S. Aleksandrovi

OBRADIVOST NERAJUIH ELINIH LIMOVASvi nerajui elici, u skladu sa svojim specifikacijama po raznim standardima (AISI, ASTM, itd.) mogu da se razvrstaju u est glavnih klasa koje reprezentuju tri razliita stepena legiranja i tri tipa strukture metalnih zrna. To su sledee klase: feritni, austenitni, martenzitni, austenitni (substitucija manganom), dualni (austenitnoferitni), ojaani (posebnim metalurkim postupkomprecipitation hardening). Najpoznatija osobina: dobra koroziona otpornost kao posledica hemijskog sastava (visok procenat hroma). Pored otpornosti prema oksidaciji i drugim agresivnim delovanjima, ovi elici imaju i druge znaajne karakteristike, bitne za razliite primene. To su: postizanje visoke vrstoe bilo termikim tretmanom, bilo deformacionim ojaanjem u hladnom stanju, relativno dobra obradivost plastinim deformisanjem, povoljna zavarivost i mala magnetinost i odline mehanike osobine na veoma niskim temperaturama (kriogeni uslovi u blizini apsolutne nule) (kod austenitnih nerajuih elinih limova).

Pri rukovanju sa ovakvim materijalima treba voditi rauna o sledeim preporukama: Nerajui elici mogu da se kontaminiraju (zaprljaju) esticama ugljeninih elika. Najbolje je da pogoni i odgovarajua oprema (maine, alati i ostali ureaji) budu namenjeni iskljuivo za rad sa ovakvim limovima. Ako se koriste i drugi materijali pored nerajuih, treba voditi rauna da ne doe do kontaminacije: preko alata na kojima se koriste i drugi materijali, preko stalaa u magacinima, brusnih ploa, drugih pomonih ureaja za manipulisanje itd. Veina nerajuih elinih limova ima gotovo isti spoljanji izgled. Zato je potrebno strogo pratiti odgovarajuu oznaku koja potpuno identifikuje materijal. U sluaju da oznaka ne postoji, magnet pomae da se utvrdi magnetinost odnosno pripadnost austenitnoj ili feritnoj grupi. Austenitni nerajui limovi (u odnosu na niskougljenine eline limove): zahtevaju pojaanu snagu presa (vee deformacione sile), pokazuju intenzivniji efekat deformacionog ojaanja, teko dozvoljavaju korekcije na oblikovanim komadima, imaju znatno izraeniju elastinu povratnost i pri savijanju uvek zahtevaju kalibrisanje.

Realno nia cena proizvoda od nerajuih elinih limova (s obzirom na duinu eksploatacionog veka) se esto zapostavlja kao jedan od najvanijih argumenata za primenu ovih materijala.

Od svih pomenutih vrsta nerajuih elinih limova, tritem dominiraju austenitni sa povoljnim karakteristikama ilavosti i plastinosti. U okviru klase austenitnih limova dominira familija 304 (AISI-American Iron and Steel Institute) (X5CrNi18-9 i X5CrNi18-10 po EN 10088-2 ; 4580 po naem standardu). Hemijski sastav ovog elika baziran je na 18% hroma i 9-10 % nikla.Stepen deformacionog ojaavanja zavisi uglavnom od dva faktora: -deformacije kristalne reetke u strukturi legure, -fazne transformacije austenita u martenzit (zavisi od hemijskog sastava). Potreban je oprez kod nabavke nerajuih limova: precizno postaviti zahtevane karakteristike s obzirom na potrebe. Postoji opasnost od variranja karakteristika i izazivanja znaajnih problema pri oblikovanju, ak i kad zadovoljavaju odredbe standarda (esto iroke i paualne). Kupovina po najnioj trinoj ceni najee je zamka. Traiti maksimum za svoj novac.

PLASTINO OBLIKOVANJE NERAJUIH ELINIH LIMOVAGeneralno, mogue koristiti iste alate i maine kao i za druge metale i legure, ali uz poveanu tanost i stroiju primenu.

Svi nerajui elini limovi u odnosu na klasine niskougljenine imaju sledee osobine: -veu vrstou (i preko 2 puta), -intenzivnije ojaavanje (n faktor vei i preko 50%), -veu tenju ka nepovoljnim tribolokim pojavama (galling, hladno privarivanje estica materijala na povrine alata), -manju termiku provodnost.Austenitni elici (svi iz serija 200 i 300 po AISI standardu) i feritni (405, 409, 430, 430F, 442 i 446) su naelno pogodni za postupke plastinog oblikovanja u hladnom stanju. Od martenzitnih samo se 403, 410, 414 preporuuju za oblikovanje u hladnom stanju. Ostali (416, 420, 431, 440) mogu da se oblikuju samo u toplom stanju zbog vieg sadraja ugljenika.

Oblikovanje s obzirom na tip elikaFeritni nerajui elici imaju strukturu slinu kao gvoe na sobnoj temperaturi (otuda naziv). Magnetini su i to je vaan znak raspoznavanja. Uobiajeni sadraj hroma u leguri je izmeu 11 i 29 %. Nema nikla a ugljenik je u vema malom iznosu (0,08 do 0,2%). Legura sa 11% hroma (405, 409) ima: zadovoljavajuu korozionu otpornost i obradivost uz nisku cenu. Legura sa 14 do 18% Cr (429, 430, 434, 436) koristi se za kuhinjski pribor i ukrasne delove kod automobila. Ima loiju zavarivost. Legure sa visokim sadrajem Cr (18 do 29%) (442, 446) poseduju izuzetno visoku otpornost prema oksidaciji i drugim korozionim uticajima. Najiru zastupljenost u praksi imaju legure 409 (X2CrTi12 po EN10088-2) (izduvni sistemi na vozilima) i 430 (X6Cr17 po EN 10088-2) (ukrasni elementi kod vozila i razni kalupi). Deformabilnost je loija u odnosu na austenitne elike. Tekoe pri oblikovanju proizilaze iz nepovoljnog odnosa granice teenja Rp (relativno visoke vrednosti) i zatezne vrstoe RM (relativno niske). Sa stepenom prethodnog deformisanja raspon izmeu RP i RM se smanjuje. Intenzitet ojaanja je relativno mali (n faktor ispod 0,2) uz uobiajeno niske vrednosti r faktora. Geometrije komada i stepeni deformisanja treba da budu u skladu sa prethodnim karakteristikama.

Austenitni elini limovi (serija 300), tipino imaju u svom sastavu 18% Cr (max 26) i 9% Ni (max 22) vrlo malo ugljenika ( najee 0,08%) i nemaju magnetina svojstva. Kako je naglaeno, najvie su u upotrebi i poseduju najpovoljnija plastina svojstva u poreenju sa ostalim nerajuim limovima. To posebno vai za elike tipa 302, 304 i 305. Mogu da budu osetljivi na naponsku koroziju na ivicama zrna. Sa opadanjem ukupnog procenta Cr i Ni u leguri obradivost je loija, raste vrstoa i intenzitet ojaanja (201, 301) pa su takvi materijali pogodniji u konstruktivnom smislu a loiji za postupke plastinog oblikovanja. Legirajui elementi koji imaju stabilizirajue dejstvo na strukturu (Nb, Ti, Ta) pogoravaju deformabilnost (na pr. limovi 321 i 347). U pojedinim sluajevima, kao trei legirajui element moe da se upotrebi Mn koji u kristalnoj reetki zamenjuje (u odgovarajuim metalurkim uslovima) atome nikla. Tako dobijena legura ima veu vrstou i izdvaja se u posebnu klasu od ostalih austenitnih elika. Ima loija plastina svojstva.

Martenzitni limovi (403, 410, 416, 420, 431 itd.) sadre najee oko 12% Cr (max 17%), minimalno 0,15% ugljenika i imaju svojstvo magnetinosti. Zbog sadraja ugljenika pogodni su za termiki tretman (kaljenje, otputanje) ali uz malu ili umerenu brzinu hlaenja (ulje). Otporni su na dinamika optereenja. Koroziona otpornost je osrednja. Uglavnom nisu pogodni za plastino oblikovanje. Namena: pribori za seenja, hirurki instrumenti, ventili, opruge itd. Dualni (duplex, dvojni) nerajui elini limovi imaju hibridnu austenitno-feritnu strukturu. Karakteristike su kombinacija dobrih osobina svake komponente. Primena ovih limova je u porastu (tretman voda, izmenjivai toplote itd.). Posebno ojaani nerajui elini limovi kao klasa spajaju austenitne i martenzitne elike i zahvaljujui metalurkom procesu ojaanja (precipitation hardening taloenje u vrstom rastvoru) poseduju visoke vrednosti vrstoe i sposobnost izdravanja visokih temperatura. Primenjuju se za konstruktivne elemente aviona i svemirskih letilica. U sledeoj tabeli date su osnovne karakteristike za nahee koriene nerajue elike.

Tab. 1 Hemijski sastav i osnovne mehanike karakteristike nerajuih elika

Tab. 1 Hemijski sastav i osnovne mehanike karakteristike nerajuih elika (nastavak)

Na sledeim stranicama dati su konkretni rezultati ispitivanja dve vrste elinih limova (jedan austenitni, jedan feritni). Prikazane su tabele sa mehanikim karakteristikama i osnovnim karakteristikama obradivosti. Iza toga dat je, kao ilustracija, izgled dva dijagrama koja su dobijena na mernom sistemu ZWICK/ROELL Z 100 na Mainskom fakultetu u Kragujevcu. Treba obratiti panju na mogunost kontinualnog praenja promene r faktora sa porastom stepena deformisanja. Posle toga su prikazani konkretni rezultati analize oblikovanja posude sudopere. Izvrena je detaljna deformaciona analiza obradivosti, analiza tribolokih uticaja, uticaja geometrije komada i stanja alata. Ilustrativne su distribucije deformacija, kao injihov odnos sa graninim krivama na dijagramu granine deformabilnosti (DGD). Treba obratiti panju da je na sl. 4 (i ostalim gde je prikazan DGD), donja kriva dobijena sa mernom mreom prenika 5 mm, a gornje dve krive mreom prenika 3 mm po klasinom postupku razvlaenja polusfernim izvlakaem. Na konkretnim otprescima veih dimenzija najee se koristi merna mrea prenika 5 mm (ili vea), pa treba biti oprezan sa korienjem prethodno laboratorijski dobijenih referentnih DGD. Ovakav postupak otkriva mnogo detalja procesa oblikovanja koja je teko uoiti, i ukazuje na mere koje treba preduzeti da bi se reili problemi u plastinom deformisanju.

Karakteristike austenitnog nerajueg elinog lima EN - X5CrNi18-9 ; AISI 304 (4580) debljine s0=0,7 mmUgao prema pravcu valjanja lima ,o

Rp MPa

RM MPa

RP/RM -

A80 %

n -

r -

0

296,4

669,5

0,44

44,2

0,42

0,853

45

280,3

615,4

0,455

51,2

0,421

1,29

90

292,1

622,6

0,47

45,1

0,405

0,814

srednja vrednost

287,3

630,7

0,455

47,9

0,417

1,06

Karakteristike feritnog nerajueg elinog lima EN X6Cr17 ; AISI 430; debljine s0=0,6 mmUgao prema pravcu valjanja lima ,o

Rp MPa

RM MPa

RP/RM -

A80 %

n -

r -

0

317,8

474,3

0,67

27,7

0,192

1,003

45

340

494,2

0,69

25,7

0,182

0,749

90

330,3

482,6

0,684

27,2

0,185

1,134

srednja vrednost

332,0

486,3

0,683

26,6

0,185

0,91

Karakteristike lima AISI 304 (X5CrNi18-9) debljine s0=0,7 mm (serija 2)Ugao prema pravcu valjanja lima , o

Rp MPa

RM MPa

RP/RM -

A80 %

n -

r -

0

324,9

668,7

0,48

48,4

0,34

0,73

45

319,7

600

0,53

49,7

0,383

1,4

90

325,4

612,3

0,53

40,6

0,362

0,77

srednja vrednost

322,4

620,25

0,518

47,1

0,367

1,075

Karakteristike lima AISI 430 (X6Cr17) debljine s0=0,6 mm(serija 2) RP/RM Ugao prema pravcu valjanja lima , o

Rp MPa

RM MPa

A80 %

n -

r -

0

300,5

457,7

0,66

25,4

0,191

0,9

45

360,7

473,7

0,76

24,6

0,17

0,81

90

361,7

473

0,76

24,4

0,161

1,16

srednja vrednost

345,9

469,5

0,735

24,75

0,173

0,915

AISI 304 (45o)

Sl. 1 Dijagram zatezanja i promene irine epruvete za elik 4580 (AISI 304 )

AISI 304 (45o)

Sl.2 Promena r faktora i sirine za nerajui elini lim 4580 (AISI 304)

Sl. 3 Faze oblikovanja posude sudopere od nerajueg lima

Sl. 4 Distribucija deformacija na DGD (ugaone zone komada)

Operacija I

Sl.5 Distribucije vee deformacije u ravni lima na svim uglovima

Sl.6 Distribucije deformacije stanjenja za sve uglove

Sl. 7 Distribucija deformacija na DGD (II operacija, ugao 2)

Operacija II

Sl. 8 Distribucija deformacije stanjenja za II operaciju

Sl. 9 Promena dubine izvlaenja zavisno od vrste maziva i tipa postupka (razvlaenje, isto duboko izvlaenje, izvlaenje kvadratnog komada)

Sl. 10 Promena sile izvlaenja zavisno od vrste maziva i tipa postupka (razvlaenje, isto duboko izvlaenje, izvlaenje kvadratnog komada)

Sl. 11 Distribucija vee deformacije u ravni na komadu pri razvlaenju za razne kontaktne uslove

Sl. 12 Distribucija deformacija na DGD za razne kontaktne uslove

Sl. 13 Distribucije deformacije stanjenja na kvadratnom komadu pri raznim kontaktnim uslovima

Sl. 14 Distribucije deformacija na DGD za kvadratni komad pri raznim kontaktnim uslovima

Sl. 16 Distribucija deformacija na DGD za cilindrini komad pri raznim kontaktnim uslovima

Sl. 15 Distribucija deformacije stanjenja za cilindrini komad pri raznim kontaktnim uslovima