornost na oksidaciju pri povišenim temperaturama,- dobra otpornost na koroziju pri uobičajenim temperaturama uporabe,- dobra otpornost na trošenje,- dopadljiva boja čini neke od ovih legura uporabivim u dekorativne svrhe, osobito kao zamjena za zlato u izradi umjetnog nakita.
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Hladno gnječene -legure imaju 4 % do 8 %Al i obično do 4 %Ni, koji jača korozijsku postojanost još i više. Pogodne su za proizvodnju kondenzatorskih cijevi i izmjenjivača topline kada se traži visoka čvrstoća i korozijska postojanost do oko 300 °C.Sastav im se može prilagoditi tako da se dobije boja slična boji 18-karatnog zlata.
Toplo gnječene i lijevane legure sadrže 8 % do 12 %Al, a mikrostruktura im je +2. Uz to se obično dodaju i drugi elementi kao što su nikal, željezo i mangan.
Toplo oblikovljive su legure sa 8 % do 10 %Al, a oblikuju se kovanjem ili valjanjem, ovisno o njihovoj daljnjoj primjeni.Uz aluminij dodaju se nikal i željezo, svakog do 5 %.Legure se koriste za potrebe u kemijskoj industriji (komponente izložene visokim temperaturama) te za druge potrebe, posebno otkovke otporne na koroziju.
Lijevane legure primjenjuju se u pomorskoj tehnici, npr. za osovine pumpi, dijelove ventila, brodske vijke (propelere), osovine za vijke itd.Koriste se također za sjedišta ventila, za nosače četkica u generatorima, za ležaje pri radu u teškim uvjetima, za zupčanike, za izradu neiskrećeg alata (čekići, dlijeta, kliješta) u potencijalno "opasnim" industrijama plina, boja, benzina i eksploziva
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Olovna i olovno-kositrena bronca
Legure bakra s olovom (do oko 25 %Pb) i kositrom
Koriste se za klizne ležaje.Podnose veća opterećenja od "bijelih kovina" na bazi olova ili kositra.Toplinska vodljivost im je veća, tako da ih se može koristiti pri većim brzinama.Uz normalno podmazivanje imaju izvanrednu otpornost na trošenje, ali, jednakovažno, i otpornost na zaribavanje
Berilijeva bronca
Legure bakra s 1,5% do 2 %Be (uz manji dodatak Co ili Ni)
Primjenjuje se u hladno gnječenom i toplinski očvrsnutom stanju.Postiže najvišu čvrstoću među bakrovim legurama (do oko 1350 N/mm2).Otporna na trošenje, dobre električne vodljivosti, kemijski postojana i nemagnetična.Primjenu za izradu opruga kod preciznih aparata, alata za lijevanje polimernih materijala i posebno za izradu neiskrećeg alata.
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Manganova i silicijeva bronca
Manganova bronca je otporna na koroziju u morskoj vodi i ima veliku sposobnost prigušenja vibracija.Namijenjena je za lijevanje, ali se može i toplo i hladno oblikovati.Nedostatak joj je loša rezljivost (zbog žilavosti) i visoka cijena.
Silicijeva bronca Posjeduje izvanrednu podobnost za hladnu i toplu preradu, dobru korozijsku postojanost, osrednju čvrstoću i veliku žilavost.
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
LEGURE BAKRA S NIKLOM
Dodatkom 1,5 %Fe i 2 %Mn može se korozijska postojanost i povećati. Zaštita od korozije postiže se stvaranjem pasivnog sloja u prisutnosti kisika.Posebno su korozijski postojane u boćatnim vodama i morskoj vodi pa se koriste za izradu dijelova kondenzatora na brodovima i postrojenjima za demineralizaciju morske vode. Posebna namjena legure CuNi25 je za izradu kovanog novca.
- vrlo dobra oblikovljivost- velika korozijska postojanost,- visoka čvrstoća (osobito pri povišenim temp.),- prilagodljive u odnosu na tehniku obrade može ih se toplo ili hladno oblikovati,
BAKAR I NJEGOVE LEGURE
Elektrootporna legura CuNi44 ("konstantan“) ima veliki električni otpor i malu toplinsku rastezljivost pa se koristi kao materijal za grijaće elemente.
U sustavu bakar-nikal kontinuirano se mijenja i termoelektrični napon koji maksimalnu vrijednost prema bakru ili željezu postiže kod 45 %Ni. Na toj osnovi upotrebljava se legura CuNi44 kao materijal za termo elemente (termopar, termočlanak).
Promjena električnog otpora Cu-Ni legura pri 0 °C (a) i termonapon Cu-i legura u odnosu na željezo pri 816 °C (b)
NIKAL I NJEGOVE LEGURE
Otpornost na koroziju je gospodarstveno najvažnije svojstvo čistog nikla. Tehnički je zanimljiv i zbog njegovih fizikalnih, mehaničkih i tehnoloških svojstava te zbog utjecaja na svojstva drugih metala.Otporan je na atmosferske utjecaje, postojan u morskoj vodi, neoksidirajućim hladnim kiselinama, lužnatim otopinama i rastaljenim jakim lužinama.Nikal je metal s feromagnetičnim svojstvima.
Glavno obilježje legura na osnovi nikla je FCC kristalna struktura, a to znači da kod njih nema prijelaza žilavog u krhak prijelom sa sniženjem temperature, pa se mogu nazvati žilavim materijalima.
Niklove legure su ponajprije razvijene radi njihove otpornosti na koroziju i otpornosti pri visokim temperaturama (zadržavaju dobru vlačnu čvrstoću i otpornost na puzanje do temperatura 0,7Tt ).
Druga posebna svojstva niklovih legura su magnetska i električna svojstva kao i kontrolirana rastezljivost.
U novije vrijeme razvijene su "pametne" Ni-Ti legure s izraženim efektom prisjetljivosti oblika (eng. shape memory alloys).
Legure otporne na koroziju i visoke temperature podijeljene su prema legirnim elementima u skupine s odgovarajućim trgovačkim oznakama:
A - precipitacijski očvrstljiveB - očvrstljive kristalima mješancimaC - očvrstljive karbidima
Skupina Trgovačko ime
1. Nikal-bakar Monel (Nicorros)Nikal-krom Nimonic (Nicrofer)
2. Nikal-molibden-krom Hastelloy (Nimofer)3. Nikal-krom-željezo Inconel (Nicrofer)
Nikal-željezo-krom Incoloy (Nicrofer)4. Nikal-krom + (A) aluminij-titan Različite vrste legura pod
+ (B) kobalt-volfram-molibden skupnim imenom "SUPERLEGURE"+ (C) ugljik
NIKAL I NJEGOVE LEGURE
NIKAL I NJEGOVE LEGURE
Superlegure" su višekomponentni sustavi na osnovi nikla i kobalta s visokim udjelima kroma i manjim udjelima visokotaljivih elemenata molibdena i volframa, te titana i aluminija. Njihova se mehanička svojstva postižu otapanjem legirnih elemenata u kristalima mješancima matrice i precipitacijom intermetalnih spojeva i/ili karbida raspoređenih u auste nitnoj matrici.
Smiju se trajno opteretiti do 1100 °C, a kratko vrijeme smiju raditi i na 1400 °C.
Služe za izradu dijelova:• zrakoplovnih plinskih turbina,• brodskih turbina,• lokomotivskih turbina,• uređaja u energanama, • postrojenja za proizvodnju nafte i sl.
Visoka cijena superlegura je posljedica cijene legirnih elemenata i složene tehnologije proizvodnje
KOBALT I NJEGOVE LEGURE
Čisti kobalt je beznačajan kao konstrukcijski materijal.Zbog svoje strukturne građe (HCP koja grijanjem na 417°C prijeđe u FCC) dobro jetoplo oblikovljiv, ali ograničeno hladno oblikovljiv.
Kobalt je važan kao legirni element za proizvodnju trajnih magnetnih materijala,sinteriranih tvrdih metala, materijala za navarivanje otpornih na trošenje, brzoreznih čelika, zubarskih legura i legura za implantate u kirurgiji.
Od legura najvažnije su toplinski otporan lijev, kovane i sinterirane legure koje se ubrajaju u grupu superlegura.
Sastav kobaltovih superlegura: 30...65 %Co, 15...30 %Cr, 0...20 %Fe, 0...32 %Ni i do 1,1 %C.
Ostali legirni elementi: W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr i B.
Povišenje čvrstoće pri visokim temperaturama postiže se izlučivanjem karbida i karbonitrida.Disperzijsko očvrsnuće kobaltove matrice moguće je stvaranjem stabilne sekundarne faze (visokotaljivi oksidi).
ALUMINIJ I NJEGOVE LEGURE
1. Povoljan omjer čvrstoće i gustoće (Rm/ -specifična čvrstoća), osobito kod legura.
2. Omjer električne vodljivosti i gustoće najpovoljniji je među svim metalima.
3. Aluminij ima velik afinitet prema kisiku, a korozijska postojanost mu je ipak velika.
Tri glavna svojstva aluminija kao inženjerskog materijala:
Antikorozivnost aluminija temelji se na postojanju gustog nepropusnog oksidnog sloja koji se stvara na površini metala na zraku i vodenim otopinama. Ukoliko se, odmah se oksidacijom nadomješta novim.Što je jače oksidiran, to je nastali sloj otporniji, tako da je aluminij otporan i na koncentriranu dušičnu kiselinu. Neotporan je na lužine koje ga otapaju.
Prirodni oksidni sloj je debeo tek oko 0,01 µm i pun sitnih pora.Kvaliteta mu se može se poboljšati postupcima fosfatiranja i kromatiranja. Važnija i poznatija je elektrokemijska oksidacija − anodizacija (eloksiranje)
Aluminij s kubičnom plošno centriranom strukturom (FCC) je metal izvanredno toplo i hladno oblikovljiv deformiranjem. Dade se vrlo dobro polirati.
ALUMINIJ I NJEGOVE LEGURE
Aluminijeve legure
Najvažniji legirni elementi su: bakar, magnezij, silicij, cink i mangan.
Legiranje ima za cilj poboljšanje mehaničkih svojstava (vlačne čvrstoće i tvrdoće, krutosti, žilavosti), rezljivosti i livljivosti.
Aluminijeve legure upotrebljavaju se i u lijevanom i u gnječenom stanju.Nekim legurama mogu se mehanička svojstva poboljšati precipitacijskim očvrsnućem.
Precipitacijsko očvrsnuće aluminijevih legura
Prikaz precipitacijskog očvršćivanja Al-Culegure s 4 %Cu u dijagramu stanja
Opći postupak precipitacijskog očvršćivanja
ALUMINIJ I NJEGOVE LEGURE
Lijevane legure
Lijevane legure mogu se svrstati u tri osnovne grupe: Al-Si, Al-Mg i Al-Cu
- silicij je osnovni element koji doprinosi dobroj livljivosti aluminijevih legura- to su najrasprostranjenije legure u grupi lijevanih legura ("silumini"), posebno one s 10 % do 13 %Si (~ eutektički sastav)- koriste se za tlačni lijev i druge vrste ljevova gdje se zahtijevaju zamršeni presjeci budući da posjeduju veliku žitkost, malo skupljanje i uski interval skrućivanja.
Al-Si legure
Postupkom cijepljenja ili modifikacije može se usitniti gruba eutektička mikrostruktura koja nastaje kod pješčanog lijeva. Cijepljenje povisuje vlačnu čvrstoću i istezljivost.
Dobra kemijska postojanost čini ih uporabljivim u pomorstvu, a činjenica da su nešto manje gustoće od Al-Cu legura čini ih pogodnim za primjenu u zrakoplovnoj i automobilskoj industriji.
ALUMINIJ I NJEGOVE LEGURE
─Osnovno svojstvo je dobra korozijska postojanost zbog čega se kod ovih legura može postići visoki sjaj. Neke od njih su i otporne na udarce pa se mogu uporabiti za umjereno opterećene dijelove u pomorstvu. Najbolju kombinaciju čvrstoće i žilavosti ima legura s 10 %Mg. Nažalost, ona je jedna od najteže livljivih legura zbog pojava poroznosti, stvaranja troske i loše žitkosti. Zbog toga su u uporabi najviše legure s 3 % i 5 %Mg.
Al-Mg legure
Toplinski očvrstljive legure s osrednje visokom čvrstoćom, srednjom ili slabom udarnom otpornošću, dobro otporne na višim temperaturama i dobro rezljive.Slabe su livljivosti, a korozijska postojanost im je najslabija među svim aluminijevim legurama.
Al-Cu legure
Precipitacijski su očvrstljive uz dodatak od 0,2 % do 0,5 %Mg. Odlikuju se dobrom livljivošću, imaju uzak temperaturni interval skrućivanja (do 30 °C) i malo linearno skupljanje (1 %). Kod lijevanja u pijesak moraju se obvezatno cijepiti.
Al-Si-Mg legure
To su legure Al-Si kojima je dodan bakar radi poboljšanja čvrstoće i rezljivosti.
Al-Si-Cu legure
Gnječene legure
ALUMINIJ I NJEGOVE LEGURE
Vrsta legure Način očvrsnuća Rm, N/mm2
1. Al-Mndeformiranjem uhladnom stanju
200...3502. Al-Mg
3. Al-Mg-Mn
4. Al-Mg-Si ("antikorodal") ~ 330
5. Al-Cu-Mg ("dural") ~ 450
6. Al-Zn-Mg precipitacijom ~ 400
7. Al-Zn-Mg-Cu ("konstruktal") ~ 550
8. Al-Li-Cu-Mg ~ 500
Od legura koje očvršćuju hladnim deformiranjem zahtijeva se dovoljna čvrstoća i krutost u hladnom stanju, kao i dobra korozijska postojanost. Većina ovih legura ima mikrostrukturu koja se potpuno sastoji od čvrste otopine.To je dodatni faktor u prilog njihovoj velikoj duktilnosti i velikoj korozijskoj postojanosti.
Precipitacijski očvrstljive legure imaju prednost kada se traži povoljan omjer čvrstoće i gustoće
TITAN I NJEGOVE LEGURE
Fizikalna i mehanička svojstva titana
gustoćatalištemodul elastičnostitoplinska rastezljivost vlačna čvrstoća*istezljivost*
kg/m3
°CN/mm2
10-6/KN/mm2
%
45001670
1100009
250...700>10
Titan i njegove legure su zbog povoljnog omjera čvrstoće i gustoće u temperaturnom području od –200 °C do +550 °C u prednosti pred mnogim drugim inženjerskim materijalima.Također im je značajna otpornost na umor i puzanje, imaju malu toplinsku rastezljivost i veliku postojanost u različitim agresivnim sredinama.
Proizvodni troškovi i naročito troškovi prerade još su uvijek vrlo visoki, pa se opća uporaba titana i njegovih legura znatno ograničuje.
Na sobnoj temperaturi titan ima heksagonsku (HCP) rešetku, -titan, koja na ~885 °C prelazi u kubičnu prostorno centriranu (BCC) rešetku, -titan.
TITAN I NJEGOVE LEGURE
Tehnički titan
Sadrži između 98,9 % i 99,5 %Ti. Ostatak čine nečistoće, u prvom redu kisik i željezo,koji imaju znatan utjecaj na mehanička svojstva.
Može se uporabiti za konstrukcijske, ali i za nekonstrukcijske namjene. Nositelj otpornosti na koroziju je čvrsto prionjena oksidna prevlaka koja nastaje u oksidirajućoj okolini. Zbog toga se primjenjuje gdje se traži otpornost na oksidirajuće kiseline ili smjese takvih kiselina.
Dade se dobro zavariti pod zaštitnim plina ili u vakuumu.
Titan je teško obradljiv odvajanjem čestica jer je vrlo žilav, a postoji i opasnost od zapaljenja strugotine.
Sposobnost hladnog oblikovanja je ograničena radi heksagonske strukture.Hladnim oblikovanjem povisuje se vlačna čvrstoća.
ALUMINIJ I NJEGOVE LEGURE
Titanove legure
Glavni stabilizatori -faze su ugljik, kisik, dušik, aluminij i kositar.
-, - i (+)-legure
Zavarljivost, žilavost, čvrstoća i stabilnost pri povišenim temperaturama glavnasu obilježja -legura.Također imaju dobru žilavost i čvrstoću i pri sniženim temperaturama.Otpornost na oksidaciju i koroziju je jednaka kao i kod - i (+)-legura.Teže se oblikuju deformiranjem i nisu toplinski očvrstljive.
U ovu grupu ulaze legure titana s aluminijem kao glavnim legirnim elementom, tekositrom.Najčešća je legura TiAl5Sn2,5.Glavna su joj obilježja: oksidacijska i korozijska postojanost i odlična svojstva priniskim temperaturama. Koristi se u kovanom i lijevanom stanju, među ostalim za dijelove zrakoplova isvemirskih letjelica.
-legure
ALUMINIJ I NJEGOVE LEGURE
(+)-legure su glavni dio proizvodnje titanovih legura.Legura TiAl6V4 koristi se u količini jednakoj svim ostalim titanovim materijalima. Mikrostruktura te legure toplinskom se obradom može mijenjati tako da se ostvare željena uporabna svojstva.
(+)-legure
Mikrostruktura legure TiAl6V4 žarenepri 705 °C/2 h i ohlađene na zraku
-primarni kristali -osnova Toplinsko očvrsnuće (+)-legura titana: 1. rastvorno žarenje,2. gašenje radi stabilizacije ,3. popuštanje,4. hlađenje (zrak ili voda)
TITAN I NJEGOVE LEGURE
Jednofazne -legura su metstabilne legure. -legure mogu postići visoku čvrstoću toplinskom obradom, osobito u hladno očvrsnutom stanju. Imaju veliku duktilnost i visoki omjer čvrstoća/gustoća, a također su i zavarljive.Legura TiV13Cr11Al3 do 300 °C zadržava znatan dio čvrstoće koju je imala pri sobnoj temperaturi. Duljim držanjem pri temperaturama iznad 320 °C postupno gubi stabilnost.Razvijen je i niz drugih -legura s povećanom postojanošću pri višim temperaturama (TiV8Fe5Al1) i povećanom otpornošću na napetosnu koroziju (TiMo12Sn6).
-legure
Glavna prednost -legura je sposobnost hladnog oblikovanja deformiranjem.
TITAN I NJEGOVE LEGURE
Vrsta legure Kristalnastrukura
Toplinska obrada Rp0,2,
N/mm2
Rm,
N/mm2
A,%
TiAl5Sn2,5 (HCP) rekristalizacijski žareno 790 °C/zrak 850 950 14
TiAl6V4 + rekristalizacijski žareno 750 °C/zrak 890 970 13
rastvorno žareno 930 °C/voda + 540 °C/zrak 1080 1180 11
TiV13Cr11Al3
(BCC)
rekristal. žareno 790 °C/zrak 900 950 14
rastvor. žareno 790 °C/voda + 480 °C/17h/zrak 1220 1290 7
rastvor. žareno 790 °C/zrak + hlad. oblikovano + 440 °C/24h/zrak
1700 1820 4