Post on 30-Nov-2015
description
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: darko.landek@fsb.hr
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
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
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
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
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)
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
5
1.5 Kristalni sustavi metala i legura
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
1.5 Kristalni sustavi metala i legura
Heksagonski kristalni sustav (Zn, Co, Cd)
Osnovna jedinična ćelija Gusto slagana heksagonska jedinična ćelija (HCP)
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
6
1.5 Kristalni sustavi metala i legura
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
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
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
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
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
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
9
1.9 Dijagrami stanja
Krivulje vrlo sporog hlađenja:
a) čistog metala b) legure
1.9 Dijagrami stanja
Konstrukcija binarnog dijagrama stanja
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
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)
1.10 Dijagrami stanja legura sa sustavom potpune topivosti
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)
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
11
1.10 Dijagrami stanja legura sa sustavom potpune topivosti
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
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
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
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
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)
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)
14
1.15 Dodatna literatura
TVZ - Mehatronika Ak.god. 20111/2012 Materijali i proizvodni postupci(podloge za predavanja)