~ 1 ~

1. UVOD Sadržaj metala je oko dvije tredine svih elemenata i oko 25 % mase zemlje. Oni su uglavnom oko nas u obliku metalnih legura koje se koriste zbog svojih različitih svojstava i karakteristika, poput čvrstode, duktilnosti, žilavosti, korozijske postojanosti, toplinske otpornosti, toplinskog širenja, toplinske i električne vodljivosti. Čvrstoda materijala je u tome da se njihovi atomi drže skupa snažnim graničnim silama. Takvi spojevi su formirani između atoma metala dozvoljavajudi njihovim krajnjim elektronima da budu podjeljeni između svih okružujudih atoma, rezultirajudi pozitivnim ionima, npr. katoni (pozitivni ioni) okruženi oblakom elektrona (valentni elektroni). Zbog toga što su ovi valentni elektroni podijeljeni među svim atomima, ne smatraju se povezanim s bilo kojim određenim atomom. Ovo je vrlo različito između ionskih i kovalentnih veza, gdje su elektroni podijeljeni između jednog ili dva atoma. Metalna veza je stoga jaka i jednolika. Čak i ako su dodani nemetalni elementi, legure i dalje imaju metalna svojstva. Vedina metala se ne koristi u svom čistom obliku, ved ima legirne elemente dodane radi modifikacije njihovih svojstava i ovo se može koristiti za posebne namjene. Prisustvo udjela drugog elementa povezanog s metalom da formira leguru, npr. kroma sa željezom za formiranje Fe-Cr legura, može drastično promijeniti neka svojstva. Čisto željezo je premekano da se koristi za konstrukcijske svrhe, ali dodaci malih količina drugih elemenata (npr. ugljik, mangan ili silicij) uveliko povedava njegovu mehaničku čvrstodu. To je jer različite veličine atoma drugih elemenata ometaju uređeno uređenje atoma rešetke i sprečavaju ih od lakog klizanja jednih preko drugih. Legirni elementi imaju sposobnost blokirati klizanje ravnina. U slučaju dodavanja kroma željezu (Fe-Cr legure), postoji još jedna prednost, koja se sastoji u velikom povedanju korozijske postojanosti nove metalne legure spram čistog željeza. Svaka od njih je razvijena za određenu potrebu, i svaka ima svoja određena svojstva i karakteristike. Najvažnija od svih karakteristika za legure koje sadrže krom, unutar nehrđajudih čelika, je da sadrže dovoljno kroma da ih učini korozijski otpornim, otpornim na oksidaciju i/ili vatrootpornim. Sve ove legure sadrže krom (Cr), mangan (Mn), silicij (Si), ugljik (C), dušik (N), sumpor (S) i fosfor (P), i mogu sadržavati: nikl (Ni), molibden (Mo), titan (Ti), niobij (Nb), cirkonij (Zr), bakar (Cu), wolfram (W), vanadij (V), selen (Se), i manju količinu nekih drugih elemenata. Nehrđajudi čelici Nehrđajudi čelik je opdeniti naziv za veliku obitelj korozijski otpornih legura koje sadrže minimalno 10.50 % kroma (prema EN 10088) i mogu sadržavati druge legirne elemente. Nehrđajudi čelici mogu se podijeliti u 5 kategorija: martenzitni, feritni, austenitni, austenitno-feritni (tzv. dupleks) i precipitacijsko očvrsnuti čelici. Martenzitni nehrđajudi čelici: Fe-Cr-C-(Ni-Mo) legure Ove legure imaju sadržaj kroma u rasponu od 11.50 do 18.00 %. Imaju relativno visok sadržaj ugljika od 0.15 do 1.20 %, u usporedbi s ostalim nehrđajudim čelicima, a također se može koristiti i molibden. Ovi razredi mogu biti očvrsnuti preko toplinskih obrada radi bolje čvrstode i tvrdode. Oni su magnetični. Obično se koriste za kuhinjske noževe, kirurške instrumente, osovine, itd.

~ 2 ~

Feritni nehrđajudi čelici: Fe-Cr-(Mo) legure U feritnim razredima, ugljik je zadržan na niskim razinama ( C< 0.08 %), a sadržaj kroma je u rasponu od 10.50 do 30.00 %. Dok neki feritni razredi sadrže molibden (do 4.00 %), samo krom je prisutan kao glavni metalni legirni element. Ovi razredi mogu biti očvrsnuti kroz toplinsku obradu. Feritni razredi su magnetični i odabiru se kad žilavost nije primarna, ved kad je važna korozijska postojanost, posebno u kloridnim okruženjima kod sklonosti pukotinama prilikom korozije uslijed naprezanja. Obično se koriste na automatskim sistemima ispušnih uređaja (11.00 % Cr), okvirima automobila (17.00% Cr- 1.50 % Mo) i vrudim vodenim spremnicima (18.00 % Cr- 2.00 % Mo-Ti). Austenitni nehrđajudi čelici: Fe-Cr-Ni-(Mo) legure U austenitnim razredima, ugljik je obično zadržan na niskim razinama (C < 0.08%). Raspon kroma je od 16.00 do 28.00 %, a sadržaj nikla u rasponima od 3.50 do 32.00 %. Ovaj kemijski sastav im dozvoljava da održe austenitnu strukturu od kriogenih temperatura do točke taljenja legure. Ove legure se ne mogu otvrdnuti preko toplinske obrade. Glavna svojstva ovih tipova nehrđajudih čelika su odlična korozijska postojanost, duktilnost i žilavost. Obično se koriste u prehrambenim industrijama, opremi za kemijske industrije, primjene u arhitekturi i kod kudnih primjena. Dupleks (Austenitno-feritni) nehrđajudi čelici: Fe-Cr-Ni-(Mo)-N legure Kod dupleks nehrđajudih čelika, ugljik je zadržan na vrlo niskim razinama (C<0.03%). Sadržaj kroma je u rasponu od 21.00 do 26.00%, sadržaj nikla je 3.50 do 8.00%, a ove legure mogu sadržavati i molibden (do 4.50%). Ovi razredi imaju mješanu strukturu ferita (50%) i austenita (50%) i nude fizička svojstva koja odražavaju ovu strukturu. Ove legure su magnetične i nude vedu vlačnu čvrstodu i granicu razvlačenja od austenitnih nehrđajudih čelika. Obično se koriste u pomorskim primjenama, petrokemijskim postrojenjima, izmjenjivačima topline, solanama i papirnoj industriji. Precipitacijski očvrsnuti nehrđajudi čelici: Fe-Cr-Ni-(Mo-Al-Cu-Nb)-N legure Visoka čvrstoda, srednja korozijska postojanost i lakoda proizvodnje su glavne prednosti koje nude ovi čelici. Ovi razredi razvijaju vrlo visoke čvrstode nakon niskotemperaturne (500-800°C) toplinske obrade. Pošto se mogu koristiti niže temperature, brige o djelomičnim deformacijama su minimalne, omogudujudi im da budu korišteni za visoko precizne dijelove. Precipitacijsko očvrsnuti nehrđajudi čelici imaju početnu strukturu austenita ili martenzita. Austenitni razredi su pretvoreni u martenzitne razrede preko toplinske obrade prije nego se može izvesti precipitacijko očvrsnude. Precipitacijsko očvrsnude nastaje kada toplinska obrada starenjem uzrokuje da tvrda intermetalna mješavina precipitira od kristalne rešetke pošto je martenzit popušten. Obično se koriste u avioindustriji i nekim drugim visoko tehnološkim industrijama.

~ 3 ~

2. UGLJIK Ugljik je nemetalni element koji je važan legirni element u svim metalnim materijalima na bazi željeza. Ugljik je uvijek prisutan u metalnim legurama; npr. u svim razredima nehrđajudih čelika i vatrootpornih legura. Ugljik je veoma jaki austenitizator i povedava čvrstodu čelika. U austenitnim, feritnim i dupleks nehrđajudim čelicima, zadržan je na niskim razinama (tipično 0.005% do 0.03 % C u nisko-ugljičnim razredima) da zadrži zahtjevana svojstva i mehaničke karakteristike. U martenzitnim nehrđajudim čelicima, ugljik se promišljeno dodaje da održi i visoku čvrstodu i visoku tvrdodu, zahvaljujudi formaciji martenzitne strukture. U martenzitnim razredima, ugljik se dodaje kao legirni element, u količinama koje variraju od 0.15 % do 1.2% da učini ove legure toplinsko obradljivim preko poboljšavanja da bi se razvila martenzitna faza. Glavni učinak ugljika na korozijsku postojanost se određuje na način na koji postoji u leguri. Ako se kombinira s kromom kao odvojeni dio (krom karbidi), može imati štetan učinak na korozijsku postojanost uklanjenjem nešto kroma od čvrste otopine u leguri i kao posljedica smanjenjem sadržaja kroma dostupnog za osiguranje korozijske postojanosti. Ovaj nepovoljni efekt ugljika može biti uzrokovan ako se legura presporo hladi nakon vrudeg rada ili žarenja ili naknadnog dogrijavanja (kao kod operacija zavarivanja). Posljedica je neželjena precipitacija karbida koji sadrže krom. Precipitacija ugljika nastaje na granicama zrna i određuje se kao aktivacija. Pokazalo se da gubitak kroma povezan s precipitacijom karbida smanjuje korozijsku postojanost i donosi sa sobom osjetljivost na lokalnu koroziju, npr. intergranularnu koroziju na granicama zrna pratedi mrežu krom karbida.

Grafit – Lake Harbour (Kanada)

~ 4 ~

3. KROM 3.1 Pronalazak, povijest i izvori 1797-e, francuski profesor kemije, Louis-Nicolas Vauquelin je otkrio kromov oksid, kao dio crvenog olova (olovni kromat PbCrO4), olovne rude iz Beresovska (Ural). 1798-e, on je izolirao metal krom smanjujudi oksid. Nazvan je prema grčkoj riječi chroma što označava boju. Glavna ruda je kromit, spinel koji odgovara opdenitoj formuli (Mg, Fe++), (Cr, Al, Fe+++)2O4, i pojednostavljenoj formuli Cr2O3, FeO.

Louis-Nicolas Vauquelin (1763-1829) je studirao farmaciju u Rouenu i Parizu. Postao je profesor na „Ecole Polytechnique“ (1794), „College de France“ (1801), „Museum d'Historie Naturelle“ (1804) i

„Ecole de Medecine de Paris“ (1809). Također je pronašao berilij (1789) i osmij (1804).

Krom je 13-ti najzastupljeniji element u zemljinoj jezgri, s prosječnom koncentracijom od 400 ppm. 14 miliona tona rude kromita je proizvedeno za prodaju tokom 2002. godine. Južna Afrika je proizvela 46%, Kazahstan i Indija 36%, Brazil, Finska, Turska i Zimbabve zajedno su proizveli 14% od ukupne količine, dok je 12 ostalih zemalja dodalo još 4 %. Na trenutnim potrošnim razinama, predočene rezerve de trajati nekoliko stoljeda, a manje ekonomsko identificirani izvori su dovoljni da udvostruče ove količine.

Kromitna ruda – Kromit – Mine Dyne (Nova Kaledonija)

~ 5 ~

3.2 Fizikalna svojstva Krom je srebreno-smeđi prijelazni metal s relativnom atomskom masom (12C=12) od 51.996, atomskim brojem 24, točkom taljenja na 1875°C i gustodom od 7190 kg/dm3. Nalazi se u grupi VI periodnog sustava. Krom ima prostorno centiranu kubičnu kristalnu strukturu. 3.3 Metalurške primjene kroma Oko 85% iskopina kromita se koristi u metalurgiji, uglavnom u nehrđajudim čelicima, nisko legiranim čelicima, visoko čvrstim čelicima, alatnim čelicima i visoko učinkovitim legurama poput krom-kobalt-wolfram (ili molibden), nikl-krom-mangan-niobij-tantal (ili titan) legurama, nikl-krom-molibden legurama, kobalt-krom legurama i nekim maraging čelicima (visoko čvrste željezne legure precipitacijsko očvrsnjavajudeg tipa). Zbog svoje čvrstode i visoke otpornosti na koroziju, krom se često koristi u platiranju i kod dovršavanja metala (kromiranja). 3.4 Uloga kroma u nehrđajudim čelicima Svojstva koja razlikuju nehrđajude čelike npr. Fe-Cr-(Mo) legure i Fe-Cr-Ni-(Mo) legure od drugih korozijsko postojanih materijala ovisi prvenstveno o kromu. Visoki stupanj reaktivnosti kroma je osnova za učinkovitost kroma kao legirnog elementa u nehrđajudim čelicima. Otpronost ovih metalnih legura na kemijske efekte korozivnih učinaka se određuje njihovom mogudnosti da se zaštite od formacije prijanjajudih, netopljivih filmova nastalih reakcijom koja štiti metalnu podlogu od jednolikog i lokalnog napada. Zaštitni film se naziva pasivni sloj ili pasivni film. To je vrlo fini sloj na površini, taloga od 1.0 do 2.0 nm, što smanjuje mjeru korozije na zanemarive razine i ima strukturu sličnu kromitu. Za pojavu pasivizacije i da ona ostane stabilna, Fe-Cr legura mora imati minimalni sadržaj od 11% kroma, iznad kojeg se pasivizacija može pojaviti, a ispod kojeg je to nemogude. Korozijska postojanost Fe-Cr legura je poboljšana s povedanjem sadržaja kroma, a definitivne promjene su vidljive kod oko 11% Cr, i opet kod oko 17% Cr.

~ 6 ~

4. NIKL 4.1 Pronalazak, povijest i izvori 1751. godine, švedski mineralog i kemičar Axel Fredrik Cronstedt je otkrio nikl kao nečistodu u metal sadržanom nikolitu (nikl-arsenid). Prijavio ga je kao novi element i predložio za njega ime nikl. Ovaj element je 24.ti po redu po sadržanosti u zemljinoj jezgri, s prosječnom koncentracijom od 80 ppm. Dva glavna izvora ovog metala su niklom sadržani sulfid unutar željezno-bakrenih naslaga pirita u Kanadi, Rusiji (Sibirski rudnici), Novoj Kaledoniji i Južnoj Africi, i niklom sadržane naslage laterita poput gamierita (Jugoistočna Azija, Australija i Karibi). Svjetska proizvodnja nikla u cjelini je bila 1,26 mega tona 2001. godine, što je najveda proizvodnja ikad zabilježena. Glavne zemlje koje proizvode nikl su bile Rusija (20%), Kanada (15%), Australija (15%) i Nova Kaledonija (10%).

Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765), švedski mineralog i kemičar, bio je jedan od prvih koji su prepoznali vrijednost kemijskog sastava minerala i kamenja i odana mu je počast za njegove napore da izgradi novi sustav mineralogije. Također se navodi kod razvoja eksperimentalne procedure uključujudi sistematsko korištenje otvorenih cijevi za analizu kemijskog sastava

minerala. Autor je „Pisanog članka u pogedu sustava minerologije“ (1758).

Niklena ruda – Garnierit (Nova Kaledonija)

4.2 Fizikalna svojstva Nikl je srebreno-bijeli prijelazni metal s relativnom atomskom masom (12C=12) od 58.69, atomskim brojem 28, točkom taljenja na 1453 °C, i gustodom od 8902 kg/dm3. Nalazi se u grupi VIII periodnog sustava. Kristalna struktura mu je plošno centrirana kubična rešetka. Nikl je feromagnetičan do 353°C, što je njegova curijeva točka. 4.3 Metalurške primjene nikla Oko 65% proizvedenog nikla se koristi u nehrđajudim čelicima, dok je prije 10 godina to bilo 45%. Visoko produktivne legure (na bazi nikla, legure na bazi kobalta i željezno-niklene bazirane visoko produktivne legure) predstavljaju još jednu rastudu metaluršku krajnu korist za nikl.

~ 7 ~

4.4 Uloga nikla u nehrđajudim čelicima U nehrđajudim čelicima nikl nema direktan utjecaj na pasivni sloj ali ima značajan učinak, pogotovo u okruženjima sumpornih kiselina. Zahvaljujudi nikleno austenitnim nehrđajudim čelicima, npr. Fe-Cr-Ni(Mo) legurama, pokazuje se široki raspon mehaničkih svojstava kojima nije ravan nijedan drugi legirni sustav današnjice. Za primjer, ove legure pokazuju odličnu duktilnost i žilavost, čak i na nivoima visokih naprezanja i ova svojstva se zadržavaju sve do kriogenih temperatura. Nikl pomaže korozijskoj postojanosti niklom baziranih legura kod usporedbe sa željezom baziranim legurama pod uvjetima gdje pasivni sloj može izostati ili može biti uništen lokalno ili jednoliko. Za primjer, piting korozija ima manje brz napredak u visoko legiranim niklenim legurama. U Fe-Ni legurama, njihova orginalna svojstva se mogu objasniti s dvije pojave. Jedna je neprirodno niska ekspanzija u kemijskim sastavima blizu INVAR-a (36 % Ni) zbog visoke prirodne volumne magnetostrikcije i iznimno visoke električne propustljivosti koja nastaje od različitih anizotropa kod blizu 80% Ni. Nikl je temelj visoko temperaturnih superlegura zbog svoje sposobnosti razvijanja prijanjajudih oksida i precipitacijsko očvrsnutih faza baziranih na Ni3Al. Nikl je modificirani očvršdivač i stoga velike količine mogu biti dodane nisko legiranom čeliku prije nego čvrstoda poraste na neželjeni nivo. Kod nisko legiranih čelika nikl ima vedi ukupni povoljni efekt na prijelaznu temperaturu (žilavost) nego bilo koji zamjenski legirni element.

~ 8 ~

5. MOLIBDEN 5.1 Pronalazak, povijest i izvori Iako je bio poznat drevnim kulturama, molibden nije formalno identificiran do 1778-e, kada je švedski kemičar i apotekar Carl Wilhelm Scheele proizveo molibdenov oksid pomodu napada molibdenita u prahu (MoS3) koncentriranom nitritnom kiselinom, a potom isparavanjem ostataka dok se ne osuši. U početku, ovaj element se izlučivao od onog za što se mislilo da je vodeda kovina i greškom je nazvan grčkom riječi molubdos što znači vodedi. Slijededi Scheelove prijedloge, još jedan švedski kemičar i mineralog, Peter Jacob Hjelm, je izolirao prvi metalni molibden 1782.-e reducirajudi molibdenov oksid (MoO3), ali tek 1895-e je francuski kemičar i nobelovac Henri Moissan proizveo prvi kemijski čisti molibden metal reducirajudi ga s ugljikom u električnoj pedi i tako je omogudio provođenje znanstvenih i metalurških istraživanja ovog metala i njegovih legura.

Carl Wilhelm Scheele je bio šegrt u apoteci u Gothenburgu s 14 godina starosti. S 28 je preselio u Uppsalu radi vježbanja apotekartstva. Izabran je u Stockholm Royal Academy of Sciences 1775-e.

Te godine se također preselio u Köping gdje je osnovao svoju vlastiti farmaceustku trgovinu. 1777-e je objavio svoju jedinu knjigu, Kemijska opažanja i eksperimenti na zraku i vatri.

Molibden je ostao uglavnom laboratorijski predmet kroz vedinu 19-og stoljeda sve dok tehnologija za izlučivanje komercijalnih količina nije postala praktična. 1891-e, francuski proizvođač oružja Schneider S.A. uvodi molibden kao legirni element u proizvodnju oklopnih ploča, kao što se radilo u Le Creusotu. 1900-e dva američka injženjera, F.W. Taylor i P. White, predstavljaju prve molibdenom bazirane visoko-brze čelike na Exposion Universelle de Paris. Istovremeno, Marie Curie u Francuskoj i J.A. Matthews u S.A.D.-u su koristili molibden za pripremu permanentnih magneta.

Molibdenova ruda – Noerkheia, Norveška

~ 9 ~

Ovaj element je 38.i po redu po sadržanosti u zemljinoj jezgri, s prosječnom koncentracijom od 15 ppm. Glavna nalazišta molibdena su u SAD-u, Čileu, Kini, Kanadi i bivšem Sovjetskom Savezu. Ostatak je raspodjeljen između Meksika, Perua, Irana i Mongolije. Globalna proizvodnja rude je 140000 tona godišnje, s 27 % u SAD-u, 20 % u Kini, 25 % u Čileu i 8 % u Kanadi. 5.2. Fizikalna svojstva Molibden je srebreno bijeli prijelazni metal s relativnom atomskom masom (12C=12) od 95.94, atomskim brojem 42, točkom taljenja na 2610 °C i gustodom od 10.22 kg/dm3. Nalazi se u grupi VI periodnog sustava. Kristalna struktura mu je prostorno centrirana kubična rešetka. 5.3 Metalurške primjene molibdena Visoka točka taljenja molibdena ga čini važnim za davanje čvrstode čelicima i drugim metalnim legurama na visokim temperaturama. Također se dodaje metalnim legurama zbog svoje korozijske postojanosti. Iako niskolegirani čelici, nehrđajudi čelici i lijevano željezo čine najvedi marketinški dio, molibden se također koristi i u određenim visoko produktivnim legurama poput Hastelloys-a i Inconel-a. Molibden se također koristi kao elektroda u električni grijanim pedima, kao filament za elektroničke primjene i kao katalizator za prerađivanje nafte. 5.4 Uloga molibdena u nehrđajudim čelicima Molibden se koristi u nehrđajudim čelicima do količina od 8 %, a najčešde u rasponima od 2 do 4 %. Čak i tako mali postotci molibdena imaju jake efekte u poboljšanju otpornosti na piting koroziju u kloridnim okruženjima i pukotinama u Fe-Cr i Fe-Cr-Ni legurama. Molibden smanjuje intenzitet oksidirajudeg efekta potrebnog za omogudavanje pasivnosti i smanjuje sklonost pucanju prethodno nastalih pasivnih slojeva.

~ 10 ~

KROM I MOLIBDEN Nehrđajudi čelici Povedanje sadržaja kroma i molibdena uglavnom povedava otpornost lokalnoj koroziji (piting i pukotinama uslijed korozijskih naprezanja) i posebno je učinkovito kod feritnih razreda. Kod austenitnih i dupleks legura, dušik također ima povoljan učinak na otpornost piting koroziji. Kako bi se odredio opseg ovih učinaka kemijskog sastava, izvele su se empirijske formule da bi opisale otpornost piting koroziji u obliku Ekvivalenta piting korozije (PRE). Za feritne čelike, formula koja se koristi je:

PRE = % Cr + 3.3 (% Mo)

gdje je koncentracija izražena u masenom udjelu (%), dok je za austenitne i dupleks razrede:

PRE (N) = % Cr + 3.3 (% Mo) + K* (% N) gdje je: K = 16 za dupleks nehrđajude čelike K = 30 za austenitne nehrđajude čelike Iskustvo pokazuje da je dobra povezanost između PRE vrijednosti i otpornosti na piting koroziju. Stabilizatorski dodaci, poput titana i niobija i određenih nečistoda (npr. sumpora) mogu također imati značajan utjecaj na piting koroziju. Legirani čelici za visokotemperaturni rad Da bi se prilagodili efektima temperaturnih i termičkih tokova, razvijen je dio tehnologije kako bi bio vodič za projektiranje i odabir materijala. Uobičajena korozijska prijetnja je oksidacija i dobro je poznato da oksidacija postaje više aktivna s povedanjem temperature. Korozijski problem na visokim temperaturama može biti zamršen s drugim pojavama poput lokalnih pukotina uslijed oksidacije zbog postojanja naprezanja, kemijskih reakcija sa sumpornim plinovima i napadima vrudeg vodika. Pregled legura obično korištenih kod visokotemperaturnih radova pokazuje da su krom i molibden dva najčešde korištena legirna elementa. Krom je učinkovit za povedanje čvrstode i poboljšanje oksidacijske otpornosti dok molibden povedava čvrstodu na visokim temperaturama. Ovo poboljšanje oksidacijske otpornosti se pripisuje afinitetu kroma ka kisiku i kao posljedica stvara se zaštitni sloj na površini čelika koji sadrže krom. Efikasnost kroma i molibdena u poboljšanju čvrstode i oksidacijske otpornosti je toliko izražena da čelici koji sadrže krom i molibden dominiraju visokotemperaturnim poljem konstrukcijskih materijala. Tablica 1 prikazuje reprezentativne legirane čelike često korištene za visokotemperaturni rad.

Uobičajeno označavanje Maksimalna temperatura na zraku (°C)

0.5% Cr - 0.5% Mo 570

1.25% Cr - 0.5% Mo 590

2.25% Cr - 1.0% Mo 630

3.0% Cr - 1.0% Mo 640

5.0% Cr - 0.5% Mo 650

7.0% Cr - 0.5% Mo 680

9.0% Cr - 1.0% Mo 820

Tablica 1 – Uobičajeni krom-molibden čelici za rad na visokim temperaturama

~ 11 ~

Ovaj popis počinje s 0.5 % krom – 0.5 % molibden čelicima i napreduje kroz čelike do povedanja sadržaja kroma do 9.0 %. Mnogi visokotemperaturni ili vatrootporni čelici imaju visoki sadržaj kroma ali se oni smatraju visoko legiranim čelicima, poput nehrđajudih čelika, i nisu uključeni u ovaj popis. Jedna od najvažnijih pojedinosti za imati na umu je da krom i molibden, iako su dodani da povedaju čvrstodu i oksidacijsku otpornost na visokim temperaturama, također pripomažu otvrdnjavanju. Važna primjena, u kojoj su čelici podvgnuti visokotemperaturnom radu, je oprema za prerađivanje i poboljšavanje naftne industrije. Puno reaktora u prerađivačkim postrojenjima radi na visokim temperaturama i strogim zahtjevima i napravljeni su da traju. Dva glavna problema su zapažena u katalitičkim konverterima. Povezani su s radnim temperaturama i tlakom. Katalitički konverteri rade u rasponu od 450 do 570°C na tlakovima vedim od 15 bara u kontaktu s tokom plinskih mješavina koje sadrže vodik. Alatni čelici Alatni čelici se koriste za izradu inženjerskog alata (alata za bušenje, kalupnih alata, alata za rezanje, alata za blanjanje, oblikovanje, crtanje..). Opdenito su grupirani u dva razreda: 1) Obični ugljični čelici sa sadržajem ugljika u postotku oko 0.80 – 1.50 %, 2) Legirani alatni čelici, u koje su dodani drugi elementi (krom, molibden, vanadij, wolfram i kobalt) da bi se omogudila veda čvrstoda, žilavost, korozijska postojanost i vatrootpornost čelika. Krom poboljšava korozijsku i vatrootpornost, povedava širinu otvrdnjavanja tokom toplinske obrade te čvrstodu na povišenim temperaturama. Kod visoko-brzih čelika (sadržaja kroma do 12.00 %), krom ima važnu ulogu u mehanizmu otvrdnjavanja i smatra se nezamjenjivim. Molibden (oko 0.50 – 8.00 %), kada se dodaje alatnom čeliku, čini ga više otpornim na visokim temperaturama. Molibden povedava otvrdnjavanje i poboljšava zamorna svojstva materijala i otpornost na trošenje.

~ 12 ~

6. NIOBIJ 6.1 Pronalazak, povijest i izvori Niobij je otkrio 1801.-e Charles Hatchett u rudi zvanoj kolumbit koju je pak poslao u Englesku John Wintrop, prvi guverner Connecticut-a (SAD) 1750.-e. Hatchett je nazvao novi element kolumbij. Sadašnje ime metala je zbog Heinrich Rose-a, njemačkog kemičara, koji je 1846.-e prilikom razdvajanja od tantala identificirao novi element i nazvao ga „Niobe“ što znači „kderka Tantala“ jer je tantal blisko povezan s niobijem u periodnom sustavu. Najranija informacija o korištenju niobija datira 1925.-e kada je upotrebljen da bi zamijenio wolfram u alatnom čeliku. No do početka 1930-tih, niobij nije imao industrijske važnosti. Niobij je učinkovit u sprečavanju interkristalne korozije u nekim nehrđajudim čelicima i svoju prvu industrijsku upotrebu je našao baš za ovu svrhu.

Ruda niobija – Mina Gerais (Brazil)

S početkom svemirske ere, 1950-tih, bio je značajan porast interesa za niobij zbog svojih sposobnosti kao laki vatrostalni metal. Otkride da mala količina niobija dodana u ugljični čelik znatno poboljšava njegova svojstva vodi ka korištenju mikrolegirnog koncepta.

Nagrada Charles Hatchetta je uspostavljena od CBMM (Companhia Brasileira de Metalurgia e

Mineracao) i potrvđena od instituta za materijale u Londonu

Charles Hatchett (1765 – 1847), engleski graditelj i kemičar je bio stručnjak za analizu. Izabran je u

Kraljevsku Zajednicu 1794.-e. Zahvaljujudi svojim vještinama u analizi, Hatchett je pokrenuo vlastiti laboratorij u Roehamptonu i često je pozivan u London kao savjetnik.

Pyrochlore je najbogatiji mineral koji sadrži niobij. Najvažiji pyrochlori su bariophyrochlori iz zaostalo obogadenih kabronita u Araxa, Brazil (Nb2O5/66%, BaO/14% i H2O/8%) i pyrochlore iz osnovnog karbonita u St.Honore-u, Quebec (Nb2O5/68%, CaO/14% i Na2O/5.8%). Kolumbit predstavlja FeNb2O6, i izvodi se od raspadanja granita. Od svih elemenata u zemljinoj kori, niobij je 33-di, s prosječnom koncentracijom od 25 ppm.

~ 13 ~

Rezerve su oko 460 miliona tona što je dovoljno da zadovolji trenutne svjetske zahtjeve sljededih oko 500 godina. 6.2 Fizikalna svojstva Niobij je sjajni, bijeli prijezni metal, s relativnom atomskom masom (12C=12) od 92.906, atomskim brojem 41, točkom taljenja na 2468 °C i gustodom od 8.57 kg/dm3. Nalazi se u grupi V periodnog sustava. Kristalna struktura mu je prostorno centrirana kubična rešetka. 6.3 Metalurške primjene niobija U današnje vrijeme najvažnija uloga za niobij je da je on legirni element za mikrolegirane čelike kod kojih se koristi radi očvršdavanja metalne strukture. Važna sekundarna primjena za niobij je super legirna operativnost u vrudim sekcijama zrakoplovnih motora. Niobij je također iskorišten u nehrđajudim čelicima (austenitnim i feritnim) kao stabilizirajudi element i za poboljšanje otpornosti na puzanje (feritni) i za svrhe koje uključuju supravodljivost (niobij – titan legure), što omogudava razvoj modernih magneta. 6.4 Uloga niobija u nehrđajudim čelicima Kod mikrolegiranih čelika, mehanizam očvršdavanja se temelji na precipitaciji finozrnatog karbida (NbC). Kod nehrđajudih čelika, sve dok je briga korozijska postojanost, dobro je poznato da stabilizacija razreda s dodacima niobija sprečava rizik od interkristalne korozije u zonama utjecaja topline. Da bi se ovo spriječilo dodaje se niobij u dovoljnim količinama, ovisno o razinama ugljika i dušika (feritni tipovi). Teorijska količina niobija zahtjevana za potpunu stabilizaciju temeljena na stehiometrijskom proračunu je opisana formulom: % Nb ≥ 0.2 + 5 (%C + %N) Kod feritnih čelika, dodatak niobija je jedna od najučinkovitijih metoda za poboljšanje otpornosti na toplinski zamor.

~ 14 ~

7. TITAN 7.1 Pronalazak, povijest i izvori Titan je otkrio svedenik William Gregor 1791.-e i izdvojio ga u Creedu, Velika Britanija. On je prepoznao prisustvo novog elementa u mineralu menahanitu, nazvanom po Menaccanu. Nekoliko godina kasnije, 1795.-e u Berlinu, element je ponovo otkriven u rutilnoj rudi TiO2 od strane njemačkoj kemičara M.H. Klaprotha. Međutim, čisti metal nije napravljen sve do 1910. Od Matthew A. Hunter-a koji je grijao titanov tetraklorid (TiCl4) s natrijem u čeličnom reaktoru na 700-800 °C. 1950-tih titan se počinje koristiti kao konstrukcijski materijal. Element je nazvan po Titanima – u grčkoj mitologiji sinovima Uranusa, boga neba, i Gaia-e, zemaljske božice. Titan se pojavljuje u kombinaciji kao oksid ili silikat u rutilu ili anatasu (TiO2), ilmenitu (FeTiO3) i perovskitu ((Ca, Fe) TiO3). Titan je 9.-ti najzastupljeniji element u zemljinoj jezgri s prosječnom koncentracijom od 6000 ppm.

Titanova ruda – Rutil – Parksburg (SAD)

Iskapanje titanovih minerala se obično provodi korištenjem površinskih metoda. 2000.-te godine, Australija, Kanada, Indija, Norveška i Južna Afrika su bili vodedi u svjetskoj proizvodnji s proizvodnjom od 2 miliona tona koncentriranog titanovog minerala. Titan i cirkonij su sadržani u pješčanim naslagama koje se procjenjuju na 540 miliona tona. Titan u poroznom obliku je elementarni oblik titanovog metala. 2000-e, takav titan se proizvodio u Kini, Japanu, Kazahstanu, Rusiji, Ukrajini i SAD-u. Titanov metal se proizvodi taljenjem poroznog titana. 7.2 Fizikalna svojstva Titan je tvrdi srebreni metal s relativnom atomskom masom (12C=12) od 47.867, atomskim brojem 22, točkom taljenja na 1668 °C i gustodom od 4.54 kg/dm3. Nalazi se u grupi IV periodnog sustava. Titan ima heksagonalnu gusto slaganu (h.c.p.) kristalnu rešetku. 7.3 Metalurške primjene titana Samo oko 5% godišnje svjetske proizvodnje titanove rude odlazi na proizvodnju metala titana. Titanove metalne legure se koriste u avioindustriji, pomorstvu, kemijskom inženjeringu i druge primjene za njihov omjer visoke čvrstode spram težine i korozijske postojanosti u neutralnim i oksidirajudim okruženjima. Titan se obično koristi u nehrđajudim čelicima (austenitnim i feritnim) kao stabilizirajudi element. Titan je također vrlo učinkovit kao mikro legura u čeliku, s utjecajem na mikrostrukturu stvaranjem nitrida (TiN) i karbida (TiC).

~ 15 ~

7.4 Uloga titana u nehrđajudim čelicima Titan je visoko reaktivni element koji formira stabilne TiN precipitate u tekudem stanju u prisustvu dušika. Kod prisustva i dušika i ugljika, formiraju se titanovi nitridi TiN (u tekudem stanju) i titanovi karbidi TiC (u krutom stanju). Titan je najuobičajeniji korišteni stabilizirajudi element. Stehiometrijska količina titana potrebna za potpunu stabilizaciju je opisana sljededom formulom: Ti ≥ 4 (%C) + 3.4 (%N) Međutim, vede razine titana su potrebne za potpunu stabilizaciju jer titan reagira sa sumporom i stvara stabilne Ti sulfide, Ti2S. U praksi, opdenito prihvadena razina titana koja se zahtjeva da potpuno stabilizira nehrđajudi čelik stoga mora zadovoljiti sljededi kriterij: Ti ≥ 0.15 + 4 (%C + %N) Titan također poboljšava otpornost na piting koroziju pošto se stabilni Ti2S pokazao da se formira prvenstveno kod manganovih sulfida (MnS) koji su poznati zbog ponašanja kao inicijatora rupičaste korozije. Kod nisko legiranih čelika titan ima jaki afinitet vezanja za ugljik, dušik i kisik. Kod rastapanja u čeliku, za titan se vjeruje da povedava otvrdnjavanje, no sklonost ovog elementa formiranju karbida je tako jaka da je često u čeličnoj strukturi kao nerastopljeni karbidi i na taj način smanjuje otvrdnjavanje.

~ 16 ~

TITAN I NIOBIJ KAO STABILIZIRAJUDI ELEMENTI Dupla stabilizacija Stabilizirajudi elementi se dodaju Fe-Cr-(Mo) legurama i Fe-Cr-Ni-(Mo) legurama da se spriječi aktivacija i interkristalna korozija uslijed zadržavanja legure unutar temperaturnog raspona u kojem se mogu pojaviti krom karbidi. Uloga ovih stabilizirajudih elemenata je kombinirati afinitet prema bilo kojem ugljiku u Fe-Cr-Ni-(Mo) legurama i dušiku u Fe-Cr-(Mo) legurama koje mogu na drugi način precipitirati kao krom karbidi i krom nitridi. Ovo ostavlja krom u krutom stanju u leguri gdje i treba biti i stoga se čuvaju kvalitete legure u pogledu potpune korozijske postojanosti. Dupla stablilizacija s titanom i niobijem pruža najbolja mehanička svojstva za zavarene spojeve. Ovo ponašanje može biti povezano s boljom kontrolom veličine zrna i vjerovatno s modifikacijom prirode i morfologije precipitata. Optimalni sadržaj duple stabilizacije je dan formulom: % Ti + 4/7 (%Nb) ≥ 0.15 + 4 (C + N) Prednosti ove duple stabilizacije mogu se sumarno izraziti kao: TiN precipitati formirani u tekudem stanju se ponašaju kao nukleacijska mjesta za rast kristala, rezultirajudi finozrnatom jednakoosnom strukturom koja poboljšava mehanička svojstva zavarenih spojeva. Manje Nb se zahtjeva za potpunu stabilizaciju pa je zbog toga i daljnje smanjenje količine nisko-taljivih faza koje se mogu formirati na granicama zrna.

~ 17 ~

8. MANGAN 8.1 Pronalazak, povijest i izvori 1771.-e, švedski kemičar Carl Wilhelm Scheele prepoznaje mangan kao novi element. Odvojen je 1774.-e od drugog švedskog kemičara, Johann-Gottlieb Gahn-a (1745–1818) reduciranjem manganovog dioksida MnO2. Početkom 19.-og stoljeda, i britanski i francuski metalurzi počinju razmatrati upotrebu mangana prilikom izrade čelika.

Manganit – ruda mangana – Ilfeld (Njemačka)

Mangan je 12.-ti najzastupljeniji element u zemljinoj jezgri s prosječnom koncentracijom od 1100 ppm. Glavne naslage mangana su uglavnom smještene u Južnoj Africi, Kini, Australiji, Gabonu, Brazilu, Ukrajini, Indiji, Kazahstanu i Meksiku. Svjetska proizvodnja rude mangana je oko 20 miliona tona godišnje, a svjetske rezerve se procjenjuju na 600 miliona tona rude. Također, velike rezerve mangana se nalaze na dubokom oceanskom dnu u obliku polimetalnih nodula. Procjene su na 2 do 300 miliona tona mangana. 8.2 Fizikalna svojstva Mangan je smeđe-bijeli metal s relativnom atomskom masom (12C=12) od 54.938, atomskim brojem 25, točkom taljenja na 1245 °C i gustodom od 7.43 kg/dm3. Nalazi se u grupi VII periodnog sustava. Mangan ima kompleksnu kubičnu kristalnu rešetku. 8.3 Metalurške primjene mangana Mangan je bitan kod proizvodnje čelika zbog dva ključna svojstva: sposobnost vezanja sa sumporom i jakog dezoksidacijskog svojstva. Oko 30 % svjetske proizvodnje se koristi zbog svojstava oformitelja sulfida i dezoksidanta. Ostalih 70 % se koristi kao legirni element. Relativno male količine mangana su iskorištene za legiranje neželjeznih legura, uglavnom u aluminijskoj industriji. Njegova sposobnost stabiliziranja austenita u čeliku je iskorištena u seriji 200 austenitnih nehrđajudih čelika gdje sadržaj mangana varira od 4 do 15.5 %. 8.4 Uloga mangana Njegova svojstva mu omoguduju da se ponaša kao legirni element i dezoksidant u čeliku. Kada se dodaje rastaljenom čeliku, mangan reagira s kisikom i stvara manganov oksid MnO. Mangan se također preferirano spaja sa sumporom i tvori manganov sulfid MnS.

~ 18 ~

Osim ulaska u spojeve s kisikom i sumporom, mangan također utječe na ponašanje čelika. Prisustvo mangana povedava otvrdnjavanje čelika. Vrlo veliki dodaci mangana, oko 12 do 15 %, čine čelik (Hadsfield-ov čelik) austenitnim na sobnoj temperaturi. Mangan se obično nalazi kao legirni element u svim vrstama čelika (ugljični čelici i nehrđajudi čelici) da bi pripomogao dezoksidaciji čelika i spriječio formiranje uključaka željeznih sulfida koji mogu uzrokovati probleme u pogledu vrudih pukotina.

~ 19 ~

9. SILICIJ 9.1 Pronalazak, povijest i izvori 1823.-e, švedski profesor medicine Jons-Jacob Berzelius je otkrio nekristalizirani silicij grijanjem kalija u atmosferi plinovitog silicijevog tetrafluorida, SiF4. 1854.-e, francuski profesor kemije, Henri-Etienne Sainte-Claire Deville spravlja kristalizirani silicij, drugu alotropsku modifikaciju silicija.

Silicijev kvarc – Guerrero (Meksiko)

Silicij se ne nalazi slobodan u prirodi, ali se pojavljuje uglavnom kao oksid i kao silikat. Silicij je drugi element po zastupljenosti u zemljinoj jezgri s prosječnom koncentracijom od oko 27 %.

Jöns-Jacob Berzellius (1779 – 1848) je studirao medicinu u Upsali (Švedska). Postao je profesor medicine i farmacije 1807-e na sveučilištu u Stockholmu. Izabran je u Stockholmsku Kraljevsku

Akademiju Znanosti 1806.-e.

Henri-Etienne Sainte-Claire Deville (1817 – 1881) je studirao kemiju. Postao je profesor na

sveučilištu u Besancon-u 1806.-e i 1812-e na „Ecole Normale Superieure“. Odabran je 1861.-e u Francusku Akademiju Znanosti.

~ 20 ~

Svjetska proizvodnja industrijskog pijeska i pješčanog šljunka često zvanog silikat ili kvarc što uključuje pijesak i šljunak s puno silicijevog dioksida (SiO2) je oko 110 miliona tona godišnje. 9.2. Fizikalna svojstva Silicij je tamno-sivi metaloid (silicij se ne smatra metalom) s relativnom atomskom masom (12C=12) od 28.085, atomskim brojem 14, točkom taljenja na 1414 °C i gustodom od 2.33 kg/dm3. Nalazi se u grupi IV periodnog sustava. Silicij ima dijamantnu kristalnu strukturu. 9.3 Metalurške primjene silicija Silicij je metaloidni (nemetalni element) proizveden redukcijom silikata (SiO2) na visokim temperaturama. Silicij je važan legirni element i za željezne i za neželjezne metale. Intenzivno se koristi kao dezoksidator u proizvodnji čelika (ugljični čelici i nehrđajudi čelici). U vatrootpornim čelicima njegova prisutnost poboljšava oksidaciju na visokim temperaturama. U lijevanom željezu silicij se ponaša kao grafitizator pošto se raspada i tako smanjuje količinu kombiniranog ugljika. Koristi se u kombinaciji s bakrom radi formiranja silicijeve mjedi (bakar-cink legure) i slicijevih bronca. Silicij-aluminij legure koje sadrže 5 %, ili više, silicija se koriste za odljevke. 9.4 Uloga silicija u nehrđajudem čeliku U malim količinama, silicij daje blago otvrdnjavanje na čelicima. Male količine silicija i bakra se obično dodaju austenitnim nehrđajudim čelicima koji sadrže molibden da bi se poboljšala korozijska otpornost u sumpornim kiselinama. Silicij se obično dodaje nehrđajudim čelicima radi poboljšanja njihove oksidacijske otpornosti i kao stabilizator ferita. U austenitnim nehrđajudim čelicima, visoki sadržaj silcija ne samo da poboljšava otpornost na oksidaciju nego također spriječava karbonizaciju na povišenim temperaturama.

~ 21 ~

10. DUŠIK 10.1 Pronalazak, povijest i izvori Čini se da je dušik otkrio 1772.-e Daniel Rutheford. Riječ „nitrogen“ (dušik) dolazi od dvije grčke riječi: nitro – što znači salitre i genes – što znači proizvodnja. To je zbog toga jer je najvažnija upotreba dušika kao salitre, smjese zvane kalijev nitrid, dobro poznate kao umjetno gnojivo.

Daniel Rutherford (1749 – 1819), škotski kemičar i fizičar. Kao fizičar, bio je jedan od prvih koji su

prepoznali važnost specifične topline. Kao kemičar, otkrio je magnezij i ugljični dioksid. 10.2. Fizikalna svojstva Dušik je relativno inertni plin, s relativnom atomskom masom (12C=12) od oko 14, i atomskim brojem 7. Čini oko 78 % zemljine jezgre volumenom i 76 % masom. Svaka molekula dušika je napravljena od dva atoma dušika međusobno izuzetno jako povezanih. U molekuli dušika, tri crte spajaju dva atoma što predstavlja trostruki lanac. 10.3 Metalurške primjene dušika Dušik (kao i ugljik) je međuprostorni element u čeliku jer je njegova atomska veličina dovoljno mala spram one od željeza, kroma ili nikla, da dozvoli ovom elementu da uđe u rešetke α-legura i γ-legura kao međuprostorni rastvoreni atomi. Rastvorljivost dušika je veda u austenitu (γ) nego u feritu (α) zbog velike međuprostorne dostupnosti. Rastvorljivost dušika u austenitu je visokih 2.4 %, dok je u feritu samo 0.1 % na temperaturi od 1100 °C. Dušik ima velik utjecaj na kinetiku precipitata mješavina poput karbida, nitrida i karbo-nitrida. 10.4 Uloga dušika u nehrđajudim čelicima U austenitnim i dupleks nehrđajudim čelicima, sadržaj dušika povedava otpornost na lokalnu koroziju poput piting ili interkristalne. Ovo je zbog precipitata Cr2N nitrida umjesto Cr23C6 karbida. Nisko-ugljični austenitni nehrđajudi čelici sadrže maksimalno 0.03 % ugljika kako bi se minimalizirala opasnost aktivacije tokom zavarivanja ili toplinskih obrada. Granica razvlačenja niskih ugljičnih razreda je niža nego kod standardnih razreda. Da bi se prevazišao problem, razvijeni su nisko-ugljični razredi s dodatkom dušika (do 0.2 %). Dušik u krutom stanju podiže granicu razvlačenja na barem neke nivoe u standardnim austenitnim razredima.

~ 22 ~

11. KOBALT 11.1 Pronalazak, povijest i izvori Kobalt je otkrio 1735-e švedski kemičar George Brandt. Ovaj element je 30-ti po sadržaju u zemljinoj jezgri. S prosječnom koncentracijom od 20 ppm, dvije glavne naslage kobalta su u Zairu i Zambiji. Ostatak iskopina kobalta dolazi iz Kanade, Australije i Maroka.

Ruda kobalta – Irhtem (Maroko)

George Brandt (1694 – 1768), švedski kemičar, bio je sin metalurga i od malih nogu pomagao je ocu

s metalurškim eksperimentima. Studirao je medicinu i kemiju u Leidenu. 1727-e postaje direktor Laboratorys of the Council of Mines u Stockholmu, a tri godine kasnije postaje upravitelj Royal

Mint-a i profesor kemije na sveučilištu u Upsali. 11.2 Fizikalna svojstva Kobalt je srebreno-bijeli prijelazni metal s relativnom atomskom masom (12C=12) od 58.933, atomskim brojem 27, točkom taljenja na 1495 °C i gustodom od 8.92 g/cm3. Nalazi se u grupi VIII periodnog sustava. Kobalt ima heksagonalnu gusto slaganu (h.c.p.) kristalnu rešetku. 11.3 Metalurške primjene kobalta Kobalt se legira željezom, niklom i drugim metalima da bi se ostvarila legura s posebnim magnetičnim svojstvima. Kobalt je glavni sastavni dio superlegura koje se koriste uglavnom u:

visoko temperaturnim primjenama, npr. komponentama turbina

legurama otpornim na trošenje

dodatnim materijalima za tvrdo navarivanje

ortopedskim pomagalima

alatnim čelicima

~ 23 ~

11.4 Uloga kobalta u kobalt-krom legurama Kobalt-krom legure se koriste u zahtjevnim primjenama i značajno pridonose u industrijskim i biomaterijalnim proizvodima. Kemijski sastav reprezentativnih kobalt-krom legura je prikazan u tablici 2. Co-Cr legure su dobra pratnja visoko temperaturnim puzajudim i zamorno otpornim primjenama. Zbog ovih razloga, oni su kandidati za odabir kod kritičnih projektiranja u pogledu toplinskih zamora.

Ime legure

C Cr Ni Mo W Mn Si Fe N Co

X-40 0.50 25 10 - 7.5 0.5 0.9 < 2 - varira

WI-52 0.45 21 - - 11 0.4 0.4 2 - varira

HS-25 0.10 20 10 - 15 1.2 0.8 < 3 - varira

ASTMF-75

0.25 28 < 1 6 < 0.2 0.5 0.8 < 0.75 0.15 varira

Co6 1.1 29 < 3 < 1.5 5.5 0.6 0.8 < 3 - varira

MP35N 20 35 10 - - - - - varira

Tablica 2 – Nominalni kemijski sastav različitih Co-Cr legura (wt. %)

Co-Cr-Mo legure se smatraju referentnim materijalima za umjetna ortopedska pomagala, ponajviše za umjetne kukove i koljena. Dušik se dodaje, oko 0.15 %, kako bi se postigla visoka čvrstoda s dobrom duktilnosti i bez da se žrtvuje korozijska postojanost i biološka kompaktibilnost. Ove legure kombiniraju opdenito kontradiktorna svojstva vrlo visoke mehaničke čvrstode i izuzetne korozijske postojanosti. Za primjer, mogude je postidi:

prilagodljivu vlačnu čvrstodu između 1000 i 2500 MPa pomodu hladnog oblikovanja i starenja

tvrdodu do 60 HRC

otpornost na zamor

korozijsku postojanost

Broj ciklusa Dozvoljena naprezanja (MPa)

104 1800

105 1200

106 900

107 700

Tablica 3 – Otpornost na zamor Co-Cr-Mo legura Ravnomjerna korozija (< 0.05 mm/yr) i otpornost na piting koroziju su odlični na oko 100 °C u 10 % otopinama acetonske kiseline amonijevog klorida, amonijevog sulfata, feritnog klorida, mravlje kiseline, natrijeve lužine, fosforne kiseline ili natrijevog klorida. Unatoč njihovoj visokoj cijeni u usporedbi s ostalim čelicima i zbog njihove osobite otpornosti ka mehaničkim opteredenjima i kemijskoj agresiji, ove legure se koriste kada god su sigurnosne okolnosti od primarne važnosti, npr. opruge i stezaljke za primjene u avioindustriji, medicinskom inženjeringu, kirurškim pomagalima. Visoko ispolirane komponente uključuju bedrene šipke kod zamjene kukova i umjetne čašice na koljenu. Legure kobalta za primjene kod otpornosti na zamor rade u ektremno teškim uvjetima. Ugljik se koristi u spojevima s kromom i vatrostalnijim elementima da bi se proizvela velika tvrdoda i ugljikom bogati materijal. Vrijednosti tvrdode koje se mogu postidi varijaju od 30 do 70 HRC. Co6 je najuobičajenija kobaltova legura otporna na zamor. Njegova mogudnost nošenja s kliznim zamorom i

~ 24 ~

abrazijskim trošenjem proizlazi iz njegovog volumnog dijela formiranih karbida iz sljededih elemenata:

ugljik (1.1 % C)

krom (29 % Cr)

wolfram (5.5 % W) Matrica kobalta ima veliku radnu osjetljivost na otvrdnjavanje što se kombinira s dijelom karbida i omogudava postizanje odlične otpornosti na umor povezane s visokim stupnjem korozijske postojanosti. Kobalt je važan legirni element za visoko brze alatne čelike. Ima učinak podizanja do temperature omekšavanja ferita tako da alati i naprave napravljeni od kobaltom legiranog čelika mogu raditi na visokim temperaturama, održavajudi njihovu reznu sposobnost. LITERATURA: Pierre-Jean Cunat - Alloying Elements in Stainless Steel and Other Chromium-Containing Alloys