tehnički materijali 1.1

1

MATERIJALI I PROIZVODNI POSTUPCI

Ak.god. 2011/2012

Tehničko veleučilište u Zagrebustručni studij mehatronike

Doc. dr. sc. Darko Landek

Zavod za materijale (D-213)

Fakultet strojarstva i brodogradnje

e-mail: [email protected]

1. UVOD

1. Uvod: tvari, sirovine i tehnički materijali; podjela materijala

2. Mikrostruktura materijala: kristalni sustav, jedinične ćelije (BCC, FCC, HCP), čvrste otopine (kristali legura)

3. Mikrostrukturne pojave u materijalima: polimorfija, nesavršenosti kristalne rešetke

4. Legure i dijagrami stanja: dijagram potpune topivosti, eutektički dijagram , eutektoidni dijagram, Fe-C dijagram

TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)

2

1.1 Tvari, sirovine i tehnički materijali

Kristal rudače kalkopirita CuFeS2

Primjer: proizvodi od bakra

Profili od bakra Dijelovi izmjenjivača topline od bakra

1.1 Tvari, sirovine i tehnički materijali

SVOJSTVA TVARI: gustoća, toplinska vodljivost, toplinski kapacitet, električna vodljivost/dielektričnost, magnetičnost, kemijska svojstva, optička svojstva, modul elastičnosti, XRD difraktogram ...

SVOJSTVA POLUPROIZVODA -svojstva materijala: mehanička , tribološka, korozijska (svojstva ovisna o uvjetima ispitivanja, obliku i dimenzijama ispitne epruvete, mikrostrukturi i stanju materijala)

SVOJSTVA I PONAŠANJE MATERIJALA U GOTOVOM PROIZVODU – eksploatacijska svojstva (svojstva ovisna o svojstvima materijala, konstrukciji proizvoda i uvjetima eksploatacije)

α-Fe


3

1.2 Svojstva i ponašanje materijala u upotrebi

Utjecajni čimbenici na svojstva i ponašanje materijala

1.3 Podjela tehničkih materijala

Osnovna podjela tehničkih materijala


4

1.4 Razine građe materijala

Razine građe materijala

Jedinična ćelijaKristalna rešetka

1.5 Kristalni sustavi metala i legura

Kristalni sustav:

- kristalne osi simetrije

- kutevi između osi

- parametri po kristalnim osima: a,b,c (najmanja međusobna udaljenost atoma)

- pripadni broj atoma (PBA)

- koordinacijski broj (KB)

- faktor gustoće slaganja atoma (FGSA)


5


A) Prostorno centrirana jedinična ćelija (BCC)

Kubični kristalni sustav

B) Plošno centrirana jedinična ćelija (FCC)

Ovisnost parametra jedinične ćelije o polumjeru atoma i tipu ćelije:

α-Fe, Cr, Mo γ-Fe, Cu, Al, Au, AgOsnovna jedinična ćelija


Heksagonski kristalni sustav (Zn, Co, Cd)

Osnovna jedinična ćelija Gusto slagana heksagonska jedinična ćelija (HCP)


6


Klizni sustav = klizne ravnine + klizni pravci

(ravnine i pravci najgušće zaposjednutosti atomima)

Shematski prikaz nastanka plastične deformacije metala:

BCCFCC HCP

1.6 Polimorfija (alotropija, promjena kristalnog sustava)

(promjena tipa jedinične ćelije metala ili legure uslijed promjene temperature ili/i tlaka)

Alotropske promjene čistog željeza pri hlađenju i grijanju


7

1.7 Kristali legura

I. Kristali mješanci (supstitucijski, intersticijski) II. Kristali intermetalnog spoja

III. Kristali kemijskog spoja

IV. Mješani kristali

a) supstitucijski - primarne čvrste otopine u kojima elementi osnovnog metala i elementi legirnog metala tvore zajedničku kristalnu rešetku

b) intersticijski – čvrste otopine u kojima su atomi legirnihelemenata (nemetala) značajno su manji od atoma osnovnog metala i smještaju se u praznine kristalne rešetke

čvrste otopine u kojima elementi osnovnog i legirnog metala tvore novu kristalnu rešetku

čvrste otopine u kojima je jedna komponenta nemetal koji s nekim metalom tvori novu kristalnu rešetku

, NaCl

čvrste otopine u kojima je jedna komponenta potpuno netopljiva u drugoj

Cu-Pb legure

1.8 Nesavršenosti (nepravilnosti) kristalne građe metala i legura

I. Točkaste (nuldimenzijske) nesavršenosti

1 – praznina (vakancije)

2 – intersticijski atom

3 - supstitucijski atom

II. Linijske (jednodimenzijske) nesavršenosti -

dislokacije: A) bridne B) vijčane

21

3


8

1.8 Nesavršenosti (nepravilnosti) kristalne građe metala i legura

III. Površinske (dvodimenzijske) nesavršenosti -

- granice zrna: A) malokutne, B) velikokutne

(A)

(B)

Granice polikristala čistog željeza promatrane elektronskim mikroskopom (označeni kutevi: 105o, 125o, 130o)

1.8 Nesavršenosti kristalne građe legura

III. Površinske (dvodimenzijske) nesavršenosti legura

- granice faza:

a) koherentne

b) polukoherentne

c) nekoherentne

d) granice dvojnih kristala


9

1.9 Dijagrami stanja

Krivulje vrlo sporog hlađenja:

a) čistog metala b) legure

1.9 Dijagrami stanja

Konstrukcija binarnog dijagrama stanja


10

1.10 Dijagrami stanja legura sa sustavom potpune topivosti

Konstrukcija binarnog dijagrama stanja legure A-B

(komponenta B potpuno je topiva u osnovnom metalu A)


Polužno pravilo

Binarni dijagram stanja međusobno potpuno topivih komponenti A i B

(npr. računanje masenog udjela taline w(T)=? i krutine w(K)=? na temperaturi ϑ1

(3.a)

(3.b)

(1)

(2.a)

(2.b)

(2.c)


11


Analiza skrućivanja legure Cu-25%Ni u dijagramu stanja Cu-Ni

1.11 Eutektički dijagrami stanja

a) Opći oblik eutektičkog dijagrama stanja

b) Karakteristične krivulje hlađenja

Dijagrami stanja legura potpune topivosti u tekućem stanju i djelomične topivosti u čvrstom stanju


12

1.11 Eutektički dijagrami stanja

Analiza skrućivanja legura u dijagramu stanja Pb-Sn

1.12 Eutektoidni dijagrami stanja

Opći oblik dijagrama dijagrama stanja s potpunom topivosti komponenata u primarnoj kristalizaciji i djelomičnom topivosti u sekundarnoj kristalizaciji

Dijagrami stanja legura s alotropskommodifikacijom tj. djelomičnom topivosti legirajućih elemenata pri sekundarnoj kristalizaciji u čvrstom stanju


13

1.13 Fe-C dijagram metastabilne kristalizacije

Shematski prikaz faza u dijagramu stanja metastabilno skrućenih legura željezo-ugljik

Mikrostrukturne faze(konstituenti):

F ... ferit (α’, αid)

A ... austenit (γ’, γe)

K ... karbid (cementit)

(Fe3C’, Fe3Ce,

Fe3C’’, Fe3Cid)

Pseudo faze (konstituenti):

L ... ledeburit (eutektik)

L = γe + Fe3Ce

P ... perlit (eutektoid)

P = αid + Fe3Cid

1.14 Mikrostrukturne faze metastabilno skrućenih Fe-C legura

Mikrostruktura metastabilno skrućenih legura željezo-ugljik (nagriženo 3%NITAL)

Fe-C legura s 0,8 %C

P = αid + Fe3Cid

Fe-C legura s 0,45 %C

F + P = α’ + (αid + Fe3Cid)Fe-C legura s 1,2 %C

K’’ + P = Fe3C’’+(αid + Fe3Cid)


14

1.15 Dodatna literatura


Documents

tehnički materijali 1.1