Materijali i Proizvodni Postupci

7/25/2019 Materijali i Proizvodni Postupci

1/41

Materijali i proizvodni postupciAk.god. 2013/2014

(autorizirana predavanja iz podruja materijala)

Prof.dr.sc. Darko Landek

Zavod za materijaleFakultet strojarstva i brodogradnjee-mail: [email protected]

Zagreb, 2013


2/41

Materijali i proizvodni postupci Ak.god. 2013/2014

2

SADRAJ

1. UVOD: od tvari do materijala 3

2. KRISTALNI SUSTAVI I DIJAGRAMI STANJA METALA I LEGURA 4

2.1 Razine grae materijala 42.2 Kristalni sustav i pojave u kristalnoj strukturi 52.3 Kristali metalnih legura i nesavrenosti kristalne grae 82.4 Dijagrami stanja metalnih materijala 9

3.SVOJSTVA TEHNIKIH MATERIJALA 14

3.1 Mehanika svojstva 143.1.1 Statiki vlani pokus 153.1.2 Ispitivanje puzanja 18

3.1.3 Ispitivanje tvrdoe 193.1.4 Udarni rad loma 223.1.5 Dinamika izdrljivost 24

3.2 Triboloka svojstva 25

3.3 Korozijska svojstva 27

3.4 Fizikalna svojstva materijala 293.4.1 Elektrina otpornost i vodljivost 293.4.2 Magnetska permeabilnost 313.4.3 Toplinska svojstsva 33

4. MEHANIZMI OVRSNUA I TOPLINSKA OBRADA METALA 34

4.1 Mehanizmi ovrsnua metala i legura 34

4.2 Ovrsnue elika kaljenjem i poputanjem 344.2.1 Kaljenje 344.2.2 Poputanje 384.2.3 Zadavanje zahtijeva za toplinskom obradom na crteu 40

5. LITERATURA 41


3/41


3

1. UVOD: od tvari do materijala

Glavna obiljeja tvari su da imaju odreenu masu i zauzimaju prostor. Uvjet da neka tvarpostane materijal je taj da mora imati jedno ili vie specifinih svojstava korisnih za primjenu.Tehniki materijali su oni materijali od kojih se izrauju tehniki proizvodi, a posjedujukombinaciju povoljnih fizikalnih svojstava koje nazivamo tehnika svojstva. Tvar koja

posjeduje tehnika svojstva mora ispuniti jo dva preduvjeta da postane tehniki materijal.Mora se moi preraivati, odnosno dovesti u eljeni oblik (lijevanjem, obradomdeformiranjem, obradom odvajanjem estica, zavarivanjem, sinteziranjem itd.) (slika 1).Konano mora biti pristupaan cijenom, jer unatodobrim tehnikim svojstvima ne dolazi uobzir kao materijal ako je preskupa.

Slika 1. Tijek i redoslijed proizvodnih procesa od sirovina i tvari do gotovog proizvoda

Svojstva tvari (i materijala) vana za tehniku primjenu obuhvaaju opa svojstva (gustoa),fizikalna svojstva (npr. toplinska vodljivost, toplinski kapacitet, elektrinavodljivost/dielektrinost, magnetinost, modul elastinosti, itd.), kemijska i optika itd.Svojstva materijala (i poluproizvoda) obuhvaaju: mehanika, triboloka, korozijska i

tehnoloka, ekonomska i ekoloka svojstva. Svojstva materijala (slika 2) su ovisna o uvjetimaispitivanja, obliku i dimenzijama ispitne epruvete, mikrostrukturi i stanju materijala, itd.

Nakon to se materijali ugrade u odreeni proizvod provode se ispitivanja eksploatacijskihsvojstva proizvoda i ispitivanja ponaanja materijala u sloenim eksploatacijskim uvjetima.Eksploatacijska svojstva ovisna su o svojstvima materijala, konstrukciji proizvoda i uvjetimaeksploatacije.

Slika 2. Utjecajni imbenici na svojstva i ponaanje materijala


4/41


4

Prema porijeklu materijali mogu biti prirodni (kamen, drvo, koa) ili umjetni (metali,poluvodii, keramika, polimeri, itd.). Za tehniku su najvaniji i najbrojniji u primjeni umjetni(tehniki) materijali. Oni se mogu se, prema karakteristinim svojstvima podijeliti na triosnove skupine: metale i legure, polimere te keramiku i stakla (slika 3). Meusobnimkombiniranjem materijala iz ovih skupina, u cilju dobivanja specifinih svojstava, dobivaju sesuvremeni kompozitni materijali. Osim navedenih skupina razvijeni su i materijali sa

svojstvima karakteristinim za dvije razliite osnovne skupine, npr. tvrdi metali (s svojstvimametala i keramike) i materijali na osnovi ugljinih vlakana (s svojstvima polimera ikeramike).

Slika 3. Osnovna podjela i svojstva tehnikih materijala

2. KRISTALNI SUSTAVI I DIJAGRAMI STANJA METALA I LEGURA

2.1 Razine grae materijala

Proizvodnja i prerada materijala u gotove proizvode ine velik dio inenjerske djelatnosti.Inenjeri kreiraju veinu proizvoda i proizvodnih sustava. Zato trebaju poznavati unutarnjugrau i svojstva materijala kako bi bili u stanju izabrati najpogodniji materijal inajprimjereniju tehnologiju izradbe za odreeni proizvod. Za razumijevanje svojstava i

ponaanja materijala u eksploataciji nuno je poznavanje njegovog kemijskog sastava imikrostrukture. Mikrostruktura materijala nastaje djelovanjem tehnolokih postupaka

praoblikovanja, preoblikovanja i oplemenjivanja na materijal odreenog kemijskog sastava.Svojstva materijala odreena su njegovom mikrostrukturom i kemijskim sastavom. Uznanosti o materijalima prouavanje se zadrava upravo na ispitivanju, razumijevanju i


5/41


5

predvianju navedenih povezanosti kemijskog sastava, mikrostrukture i svojstava materijala(slika 4), dok se ostale temeljne znanosti (npr. fizika i kemija) bave istraivanjem i

prouavanjem tvari na razini grae atoma, kemijskih reakcija i povezivanja atoma u odreenestrukture (vrstog, tekueg i plinovitog stanja). U prouavanju mikrostrukture i svojstavametala, legura i keramike polazna razina prouavanja bit e njihova kristalna reetka, odnosnonjoj pripadna jedinina elija.

Slika 4. Razine grae materijala i podruje istraivanja znanosti o materijalima

2.2 Kristalni sustav i pojave u kristalnoj strukturi

iste tvari u vrstom stanju pokazuju karakteristinu grau: od kristaline do amorfne.Kristalina tvar pojavljuje se u obliku monokristala ili polikristala. Svaki kristal ima odreengeometrijski oblik koji je posljedica unutranje grae tj. rasporeda strukturnih jedinica -atoma, iona i molekula. Prostorni raspored strukturnih jedinica ponavlja se u svim smjerovima

u prostoru i naziva se prostorna reetka. Najmanji dio prostorne reetke, koji se ponavlja uprostoru, naziva se jedinina ili elementarna elija.

Za opis i ispitivanje kristalne grae definira se kristalni sustav (analogno definiranjugeometrijskog koordinatnog sustava). Kristalni sustav (slika 5) sastoji se od:

-

kristalnih osi simetrije: x, y , z (poklapaju se sa stranicama jedinine elije).-

kutova izmeu osi: , , .-

parametara po kristalnim osima: a,b,c (najmanja meusobna udaljenost atoma).


6/41


6

Osim ovih osnovnih elemenata, za svaki kristalni sustav mogu se izvesti dodatni parametri:-

pripadni broj atoma (PBA): je broj atoma koji pripada jednoj jedininoj eliji,- koordinacijski broj (KB): je broj atoma koji ''dodiruju'' pojedini atomi, ili broj

najbliih susjednih atoma,-

faktor gustoe slaganja atoma (FGSA): pokazuje kako je iskoriten prostor kojimatomi raspolau u promatranom kristalnom sustavu

Slika 5. Osnovni elementi kristalnog sustava

Sve kristalne strukture mogu se prikazati s etrnaest vrsta jedininih elija razvrstanih usedam kristalnih sustava: kubini, teragonski, rompski ili ortorompski, trigonski iliromboedarski, monoklinski, triklinski i heksagonski. Tako je kristalna struktura odreena

jedininom elijom koja je odreena dimenzijama, tj. razmakom pojedinih strukturnihjedinica, kao i njihovim rasporedom i brojem u jedininoj eliji.

Veina tehnikih metalnih materijala kristalizira u kubinom kristalnom sustavu, a samo njihnekoliko u heksagonskom sustavu (slika 6). U kubinom kristalnom sustavu metalikristaliziraju u obliku prostorno centrirane jedinine elije (BCC) ili u obliku plonocentrirane jedinine elije (FCC). U BCC jedininoj eliji atomi metala se dodiruju du njene

prostorne dijagonale (npr. -Fe, Cr, Mo). U FCC jedininoj eliji atomi se dodiruju na njenimplonim dijagonalama (-Fe, Cu, Al, Au, Ag). U heksagonskom kristalnom sustavu zatehnike materijale je najvanija gusto sloena heksagonska jedinina elija (HCP) u kojoj suatomi razliito sloeni u dvije naizmjenino ponavljane ravnine (npr. Zn, Co, Cd).

FCC

HCPBCC

Slika 6. Najznaajnije jedinine elije


7/41


7

Unutar svake jedinine elije mogu se uoiti ravnine i pravci najgue zaposjednutostiatomima koji ine klizni sustav metala (ili legure) (slika 7):

klizni sustav = klizne ravnine + klizni pravci

Klizni sustav omoguuje deformaciju metala pojedinanim pomacima atoma ili linija atoma,

(reda veliine parametra reetke) na kliznoj ravnini ili pravcu. Za ovakav pomak potrebne suznaajno manje sile, nego za istovremeno pomicanje svih atoma na nekoj ravnini u cijelomkristalu. Stoga se plastina deformacija na razini prostorne reetke odvija slino gibanjugusjenice. Ovo je ilustrirano na slici 8 na primjeru rastezanja dugakog tapa pod djelovanjemsile F. U makroskopskoj pojavi plastina deformacija se sastoji od niza manjih stepenastih

pomaka pod odreenim kutom na smjer djelovanja sile F, a na razini mikrostrukture sesastoji od niza uzastopnih pomaka atoma u kliznom sustavu prostorne reetke.

Slika 7. Primjeri kliznih sustava FCC, BCC i HCP jedinine elije

Slika 8. Nastanak plastine deformacije metala:a) smjer i oblik plastine deformacije dugakog tapa pri rastezanju silom F

b) napredovanje plastine deformacije u kristalnoj reetki

Neka svojstva kristala odreene tvari razliita su u razliitim smjerovima. Tu pojava se nazivaanizotropija, dok se pojavu kada su svojstva ista u svim smjerovima naziva izotropija.Kristalne tvari su uobiajen polikristalne, tj. sastavljene od velikog broja kristalnih zrna.Kristalna zrna mogu biti pojedinano anizotropnih svojstva, no zbog razliite orijentacije

pojedinanih zrna u prostoru, tvar se makroskopski ponaa kvazi izotropno.

Kristali pojedinih tvari (Fe, Ti, Zr, itd. )mogu imati vie vrsta jedininih elija, ovisno otemperaturi i tlaku. Promjena kristalnog sustava s ugrijavanje ili hlaenjem naziva se

polimorfija ili alotropija. Najpoznatija i tehniki najvanija pojava polimorfije je ona kod


8/41


8

eljeza (slika 9). Pri tome se uoava temperaturna histereza, tj. razlika u temperaturi na kojojnastupa promjena kristalnog sustava pri grijanju, u odnosu na istu promjenu pri hlaenju.

Slika 9. Polimorfne promjene istog eljeza pri hlaenju i grijanju

2.3 Kristali metalnih legura i nesavrenosti kristalne grae

Samo nekoliko metala se upotrebljava istom ili priblino istom stanju (npr. bakar ialuminij). Meutim, veina ininjerskih metala legira sa drugim metalima ili nemetalima daim se poboljaju odreena tehnika svojstva (npr. vrstoa, korozijska otpornost itd.). Leguraili slitina je tvar koju ine dva ili vie kemijskih elemenata, od kojih je barem jedan kemijskielement metal, a drugi mogu biti metali ili nemetali. Strukture legura mogu biti vrlo

jednostavne kao npr - mjed koja je dvokomponentna ili binarna legure od oko 30 % Zn i 70% Cu. Takoer, legure mogu biti i vrlo sloene kao to su "superlegure" na osnovi nikla, kojeslue za djelove mlaznih motora, a u njihovu sastavu je i do 10 elemenata. Namjerno dodane

primjese nazivaju se legirajui dodatak, a ostale primjese se nazivaju neistoama. Prilegiranju mogu nastati slijedee vrste legura (slika 10):

I. Kristali mjeanci ili tzv. vrste otopine, kod kojih elementi tvore zajedniku prostornureetku (tj. sauvana je reetka osnovnog metala ili legirnog elementa).. Ovisno o veliiniatoma legirnih elemenata mogu nastati

a) supstitucijski kristali mjeanci - primarne vrste otopine u kojima elementiosnovnog metala i elementi legirnog metala tvore zajedniku kristalnu reetku ;

b) intersticijski kristali mjeanci vrste otopine u kojima su atomi legirnihelemenata (nemetala) znaajno su manji od atoma osnovnog metala i smjetaju seu praznine kristalne reetke.

II. Kristali u kojima elementi tvore novu zajedniku reetku:

a) kristali intermetalnog spoja obje komponente u vrstoj otopini su metali

(npr. -CuZn, -Cu5Zn8, -CuZn3)

b) kristali kemijskog spoja - jedna komponenta je nemetal (npr MnS).


9/41


9

III. Mijeani kristali - vrste otopine u kojima je jedna komponenta potpuno netopljiva udrugoj (npr. Cu-Pb legure)

FCCBCCCu

Ni

Fe

C

Slika 10 Kristali mjeanci: a) supstitucijski, b) intersticijski

Kristalna graa istih tvari i legura je u pravilu neasvrena, tj. unutar kristalnih zrna i nanjihovim granicama postoji niz nepravilnosti (nesavrenosti) koje mogu biti:

1.

Tokaste (nuldimenzijske) nesavrenosti: praznine (vakancije), intersticijski ilisupstitucijski atom

2.

Linijske (jednodimenzijske) nesavrenosti: dislokacije3. Povrinske (dvodimenzijske) nesavrenosti: granice zrna, granice faza4. Volumne (trodimenzijske): ukljuci, mjehuri plinova, poroznosti.

a) b) c)

Slika 11. Nesavrenosti u kristalonoj grai metala i legura:a) tokaste neasvrenosti, b) dislokacije, c) granice zrna

2.4 Dijagrami stanja metalnih materijala

Dijagrami stanja ili fazni dijagrami ili dijagrami slijevanja (engleski phase diagrams)grafiki su prikazi koji pokazuju koje faze i fazni konstituenti su prisutni u materijalnimsustavima na razliitim temperaturama i tlakovima za razliite kemijske sastave legure. Faza

je fizikalno i kemijski homogeni dio legure koji se po strukturi i/ili po kemijskom sastavu


10/41


10

razlikuje od drugih dijelova. Veina dijagrama stanja konstruirana je za ravnotene ilipriblino ravnotene uvjete. Dijagrami stanja slue inenjerima i znanstvenicima zarazumijevanje i predvianje ponaanja materijala u razliitim uvjetima.

Najjednostavniji dijagrami stanja jesu oni za binarne legure. Njihovoj konstrukciji prethodisnimanje krivulja ohlaivanja (slika 12). Krivulje ohlaivanja istog metala uobiajeno

pokazuju izotermni zastoj u hlaenju, pri emu se odvodi latentna toplina i nastaje skruivanjemetala. Krivulje hlaenja legura metala, pokazuju samo promjenu nagiba krivulje hlaenja,unutar intervala temperatura skruivanja. Ako se snimanje krivulja hlaenja ponovi za vieudjela legirnog elementa i rezultati se prikau u zajednikom dijagramu s udjelom legirnogelementa na apscisi, a temperaturama poetka i zavretka skruivanja na ordinati dobiva se

binarni dijagram stanja (slika 13).

Slika 12 Krivulje vrlo sporog hlaenja: a) istog metala, b) legure metala

Slika 13 Konstrukcija binarnog dijagrama stanja legure A-B (komponenta B potpuno jetopiva u osnovnom metalu A): a) krivulje hlaenja legura A-B; b) dijagram stanja


11/41


11

Iz binarnog dijagrama stanja mogue je primjenom jednostvnog polunog pravila i zakonaouvanja mase odrediti udjel taline (T) i krutine (K) za zadanoj temperaturi (slika 14).Proraun masenih udjela faza u binarnom dijagramu za zadanu temperaturu temelj je analizeskruivanja legura i predvianja njihove mikrostrukture. Na slici 15 prikazan je dijagramastanja legure Cu-Ni (Ni se potpuno otapa u kristalnoj reetci Cu) i provedena je analizaskruivanja legure Cu 25 %Ni.

Poluno pravilo:

w(T) + w(K) = 100 % (1)w(T) a = w(K) b (2.a)

a = X1 XT (2.b)b = XK X1 (2.c)

Slika 14. Odreivanje masenog udjela taline w(T)=? i krutine w(K)=? na temperaturi 1

(3.a)

(3.b)

Slika 15. Analiza skruivanja legure Cu-25%Ni u dijagramu stanja Cu-Ni

Prema topivosti legirnog elementa u osnovnom metalu dijagrami stanja mogu biti:a) dijagrami potpune topivosti (u tekuem i krutom stanju) (npr. legure Cu-Ni, slika 15)

b) eutektiki dijagrami, tj. dijagrami stanja legure potpune topivosti u tekuem stanju idjelomine topivosti u vrstom stanju (npr. legure Pb-Sn, slika 16)


12/41


12

c)

eutektoidni dijagrami, tj. dijagrami stanja legura s alotropskom modifikacijom, kodkojih nastupaju dvije kristalizacije: primarna kristalizacija krutine iz taline isekundarna kristalizacije novih faza pri promjeni tipa kristalne reetke. Eutektoidnidijagram stanja nastaje kad postoji djelomina topivost legirnih elemenata uosnovnom metalu pri sekundarnoj kristalizaciji u vrstom stanju (slika 17).

Slika 16. Analiza skruivanja legura u eutektikom dijagramu stanja legura Pb-Sn

Slika 17. Opi oblik dijagrama dijagrama stanja s potpunom topivosti komponenata uprimarnoj kristalizaciji i djelominom topivosti u sekundarnoj kristalizaciji(eutektoidni dijagram)


13/41


13

Jedan od najpoznatijih i najvie koritenih binarnih dijagrama stanja je Fe-C dijagrammetastabilne kristalizacije (slika 18). Metastabilna kristalizacija nastaje pri realno sporomhlaenju Fe - C legura, pri kojem e ugljik koji nije otopljen u kristalima mjeancima eljeza(, , ) kristalizirati u obliku eljeznog karbida Fe3C, cementita. Primarna kristalizacija Fe-Clegura iz taline je eutektika, a sekundarna kristalizacija je eutektoidna.

Tijekom primarne kristalizacije iz taline Fe-C s manje od 4,3 %C izluuju se kristalna zrnaaustenita s FCC jedininom elijom (kao primarni austenit, ' i eutektiki austenit e). Ako jeu Fe-C leguri od 4,3 do 6,67%C iz taline se izluuju kristali (primarnog) cementita (Fe3C').

Na eutektikoj temperaturi od 1147 C sva preostala talina kristalizira u obliku eutektikaledeburita (L) koji je po strukturi smjesa austenita i cementita (tj. L = e+ Fe3C

e).

Tijekom hlaenja od eutektike do eutektoidne temperature (723 C ) kod Fe-C legura smanje od 0,8 %C nastupa sekundarna kristalizacija (FCC jedinine elije u BCC eliju) prikojoj se iz austenita izluuje primarni ferit (F, mikrostrukturna faza eljeza s BCC jedininomelijom). Kod Fe-C legura s vie od 0,8 %C iz austenita se izluuje viak ugljika i spaja se seljezom u sekundarni cementit (Fe3C'') koji se izluuje po granicama austenitnih zrna. Naeutektoidnoj temperaturi A1= 723 C sav nerastvoreni austenit pretvara se u eutektoid perlit,koji je po strukturi smjesa eutektoidnog ferita i cementita (P = id+ Fe3Cid).

a)

Mikrostrukturne faze(konstituenti):F ... ferit (, id)A ... austenit (, e)K ... karbid:(cementit)

(Fe3C, Fe3Ce,

Fe3C, Fe3Cid)

Pseudo faze(konstituenti):

L ... ledeburit (eutektik)L = e+ Fe3Ce

P ... perlit (eutektoid)P = id+ Fe3C

id

b) c) d)Fe-C legura s 0,45 %C Fe-C legura s 0,8 %C Fe-C legura s 1,2 %C

Slika 18. a) Shematski prikaz faza u dijagramu stanja metastabilno skruenih legura Fe-CMikrostruktura Fe - C legura (nagrieno 3%NITAL)s: b) 0,45 %C; c) 0,8 %C; d) 1,2 %C


14/41


14

3. SVOJSTVA TEHNIKIH MATERIJALA

3.1 Mehanika svojstva

Mehanika svojstva istiu se izmeu ostalih svojstava materijala, jer se na temelju njihprovodi dimenzioniranje konstrukcijskih dijelova i alata, izbor optimalnog materijala,

kontrola kvalitete (na ulazu u proizvodnji i po izlasku zavrenog proizvoda) i odreivanjeradnih parametara proizvodnih procesa. Mehanika svojstva materijala odreena su (kao iostala svojstva) njegovom mikrostrukturom, a ona je je nastala primjenom odreenih

proizvodnih procesa na materijal odreenog kemijskog sastava. Ispitivanja mehanikihsvojstava detaljno su propisana normama, pri emu se uobiajeno navode oblik i mjereispitnog uzorka, uvjeti okolia te nain, brzina i trajanje djelovanja optereenja. Navedeniuvjeta ispitivanja (tablica 1, slika 19) meusobno se kombiniraju, to daje vie od stotinu

potencijalno moguih ispitivanja mehanikih svojstava, kojim se nastoje oponaati sile ioptereenja na materijal u eksploataciji. Naravno, nisu sve kombinacije uvjeta ispitivanja

prisutne u eksploataciji konkretnog proizvoda, pa se niti ne provode sva teorijski moguaispitivanja, ve samo ona koja su mjerodavna i cijenom prihvatljiva za konkretnu seriju

proizvoda. Stoga se uobiajeno provode slijedea mehanika ispitivanja: statiki vlani pokus,ispitivanje tvrdoe i ispitivanje ilavosti. Kod konstrukcijskih dijelova koji su u raduoptereeni dinamikim optereenjima dodatno se ispituje se dinamika izdrljivost i

pukotinska ilavost. Kod dijelova koji su u radu izloeni povienim temperaturama uzodreeno stalno optereenje provodi se dodatno ispitivanje otpornosti materijala na puzanjena povienim temperaturama.

Tablica 1. Sistematizacija uvjeta ispitivanja mehanikih svojstava

Slika 19. Tipini sluajevi djelovanja optereenja i nastale deformacije ispitnog uzorka


15/41


15

Vanjske sile koje djeluju na tijelo (ispitni uzorak) nastoje razdvojiti ili pribliiti pojedinedijelove mikrostrukture, emu se suprotstavljaju unutranje sile izmeu atoma i ostalihsloenijih dijelova mikrostrukture. Kao rezultat istovremenog djelovanja vanjskih iunutranjih sila tijelo se deformira. Vlana naprezanja izazivaju udaljavanje, a tlana

pribliavanje dijelova mikrostrukture i estica tijela, to izaziva deformaciju tijela. U veinisluajeva deformacija obuhvaa promjenu volumena i oblika tijela. Prema postojanosti

promjene volumena i oblika tijela deformacija moe biti:- elastina(isezava po prestanku optereenja)- plastina(trajna) (trajno mijenja volumen i oblik tijela)

- elasto-plastina(sastavljena od elastine i plastine deformacije)

3.1.1 Statiki vlani pokus

Statiki vlani pokusslui ispitivanju elastinog i plastinog ponaanja materijala u uvjetimajednoosnog statikog vlanog naprezanja. Uslijed djelovanja sile F u svim tokama

poprenog presjeka tapa (plotine S0) nastaju vlana naprezanja, (N/mm2) :

0S

F= (4)

Djelovanje normalnih vlanih naprezanja izaziva produljenje tapa L,odnosno relativnoproduljenje ,

0L

L= (5)

Kod elastine deformacije iznos normalnog naprezanja na poprenom presjeku tapa ovisi orelativnom produljenju i fizikalno-mehanikim svojstvima materijala prema Hooke-ovomzakonu (tablica 2):

=E (6)E... Modul elastinosti (Young-ov modul) (N/mm2, MPa)

Tablica 2. Dijagram naprezanje deformacija elastinog materijala i iznosi modulaelastinosti nekih tehniki znaajnih materijala


16/41


16

Izgled i mjere ispitne epruvete za statiki vlani pokus prikazani su na slici 20. Uobiajeno seza ovaj pokus izrauju dugake epruvete, kod kojih je :

00 30,11 SL = (7.a)

U sluaju nedovoljne koliine materijala izrauju se kratke epruvete kod kojih je:

00 65,5 SL = (7.b)Tijekom statikog vlanog pokusa na kidalici se snima dijagram promjene sile i produljenjaepruvete (slika 21). Pri tome se epruveta istee uz prirast naprezanja manji od 10 N/mm 2usekundi. Iz dijagrama sila-produljenje primjenom jednadbi (4), (5), (8) i (9) konstruira sedijagram naprezanje-deformacija (slika 22).

L0... Poetna mjerna duljina (m)d0... Poetni promjer (m)S0... Plotina poetnog presjeka (m

2)

Slika 20 Osnovni oblik ispitne epruvete za statiki vlani pokus prema normi DIN 50 115

a) b) c)

Slika 21 a) Dijagram promjene sile Fna kidalici i produljenja epruvete L(meki elik);b) Nain optereivanja epruvete tijekom ispitivanja; c) Epruveta nakon loma

0LLL = ... produljenje (8)

0LLL uu = ... ukupno produljenje (9)

Dijagram naprezanje-deformacija kvalitativno je slian dijagramu sila-produljenje. Prvi diodijagrama naprezanje deformacija pokazuje linearno ponaanje materijala prema Hooke-


17/41


17

ovom pravcu. Ako bi se u ovom podruju naprezanja epruveta rasteretila, vratila bi se napolazne mjere, jer je u materijalu prisutna samo elastina deformacija.. Nakon to naprezanjeu materijalu dostigne vrijednost Re - iznos granice razvlaenja, on se poinje plastinodeformirati (''tei'') bez dodatnog poveanja naprezanja Granica razvlaenja je jednaka:

0S

FR e

e= N/mm2 (10)

Daljnje produljenje epruvete dogaa se uz nesrazmjerno malo poveanje naprezanja za iznosnastale deformacije, tj. materijal je uao u podruje elasto-plastinih ili (trajnih) plastinihdeformacija. Naprezanje u materijalu kod najvee sile (Fm) naziva se vlanom ili rasteznomvrstoomRmi jednako je:

0S

FR m

m= N/mm2 (11)

Naprezanje Rm nije i u stvarnosti maksimalno naprezanje u materijalu, jer se pri njegovomodreivanju ne uzima u obzir smanjenje povrine presjeka epruvete, ve se sva naprezanjaraunaju s poetnom plotinom presjeka S0. Nakon to materijal dostigne vrijednost Rm naodreenom mjestu epruvete pojavljuje se suenje, tzv. vrat epruvete. Naprezanje kod kojegepruveta puca naziva se konanim naprezanjemRki jednako je:

0S

FR kk= N/mm

2 (12)

Slika 22. Dijagram promjene naprezanja ispitne epruvete u ovisnosti o produljenju (dijagramnaprezanje - istezanje ) konstruiran na temelju dijagrama za konstrukcijski elik(slika 21)

Nakon kidanja epruvete odreuje se njeno ukupno istezanje u:

00

0

L

L

L

LLuu

u

=

= mm/mm (13)

Ako se vrijednost istezanja nakon kidanja izrazi u postotcima dobiva se istezljivost,A

%100= A % (14)


18/41


18

Kao dodatna veliina nakon kidanja epruvete odreuje se suenje poprenog presjeka(kontrakcija),Z:

%1000

0

=S

SSZ u % (13)

Kod materijala s neizraenim prijelazom iz elastinog u elasto-plastino podruje deformacijeodreuje se konvencionalna granica razvlaenja kao ono naprezanje koje izaziva trajnu(plastinu) deformaciju od 0,2 % (slika 23)

Slika 23. Dijagram naprezanje - istezanje za materijale s neizraenim prijelazom izelastinog u plastino podruje odreivanje konvencionalne granice razvlaenjaRp0,2

Na izgled i vrijednosti oitane iz dijagrama - znaajno utjee temperatura. S povienjemtemperature krivulje naprezanje-deformacija se potiskuju prema dolje (slika 24.a). Pri

snienju temperature, u odnosu na sobnu temperaturu, materijal pokazuje sve veu granicurazvlaenja, ali puca uz manje iznose ukupnog istezanja (slika 24.b)

a) b)Slika 24. a) Utjecaj povienja temperature na - dijagram (T3>T2>T1>T0)

b) Utjecaj snienja temperature na - dijagram (T2


19/41


19

3.1.2 Ispitivanje puzanja

Puzanje materijala je toplinski aktivirani, nepovratni proces deformacije materiajla kojinastaje u uvjetima konstantnog optereenje tijekom duljeg vremena na povienoj temperaturi(slika 25). Na puzanje materijala utjeu: temperatura talita, tip atomske veze, vrsta jedinineelije i mikrostrukturno stanje materijala. Otpornost na puzanje opisuju slijedea mehanika

svojstva (slika 26):-

granica puzanja Rp/t/: vlano naprezanje koje pri temperaturi ispitivanja nakonodreenog trajanja ispitivanja t ostavlja u epruveti trajnu deformaciju ;

-

statika izdrljivost Rm/t/: vlano naprezanje koje pri temperaturi nakon zadanogtrajanja ispitivanja t dovodi do loma epruvete.

Slika 25. Dijagrami naprezanje-deformacija pri dvjema povienim temperatuarama ispitivanjaza isti materijal (npr. elik za kotlovske limove)

Slika 26. Dijagram puzanja


20/41


21/41


21

ovisan o primijenjenoj sili i ispitivanom materijalu, tj. izbor sile F i promjera kuglice treba provestiprema tzv. stupnju optereenja, X:

102,0

DXF

2= (16)

Konstanta X je npr. Fe-C legure X = 30, za Cu i Cu-legure X = 10 , za Al i Al-legure X = %, za Sn i PbX = 1,25 itd. Ovisnost sile utiskivanja kuglice F o promjeru kuglice D i ispitivanom materijalu, uzogranienje metode na ispitivanje tvrdoe materijala do 450 HB (odnosno najvie 600 HB) i relativnovelik otisak, glavni su nedostaci Brinell-ove metode ispitivanja tvrdoe. Primjena metode je uglavnomza ispitivanje tvrdoe mekih materijala (eljeznih lijevova, nekaljenih elika, aluminija i njegovihlegura, bakra i njegovih legura itd.) u ljevaonicama i tehnolokoj kontroli kvalitete. Vrijednost izmjerenetvrdoe Brinellovom metodom pie se npr. na slijedei nain:

HB10/29420/15=200

to znai da je kuglica promjera D = 10 mm optereivana silom F=29420 N (3000 kp) u trajanju od15 sekundi.

Ispitivanje tvrdoe metodom Vickers otklanja prethodno navedene glavne nedostatke Brinell-ovemetode. Po metodi Vickers mogue je ispitivati tvrdou svih tehnikih i prirodnih materijala, a tvrdoa

nije ovisna o primijenjenoj sili. Ovo je ostvareno primjenom dijamantnog indentora posebnegeometrije, u obliku istostranea etverostrane piramida s kutom izmeu stranica od 136.Ovakav indentor omoguuje ispitivanje tvrdoe neovisne o primijenjenoj sili, pa se tvrdoamekanih materijala i tvrdih materijala moe ispitivati primjenom iste sile. Utiskivanjem ovakvog

penetratora u materijalu ostaje otisak oblika piramide (slika 27). Tvrdoa se odreuje premajednadbi (17) pri emu se mjernim mikroskopom izmjere dijagonale (d1, d2) baze piramideotisnute u materijalu.

2

. 189,0

d

F

S

FHV

def == (17)

F - primijenjena sila, (F = 49 ... 981 N)S - povrina uplje piramide otisnute u materijalu, mm2

d srednja vrijednost dijagonala baze piramide u mm, d=(d1+d2)/2, mm

d2 d 1

h

F

136o

Slika 27. Shematski prikaz indentora i otiska kod ispitivanja tvrdoe po metodi Vickers


22/41


22

Kod Vickersove metode tvrdoa se odreuje na osnovi veliine otiska. Mjerno mjesto prije ispitivanjatvrdoe treba biti odgovarajue pripremljeno (brueno i eventualno polirano) da bi se osiguralarefleksija svjetlosti za mjerenje dijagonale otiska u mjernom mikroskopu. Upotreba odreene sileovisi od debljine uzorka. Mogue je ispitivati i vrlo tanke uzorke primjenom male sile. Nadaljeupotrebom male sile mogue je ispitati tvrdou pojedinih kristalnih zrna i mikrostrukturnih faza.Vickers-ova metoda openito je primjenjiva u laboratorijskim ispitivanjima i kontroli kvalitete tehnikih

materijala i proizvoda. Vrijednosti Vickers-ove tvrdoe navode se uz simbol HV, iza kojeg slijedi indekskoji se odnosi na iznos primijenjenog optereenja, npr. (npr. HV5 = 500, znai da je sila utiskivanjaiznosila 5 kp odnosno 49 N).

Kod metode ispitivanja tvrdoe prema Rockwell-u C u metal se utiskuje dijamantni stoac (engl. "cone" -HRC metoda) s vrnim kutom od 120. Kod ove metode se, za razliku od Brinell-ove i Vickers-ovemetode, mjeri dubina prodiranja penetratora, a ne veliina otiska. Za ispitivanje metodom Rockwell Cdovoljno je mjerno mjesto oistiti i grubo brusiti. Ispitivanje tvrdoa po HRC metodi se provodi u trikoraka (slika 28): prvo se indentor predoptereuje silom F=98 N, da bi se eliminirao utjecajkvalitete povrine na rezultat mjerenja. U drugom koraku indentor se optereuje glavnimoptereenjem F=1373 N koje se dodaje na predoptereenje i zajedno utiskuju indentor do odreenedubine (od 0 do 0,2 mm). Dubina prodiranja od 0,2 mm podijeljena je na 100 jednakih dijelova. U

treem koraku, nakon uklanjanja glavnog otereenja materijal ''izgura'' indentor za iznos elastinedeformacije na dubinu prodiranja koja je nastala kao rezultat plastine deformacije. Na mjernoj uritvrdomjera moe se oitati iznos dubine prodiranja indentora, ali i iznos ispitane tvrdoe u jedinicamaHRC. Metoda prema Rockwell-u primjenjiva je za ispitivanje tvrdoe kaljenih elika (u kontrolikvalitete, kalionicama i laboratorijima), u rasponu tvrdoa od 20 do 65 HRC uz nepreciznost 2 HRC.

Slika 28. Shematski prikaz ispitivanja tvrdoe po metodi Rockwell C

3.1.4 Udarni rad loma

Ispitivanje udarnog rada loma provodi se s ciljem utvrivanja ponaanja materijala u uvjetima udarnog

optereenja. (na sobnoj temperaturi i snienim temperaturama) Iznos udarnog rada loma jepokazatelj "ilavosti" ili "krhkosti" materijala udarno optereenih epruveta s utorom. Najee seispitivanje udarnog rada loma provodi na Charpy-evom batu (slika 29.a). Bat teine G podie se na visinuh1 te s obzirom na ravninu u kojoj se nalazi ispitni uzorak, posjeduje potencijalnu energiju Gh1,(Nm = J). Putanjem bata iz poetnog poloaja njegova potencijalna energija prelazi u kinetiku. U najniem

poloaju sva se potencijalna energija pretvorila u kinetiku energiju. U tom trenutku brzina bata (v)iznosi 6 m/s. Ukoliko na oslonac nije postavljen ispitni uzorak bat se penje na istu visinus koje je i

puten (ako se zanemari trenje u leaju i otpor zraka). Udarni rad loma rauna se prema jednadbi:

KU(V)=Gh1-Gh2=G (h1-h2), J (18)


23/41


23

Izgled i dimenzije ispitnih uzorka navedeni su na slici 29.b. Ovisno o obliku utora razlikuje se udarni radloma ispitan s zaobljenim utorom (oznaka KU) od onog ispitanog s otrim utorom (oznaka KV). Dubina"U" utora moe biti 3 ili 5 mm, a "V" utora je 2 mm. Epruvete s zaobljenim utorom primjenjuju se zakrhke materijale, a one s otrim za duktilne materijale.

Vrijednost udarnog rada loma vrijedi kao takva samo za odreeni utor i ne moe se kao npr.,vrijednost Rekoristiti kao raunska veliina pri dimenzioniranju dijelova. to je udarni rad loma veito je i materijal ilaviji. U pravilu materijali vee istezljivosti A imaju i veu KU(V) i obrnuto.

Nasuprot tome materijali visoke vrstoe najee imaju mali udarni rad loma. Kod nekih jematerijala udarni rad loma se znaajno sniava sa snienjem temperature ispitivanja, ovisno ovrsti kristalne reetke, odnosno vrsti materijala (slika 30).

Ispitni uzorak sa zaobljenim utorom

10

10

3

55

Ispitni uzorak s otrim utorom

10

10

2

55

a) b)

Slika 29. a) Ispitivanje udarnog rada loma na Charpy-evom batu; b) ispitni uzorci

Legenda:

1 - metali i legure s FCC jedininom elijom

2 - metali i legure s BCC jedininom elijom, keramikii polimerni materijali

3 - visoko vrsti materijali (npr. alatni elici)

Slika 30. Ovisnost udarnog rada loma o temperaturi za razliite tehnike materijale

3.1.5 Dinamika izdrljivost


24/41


24

Elementi strojeva i mehatroniki dijelovi esto puta su u radu izloeni promjenjivomoptereenju koje u materijalu izaziva dinamika naprezanja. Ova naprezanja mogu izazvatilom konstrukcijskog dijela iako su iznosom manja od granice teenjaReodreene u uvjetimastatikog vlanog pokusa. Ova pojava naziva se lom od umora materijala. Stogadimenzioniranje dinamiki optereenih dijelova i konstrukcija treba provesti prema

vrijednosti dinamike izdrljivosti materijala. Ispitivanjem umora (dinamike izdrljivosti)utvruje se ponaanje metalnih i polimernih materijala u uvjetima promjenjivog (dinamikog)naprezanja na umaralicama ili pulzatorima. U ispitivanjima je uobiajena je vremenski ovisna

promjena dinamikog naprezanja prema sinusoidnom zakonu (slika 31).

Slika 31 Sinusoidna promjena dinamikog naprezanja

Da bi se utvrdila "dinamika izdrljivost" materijala ispitne epruvete moraju biti fino bruenei polirane. Ispitivanje dinamike izdrljivosti provodi se sa zadanim iznosom gornjeg i donjegnaprezanja i odreenom vremenski ovisnom promjenom optereenja. Poetno gornjenaprezanje jednako je granici teenja materijala Re, a zatim se sniava na nekoliko nivoa. Zasvaki nivo naprezanja treba je u pravilu 6 do 10 epruveta.

Iz rezultata ispitivanja konstruira se Whlerov dijagram,na iju os ordinata se nanosi primjenjenonaprezanje, a na os apscisa broj ciklusa koje je epruveta izdrala do loma (slika 32). to jedinamiko naprezanje manje to e i ispitne epruvete izdrati vei broj ciklusa do loma, tj.Whlerova krivulja se asimptotski pribliava odreenoj vrijednosti naprezanja nazvanoj dinamikaizdrljivost materijala.

Dinamika izdrljivost Rd je ono najvee promjenljivo (dinamiko) naprezanje koje materijal

izdrava uz praktiki beskonaan broj ciklusa bez pojave loma.Ispitivanje na umaralicama nije mogue provoditi beskonano dugo. Zbog toga se odreuje Ng -granini broj ciklusa, koji se smatra dovoljnim za tvrdnju da ukoliko ga epruvete izdre bez lomaonda su dinamiki izdrljive. Vrijednost graninog broja ciklusa iznosi :

Ng= n107ciklusa (19)

gdje n moe biti od 1 do 10 (maksimalno 20), ovisno o ispitivanom materijalu i njegovojprimjeni. Zaelikn= 1, za Cu i Cu-legure n= 5, za lake metale (Al, Mg, Ti) i njihove legure n= 10.


25/41


25

Slika 32. Konstrukcija Whler-ovog dijagrama i odreivanje dinamike izdrljivostiRd

3.2 Triboloka svojstva

Svi elementi strojeva u meusobnom pominom kontaktu, cjevovodi, dijelovi (pneumatskih ihidraulikih) instalacija, dijelovi konstrukcija (kao i zglobovi, zubi itd. ivih organizama)

podloni su troenju (i koroziji), a na njihovim se povrinama pojavljuje djelovanje sila trenja.Pojave trenja i troenja prouava interdisciplinarna znanost tribologija. Istraivanja na

podruju tribologije usmjerena su na smanjivanje negativnih posljedica trenja i troenja, kojamogu uzrokovati direktne gubitke (energije i materijala), ako i indirektne gubitke (nastale

porastom trokova zastoja, odravanja, pouzdanosti, sigurnosti i utjecaja na okoli).

Troenje povrinskog sloja je postupni gubitak materijal s povrine vrstog tijela uslijeddinamikog dodira s drugim tijelom, fluidom i/ili esticama. Premda postoji velik brojsluajeva troenja u njima se uvijek moe prepoznati neki od etiri osnovna mehanizmatreoenja ili njihovih kombinacija: abrazija, adhezija, umor povrine ili tribokorozija.Prepoznavanje troenja izvodi se na temelju izgleda troenih povrina i oblika estica troenja(slika 33). Troenje navedenim osnovnim mehanizmima nastaje slijedom nekolikokarakteristinih dogaaja troenja (tablica 2).

''ista abrazij Troenje klipa od Al-Silegure diesel motora

Istroeni prstenkotrljajueg leaja

Troenje umjetnogkraljeka

Slika 33. Izgled povrine nakon djelovanja osnovnih mehanizama troenja :


26/41


26

Tablica 2. Jedinini dogaaji u osnovnim mehanizmima troenja

ABRAZIJA ADHEZIJA UMOR POVRINE TRIBOKOROZIJA

I. Prodiranje abraziva (a) upovrinu materijala (1) poddjelovanjem sile FN

II Istiskivanje materijala(estica troenje ())djelovanjem slije Ft

I. Nastanak adhezijskogspoja

II Raskidanje spoja

III Otkidanje esticetroenja

I. Stvaranjemikropukotine

II Napredovanjemikropukotine

III Ispadanje esticetroenja

I. Stvaranje slojakorozijskih produkata

II Razaranje slojakorozijskih produkata

Otpornost na troenje nije jedinstveno svojstsvo, ve se ispituje otpornost na troenjeodreenim mehanizmom troenja: abrazijom, adhezijom, umorom povrine, tribokorozijomitd. (tablica 3) Zbog velikog broja utjecajnih imbenika (elementi tribolokog sustav, tip i

brzina relativnog gibanja, vrsta, iznos i raspodjela optereenja, temperatura, kemijski utjecajiitd.), rezultati ispitivanja otpornosti na troenje mogu se samo orijentacijski i kvalitativno

prenositi na realne tribosustave.

Tablica 3. Osnovna laboratorijska ispitivanje otpornosti na troenje (''1'' - ispitni uzorak)

ABRAZIJA ADHEZIJA UMOR POVRINE TRIBOKOROZIJA

Ispitivanjaotpornosti na nekiod ostalihmehanizamatroenja u uvjetimakorozijskiagresivnog okolia

Abrazija gumenimkotaem i pijeskom(ASTM G65; ASTM 105)

Adhezijsko troenjeprizmatinog uzorkarotirajuim prstenom(ASTM G77)

Odreivanje otpornosti naumor povrine kotrljajuimispitivanjem metodom etirikuglice (IP 300)

Za poveanje otpornosti na abraziju preporuuje se:

-

Izbor materijala s tvrdim fazama u mikrostrukturi (npr. karbidima, nitridima itd.)-

Zatita povrina tvrdim slojevima i prevlakama (npr. prevlake Cr, TiN, TiAlN, itd.).

Otpornost na adheziju postie se sastavljanjem triboloki kompaktibilnih parova, tj. parovamaterijala koji se meusobno ne otapaju(u vrstom stanju) i imaju razliite kristalne reetke(npr. triboparovi metala ili legura s jedininim elijama tipa: FCC/BCC, FCC/HCP,BCC/FCC ili HCP/HCP)


27/41


27

Poveanje dinamike izdrljivosti povrinskog sloja postie se npr. postupcimapougljiavanja i kaljenja elika za cementiranje, samarenjem, valjanjem povrine, itd.

Poveanje otpornosti na tribokoroziju postie se povienjem kemijske pasivnosti materijala uradnom mediju ili okoliu slijedeim mjerama:

- izborom materijala,- zatitom povrine prevlakama ili premazima,- smanjivanjem agresivnosti radnog medija.

3.3 Korozijska svojstva

Korozija je neizbjean proces oteivanja materijala izloenog agresivnom djelovanju okolia.Uobiajeno se u tehnici pod pojmom korozije podrazumijeva nenamjerno razaranje materijalauzrokovano fizikalnim procesima, fizikalno-kemijskim ili biolokim procesima. Premadjelovanju medija i fizikalno-kemijskim pojavama u materijalu korozijski procesi se dijele nakemijsku i elektrokemijsku koroziju.

U procesima kemijske korozije na povrini materijala izravno nastaje kemijski spoj produktkorozije. Kemijska korozija se pojavljuje u neelekrolitima, vruim oksidativnim plinovima iorganskim tvarima (nafta, benzin, ulje, fizioloke tekuine...). Na slici 33 navedene su fazenastanka oksida na metalnim materijalima kemijskom korozijom.

Slika 33 Faze nastanka oksidnog filma kemijskom korozijom metalnih materijala

U procesima elektrokemijske korozije nastaju redukcijsko-oksidacijski procesi na povrinidvaju metala razliitog elektro-kemijskog potencijala koji su elektriki spojeni u prisustvu

elektrolita (voda; otopine kiselina, luina, soli; vlano tlo; beton; atmosfera). Vea razlikaelektro-kemijskog (EMS) potencijala uzrokuje jau koroziju u kojoj se oteuje manjeplemenit metal (s negativnijim EMS potencijalom). EMS potencijal se odreuje u odnosu nareferentnu vodikovu elektrodu (tablica 4). Mehanizmi ove korozije prikazani su na primjerukorozije cinka (Zn) u kiselini (slika 34).

Na anodi (elektro-kemijski pozitivnijem elementu galvanskog lanka) nastaju procesioksidacije ili ionizacije metala (anodni procesi), koje se otapa u elektrolitu uz oslobaanje e-:

+ + eMeMe 22 (20)


28/41


28

Tablica 4. Elektrokemijski potencijali metala u odnosu na standardnu H2elektrodu

Element Simbol Vjerojatnost korozije EMS, (V)Kalij K

AKTIVNA

-2,922Aluminij Al -1,670Cink Zn -0,762eljezo Fe -0,440

Nikal Ni -0,250Vodik H2 Referentna elektroda 0,000Bakar Cu

PASIVNA

+0,345Srebro Ag +0,800Platina Pt +1,118Zlato Au +1,680

Slika 34 Elektrokemijska korozija cinka u kiselini uz vodikovu depolarizacij

Na katodi (elektro-kemijski negativnijem elementu galvanskog lanka) nastaju proceiredukcije ili depolarizacije u kojima se slobodni elektroni veu na ione nemetala (vodik ilikisik) Vodikovom depolarizacijom prema jednadbi (21) nastaje vodik u plinovitim stanju.

+ + 2222 HHeH (21)

Kisikovom depolarizacijom prema jednadbi (22) nastaje funkcionalna skupina OH- koja sespaja s metalom i taloi na njegovoj povrini porozni kemijski spoj (hra).

++ OHeOHO 442 22 (22)

Npr. pri elektrokemijskoj koroziji eljeznih materijala uz kisikovu depolarizaciju na povrinieljeza nastaju kemijski spojevi eljeznog hidroksida i oksida:

)(2)(44234 23222 OHOFeOHFeOeOHOFe +++ (23)

Ispitivanja otpornosti na koroziju provode se gravimetrijskim metodama (metode mjerenja

gubitka mase nakon odreenog vremena izlaganja krozijskom okoliu) elektrokemijskimmetodama. Od gravimetrijskih metoda normom DIN 50 021 je obuhvaeno ispitivanjeotpornosti na koroziju u slanoj komori (tzv. Salt Spray Test), pri kojem se odreuje masaispitnih uzoraka prije i nakon izlaganja koroziji u slanoj magli (s 3-5%NaCl otopljenog uvodi). Iz gubitka mase ispitnih uzoraka (nastalih korozijom i skidanjem korozijskihprodukata) u razliitim trajanjima korozije odreuje se brzina korozije vKOR, (g/m

2h).


29/41


29

3.4 Fizikalna svojstvamaterijala

3.4.1 Elektrina otpornost i vodljivost

Prema svojstvu vodljivosti elektrine struje sve tvari i materijali se dijele na vodie,poluvodie i izolatore. Vodljivi materijali dobro vode elektrinu struju i toplinu. Vodii su

najee metali (bakar i aluminij kao i neke njihove legure, eljezo, elici, itd. ) te elektroliti(kiseline, luine i soli) i zemlja. Poluvodii imaju visok specifini elektrini otpor i vodeelektrinu struju samo u odreenom smjeru (npr. ugljen, oksidi bakra, silicij i germanij sdodatkom P ili As, itd.). Izolatori ne vode elektrinu struju, a osnovne gradive jedinice im sepolariziraju u prisustvu elektrinog polja.

U vodljivom materijalu u elektrinom polju ili u strujnom krugu (slika 35) nastaje usmjerenogibanje elektrona kroz meuatomske prostore kristalne reetke (u tzv. vodljivoj stazi). irinavodljive staze odreena je parametrima kristalne reetke i prostorom valentnih ljusaka ukojima su elektroni vezani za jezgru odreenog atoma (tzv. valentna staza). Kod metalavodljiva i valentna staza se preklapaju, pa elektroni slobodno prelaze iz jedne u drugu. Stogase u metalima slobodni elektroni u vanjskom dijelu strujnog kruga gibaju od minus prema

plus polu izvora. Pri tome oni nailaze na otpor koji se suprotstavlja njihovom gibanju.

a) b)

Slika 35. a)Vodljiva i valentna staza u metalimab) Shematski prikaz jednostavnog strujnog kruga s istosmjernim elektrinim

izvorom i metalnim vodiem kao otporom

Uzrok elektrinog otpora je molekularno gibanje, titranje atoma u kristalnoj reetci oko svojihsredinjih poloaja kao i postojanje strukturnih nesavrenosti u materijalu. Specifinaelektrina vodljivost (S/m) je konstanta proporcionalnosti izmeu gustoe strujeJ(A/mm2) ijakosti elektrinog poljaE(V/m):

EJdef

= .

(24)

U elektrotehnici se koristi i veliina inverzna elektrinoj vodljivosti, specifini elektriniotpor (mm2/m, ili m) koji se odreuje uz pomoOhmovom zakona (25). Vrijednostioba svojstva za nekoliko tehnikih materijala navedene su u tablici 5.

l

AR = (25)


30/41


30

1= (26)

R.... otpor vodia ()... elektrina otpornost (specifini otpor) (mm2/m)l... duljina vodia (m)A... plotina poprenog presjeka (m2)

... specifina (elektrina) vodljivost (S/m)

Tablica 5. Elektrina otpornost i vodljivost metalnih vodia

Poluvodii su materijali s visokim specifinim otporom, kod kojih su nosioci elektrine strujeslobodni elektroni u vodljivoj stazi i upljine u valentnoj stazi, a izmeu navedenih stazanalazi se uska visokoenergetska barijera (tzv. zabranjeni prostor) (slika 36). Umjetni

poluvodii mogu imati samo upljine u valentnoj stazi (P-tip poluvodia) ili samo elektrone uvodljivoj stazi (N-tip poluvodia), a izmeu ove dvije staze je relativno irok zabranjeni

prostor. Kod P-poluvodia upljine su nositelji elektrine struje koji se gibaju po valentnojstazi u smjeru elektrinog polja, vodljiva staza je prazna i nesposobna za voenje struje. Kod

N-poluvodia valentna staza je popunjena elektronima i nesposobna za voenje struje, a poredpostojanja relativno irokog zabranjenog pojasa, u vodljivoj stazi ima dovoljno slobodnihelektrona, koji su nositelji elektrine struje. Za dobivanje P ili N tipa poluvodia prikladan jeniz kemijskih elemenata (slika 37) kojima se dodaju odreeni kemijski elementi u vrlo malimiznosima. Dodani elementi su izvori slobodnih elektrona ili upljina u poluvodiu.

Slika 36. Usporedba vodia, poluvodia i izolatora na temelju odnosa njihove vodljive ivalentne staze


31/41


31

Slika 37 Raspored poluvodikih elemenata u periodnom sustavu

3.4.2 Magnetska permeabilnost

Magnetsko polje je posebno stanje prostora u kojem se opaa djelovanje magnetskih sila. dabi nastalo magnetsko polje nuno je postojanje gibanja elektrinog naboja u prostoru (slika38). Prostor takoer utjee na stvaranje magnetskog polja i koncentriranje magnetskog toka,

to se uzima u proraune veliinom 0= 410-7

Vs/Am koja se naziva magnetska vodljivostili permeabilnost vakuuma. Tvar ili materijal kojima je ispunjen prostor dodatno pojaava ovuosnovnu sposobnost koncentracije magnetskog toka. Njihov utjecaj izraava se koeficijentomrelativne magnetske permeabilnosti rkoji se odreuje u usporedbi s vakuumom, pri emu jervakuuma jednaka 1. Permeabilnost materijala odreuje se prema jednadbi (27)

0 = r (27)

a) b) c)

Slika 38 Magnetsko polje: a) permanentnog magneta; b) vodia kojim tee elektrina struja;c) zavojnice kojom tee elektrina struja

Prema utjecaju na stvaranje magnetskog polja i koncentraciju magnetskog toka tvari i

materijali se dijele u tri skupine:a) dijamagnetike (npr. Cu, Ag, H2, voda) s r< 1 (neznatno oslabljuju magnetsko polje),

b) paramagnetike (npr. Al, Pt, O2, zrak) s r>1 (neznatno pojaavaju magnetsko polje),c) feromagnetike (npr. Fe, Co, Ni, i njihove legure) s r >>1 (znaajno pojaavaju i

koncentriraju magnetsko polje).

Djelovanje magnetskog polja zorno se prikazuje silnicama, koje se konstruiraju tako da sesmjer djelovanja magnetske sile poklapa s tangentom na silnicu u promatranoj toci prostora.Jakost magnetskog poljaH(A/m) i magnetska indukcija (gustoa silnica magnetskog polja)B


32/41


32

(T) povezane su jednadbom (28) koja odreuje energiju pohranjenu u magnetskom poljumaterijala i magnetsko ponaanje materijala (slika 39).

HB = (28)

... permeabilnost materijala (Vs/Am)0= 410

-7... permeabilnost vakuuma (Vs/Am)

r... relativna permeabilnost (1)Feromagnetski materijali znaajno izobliuju krivulju magnetiziranja (slika 39), bez obzira nasmjer magnetskog polja koje je izazvalo magnetiziranje. Nadalje, pri promjeni smjeramagnetskog polja u feromagnetskom materijalu zaostaje odreena gustoa magnetskog polja(Br, remanencija ili zaostali magnetizam) koju treba ponititi da bi se kroz materijal

promijenio i smjer silnica polja. Da bi se ponitila remanencija i promijenio smjer djelovanjamagnetskih sila materijal treba izloiti odreenoj jakosti magnetskog polja (tzv. koercitivnojsili, Hc) suprotnog smjera od onog pri polaznom magnetiziranju. Ako je jakost izmjeninogmagnetskog polja jednaka u oba smjera magnetizitranja, krivulja magnetiziranja B = f(H)

pokazuje oblik petlje histereze (slika 40). Povrina koju omeuje petlja histereze direktno jeproporcionalna s gubicima magnetske energije, tj. energijom magnetskog polja koja sepretvara u toplinu.

Slika 39. Pokus magnetiziranja:a)

magnetska indukcijaBu praznoj zavojnicib)

magnetska indukcijaBu zavojnici s feromagnetskim materijalomc)

krivulja magnetiziranja feromagnetskog materijala

a) b) c)

Slika 40. a) Magnetska histereza; b) petlja histereze magnetski mekog materijala; c) petljahistereze magnetski tvrdog materijala


33/41


33

Magnetski materijali s uskom petljom histereze nazivaju se ''magnetski mekim materijalima''(slika 40.b) (isto Fe, legure Fe-Si, feriti), lako se magnetiziraju i razmagnetiziraju, tj. imajumalu koercitivnu silu Hc, pa se primjenjuju za magnetske memorije, jezgre elektromagneta,

jezgre rotora i statora asinhronih elektrinih motora itd. Magnetski materijali sa irokompetljom histereze nazivaju se ''magnetski tvrdim materijalima'' (trajni magneti, legure Fe-(W,Co, Ni, Al, Ti), kaljeni elici) (slika 40.c), teko se razmagnetiziraju, imaju veliku koercitivnu

silu i velike gubitke magnetiziranja.

3.4.3 Toplinska svojstsva

Prijenos topline kroz materijal dogaa se djelovanjem mehanizama provoenja kroz volumenmaterijala, te konvekcijom i zraenjem s povrine tijela. pri tome mogu nastupiti dva sluaja:stacionarni prijenos topline s vremenski nepromjenljivom raspodjelom temperature ilinestacionarno (vremenski promjenljivo) provoenje topline s ugrijavanjem ili hlaenjemtijela. Za proraun i predvianje raspodjele temperature u tijelu i na njegovoj povrini,odreivanje izmijenjene topline i sl. zadatke treba poznavati toplinska svojstva materijala:

specifini toplinski kapacitet (c, J/kgK), toplinsku vodljivost (, W/mK), koeficijent toplinskedilatacije (,1/K) itd.

Specifini toplinski kapacitet c(J/kgK) je ona koliina topline koju treba dovesti jedinici masetvari (ili materijala) da bi joj temperatura porasla za 1 K.

( )[ ]

[ ] [ ]KkgJQ

m

Qc

def

1101

.

=

(29)

Q ... toplina (J)m ... masa tijela (kg)1... konana temperatura tijela (0C)

0... poetna temperatura tijela (0C)c ... specifini toplinski kapacitet (J/kgK)

Specifini toplinski kapacitet veine tehniki vanih materijala ovisan je o temperaturi iagregatnom stanju materijala. Stoga se njegova vrijednost uvijek odreuje i promatra uodreenom temperaturnom intervalu u kojem nije niti temperatura isparavanja niti talitematerijala.

Toplinska vodljivost odreuje intenzivnost kojom se toplina provodi kroz materijal ustacionarnom stanju. Toplinska vodljivost (W/mK) mjeri se koliinom topline koja u

jedinici vremena proe kroz jedininu kocku promatranog materijala, kad u smjeruprovoenja topline postoji razlika temperature od 1 K, izmeu ulazne i izlazne plohe kocke.

Koeficijent toplinskog rastezanja ili toplinska rastezljivost (1/K) pokazuje za koliko se

produlji tijelo (poetne duljine L0) od nekog materijala ako se ugrije za 1 K.

dT

dL

LT

def

=0

. 1)( (30)

Koeficijent toplinske rastezljivosti primjenjuje se za sve skupine materijala. Toplinskarastezljivost konstantna je pri nekoj temperaturi. Namjena ovog svojstva je za izbor materijalai proraun naprezanja i deformacija strojnih elemenata , dijelova konstrukcija i alata kod kojihdolazi do promjene duljine ili volumena zbog povienja temperature.


34/41


34

4. MEHANIZMI OVRSNUA I TOPLINSKA OBRADA METALA

4.1 Mehanizmi ovrsnua metala i legura

isti metali, osim njih nekoliko (bakra, aluminija i plemenitih metala) nemajuzadovoljavajua svojstva za tehniku primjenu, a i navedeni metali se dodatno legiraju i

ovruju. isti metali mogu se ovrsnuti jedino deformiranjem u hladnom stanju (npr.vuenjem, valjanjem, preanjem). Legure metala mogu se, ovisno o vrsti dijagrama stanja i

prisutnim mikrostrukturnim fazama, ovrsnuti slijedeim mehanizmima: legiranjem, pojavomdvojnih (tvrdih) faza u mikrostrukturi ili primjenom toplinske obrade. Toplinskom obradomse mogu sve metalne legure ovrsnuti stvaranjem sitnozrnate mikrostrukture (tzv. postupaknormalizacijskog arenja). Legure koje pokazuju svojstvo polimorfije i sposobnost stvaranjaintersticijskih kristala mjeanaca mogu se ovrsnuti kaljenjem (stvaranjem martenzitnemikrostrukture, npr. kod kaljivih elika). Legure koje su monofazne na povienimtemperaturama, a dvofazne na sobnoj temperaturi, uz porast topivosti legirnog elementa s

porastom temperature, mogu se ovrsnuti izluivanjem precipitata (npr. legure Al-Cu), tj.precipitacijskim ovrsnuem.

4.2 Ovrsnue elika kaljenjem i poputanjem

4.2.1 Kaljenje

Toplinska obrada je postupak u kojem se predmet namjerno podvrgava temperaturno-vremenskim ciklusima kako bi se postigla eljena mikrostruktura, a time i eljena svojstva(mehanika, fizika, kemijska) (slika 41).

Slika 41 Dijagram postupka toplinske obrade s pripadnim fazama postupka

Kaljenje elika je toplinska obradba koja se sastoji od ugrijavanja na temperaturuaustenitizacije i intenzivnog hlaenja (gaenja). Pri gaenju od austenita (mikrostrukturne faze


35/41


35

s reetkom -eljeza) nastaje martenzit (mikrostrukturna faza s prostorno centriranomtetragonskom reetkom). Za zakaljivanje elika trebaju biti ispunjeni slijedei uvjeti:

1.

Postojanje mikrostrukturne pretvorbe ferita (F) u austenit (A) i obrnuto (elici bez ovepretvorbe ne mogu se zakaliti, npr. visokolegirani feritni ili austenitni elici).

2. elik mora sadravati (dogovorno) najmanje 0,35 % C da bi dovoljan broj kristalnih

reetki -eljeza otopio atom ugljika.3.

elik treba ugrijati u austenitno podruje dijagrama stanja (monofazno ili dvofazno)na optimalnu temperaturu austenitizacije.

4.

Austenitizirani elik treba dovoljno intenzivno hladiti kako bi se sprijeila difuzijaatoma ugljika u pothlaenom austenitu i ostvarilo njihovo prisilno zadravanje unovonastaloj kristalnoj reetci martenzita.

Ugrijavanje do potrebne temperature austenitizacije moe se izvesti prijenosom topline napovrinu predmeta (npr. u komornim peima ili solnim kupkama) ili stvaranjem topline usamom predmetu (npr. elektro-otpornim ugrijavanjem. Odvoenje topline iz predmeta prigaenju moe se izvesti na razliite naine o kojih je uobiajno uranjanje predmeta u vodu,ulje za kaljenje ili hladniju solnu kupku. Nain gaenja ovisi o vrsti i kemijskom sastavuelika, dimenzijama predmeta i postupku kaljenja (kaljenje cijelog predmeta ili samo kaljenje

povrinskog sloja).Austenit je jedina faza iz koje u eliku moe nastati martenzit. Pri tome udio i rasporedugljika, kao i veliina austenitnog zrna uglavnom odreuju mehanika svojstva imikrostrukturu martenzita. Austenitizacija je difuzijski proces koji zapoinje iznadtemperature A1. Za njegovo napredovanje osim topline dovedene ugrijavanjem nuno je iodreeno vrijeme za pretvorbu F/A i postizanje ujednaenog sadraja ugljika u austenitu . Za

postizanje mikrostrukture martenzita najvie tvrdoe treba paziti da temperaturaaustenitizacije ne bude previsoka i da trajanje dranja na njoj nije predugo.

Podeutektoidni ugljini elici

Ugrijavanjem podeutektoidnog elika na temperaturu ispod A1ne stvara se austenit, tako da

nema pojave martenzita nakon gaenja. Ugrijavanjem na temperaturu izmeu A1i A3postiese mikrostruktura A + F. Gaenjem dolazi do pretvorbe A M pa se kaljena mikrostrukturasastoji od smjese (tvrdog) martenzita i (mekanog) ferita. Ove dvije, po svojstvima bitnorazliite faze, imaju nisku dinamiku izdrljivost i duktilnost, pa ih pri kaljenju trebaizbjegavati. Tek ugrijavanje ovih elika iznad A3 temperature daje 100 %-tni austenit kojinakon gaenja moe dati 100 %-tni martenzit. Ugrijavanje iznad A3temperature ne smije biti

previsoko jer s povienjem temperature dolazi do nepoeljnog rasta zrna i opasnosti oddeformacija i pukotina, uz poveanu opasnost od razugljienja i oksidacije povrine. Stoga je

preporuljiva optimalna temperatura austenitizacije podeutektoidnih elika (slika 42):

a= A3+ (30 ...70 C) (31)

Nadeutektoidni ugljini elici

Za nastanak austenita pri kaljenju nadeutektoidnog elika isti treba ugrijati na temperaturuiznad temperature A1. U podruju Fe-C dijagrama izmeu temperatura A1 i Acmmikrostruktura elika se sastoji od austenita i sekundarnog karbida (K"). Gaenjem do sobnetemperature ostvaruje se pretvorba A M + Az, a postojei sekundarni karbid (K") ostajenepromijenjen. Manji udio zaostalog austenita pri tome nee znaajno smanjiti prosjenu(visoku) tvrdou elika. Prisustvo sekundarnih karbida pri kaljenju elika povoljno je i zbognjihovog djelovanja na usporavanje rasta austenitnog zrna. Ugrijavanje nadeutektoidnogugljinog elika iznad temperature Acmuzrokovalo bi rast austenitnog zrna i kasniji nastanakgrubozrnatog martenzita, uz poveanje udjela zaostalog austenita, te opasnost od oksidacije i


36/41


36

razugljienja povrine. Stoga je preporuljiva optimalna temperatura austenitizacijenadeutektoidnih elika (slika 42):

a= A1+ (50 ...70 C) (32)

Slika 42. Odreivanje optimalne temperature austenitizacije za kaljenje ugljinih elika

Gaenjem austenitiziranog elika na temperaturi poetka stvaranja martenzita (Ms) poinjepretvorba pothlaenog austenita (s FCC jedininom elijom) u martenzit (s BCT jedininomelijom, BCT - prostorno centrirana tetragonska jedinina elija). Iznosi temperatura poetka(Ms) i zavretka martenzitne pretvorbe (Mf) ovisno o sadraju ugljika prikazani su u Uptono-ovom dijagramu (slika 43) Ako se kaljenje provede uz ispunjenje navedenih uvjetazakaljivosti uz, postie se maksimalna tvrdoa elika prikazana u tzv. Burns-ovom dijagramu

(slika 44). Iz njega se uoava smisao dogovorne granice od 0,35 %C kao donjeg graninogudjela ugljika koji omoguuje zakaljivanje elika. Nadalje, uoava se najvea tvrdoa kaljenihelika od oko 65 HRC za elike s vie od 0,6 %C. Kod ovih elika optimalna temperaturaaustenitizacije je konstantna (prema jednadbi (32)) bez obzira na povienje udjela ugljika.Dodani efekt poveanja > 0,6 %C u kaljenoj mikrostrukturi je poveanje udjela Az (saznaajno niom tvrdom od tvrdoe martenzita) koji dodatno djeluje na zadravanjekonstantnog iznosa tvrdoe.

Slika 43 Uptonov dijagram


37/41


37

Slika 44. Maksimano postiziva tvrdoa kaljenih elika u ovisnosti o udjelu ugljika u eliku

Mikrostrukturne pojave pri hlaenju austenitiziranog elika mogu se pratiti u kontinuiranomTTT dijagramu (Time Temperature Transformation = vrijeme, temperatura, pretvorba) (slika 45).Kontinuirani TTT dijagram prikazuje fazne pretvorbe austenita pri ohlaivanju elika s temperatureaustenitizacije u uvjetima kad trajanje ohlaivanja vie nije beskrajno dugo (kako je pretpostavljenopri konstrukciji dijagrama stanja). TTT dijagrami se konstruiraju eksperimentalno za odreenu vrstuelika, poznati kemijski sastav, polaznu mikrostrukturu i temperaturu austenitizacije uz ohlaivanje spoznatom krivuljom ohlaivanja. Za istu vrstu elika neto razliitog kemijskog sastava (iz drugesare) ili uz izmjenu bilo kojeg od navedenih uvjeta TTT dijagrama vrijedi samo orijentacijski ili ga seniti ne moe koristiti. Danas su konstruirani i dostupni TTT dijagrami za gotovo sve uobi ajenokoritene i normama opisane elike. Ovisno o vrsti elika za koji je eksperimentalno konstruirankontinuirani TTT dijagram pri ohlaivanju se mogu pojaviti sve ili samo neke od slijedeih pretvorbi(ovisno o polju dijagrama kroz koje promatrana krivulja ohlaivanja prolazi):

a) Pretvorba pothlaenog austenita u ferit (polje F),b)

Pretvorba pothlaenog austenita u perlit (polje P),c)

Pretvorba pothlaenog austenita u bainit (polje B),d) Pretvorba pothlaenog austenita u martenzit (polje M).

Posljednje dvije spomenute faze bainit i martenzit karakteristine su za bre ohlaivanjepothlaenog austenita i pojavljuju se pri niim temperaturama pothaivanja. Za postupketoplinskih obrada elika posebno je interesantna i primjenljiva pojava austenitno / martenzitne

pretvorbe koja se postie pri gaenju elika (u postupku kaljenja)

Nakon ohlaivanja austenitiziranog elika odreenom krivuljom ohlaivanja u njegovoj e se

mikrostrukturi pojaviti sve one faze kroz ija je polja prola promatrana krivulja. Odkrivulja ohlaivanja, odnosno gaenja ucrtanih u kontinuirani TTT dijagram konkretnogelika posebno su vane dvije krivulje istaknute na slici 44: gornja kritina krivulja gaenja idonja kritina krivulja gaenja.

Ohlaivanje austenitiziranog elika po gornjoj kritinoj krivulji gaenja uzrokuje potpunuaustenitno-martenzitnu pretvorbu kojom se upravo postie 100 % martenzita (kaljenje elika).Iz ove krivulje rauna se priblina vrijednost gornje kritine brzine gaenja (vkg,

oC/s, K/s)prema jednadbi (33):


38/41


38

min,

.

i

iadef

kgt

v

= (33)

a,C .... temperatura austenitizacijei,C .... temperatura na kojoj je trajanje inkubacije

pothlaenog austenita minimalnoti,min, s ... minimalno trajanje inkubacije pothlaenog

austenita

Slika 45 Kontinuirani TTT dijagram podeutektoidnog elika

Ohlaivanje elika po donjoj kritinoj krivulji gaenja predstavlja ono najintenzivnijeohlaivanje austenitiziranog elika kojim se jo ne postie niti najmanji udio martenzita, tj.izbjegava se prisutnost martenzitne faze u mikrostrukturi (npr. kod normalizacijskog arenjaelika). Priblino izraunavanje donje kritine brzine gaenja (vkd,

oC/s, K/s) izvodi sejednadbom analognom jednadbi (33) uz odgovarajue vrijednosti temperature (i,

oC) ivremena inkubacije (ti, s) oitane s donje kritine krivulje gaenja. Primjena ohlaivanja s

brzinama niim od donje kritine krivulje gaenja ostvaruje se u postupku normalizacijskogarenje, u kojem se upravo nastoji izbjei nastanak martenzita, a potie se stvaranjesitnozrnate mikrostrukture ferita i perlita.

4.2.2 Poputanje

Poputanje (slika 45) je postupak ugrijavanja kaljenog elika ispod temperature A1u svrhu:

- povienja ilavosti martenzita postignutog kaljenjem,- snienje vlastitih zaostalih naprezanja martenzita,- postizanja dimenzijske postojanosti (kod visokolegiranih alatnih elika).

Prema visini temperature poputanja (p) postupci poputanja dijele se na :


39/41


39

-

niskotemperaturno poputanje(p< 200 C)

- srednjetemperaturno poputanje(220 C 1). Zagrijavanjem kaljenog elika, ovisno o visini temperature poputanja,odvijaju se procesi difuzije atoma ugljika, eljeza, legirajuih elemenata; snienje stupnjatetragonalnosti (c/a - omjer visine i duine BCT jedinine elije), snienje zaostalihnaprezanja, nastajanje karbida poputanja i pretvorbe zaostalog austenita. Ovi procesi sudifuzijskog karaktera, pa se jednak uinak poputanja moe postii:

- viom temperaturom poputanja uz krae vrijeme poputanja ili- niom temperaturom poputanja uz dulje vrijeme poputanja.

Slijed procesa tijekom poputanja odvija se kroz tzv. stadije poputanja. Broj stadija

poputanja i podruje temperatura u kojima se javljaju ovisi o vrsti elika, mikrostrukturnomstanju nakon gaenja i o parametrima poputanja. Ovisno o izabranoj temperaturi poputanjamijenjaju se mehanika (i ostala) svojstva elika. Za kaljive konstrukcijske elike s 0,35 do0,6 %C (tzv. elike za poboljavanje) uobiajena je toplinska obrada poboljavanjesastavljena od kaljenja i visokotemperaturnog poputanja (slika 46), s ciljem dobivanjaodreene kombinacije mehanikih svojstava (slika 47)

Slika 46. Dijagram poboljavanja podeutektoidnog elika


40/41


40

a) b)

Slika 47. a) Promjena dijagrama naprezanje-istezanje nakon kaljenja i poboljavanjapodeutektoidnog elika.

b) Izbor temperature visokotemperaturnog poputanja podeutektoidnog elikaprema zahtijevanoj kombinaciji mehanikih svojstava

4.2.3 Zadavanje zahtijeva za toplinskom obradom na crteu

Navedene toplinske obrade treba na odgovarajui nain zadati na crteima (npr. prema normiDIN 6773:2001-04). Pri tome se zadaju slijedei podaci i informacije:

podaci o sirovini (npr. oznaka elika)

zavrno stanje nakon toplinske obrade podaci o tvrdoi (povrine, jezgre tolerancije tvrdoe s plus odstupanjima)

mjerna mjesta za ispitivanje tvrdoe (slika 48)

podaci o vrstoi (ili ostalim mehanikim svojstvima)

ili

a) b)

Slika 48. a) Oznaka mjernog mjesta za ispitivanje tvrdoeb) Primjer zahtjeva za kaljenjem i poputanjem (cijelog predmeta) s oznakom

mjernog mjesta za ispitivanje tvrdoe


41/41


5. LITERATURA

1. V. Ivui, M. Franz, . paniek, L. urkovi: ''Materijali I'', Fakultet strojarstva i brodogradnje,Sveuilite u Zagrebu, Zagreb, 2012

2. V. Ivui: ''Dijagrami stanja metala i legura'', Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveuilite uZagrebu, Zagreb, 2003

3. M. Franz: "Mehanika svojstva materijala", Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveuilite uZagrebu, Zagreb, 1998

4. T. Filetin, M. Franz, . paniek, V. Ivui: "Svojstva i karakteristike materijala - katalog opisa",Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveuilite u Zagrebu, Zagreb, 2012

5. V. Ivui: ''Tribologija'', Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveuilite u Zagrebu, Zagreb, 2002

6. I.Esih: ''Osnove povrinske zatite'', Fakultet strojarstva i brodogradnje, Sveuilite u Zagrebu,Zagreb, 2003

7. M. Stupniek, F. Cajner: Osnove toplinske obrade metala, Fakultet strojarstva i brodogradnje,Sveuilite u Zagrebu, Zagreb, 1996

8. Filetin T., Kovaiek F. , Indof J.: Svojstva i primjena materijala, Fakultet strojarstva i brodogradnje,Sveuilite u Zagrebu, Zagreb, 2002

Documents

Materijali i Proizvodni Postupci