1

Mašinski /tehnički materijali Obojeni metali

2

mala gustina

koroziona

otpornost

plemeniti metali

visoka čvrstoća

na povišenoj

temperaturi

Obojeni metali Оbојеni mеtаli sе dеlе nа:

• Tеškе оbојеnе mеtаlе: Cu, Pb, Zn, Ni, Co, Sn i dr.

• Lаkе оbојеnе mеtаlе: Al, Mg ,Ti i dr.

• Koroziono otporne: Al, Ti, Ni, Pb, Cu, Sn, Zn, Au, Pt, Ag i dr.

• Visoke čvrstoće na povišenoj temperaturi: Ti, Ni, Co

• Plеmеnitе mеtаlе: Au, Ag, Pt

3

Osnovne dobre karakteristike Al su: mala gustina, ima dobar koeficijent

provoĎenja električne struje i toplote, otporan je na uticaj atmosfere, legure

imaju veliku čvrstoću, pogodan je za obradu deformacijom i skidanjem strugotine.

Aluminijum i njegove legure koriste se u elektroindustriji (posebno izradi

elektroprovodnika), automobilskoj i avionskoj industriji, domaćinstvu i drugim

oblastima. Poslednjih decenija zamenjuje čelik, bakar i drvo.

Aluminijum

Tehnološki proces dobijanja aluminijuma se izvodi u dve faze:

• prva faza - dobijanje aluminijum - oksida (glinice) iz rude (boksita) – hemijski

proces,

• druga faza - izdvajanje aluminijuma iz oksida aluminijuma elektrolizom –

elektrolitički proces.

Osnovna sirovina u proizvodnji aluminijuma je ruda boksit, bogata aluminijum

oksidom.

Aluminijum se dobija elektrolizom glinice u elektrolitičkim pećima, koje se sastoje

od ugljenih elektroda: anode i katode. Katodni deo peći je izraĎen u obliku korita

i sastoji se od ugljenih blokova, koji su meĎusobno povezani specijalnom ugljenom

masom. Za elektrolizu glinice potrebne su velike količine električne energije.

4

Boksit

Hemijski

proces Elektrolitički

proces

Aluminijum Glinica

Shema procesa dobijanja aluminijuma

Proizvodnja aluminijuma u elektrolitičkom loncu

5

Livenje Al ingota

Pre prerade aluminijum i njegove legure

moraju se najpre rastopiti, a zatim izliti u

kalupe ili kokile (dobiju se ingoti).

Odlivci se mogu obraĎivati skidanjem

strugotine, kovanjem, valjanjem,

presovanjem ili izvlačenjem.

Prerada aluminijuma i legura

Kontinualno livenje aluminijuma

6

Osobine čistog Al u ţarenom stanju pri temperaturi 20C

Mehaničke osobine Al 99.99 Al 99.5

Tehnička granica

tečenja Rp, MPa 15 50

Jačina na kidanje Rm, MPa 50 80

Izduţenje A5.65, % 45 30

Kontrakcija Z, % 90 70

Modul elastičnosti E, MPa 71 000 71 000

Tvrdoća HB 15 20

Tehnološke osobine

Obradljivost na hladno Veoma dobra

Obradljivost na toplo Veoma dobra

Livkost Oteţana

Zavarljivost Veoma dobra, uslovna

Obradivost rezanjem Dobra

Fizičke osobine

Kristalna gradja Površinski centrirana

kubna rešetka

Temperatura topljenja 660 °C

Gustina 2.7 g/cm3

Električna provodnost 38 MSm-1

Toplotna provodnost 200 Wm-1K-1

7

Mehaničke osobine čistog aluminijuma

0 40 800

100

200

20

40

0

Rm

A5

Al 99.99

Al 99.99

Al 99.5

Al 99.5A

5, %

Rm, MPa

(s-s0)/s0, %

0 200 4000

100

200

20

40

0

T, °C

Rm

A5

Al 99.99

Al 99.99

Al 99.5

Al 99.5

A5, %

Rm, MPa

Promena jačine Rm i istegljivosti A5.65 tehnički čistog aluminijuma: a) u zavisnosti

od stepena prerade na hladno (s-so)/so, b) u zavisnosti od temperature

rekristalizacionog ţarenja ((s-so)/so = 50%, vreme ţarenja 1h)

8

Otpornost prema koroziji kod Al se postiţe stvaranjem zaštitnog oksidnog sloja

Al2O3 na temperaturi okoline. Taj sloj doseţe do dubine oko 0.1 μm (eloksiranjem

10 μm). Ovaj oksid čini Al stabilnim na vazduhu i u morskoj vodi. Koroziji u

aktivnim sredinama aluminijum odoleva tim bolje što je čistiji. Medjutim ne odoleva

hidroksidima (NaOH, KOH) niti kiselinama halogenih elemenata (HCl, HF).

Otpornost aluminijuma prema koroziji

Al2O3

9

Tehnički čist aluminijum

Metalurški aluminijum ≡ Al (99 – 99.8 %) + Nečistoće (Fe, Si, Cu, Zn i dr.)

Koristi se za:

• kablove za prenos električne struje,

• namotaji generatora i motora,

• posude u hemijskoj i prehrambenoj industriji,

• posude u domaćinstvu,

• metalizaciju u brodogradnji, vagonogradnji i arhitekturi,

• dezoksidaciju u metalurgiji čelika

Od ukupne količine proizvedenog tehnički čistog Al preradjuje se oko 35% u poluproizvode, a

oko 65% sluţi za proizvodnju aluminijumskih legura (silumina, durala i dr.).

U elektro industriji

U domaćinstvu

10

Legure aluminijuma

Legure aluminijuma se mogu razvrstati

prema:

• načinu tehnološke prerade,

legure za deformisanje.

legure za livenje,

• broju glavnih dodatnih elemenata,

dvojne,

trojne,

sloţene.

• prema prirodi glavnih elemenata.

Da bi se aluminijumu popravile mehaničke i tehnološke osobine (plastičnost i

livkost), on se legira različitim elementima (Si, Cu, Mg, Mn, Zn,...).

Al

Zn

Mn

Mg

Cu

Si Al - Si

Al - Cu

Al - Mg

Al - Mn

Al - Si - Mg

Al - Cu - Si

Al - Cu - Mg

Al - Zn - Mg

11

Shema binarnog ravnoteţnog dijagrama Al-X

Rastop (R)

R +

Legure za deformisanje Livačke legure

Tem

pera

tura

T,

°C

+ eutektikum + AlmXn +AlmXn

Neotvrdnjav. Otvrdnjavajuće Podeutektičke Nad.

Sadržaj X, %

Legure koje u strukturi sadrţe eutektikum

pogodne su za livenje. Legure koje na

sobnoj temperaturi sadrţe u strukturi

produkte segregacije (segregate) mogu

se taloţno ojačavati. Kod nekih legura,

iako se mogu ojačavati, to se izbegava

jer se time ne moţe postići povoljna

kombinacija mehaničkih osobina i

otpornosti na koroziju.

Prema načinu prerade polufabrikata u

gotove proizvode razlikuju se:

• legure za plastičnu preradu i

• legure za livenje (livačke legure).

Neke od legura iz obe grupe mogu se

precipitaciono ojačavati mehanizmima

koji će dalje biti opisani.

O pogodnosti legura aluminijuma za plastičnu preradu moţe se zaključiti

razmatranjem ravnoteţnog dijagrama stanja datog sistema.

Homogene legure, ili legure koje se zagrevanjem mogu prevesti u homogeno stanje

(α-faza), istegljive su, tj. pogodne za plastičnu obradu (valjanje, kovanje, presovanje).

12

Struktura i termička obrada legura aluminijuma

Proces ojačavanja odvija se u sledeće tri etape:

1. Etapa rastvornog ţarenja

2. Kaljenje predstavlja drugu etapu.

3. Starenje, kao treća etapa

Odlivci aluminijumskih legura, pa čak i neke legure posle prerade deformisanjem imaju

uglavnom malu jačinu, uz istovremeno visoku duktilnost (istegljivost).

Korisno povećanje jačine moţe se postići odgovarajućom termičkom obradom koja se zasniva

na zagrevanju dela do odredjene temperature, drţanju (progrevanju) pri toj temperaturi i zatim

brzom hladjenju u vodi. Brzim hladjenjem čvrstog rastvora obrazovanog pri visokoj

temperaturi, taj se rastvor zadržava i na sobnoj temperaturi. Opisani termički postupak

koji obuhvata zagrevanje, progrevanje i hladjenje zove se presićenje. Posle toga dešavaju

se veoma sloţeni procesi taloţnog ojačavanja, usko povezani sa pojavom tzv. starenja.

Procenat bakra

Tipično Idealno

Fazni dijagram aluminijum-bakar i mikrostruktura

dobijena sporim hlađenjem (Al-4% Cu)

13

Kaljenje

Kaljenje

Starenje Starenje

Procenat bakra

Čvrsti

rastvor

Fazni dijagram aluminijum-bakar i mikrostruktura dobijena procesom taložnog starenja (Al-4% Cu)

T

% X Al

Rastop

R + (Al) R + Θ (Al)

(Al) + Θ Θ

Trast.

vreme

T

Kaljenje

Veštačko starenje

Prirodno starenje

Termički se obrađuju Al legure: Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg, Al-Ag, Al-Zn-Mg, itd.

Kaljenje i starenje

(taloţno ojačanje)

Starenje

Vreme

starenja

Prestarevanje

Tvrd

oć

a

Za

tezn

a č

vrs

toć

a

Taloţno ojačanje

(starenje)

14

Precipitaciono ojačanje (starenje)

Tsol

vreme

Veštačko starenje

Termički se obrađuju Al legure: Al-Cu, Al-Zn, Al-Mg, Al-Ag, Al-Zn-Mg, itd.

Kaljenje

15

Legure aluminijuma za preradu deformisanjem

Najčešći legirajući elementi kod ovih legura jesu Mn, Mg, Cu, Zn i Ni.

• Mn povećava jačinu, obradivost deformacijom, rekristalizacionu temperaturu, otpornost na

koroziju i ograničava rast zrna pri rastvornom ţarenju.

• Mg povećava jačinu i otpornost na koroziju.

• Cu, Zn ojačavaju leguru, ali pogoršavaju obradivost deformisanjem i otpornost na koroziju.

• Ni pozitivno utiče na mehaničke osobine naročito na višim temperaturama, kao i na

otpornost prema koroziji.

Oznaka hemijskog

sastava Primena

Legure koje

taloţno

ne ojačavaju

AlMn1 Manje opterećeni delovi u hemijskoj i prehrambenoj industriji, platiranje;

zavareni rezervoari za tečnost i gasove.

AlMg1, AlMg2

AlMg3, AlMg5

Komponente transportnih sredstava, hemijska i prehrambena industrija,

gradjevinarstvo. Legure AlMg5 poznate su pod nazivom hidronalium

Legure koje

taloţno

ojačavaju

AlCu4Mg, AlCu4Mg1 Avioni, drumska vozila, automobili (dural i superdural)

AlCu2Mg Zakivci

AlCu2Mg2Ni,

AlMg1Si

Komponente turbokompresora, avio, auto i prehrambena industrija, precizna

mehanika

AlMgSiFe Elektroprovodljiva legura

AlZn4Mg1 Komponente za sredstva vazdušnog i ţelezničkog transporta, sudovi pod

pritiskom

AlZn6Mg2Cu Visoko opterećene komponente

Legure Al za plastičnu preradu (brojevi znače % prethodnog leg. elementa)

16

Osobine legura za plastičnu obradu:

Aluminijum-mangan

velika otpornost na koroziju

dobra zavarljivost

termički se ne obradjuju,

obradjuju se plastičnom obradom

na hladno

Aluminijum - magnezijum

dobra otpornost prema koroziji i

dejstvu morske vode

termički se ne obradjuju,

obradjuju se plastičnom obradom

na hladno

Aluminijum-magnezijum-silicijum

dodatak silicijuma u leguri sistema Al-

Mg omogućuje termičko očvršćavanje

putem tople prerade i prirodnog starenja

u mekom stanju se dobro oblikuju

dobro provode električnu struju

legure koje u sebi imaju samo Mg i Si

otporne su prema atmosferskoj koroziji

Aluminijum-bakar-magnezijum

odlikuju se sposobnošću termičkog

očvršćavanja putem prirodnog starenja

dodatkom Si omogućuje se starenje

17

Sadržaj Mg, %

A10, %

0 5 100

200

400

100

300

0

10

20

30

40

Rp, R

m, MPa

Rp

Rp

Rm

Rm

A10

A10

Vreme, h

A5, %

Rp, R

m, MPa

0

100

200

300

400

500

0.1 1.0 10 100

0

10

20

30

Rm

140°C

140°C

140°C

20°C

20°C

20°C

175°C

175°C

175°C

Rp

A5

Uticaj Mg na mehaničke osobine

legure Al-Mg za deformisanje u

ţarenom stanju (puna linija) i u

ojačanom stanju (isprekidana)

Zavisnost mehaničkih osobina legura

Al-Cu4-Mg1 od vremena i temperature

starenja

18

Legure aluminijuma za livenje

Legure za livenje karakterišu se većim sadrţajem dodataka (Si, Cu, Mg,

Mn, Ni). Sadrţaj legirajućih elemenata je takav da legura teţi eutektikumu.

Aluminijumske legure liju se u:

vlaţnim peščanim kalupima,

metalnim kalupima (kokilama) ili

pod pritiskom.

Rastop (R)

R +

Legure za deformisanje Livačke legure

Tem

pera

tura

T,

°C

+ eutektikum + AlmXn +AlmXn

Neotvrdnjav. Otvrdnjavajuće Podeutektičke Nad.

Sadržaj X, %

19

Odabrane livačke legure aluminijuma

Legure tipa Oznaka hemijskog

sastava Primena

Aluminijum-silicijum

(SILUMINI)

AlSi13Mn Tankozidni odlivci, nepropustljivi za tečnost

AlSi10Mn Pribor koji dolazi u dodir sa ţivotnim

namirnicama

AlSi10MgMn Tankozidni odlivci u avio i auto industriji

AlSi12Ni2Cu Za rad na visokim temperaturama (klipovi)

AlSi8Cu4Mn Visokoopterećeni sloţeni odlivci (blok motora)

Aluminijum-

magnezijum

AlMg5SiMn Rebraste cilindarske glave, komponente u

arhitekturi

AlMg9MnBe Odlivci otporni u atmosferi i morskoj vodi

Aluminijum-bakar AlCu4Ni2Mg Klipovi većih dimenzija

AlCu8FeSi Kućišta i košuljice kliznih leţišta

20

Odlike legura:

Aluminijum-silicijum (SILUMINI)

dobra livkost,

malo skupljanje (0.5%),

nije sklona prslinama

dobra koroziona postojanost

mala mogućnost poliranja 500

550

600

650

700

11.70 5 10 15 20

577°C

564°C

ARastop (R)

S

S'

C'E'

B'

D

100% Al

CE

+ R

+ E E +

R +

Silu

min

12-1

3%

Si

Tem

pe

ratu

ra, °

C

Sadržaj Si, %

B (1.65% Si)

Aluminijum-bakar:

sa visokim sadrţajem Cu (oko 10%)

dobra livkost

niska svojstva čvrstoće,

ne moţe termički očvršćavati

sa niskim sadrţajem Cu (4-5%)

slaba livkost i koristi se za male

odlivke,

bolja svojstva čvrstoće,

moţe termički očvršćavati

Aluminijum-magnezijum:

dobra koroziona postojanost

visoka svojstva čvrstoće

slabija livkost pri malim

sadrţajem Mg

dobro se poliraju

21

Rm, MPa

A5, %

0 5 10 150

200

400

0

10

20

Sadržaj Mg, %

A5

Rm

Rm, MPa

A5, %

0 5 10 150

100

200

0

10

20

Sadržaj Si, %

Rm

A5

Modifikovano

Nemodifikovano

Uticaj Si na mehaničke osobine

silumina livenih u kokilama

Uticaj Mg na mehaničke osobine

legura Al-Mg livene u peščanim

kalupima

22

12% od ukupne proizvodnje Al utroši se na pravljenje limenki za hranu i piće

Primena u avio industriji:

82% Boeing-a 747 je Al

79% Boeing-a 757 je Al

23

Period Aproksimativno vreme

Kasno kameno doba 8000 - 4000 pre Hrista

Bakarno doba 4000 - 3150 pre Hrista

Rano Bronzano doba 3150 - 2300 pre Hrista

Srednje Bronzano doba 2200 - 1550 pre Hrista

Kasno Bronzano doba 1550 - 1200 pre Hrista

Rano gvozdeno doba 1200 - 1000 pre Hrista

Gvozdeno doba II 1000 - 586 pre Hrista

Bаkаr је pоznаt оd dаvninа, kао оsnоvni

sаstојаk brоnzе. Zаprаvо, pоznаt је јоš

u prаistоriјskо dоbа, pа sе i dоbа u

lјudskој istоriјi nаzivа bаkаrnim dоbоm. Stаri

Grci su gа nаzivаli hаlkоs, аli su tаkо tаkоĎе

nаzivаli i mеsing i brоnzu.

Lаtinski nаziv zа bаkаr је cuprum iz kојеg је

izvеdеn simbоl zа еlеmеnаt. Оvај nаziv vоdi

pоrеklо оd izrаzа cyprium aes štо

znаči kipаrski mеtаl ili kipаrskа brоnzа.

Bakar

Čisti bаkаr је crvеnkаstо-brаоn bоје, mеk mеtаl, vrlо vеlikе

tоplоtnе i еlеktričnе prоvоdlјivоsti. Bаkаr sе mаsоvnо

upоtrеblјаvа zа prоizvodnju еlеktričnih prоvоdnikа i uоpštе u

еlеktrоnici. Zbоg mаlih rеzеrvi i vеlikе primеnе bаkаr prеdstаvlја

mаtеriјаl оd strаtеškоg znаčаја. Bаkаr sе dоdаје u rаznе lеgurе i u

znаtnој mеri pоbоlјšаvа njihоvе mеhаničkе оsоbinе.

Меšаnjеm bаkrа i kаlаја dоbiјеnа је tvrdа lеgurа — brоnzа, kоја

pоtiskuје u pоtpunоsti kаmеn kао mаtеriјаl zа izrаdu prеdmеtа.

Bаkаr niје јеdini mеtаl pо kоmе је nаzvаnо čitаvо јеdnо dоbа u

prаistоriјi čоvеčаnstvа, uprаvо pо brоnzi nаzivа sе slеdеćе dоbа,

kоје smеnjuје еnеоlit, а zоvе sе brоnzаnо dоbа.

24

Osobine čistog Cu u ţarenom stanju

Mehaničke osobine

Tehnička granica

tečenja Rp, MPa 57

Jačina na kidanje Rm, MPa 227

Izduţenje A5.65, % 30-40

Kontrakcija Z, % > 50

Modul elastičnosti E, MPa 12.7 104

Tvrdoća HB 32.7

Tehnološke osobine

Obradljivost na hladno Veoma dobra

Obradljivost na toplo Veoma dobra

Livkost Loša

Zavarljivost Loša

Obradljivost rezanjem Dobra

Koroziona otpornost veoma dobra

Fizičke osobine

Kristalna gradja Površinski centrirana

kubna rešetka

Temperatura topljenja 1083 °C

Gustina 8.96 g/cm3

Električna provodnost Veoma dobra

Toplotna provodnost Veoma dobra

Alotropske modifikacije Nema

25

Šema postupka

dobijanja bakra

Dobijanje bakra

U zavisnosti od načina

dobijanja bakar moţe biti:

• Katodni,

• Bezkiseonički,

• Kiseonički,

• Dezoksidisani,

Dobija se iz sulfidnih ruda:

kuprit (Cu2S),

halkopirit (CuFeS2),

bornit (Cu3FeS3),

lazurit (2CuCO3·Cu(OH)),

malahit (CuCO3·Cu(OH)2).

26

Povećanje mehaničkih

svojstava bakra moguće je

samo putem hladne

plastične deformacije

Prema atmosferskoj koroziji i vodenoj

pari bakar je otporan, jer se izloţen ovim

medijima prevlači tankom zelenkastom

zaštitnom skramom - patinom

(CuSO43Cu(OH)2) koja ga štiti od dalje

korozije. ). Аkо sе u vаzduhu nаlаzi

vеlikа kоličinа sumpоrdiоksidа umеstо

zеlеnе pаtinе stvаrа sе crni slој bаkаr

sulfidа

CuSO43Cu(OH)2

Otpornost na koroziju

27

Bakar se izraĎuje u obliku

polufabrikata:

Šipke i profili,

Limovi i trake,

Cevi,

Ţice.

U grаĎеvinаrstvu sе bаkаr kоristi kао krоvni pоkrivаč i zа

izrаdu оlukа, а оd skоrа i kао mаtеriјаl zа оblаgаnjе fаsаdа..

Priјаtnа i nеţnа zеlеnа bоја njеgоvе pаtinе, kао i vеlikа

trајnоst, činе gа gоtоvо idеаlnim, iаkо skupim,

grаĎеvinskim mаtеriјаlоm

28

Legure bakra

Pregled legura bakra i njihovi uobičajeni nazivi

Osnova

sistema Eventualni dalji dodaci Naziv

Cu-Zn Pb Mesing i "tombak"

Cu-Zn Ni, Sn, Al, Pb, Mn, Fe, Si Specijalni mesing

Cu-Sn Zn, P Bronza (kalajna)

Cu-Al Ni, Fe, Mn Aluminijumska bronza

Cu+→ Mn, Si, Ni, Cd, Be Specijalna bronza

Cu-Ni-Zn Pb, Mn, Fe, Al "Novo srebro"

Cu+→ Cd, Ni, Mn, Si, Ag, P, S, Mg, Be, Co, Cr, … Niskolegirani bakar

29

Legura bakra sa cinkom - MESING

Cu-Zn (30-44%Zn) - MESING

CU-Zn (5-20%Zn) – TOMBAK

Tombak se upotrebljava u

dekorativne svrhe jer su mu sjaj i

boja slični zlatu, a poseduje i

dobru otpornost na koroziju (za

unutrašnju arhitekturu, umetničko

zanatstvo i sl.)

Prema tehnološkoj nameni mesing se deli na:

Mesing za gnječenje (deformisanje) i

Mesing za livenje.

Tombak Mesing

30

Vrste mesinga za gnječenje

Oznaka Primena

CuZn10, CuZn15

CuZn20, CuZn28 Za delove u elektrotehnici, za biţiteriju i sl.

CuZn30 Za izradu čaura svih vrsta, cevi za kondenzatore, izmenjivače toplote

CuZn33 Za mreţe, trake za hladnjake, šuplje zakivke

CuZn37, CuZn40 Za mašinske i zavrtnje za drvo, valjke za štampanje tekstila, trake za

hladnjake, lisnate opruge, ....

Oznaka

Mehanička svojstva

Primena Rp,

MPa

Rm,

MPa

A5,

% HB

P.CuZn33Pb2 60 150 10 45 Odlivci liveni u pesku, sklopovi i vezni konstrukcioni

elementi. Delovi za opštu upotrebu u elektrotehnici

K.CuZn40 80 250 25 75 Odlivci liveni u kokili, armature metalno-svetlih

površina, okovi, delovi u elektrotehnici, …

T.CuZn40 100 250 2 75 Odlivci liveni pod pritiskom, armature, delovi u

elektrotehnici, …

Livačke legure mesinga

31

Termička obrada mesinga:

Izvodi se posle prerade deformisanjem na hladno ili posle livenja radi uklanjanja

strukturnih izmena ili zaostalih unutrašnjih napona.

Rekristalizaciono ţarenje (posle OMD na hladno – T = 500-700 °C – kratkotrajno

zagrevanje),

Homogenizaciono ţarenje ( odlivci - T = oko 700 °C – oko 6 sati),

Ţarenje radi otklanjanja unutrašnjih napona (posle gnječenja na toplo - T = 200-

300 °C – nekoliko sati)

Primeri delova od mesinga:

Primeri delova od tombaka:

Primena mesinga i tombaka:

32

Legure bakra bez cinka - BRONZE

Pod bronzom se podrazumeva legura bakra i kalaja. Medjutim, u širem smislu, to

ne mora biti dvojna legura, niti samo kalaj legirajući element; tako postoje:

Kalajne,

Aluminijumske,

Olovne,

Silicijumske,

Manganske,

Berilijumske,

Fosforne i druge bronze.

33

Legura bakra sa kalajem – KALAJNA BRONZA

Sadržaj kalaja u ovim bronzama ide do 14%. Prisustvo kalaja u leguri utiče na

povećanje njene jačine i istovremeno opadanje plastičnosti. Otuda je kod

bronzi za livenje sadržaj Sn veći nego kod bronzi za obradu deformisanjem

(gnječenjem). Boja bronze zavisi od njenog sastava; što je manje kalaja, boja

bronze bliţa je bakru. Pod uticajem atmosferskih činilaca bronza se prevlači

zelenkastom pokoricom, tzv. patinom.

Prema tehnološkoj nameni razlikuju se:

bronze za obradu deformisanjem

(≈ 2-8% Sn) i

bronze za livenje (≈ 6-14% Sn).

S obzirom na dobra svojstva, bronze

se uglavnom upotrebljavaju za

mašinske delove koji su izloţeni:

jakom trenju (klizna leţišta, puţni

prenosnici,...),

pritisku (delovi pumpi,...) i

dinamičkim opterećenjima

(opruge,...).

34

Aluminijumske bronze sadrţe do 8-11% Al (bez kalaja); Imaju veliku otpornost

prema habanju i koroziji kako na sobnoj tako i na povišenim temperaturama.

Koriste se za jako opterećene delove izloţene koroziji i kovane delove koji rade na

toplo pod pritiskom.

Olovne bronze sadrţe 8-10% Sn i 4-12% Pb, imaju dobra ležišna svojstva, pa se

koriste kao antifrikcioni materijali za klizna ležišta. Takozvana trgovačka bronza je

legura Cu-Sn-Zn-Pb, gde Pb u iznosu 2-3% uglavnom povećava livkost, obradljivost

i leţišna svojstva.

Silicijumske bronze sadrţe do 4.5% Si, i imaju dodatke Zn, Mn i Fe. Odlikuju se

dobrom toplotnom i električnom provodnošću, otpornošću na trenje i na

delovanje visokih temperatura. Ove se bronze pre svega primenjuju u elektro i

radio - tehnici. Silicijumsko-manganska bronza (CuSi3Mn1) koristi se za izradu

ležišnih čaura pokretnih zupčanika u menjaču.

Manganske bronze su otporne su na visoke temperature jer zadrţavaju kako

tvrdoću tako i istegljivost. Nalaze primenu za izradu parnih mašina.

Berilijumova bronza odlikuje se najvećom tvrdoćom od svih legura bakra i

znatnom otpornošću na koroziju. Termički obradjene (kaljene u vodi) i otpuštene

dostiţu tvrdoću 370 HB i Rm = 1350 MPa. One su skupe, ali se ipak upotrebljavaju

za opruge otporne na koroziju, delove pumpi, lopatice parnih turbina, merne

pribore.

35

Legura bakra sa kalajem i cinkom – CRVENI METAL

U novije vreme, u cilju smanjenja sadržaja kalaja u bronzama, se u njih dodaje

cink, a dobijena legura bakra u praksi se naziva crveni metal odnosno crveni

liv. Primenjuje se kao legura za gnječenje i legura za livenje

Crveni metal za gnječenje u sebi pored bakra sadrţi: 3-5% Zn, 3-5% Sn i

eventualno 3-5% Pb. Koristi se za klizna ležišta, manometarske cevi i za opruge.

Crveni liv u odnosu na crveni metal ima znatno veći sadrţaj Sn (11-4%) i Zn (6-1%)

uz dodatak olova (2-6%). Koristi se za klizna ležišta, za pužne točkove malih

brzina, za armature za vodu i paru itd.

Sadrţaj nikla u ovim legurama kreće se u granicama od 10

do 20% i ova legura moţe da se svrsta u specijalne vrste

mesinga s obzirom da je u leguri prisutan i cink

(CuNi10Zn45, CuNi12Zn24, CuNi18Zn20, CuNi18Zn19P).

Novo srebro se odlikuje veoma dobrom obradivošću na

hladno izvlačenjem i rezanjem i ima postojan sjaj.

Primenjuje se za:

Ukrasne predmete,

Pribor za jelo,

Elemente unutrašnje arhitekture itd.

Legura bakra sa niklom – NOVO SREBRO

36

Titan

Hemijski element Titan (titanijum) nosi u periodnom sistemu elemenata simbol Ti.

Ime je dobio po Titanima iz grčke mitologije.

Titan je metal velike jačine, lagan i otporan na koroziju. U elementarnom stanju je

crn ili siv metalni prah ili masivan metal sličan čeliku. Pojavljuje se u

mnogim mineralima, od koji su dva najznačajnija rutil i ilmenit, koji su široko

rasprostranjeni u Zemljinoj kori. Jedna od najznačajnijih titanovih karakteristika je da

ima čvrstoću kao čelik, no u isto vreme je dvostruko lakši od njega.

Titan i njegove legure svoju komercijalnu primenu mogu zahvaliti nizu odličnih

svojstava: visokoj čvrstoći, dobroj žilavosti, niskoj gustini (maloj masi), kao i

odličnoj korozijskoj postojanosti pri niskim i povišenim temperaturama.

Titan (mineralni koncentrat).

Osim mehaničke otpornosti u uslovima statičkog

opterećenja, ovaj materijal izdrţava i dugotrajna

dinamička opterećenja bez opasnosti od pojave zamora.

S povišenjem temperature dinamička izdrţljivost ne

opada značajno.

Zahvaljujući visokoj temperaturi topljenja, titan je značajno

otporan na pojavu puzanja.

37

Tehnološke osobine

Obradljivost na hladno Dobra

Obradljivost na toplo Veoma dobra

Livkost Oteţana

Zavarljivost Veoma dobra, uslovna

Obradivost rezanjem Oteţana

Otpornost na koroziju Veoma dobra

Fizičke osobine

Kristalna gradja Gusto pakovana

heksagonalna rešetka

Temperatura topljenja 1665 °C

Gustina 4.505 g/cm3

Mehaničke osobine

Tehnička granica

tečenja Rp, MPa 200-260

Jačina na kidanje Rm, MPa 300-400

Izduţenje A5.65, % 40-30

Kontrakcija Z, % 60-50

Modul elastičnosti E, MPa 112000

Tvrdoća HB 90-120

Osobine tehnički čistog Ti (Ti 99.5) pri temperaturi 20C

38

Legure titana

R +

+ TimXn

+

882

1665

Rastop (R)

550°C

+ TimXn

Ti Cr, Mn, Fe, Mo, V, %T

em

pera

tura

, °

C

Legure titana naročito sa aluminijumom, kao i

dodacima hroma, mangana i vanadijuma uglavnom se

upotrebljavaju u avionskoj industriji i za delove koji

rade u jako korozionim uslovima. Prema strukturi koja

nastaje pri sporom hladjenju, titan obrazuje legure:

jednofazne tipa α - (Ti-5 Al-2.5 Sn),

jednofazne tipa β – (Ti-10 V-2 Fe-3 Al) i

dvofazne tipa (α + β) – (Ti-6 Al-4 V).

39

Termička obrada legura titana

Uglavnom se koristi:

Žarenje,

rekristalizaciono, (pri 800°C posle OMD na hladno),

stabilizaciono (radi postizanja najveće strukturne stabilnosti) i

za popuštanje napona (posle OMD i obrade rezanjem, na oko 600C

i zatim sporim hladjenjem).

Kaljenje sa otpuštanjem‚ (samo legure dvofaznog tipa (α+β), mogu se

kaliti. Pri tome α- faza ostaje nepromenjena, a β- faza prelazi u titanov

martenzit. Pri otpuštanju zakaljenih legura titana, dolazi do porasta tvrdoće,

suprotno od čelika, pa se zato i zove ojačavajuće otpuštanje).

Ponekad nitriranje (pri 850-950C u toku 30-60 h u atmosferi azota, čime

raste otpornost titana na habanje).

Legure titana retko se koriste za livenje.

40

Titan i njegove legure primenjuju se uglavnom gde su primarni zahtevi -

visok odnos jačine prema težini kao i velika otpornost na koroziju. To je:

avionska industrija (delovi aviona, obloge i lopatice kompresora, nosači

motora),

rudarstvo (dvostruke obloge motora, boce za komprimovane tečne gasove,

mlaznice itd.),

oprema za procesnu hemijsku industriju (oprema za medijume, kao što su

vlaţan hlor, vodeni i kiseli rastvori hlora, izmenjivači toplote koji rade u azotnoj

kiselini),

u brodogradnji (propeleri, oplate morskih brodova, podmornica i torpeda), u

termoelektranama (za doboše i lopatice stacionarnih turbina).

titan je biokompatibilan materijal, što znači da ga ljudski organizam ne

odbacuje, te se upotrebljava za veštačke kukove.

Titan kao biokompatabilan materijal

41

Legure titana su veoma lake i mehanički izdržljive - posebno na

razvlačenje i zbog toga se koriste u avio industriji, a takoĎe i za pravljenje bicikla i

drugih sportskih sprava. Legure titana imaju mnogo bolje osobine od

legura aluminijuma ali su od njih značno skuplje te su zbog toga manje zastupljene.

Površinska prevlaka TiN

42

Ostali inţenjerski metali i legure

Cink i njegove legure

Cink je metal sjajne plavičasto-bele boje, gustine 7.13 g/cm3, temperature topljenja

419ºC. Otporan je na dejstvo spoljne atmosfere jer se na vlaţnom vazduhu

prekriva slojem hidroksida ili oksida.

Kovnost, plastičnost i istegljivost cinka na hladno je veoma mala, dok pri zagrevanju

na 100-150ºC postaje plastičniji i moţe se preradjivati u limove, folije, šipke i ţice.

Cink se upotrebljava:

kao sastojak većine legura za livenje pod pritiskom,

za cinkovanje čeličnih proizvoda,

za galvanske elemente,

štamparski kliše (otisak slike),

pri temperaturi 500ºC uz dovoljnu

količinu vazduha sagoreva u cink oksid,

koji sluţi za izradu bele uljne boje.

Legure za livenje uglavnom su ZnAlMg, ZnAl4Cu1

poznate pod nazivom "zamak" (špialter).

Primenjuju se za kućišta karburatora i pumpi za

gorivo, ukrasne poklopce na točkovima, ukrasne

letvice automobila, kvake, ručice i dr.

43

Olovo i njegove legure

Olovo je metal sive boje, gustine 11.34 g/cm3, temperature topljenja 327ºC, najmekši od svih

metala (moţe se rezati noţem i grebati noktom.).

Odlikuje se dobrim livačkim osobinama (skupljanje 0.9%), lako se zavaruje i lemi. Na vazduhu

se prekriva tankim oksidnim slojem PbO koji štiti olovne predmete od dalje oksidacije.

Legure Pb-Sb (olovo-antimon) koriste pre svega za proizvodnju akumulatorskih ploča,

Legura Pb, Sb i nešto Sn (tzv. tvrdo olovo) sluţi kao štamparska legura,

Od olova sa 0.03% arsena prave se livene kuglice (sačma) za punjenje patrona za lovačke

puške.

Za meko lemljenje koristi se legura Sn-Pb,

Olovne legure sa dodacima antimona i kalaja sluţe za klizna ležišta vagonskih osovina.

Olovo se još upotrebljava kao dodatak pri fabrikaciji nekih vrsta stakla;

Oksid Pb3O4 - minijum (dobijen zagrevanjem PbO do 500ºC) pomešan sa lanenim uljem daje

crvenu boju namenjenu za zaštitu metalnih predmeta od rdje.

Olovo se dodaje nekim vrstama mesinga i bronzi radi lakše obrade rezanjem.‚

U prehrambenoj industriji se ne koristi, jer su olovne soli veoma otrovne (olovo se gomila u

organizmu i više ne izlučuje).

44

Magnezijum i njegove legure

Od svih inţenjerskih metala magnezijum je najlakši (1.47 g/cm3). U čistom stanju

u industriji ima ograničenu primenu zbog loših mehaničkih osobina i

mogućnosti samopaljenja za vreme zagrevanja. Zato se uglavnom koriste

legure Mg sa Al kao glavnim ojačavajućim elementom. Dodatkom cinka (Zn)

povećava se plastičnost, a mangana (Mn) koroziona otpornost.

Legure magnezujuma dele se na:

legure za livenje i

legure namenjene plastičnoj preradi.

I jedne i druge upotrebljavaju se u avionskoj i

automobilskoj industriji i industriji motora.

Najpoznatija je livačka legura magnezijuma

sa Al i Zn koja nosi naziv elektron.

Ova i druge legure magnezijuma sluţe

za izradu:

lakih poklopaca,

kućišta i kartera motora,

kućišta pumpi za gorivo,

obloga zadnjeg mosta motornih vozila,

nekih delova kočionog sistema i sl.

45

Kalaj i njegove legure

Kalaj je metal srebrno-bele ili sive boje, mek je i kovan. Kalaj je otporan na

koroziono delovanje te se koristi za:

zaštitu kuhinjskog posudja,

za izradu belih limova i folija za pakovanje ţivotnih namirnica

kalaj je takodje sastojak mnogih legura: bronzi, legura za klizna leţišta, α - legura

titana, lemova za meko lemljenje.

46

Nikal je metal srebrnaste boje, gustine 8.9 g/cm3, temperature topljenja 1452ºC.

U livenom stanju je jedan od najotpornijih metala na dejstvo korozije.

Materijali osetljivi na dejstvo atmosferskih činilaca i hemikalija zaštićuju se

prevlakama nikla nanetih galvanskom tehnikom, tj. niklovanjem.

Nikal je takodje veoma vaţan legirajući element u mnogim legurama, naročito kod

nerdjajućih čelika.

Legura sa 60% Cu i 40% Ni, poznata pod nazivom konstantan upotrebljava za

električne otpornike.

Od legure Ni-Cr izradjuju se električni grejni elementi kao i delovi otporni na visokim

temperaturama.

Ni-Mn legura sluţi za izradu elektroda kod svećica benzinskih motora.

Od ţice Ni-Fe prave se obloţene elektrode za zavarivanje sivog livenog gvoţdja na

hladno.

Poznata je i legura monel metal (67% Ni, 30% Cu, 1.5% Fe, 1.5% Mn), koja se

odlikuje dobrom otpornošću na koroziju čak i u prisustvu kiselina, jakih baza i

gasova, te se koristi za izradu hemijske aparature, rezervoara kao i delova mašina koji

rade u agresivnim sredinama. Primenjuje se za izradu hirurških instrumenata.

Legure poznate pod nazivom inkonel (12-16% Cr, 6-8% Fe, ostalo Ni) spadaju u

izuzetno koroziono otporne materijale koji ustupaju mesto samo plemenitim

metalima (Ag, Au i metalima platinske grupe: platina, iridijum, rodijum).

Nikal i njegove legure

47

Nitinol je legura nikla i titana sa pribliţno podjednakim sadrţajem. Ova legura

ima mogućnost pamćenja oblika (shape memory) zahvaljujući martenzitnoj

transformaciji. Koristi se u medicini (stentovi, zubne proteze, u ortopediji, itd.).

48

Pribliţna cena po jedinici

zapremine za metale i plastike u

odnosu na običan ugljenični čelik

Materijal Indeks cene

Zlato 60 000

Srebro 600

Legure Mo 200-500

Nikal 35

Kalaj 25

Legure Ti 20-40

Legure Cu 5-6

Legure Zn 1.5-3.5

NerĎajući čelik 2-9

Legure Mg 2-4

Legure Al 2-3

Čelik povišene jačine 1.4

Sivo liveno gvoţĎe 1.2

Ugljenični čelik 1

Najlon, guma 1.1-2

Plastike/Elastomeri 0.2-1

Fiber Kompoziti 40-80

Mo

du

l e

las

t. G

Pa

Gustina (g/cm3)

Go

diš

nja

pro

izvo

dn

ja, to

na