ALATNI ČELICI

Alatni čelici služe za izradu alata kojima se obrađuju i oblikuju metalni ili nemetalni materijali.

Neki primjeri vrsta alata:A) alati za obradu odvajanjem čestica: tokarski i blanjački noževi, glodala, svrdla,

razvrtala, turpije, dlijeta, pile...B) alati za rezanje i hladno oblikovanje metala: štance ( rezanje ) , škare, sjekači ,

kalupi za duboko vučenjeC) alati za toplo oblikovaje metala: ukovnji, kokile za lijevanje obojenih metala,

kalupi za prešanje metala, kalupi za toplo vučenjeD) alati za oblikovanje nemetala: kalupi za prešanje keramike, kalupi za prešanje

polimera, kalupi za injekcijsko prešanje polimeraE) mjeri alati: kalibri, granične pločice, pomična mjerila, mikrometarski vijci,

kutnici,....

Zbog visokih opterećenja u radu i specifičnih funkcija u radu, od alatnih se čelika zahtjevaju posebna svojstva kao npr. - visoka tvrdoća i otpornost na trošenje, postojanost tvrdoće na povišenim temperaturama, dobra ponašanja pri toplinskoj obradi i sl.Alatni čelici se primjenjuju u zakaljenom i popuštenom stanju.Zbog zakaljivosti i prokaljivosti moraju imati viši %C od konstrukcijskih , a kod složenih zahtjeva, dodatno su legirani.Alternativnoo ili dodatno se provode i neki od postupaka za oplemenjivanje površineAlatni čelici su najčešće nadeutektoidni ili podeutektički.

PODJELA ALATNIH ČELIKA

1.Prema kemijskom sastavu ( zajamčen sastav )a) nelegiranib)niskolegiranic)visokolegirani

2. Prema radnoj temperaturia) alatni čelici za hladni rad ( Tr < 200 0C )b)alatni čelici za topli rad ( Tr > 200 0C )c) brzorezni

ZAHTJEVI ZA ALATNE ČELIKE

1.PRIMARNI- otpornost na trošenje- otpornost na popuštanje ( važno za čelike za rad pri povišenim temperaturama )- žilavost

2.PROIZVODNI I EKONOMSKI ( sekundarni ) ZAHTJEVI I SVOJSTVA

1

- mogućnost obrade alata – obradljivost odvajanjem čestica ( rezljivost )- što viša prokaljivost- što viša zakaljivost- sto manja sklonost pogrubljenju zrna prilikom austenoitiziranja- što manja promjena mjera u radu- što manje deformacije u radu- prikladnost za poliranje- što manja cijena- dovoljna otpornost na koroziju- sigurnost protiv pojave pukotina i lomova tijekom toplinske obrade- što manja sklonost razugljičenju prilikom toplinske obrade

1. OTPORNOST NA TROŠENJE

Oko 90 % alata dotrajava zbog trošenja, pretežno abrazivnim mehanizmom – „mikrorezanjem“, pa je to i najvažniji zahtjev pri izboru alatnih čelika.Trošenje izaziva zatupljivanje oštrice reznog alata , odnosno oštećenje glatkih radnih površina, npr. kalupi, ukovnja i sl.Otpornost na abrazijsko trošenje alata je primarno funkcija mikrostrukturnog stanja čelika, tj. traži se:

- martenzitrna mikrostruktura sa što višom tvrdoćom- što viši udio kvalitetnih karbida

Martenzit služi kao dobro vezivo za karbide - te tako nema opasnosti od „ čupanja „ karbida iz osnove mase čelika.Osim udjela utječe i vrsta karbida, veličina i oblik , te prostorna razdioba.Iz ovoga slijedi kako su svi alatni čelici su nadeutektoidnog ili čak podeutektičkog sastava u kaljenom stanju

M + K“ + Az iliM + K“ + Ke + Az

Legirani su jakim karbidotvorcima – Cr, W, V, Mo2. ŽILAVOST

Posebno važno kod udarno opterećenih alata – čekići , dlijeta, djelovi štanci, ukovnja i sl., uz zadržavanje ostalih svojstavaOtoprnost na pojavu pukotina ili loma.Od alata se traži što viša granica tečenja, a ne visoka duktilnoatČelici visoke žilavost ne mogu istovremeno imati i visoku otpornost na trošenje, jer viši udio krhkih faza u mikrostrukturi ( karbida ) nepovoljno djeluje na deformabilnost.Optimalna žilavost ( duktilnost ) pojedinog čelika postiže se pravilnim popuštanjem.

3. OTPORNOST NA POPUŠTANJE

2

Bitan zahtjev za alate koji rade pod visokim temperaturama, kao npr. kokile i ukovnji ili za alate od kojih se u radu razviju visoke temperature, kao npr. visokoopterećeni rezni alati.Povišena temperatura uzrokuje veći ili manji pad čvrstoće i tvrdoće i otpornost na trošenje, već prema tome o kojoj se vrsti čelika radi.U širem smislu otpornost na popuštane uključuje i razmatranje ostalih ponašanja čelika pri radnim temperaturama, kao što se: promjena granice razvlačenja, čvrstoće i žilavosti, sklonost oksidaciji, otpornost na promjenu mjera, otpornost na toplinski umor.Takvo je kod kalupa za topli rad vrlo važna otpornost na toplinski umor kao posljiedica promjene toplinskih naprezanja usljed cikličkih ugrijavanja i ohlađivanja alata. Otpornost na toplinski umor se povisuje unošenjem tlačnih naprezanja u površinske slojeve radne plohe kalupa, postupcima termokemijske obrade, površinskim presvlačenjem i mehaničkim putem.Najveću otpornost na popuštanje pokazuju alatni čelici za topli rad i brzorezni čelici, tj. čelici legirani sa W, Mo, Co i V.

ALATNI ČELICI ZA HLADNI RAD

1. Nelegirani2. Niskolegirani

- visokougljični W-V čelici- nisko i srednjeugljični W-Cr-(Si)-V čelici- Cr-čelici- Mn-Cr-V i Mn-Cr-W čelici

3. Visokolegirani

Nelegirani alatni čelici za hladni rad

Sadrže od 0,5...1,3 %C , svojstva im bitno ovise o masenom udjelu ugljika. Što je viši %C, veća je tvrdoća, a manja žilavost i obratno. Imaju malu prokaljivost jer nisu legirani, ali zbog toga imaju bolju žilavost u odnosu na druge alatne čelike jer se kaljenjem u rubnim slojevima postiže martenzitna mikrostruktura, dok u jezgri ostaje eutektoidna mikrostruktura.Lakše se obrađuju odvajanjem čestica od ostalih alatnih čelika, jeftini su te se proizvode u velikom asortimanu dimenzija.Od njih se izrađuju manji alati jednostavnijeg oblika i manjih presjeka – dlijeta, čekići, kliješta, ručne škare, sjekači, turpije i sl.

Niskolegirani alatni čelici za hladni rad

Osnovni cilj legiranja kod ovih vrsta čelika je:

3

- povećanje prokaljivosti- dobivanje kvalitetnijih i toplinski postojanijih karbida koji za razliku

od Fe3C daju veću tvrdoću i otpornost na trošenje.

Visokolegirani alatni čelici za hladni rad

Glavni legirni element im je krom ( > 5 % ), a osim kroma pojedini čelici sadrže V, Mo i W. Legiranje kromom dovodi do stvaranja karbida ( Fe, Cr)3C, Cr7C3 ili Cr23C6. S povišenjem masenog udjela kroma smanjuje se eutektoidna koncentracija i povisuju temperature pretvorbe, što znači da raste potreba temperatura austenitizacije.Nadalje , kao što je poznato kod čelika sa manjim masenim udjelom ugljika i visokim udjelom kroma ( > 13 % ) – martenzitni nehrđajući čelici – postiže se velika otpornost na koroziju u zakaljenom i popuštenom stanju, ali i manja otpornost na trošenje.Podjela s obzirom na sastav i mikrostrukturu:

1. Čelici s oko 5 % Cr2. Visokougljični ledeburitni čelici s 12 % Cr3. Martenzitni čelici nehrđajući čelici

Primjena: matrice za vučenje žice, profilni alati, valjci, alati za prešanje duromera, alati za hladno oblikovanje, kalibri za provrte i navoje i sl.

ALATNI ČELICI ZA TOPLI RAD

Najvažnije svojstvo ovih čelika treba biti vrlo dobra otpornost na popuštanje, koja obuhvaća brojne neželjene pojave zbog dugotrajne izloženosti povišenim temperaturama kao što su : sniženje tvrdoće, promjene mikrostrukture i toplinski umor.Dodatni uvjeti koji se predstavljaju pred ove čelike:

- otpornost na trošenje- otpornost naa visokotemperaturnu koroziju ( intezivnu oksidaciju )- otpornost na pojavu plastičnih deformacija ( dobra granica tečenja )- otpornost na udarno opterećenje ( žilavost )

Ovakva svojstva se postižu legiranjem karbidotvorcima – W, Mo, Cr i V – čime se povisuje otpornost na trošenje i popuštanje. Zbog povećanja žilavost i prokaljivost čelici se legiraju niklom, a za povećanje dinamičke izdržljivosti silicijem.Primjena za alate izložene najvećim topliskim opterećenjima: alati za prešanje, kokile za tlačno lijevanje Cu-legura, alati za ekstruziju, štance za topli rad, ...

BRZOREZNI ČELICI

Legirani su s jakim karbidotvorcima ( Cr, W, V, Mo ), koji s povišenim % C ( 0,7...1,3 ) stvaraju slobodne karbide postojane i pri višim temperaturama , te s Co.Zbog toga se odlikuju izvrsnom otpornošću na trošenje i otpornošću na popuštan je pri radnim temperaturama 500...600 0C, ali radi toga im je mala žilavost

4

Brzorezni čelici imaju u lijevanom stanju, zbog višeg masenog udjela legirnih elemenata ledeburitnu mikrostrukturu koja uzrokuje povećanu krhkost.Primjena: rezni alati, alati za obradu austenitnih i vatrootpornih čelika, te čelika poboljšane rezljivosti.

LEGURE BAKRA

Prednosti Cu i Cu-legura u odnosu na druge materijale:

- vrlo dobra električna vodljivost- vrlo dobra toplinska vodljivostbvc- sposobnost lijevanja sa nizom metala- većina legura ima vrlo dobru duktilnost i kovkost – FCC- vrlo dobra korozijska postojanost – zelena prevlaka u atmosferi

( patina – lužnati bakrov karbonat i ugljična kiselina iz zraka ) kao i prema morskoj vodi

- svojstva čistog Cu – mehanička, livljivost, kemijska postojanost mogu se poboljšati legiranjem čime se , ali , smanjuje toplinska vodljivost

- nema alotropskih modifikacija- nemagnetičnost- lijepa boja

Nedostaci Cu i Cu-legura

- visoka cijena- visoke temperature lijevanja- ne smije se koristiti u dodiru s hranom ili u preradi prehrambenih

namirnica- opasnost od vodikove krhkosti > 500 0C uz H2 i CO dolazi do difuzije.

Materijal ispuca.- neotporan prema oksidirajućim kiselinama – vino, voćni sokovi i sl.

( nastaje otrovni bakrov acetat )

BAKAR

NELEGIRANI BAKAR- električna vodljivost ( ovisi o udjelu nečistoća )- toplinska vodljivost

Čvrstoća se povisuje s povećanim udjelom nečistoća. Najčišći bakar ima nisku tvrdoćuZavarivanje bakra je otežano zbog njegove dobre toplinske vodljivosti, no izvodivo pri plinskom zavarivanju ( H2 ), pri čemu treba paziti da vodik ne uđe u strukturu bakra pri čemu nastaje vodena para ( „ vodikova bolest „ ).Bakar je kemijski postojan u neutralnim i lužnatim otopinama, pa se zato koristi za izradu vodovodnih cijevi . Nije prikladan za smještaj voćnih sokova jer ga nagrizaju oksidirajuće kiseline, pri čemu može nastati otrovni bakrov acetat.

5

NAČINI POVIŠENJA ČVRSTOĆE

Bakrene legure se mogu očvrsnuti jednakim mehanizmima koji se koriste i za očvršćivanje drugih metala

1. Legiranjem do granice rastvorljivost ( legirni element se rastvara i nastaje monofazna stuktura

2. Hladnom deformacnijom3. Precipitacijskom očvršćivanjem4. Prisutnošću druge faze

KLASIFIKACIJA Cu – LEGURABakrove legure se obično klasificirajuu na temelju vrste i udjela glavnih legirnih elemenata, pa tako glavne vrste bakrovih legura su mjedi i bronce.

1. Legure Cu-Zn - Mjedi

a) Prave mjedi , > 50% Cu ; < 44% Znb) Specijalne mjedi sa < 44% Zn i 7,5% - ukupno Ni, Fe, Mn, Si, Mn i Snc) Cu-Zn-Ni ( 10 – 30 % Ni ) – „ novo srebro „.d) Cu-Zn-Sn-Pb , > 80 % Cu – crveni metal, crveni lijev

2. Legure bakra bez cinka – većinom bronce

a) Cu-Zn – prave bronce ili kositrene bronce , < 15% Snb) Cu-Al – aluminijeve bronce , < 14 % Alc) Cu-Sn-Pb – olovno-kositrene i olovne bronce , < 10 % Sn, < 25 % Pbd) Cu-Be – berilijeve bronce , < 2% Bee) Cu-Mn-Si – manganove i silicijeve broncef) Cu-Ni – konstantan , < 45% Ni

1. Legure Cu – Zn

Mjedi su uglavnom legure Cu i Zn kojima mogu biti dodani i drugi elementi. Postoje dvije vrste mjedi; α – mjedi – koje su oblikovljive deformiranjem u hladnom stanju, α + β i β - mjedi – koje su oblikovljive u toplom stanju

a) Legure Cu-Zn ( mjedi ) - > 50 % Cu i < 44 % ZnMogu biti gnječene i lijevaneSvojstva im ovise o % Zn

1. α – mjedi 2. α+ β – mjedi

3. β – mjedi

6

1. α – mjedi : dobro oblikovljive na hladno , ali ne na toploOpasnost od napetosne korozije ( „ season cracking „ ) koja se može smanjiti žarenjem za smanjenje zaostalih naprezanja, osjetljive su na temperature žarenja zbog opasnosti od naglog porasta zrna, visoka cijena zbog zahtjeva Cu i Zn za visokom čvrstoćom.

2. β – mjedi: krhke, toplo oblikovljive ( BCC rešetka ) : β -intermetalni spoj

3. α+ β mjedi: pretežno se oblikuju na toplo, dok hladno kod dobivanja završnih dimenzija i korektnog stupnja očvrsnuća za daljnu upotrebu. Mala žilavost pogoduje boljoj obradljivosti, dok se daljna obradljivost poboljšava dodatkom olova ( Pb ).

b) Specijalne mjediUkupno < 7,5 % Ni, Mn, Fe, Si, Al i Sn , dok je ostatak ZnSpecijalne mjedi mogu biti gnječene i lijevaneToplo oblikovljiveVelika čvrstoća : Rm > 700 N/mm2Dodatkom Mn, Al, Fe i Si povećava se korozijska postojanost legura.

c) Legure Cu-Zn-Ni ( > 10 % Ni )Ove legure spadaju među najstarije metalne materijale čovječanstva ( Kina ). Poznate su pod imenima . argentan, novo srebro, alpaka, bijeli bakarHomogena čvrsta otopina ( α – mješanac )Vrlo duktilne i dobro hladno oblikovljiveDobro se lemeOsjetljive na napetosnu korozijuKoriste se : u finoj mehanici, optici, graditeljstvu, itd.

d) Legure Cu-Zn-Sn ( + Pb )

2. Bronce

Bolja čvrstoća, otpornost na trošenje i klizna svojstva u odnosu na Cu-Zn legure.Bolja korozijsk otpornost, ali i viša cijena.

a) Kositrena bronca – prava bronca

Gnječene Sn bronce

< 9% Sn – α – struktura - hladno oblikovljivaoko 1,5 % Sn – tvrde vučene žice za telefonske kabele6...8% Sn – Rm = 900 N/mm2, HV = 180 , koristi se za valjane opruge

7

Lijevane Sn bronce

Koriste se prvenstveno za izradu kliznih ležaja.Širok interval skrućivanja za 10..15 % Sn, pa je dobra livljivost , ali postoji mogučnost mikrosegreacija.9...15 % Sn ---α+ δ – vrlo dobra otpornost na trošenje δ – tvrda i krhka faza ( intermetalni spoj iako ima FCC rešetku )

Vrste lijevanih legura: P.CuSn10P.CuSn12 – otporna na trošenjeP.CuSn14Primjena: korozijski otporni dijelovi pumpa i turbina, klizni ležajevi, pužni prenosnici , crkvena zvona

b) Al – bronce < % Al

Po svojstvima su vrlo slične Cu-Sn broncama , ali jeftinije jer skupi Sn zamjenjuje Al.Imaju dobru otpornost na trošenje, dobru korozijsku postojanost, otpornost na oksidaciju, te sposobnost zadržavanja čvrstoće pri višim temperaturama.

c) Olovno kositrene bronce: < 10% Sn i < 28% PbTo su lijevane legure koje uglavnom služe za klizne ležaje.Imaju povećanu toplinsku vodljivost, te veliku otpornost na trošenje

d) Cu-Ni legure - Konstantan

Cu i Ni su vrlo blizu u periodnom sustavu, oba imaju FCC rešetku sličnih parametara gustoće, pa zbog toga imaju potpunu rastvorljivost u rastaljenom i čvrstom stanju. Imaju dobru obadljivost i veliku korozijsku postojanost

Cu-Ni legure posebnih električnih svojstavaLegura CuNi44 ( „konstantan“ ) rabi se za termoelemente i grijače ( male razlike u kemijskom sastavu ).

NIKAL i njegove legure

Svojstva: - hladna oblikovljivost- žilavost pri niskim temperaturama- otpornost pri visokim temperaturama

Svojstva Ni- legura:

8

- otpornost na koroziju i mehanička otpornost rpi visokim temperaturama

- FCC struktura- Ni-Ti legure ( Nitinol ) s efektom prisjetljivosti oblika – pametne

legure ( eng. Shape memory alloys )- Posebna fizikalna svojstva

Električna svojstva ( velik električni otpor – grijači ) Magnetska svojstva ( meki magneti ) Legure s malom toplinskom rastezljivošći ( INVAR )

Superlegure :Ni-Fe-Co + Cr + W, Mo Ti, Al – dobra vlačna čvrstoća i otpornost na puzanje do 0,7 Ti ( > 1100 0C ), visoka cijenaKoriste se za izradu: zrakoplovnih plinskih turbina, brodskih turbina, uređaja u energanama, i sl.

Mehanička otpornost pri visokim temperaturama – načini očvrsnuća „ superlegura „

Na očvrsnuće kristalnim mješancima najjače djeluje Co ( > 16% )

Na očvrsnuće precipitacijom djeluju:- Cr , uz otapanje u austenitnoj matrici i stvarnjem Cr23C6- Mo,Nb, Ta i V stvarnjem katbida- Al i Ti stvaranjem intermetalih spojeva : Ni3Al, i Ni3Ti

KOLBALT i njegove legure

SVOJSTVA:- ispod 1495 0C FCC β – modifikacija, a ispod 417 0C u stabilna HP α –

modifikaciju ( preklopni mehanizam )- ograničeno hladno oblikovljiv , dobro toplo oblikovljiv- otporan pri visokim temperaturama- kao legirni element kod superlegura, služi za povišenje čvrstoće

Sastav;30...65 % Co, 15...30 % Cr, < 20% Fe, < 32% Ni i < 1,1 % C + W, Mo, V, Ti, Nb, Ta, Zr i BPrimjena:

- za nerotirajuće djelove plinskih i mlaznih motora ( Tr < 1000 0C )- implantanti u ljudskom tijelu- legure za zube- legure za navarivanje

9

Aluminuj i njegove legure

Pripada metalima niskog talištaU zemljinoj kori ima ga relativno puno – oko 7,5 %, ali ne u elementarnom obliku nego u obliku spojev – oksida ili mješavine oksida Al2O3.

Shema dobivanja Aluminija:Aluminij se u prirodi nalazi u obliku oksida i smjese oksida iz kojih se metal izdvaja skupim elektrolitičkih postupkom, najčešće zagrijavanjem sa jeftinim oksidacijskim sredstvom pri čemu metal ekstrahira iz oksidne rude, a dobiveni sirovi metal se rafinira, čime se omogućuje oksidacija većine prisutnih nečistoća.

Svojstva tehničkog aluminija:- mala gustoća ( oko 2700 kg/m3 ) – oko tri puta manja nego u Fe-

legura lake konstrukcije- otpornost na atmosfersku koroziju – prevlači se tankim filmom Al2O3

oksida ( nepovoljno pri zavarivanju , solnij i spumpornoj kiselini ) Čisti Al je nepostojan na alkalne otopine koje razaraju oksidni film – građevno vapno i mort

- visoka elekrična vodljivost – s obzirom n masu bolje od Cu- visoka toplinska vodljivost 4 do 6 puta viša od čelika- povoljan omjer Rm/gustoća – kod legura ( tkz.specifična ćvrstoća )- nizak E ( oko 3 puta nižu nego u čelika ) –veće elastične deformacije,

odnosno manja krutost- Ograničena primjenjivost pri povišenim temperaturama ( Temperatura

taljenja oko 660 0C ) – do 150...200 0C- Relativno loša zavarljivost – zobg stvarnja oksida treba zavarivati u

inertnij atmosferi- Recikličnost – znatno manja potreba energija za recikliranje nega za

primarni proizvodnju.- Izvanredno toplo i hladno oblikovljiv deformiranjem ( FCC struktura )

VRSTE TEHNIČKOG ĆISTOG ALUMINIJA

Al99; Al99,3 – za opće svrheAl99,5 – za robu široke potrošnjeAl99,7 – za kemijsku industriju i brodogradnjuAl99,8 – za kemijsku industriju i elektrotehniku

PRIMJENA TEHNIČKOG ALUMINIJA

- kemijska i prehrambena industrija- kuhinjsko posuđe i metalni proizvodi široke potrošnje- građevinarstvo – krovovi , oluci i ukrasi- ambalaže, folije tube i limenke

10

POVIŠENJE MEHANIČKE OTPORNOST Al

A) Hladna deformacija – valjanje, vučenjeB) LegiranjeC) Toplinska obrada – precipitacijsko očvršćivanje

KLASIFIKACIJA Al LEGURA

1. Prema tehnološkoj preradi a. Gnječeneb. Lijevane

2. Prema kemijskom sastavu a. Al-Sib Al-Mnc Al-Cud Al-Mge Al-Zn

3. S obzirom na mogućnost toplinske obrade- toplinski neočvrstive- toplinski očvrstive

TOPLINSKI OČVRŠĆIVANJE AL – LEGURAPRECIPITACIJSKO OČVRŠĆIVANJE

Wilm je 1906. god otkrio da legura sastava:4,5 % Cu i 0,5 % Mg, ostalo Al, očvršćava dužim stajanjem pri 20 0C, ako je prethodno gašena na 450 0C. Pa je tako ta legura patentirana pod imenom duraluminij i duralKoristila se u 1.Svjetskom ratu – za „cepeline“Nema alotropskih modifikacija kao kod kaljenja čelika

POLAZNI UVJETI ZA TOPLNSKO OČVRŠĆIVANJE

1. Legura mor biti sastava iz heterogenog područja α + β2. Maseni udio legirnih elemenata ne smije prekoračiti granicu maksimalne

topljivosti u α – mješancu kako bi se mogla postići potpuna apsorcija stranih atoma rastvornim žarenjem.

3. Druga faza mora u polaznom stanju biti neki intermetalni spoj kako bi tijekom promjena koje se zbivaju, došlo do ponovnog izlučivanja toga intermetalnog spoja ali u koherentom obliku.

TIPOVI PRECIPITATA ( FAZNIH GRANICA )a) koherentnib) polukoherentni

11

c) nekoherentni

VRSTE GNJEČENIH LEGURA I NJIHOVA SVOJSTVA

1. Toplinski neočvrstive – Rm = 200...300 N/mm2

2. Toplinski očvrstive – Rm do 600 N7mm2

LIJEVANE Al LEGURE

Sadrže elemente koji tvore lako topive eutektikume što im daje dobra svojstva livljivostiMehanička svojstva su slabija nego kod gnječenih legura.Mogu se svrstati u tri osnovne skupine:

a) Al-Sib) Al-Mgc) Al-Cu

Al-legure mogu se jako dobro lijevati na sve načine ( u kokile, u pijesak, tlačno ), dok neke od njih mogu dodatno precipitacijski očvrsnuti.

1.Al-Si„silumini“ – najraširenija lijevana legura10..13 % Si – pospješuje livljivost.Ove su legure približnog eutektičkog sastava, pa se koriste za tlačni lijev i druge vrste lijevova gdje se zahtjevaju zamršeni presjeci, budući da posjeduje veliku žitkost, malo skupljanje i uski interval skrućivanja. Imaju dobru kemijsku postojanost.2.Al-MgImaju dobru korozijsku postojanost, pa se kod ovih legura može postići visoki sjaj. Najbolja kombinacija čvrstoće i žilavosti se postiže sa 10 % Mg.3. Al-CuToplinski su očvrstive s osrednje visokom čvrstoćom, te sa relativno slabom žilavosti. Dobro su otporne pri višim temperaturama , te su rezljive. Lošija livljivost i korozijska postojanost

TITAN I NJEGOVE LEGURE

Svojstva :Poliorfan metal; od 20 - 885 0C HCP α – titan

885 do tališta 1670 0C BCC β – titan Relativno niska gustoća ( 4500 kg/m3 ) Povoljna specifična čvrstoća ( od -200 do + 550 0C ) Relativno visok E ( 110 000 N/mm2 ) Značajna otpornost na umor i na puzanje Mala toplinska rastezljivost Visoko postojan u različitim agresivnim medijima ( morska voda,

kiseline ) – stvara se oksidni sloj Veliki afinitet prema O2, C, N2, i H2, naročito iznad 950 0C

12

Teško obradljiv odvajanjem čestica jer je žilav, opasnost od zapaljenja strugotine

Ograničena sposobnost hladnog oblikovanja ( HCP ) , bolje toplo oblikovljiv

Teže zavarljiv ( u zaštitnoj atmosferi ) Relativno visoka cijena

Titanove legure

Prema mikrostrukturi α, β , (α + β ) legure- glavni stabilizatori α faze: C, O, N, Al, Sn- stabilizatori β faze: Cr, Ni, Mo, Fe, Ta

1. α legure

- relativno slabo hladno oblikovljiv ( HCP )- zavarljivost, žilavost, čvrstoća i stablinost pri višim temperaturama

( 370 do 500 0C ) za dijelove motora- dobra žilavost i čvrstoća i pri sniženim temperaturama- toplinski neočvrstive

Primjeri: TiAl17Zr12 – za dijelove motora

2. ( α + β ) legure:- povišenje čvrstoće (α + β) legura može se postići toplinskom obradom- osjetljiv postupak – pojava krhkosti ( metastabilna ω faza )- najviše se proizvode od svih Ti-legura. ( TiAl16V4 )

Čvrstoća (α + β) legura ovisi o:- udjelima α i β-faze i o legirnim elementima otopljenim u njima- efektima toplinske obrade koja se temelji na metastabilnosti, tj.raspadu

metastabilne β-faze.3. β legure:

- velika sposobnost hladnog oblikovanja – duktilnost- visoki omjer Rm/ gustoća ( specifična čvrstoća )- visoka čvrstoća nakon toplinske obrade- krhke pri niskom temperaturama- dobra čvrstoća < 300 0C uz kratkotrajno mehaničko opterećenje- zavarljivost- postojanost pri višim temperaturama- otpornost na napetosnu koroziju

Primjena: TiAl3V8Cr6Zr4Mo4 – u zrakoplovnoj industriji, svemirskoj tehnici

Magnezij i njegove legure

13

Prednosti- mala masa ( ρ = 1740 kg/m3 ) - najmanja među legurama - konkurentne Al legurama u pogledu omjera Rm / gurstoća- velika sposobnost prigušenja vibracija- izvanredna rezljivost s obzirom na količinu obrađenog metala i

trošenje metala- nekoliko legura ima vrlo dobru livljivost

Nedostaci- slaba otpornost na kroziju ( neotpornije od Al i Ti legura ) veliki

afinitet prema 02 – potebna površinska zaštita – prevlake brončane boje

- HCP struktuira – ograničena mogužnost hladne deformacije Mogu se oblikovati deformiranjem pri > 300 0C

- nizak E ( 45 000 N/mm2 ) i niska čvrstoća- gornja temperaturna granica od 300 – 350 0C- velika kemijska reaktivnost ( mogućnost samozapaljenja pri lijevanju i

obradi )

Vrste legura:Zbog slabe oblikovljvosti ( HCP ), žilavosti, velike osjetljivosti na ureze i grube mikrozrnate primarne strukture, magnezij se legira.Glavni legrini elementi: Al, Zn, Th, Zr i Ce

1. Mg-Al, Mg-Zn ili Mg-Al-Zn2. Mg-Zr + Zn, Th ili Ce

Kompoziti s metalnom matricom – Mg matrica + čestice SiC ili Al203

Primjene: Pilotsko sjedalo ( lagano, prigušenje vibracije ) , sjedala u F1

TEHNIČKA KERAMIKA

Tehnička keramika se proizvodi slično kao i ostale vrste keramika ( porculan ). Osnovna sirovina je prah koji mora biti visoke čistoće, a dobiva se različitim postupcima

Bitni koraci u procesu proizvodnje:

1.Priprema sirovine- proizvodnja praha- proizvodnja granulata

2.Oblikovanje sirovca- oblikovanje sirovca- sušenje sirovca- obrada sirovca

3. Sinteriranje

14

- sinteriranje ( srašćivanje ), vruće prešanje

Sinteriranje je najvažnija operacija u proizvodnji dijelova tehničke keramike, tj. kod nje dolazi do spajanja čestica praha reakcijama u čvrstom stanju

4. Završna obrada- brušenje dijamantnim alatima, poliranje, obrada laserom, itd

Opća usporedba svojstava s metalima

PREDNOSTI:- viša tvrdoća, osobito pri povišenim temperaturama- viša tlačna čvrstoća pri povišenim temperaturama- veća otpornost na puzanje- viši modul elastičnosti – krutost- manja toplinska i električna vodljivost – bolja izolacijska svojstva- velika otpornost na trošenje- mala gustoća- mala toplinska rastezljivost- kemijska inertnost

NEDOSTACI:- mala žilavost – velika krhkost- mala otpornost na toplinski umor- niska vlačna čvrstoća- visoki troškovi vrijednosti za mehanička svojstva

Glavni uzroci loma - poroznost i uključci- površinske napukline, nedopustiva hrapavost od završni obadi- velika zrna nastala tijekom proizvodnje

Keramički materijali u tehnici1. Silikatna keramika ( porculan, steatit, korderit, mulit )2. Oksidna keramika ( Al203, MgO, Zr02, aluminijev titanat, olovni cirkonat-

titanat ( piezo-keramika )3. Neoksidna keramika ( SiC, Si3N4, AlN, B4C, BN )

Svojstva Al203, silikatne keramike, Zr02, vrste ZrO2, SiC, SN, AlN

Mogućnosti poboljšanja za nove keramičke materijale

Pružaju se u :- uporabi krajnje sitnog i čistog praha ( nanočestice )- novim proizvodnim posupcima - upotrebom toplinskim obrada plazmom

15

Upotreba:- plinske turbine kod aviona, lopatice rotora- ventili i drugi dijelvi motora- komore za izgaranje- mlaznice- kuglični i klizni ležajevi

Tvrdi metali

Neoksidna vrsta keramike: metalno-karbidni ( čestice ) kompozit )Karbidi su nositelji tvrdoće i otpornosti na trošenje, dok metal osigurava žilavost višefaznog materijala.Toplinska i električna vodljivostSTRUKTURA:

- Osnova je metalna: Co- + karbidi: WC, TiC, TaC

Načini dobivanja- miješanje metalnih prahova međusobno i s plastifikatorom- prešanje- sinteriranje

Osnovna svojstva tvrdih metala:- visoko talište- visoka tvrdoća i otpornost na trošenje- visok modul elastičnosti , visoka tlačna čvrstoća i čvrstoća na

povišenim temperaturama- dobra postojanost na temperaturne promjene- dobra proonjivost s metalnim taljevinama- otpornost na koroziju- visoka toplinska i električna vodljivost

Primjena tvrdih metala- rezni alati- alati za probijanje, duboko vučenje i provlačenje žice- dijelovi strojeva ( valjci, cilindri, turbinske lopatice...)

16