16. NEŽELJEZNI METALI Tabela 16.1. Pregled i podjela neželjeznih metala

Grupe Hemijski simbol i redni broj Značajna karakteristika

Teški metali

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

40 Zr

42 Mo

41 Nb

73 Ta

74 W

51 Sb

30 Zn

48 Cd

50 Sn

80 Hg

82 Pb

83 Bi

Sa visokom tačkom topljenja Prelaz Sa niskom tačkom topljenja

Laki metali

22 Ti

4 Be

12 Mg

13 Al

20 Cd

3 Li

11 Na

19 K

55 Cs

Prelaz

Zemnoalkalni metali Alkalni metali

Plemeniti metali

47 Ag

78 Pt

79 Au

44 Ru

45 Rh

46 Pd

76 Os

77 Ir

Plemeniti metali

Ostali metali

31 Ga

49 In

52 Te

72 Hf

75 Re

57 La

58 Ce

59 Pr

80 Nd

90 Th

92 U

94 Pu

14 Si

32 Ge

Rijetki metali Rijetke zemlje Radioaktivni metali Poluprovodnici

• 45 metala se industrijski koristi,

• 25 od toga u velikim količinama,

• Bazni metali Pb, Cu, Zn, Sn, Al, Ti, Mg,

• Legirajuči dodatci čeliku: Cr, Co, Mn, Mo, W, Ni, V,

• Odnos željeznih i neželjeznih po količini 15:1,

• Odnos željeznih i neželjeznih po vrijednosti 1:1.

16.1. ALUMINIJUM I Al-LEGURE Aluminijum posjeduje kombinaciju svojstava koje ga čine krajnje podesnim inženjerskim materijalom. Temperatura topljenja aluminijuma je 660 °C. Aluminijum kristališe u kubnoj površinski centriranoj rešetki. Najvažnije svojstvo aluminijuma je njegova mala specifična gustina od 2,7 g/cm3. Aluminijum ima dobru električnu i toplotnu provodljivost, visoku korozivnu otpornost, jer se na njegovoj površini stvara tanak homogeni sloj aluminijum oksida Al2O3 koji ga štiti od daljih uticaja, otporan je na mnoge organske kiseline, posebno je otporan na azotnu kiselinu. Aluminijum je ne-toksičan. ne-magnetičan, ima dobru obradivost deformisanjem, obrada rezanjem je nešto otežana i dobro se zavaruje. Mehanička svojstva tehnički čistog aluminijuma (99,6%), u zavisnosti od stanja isporuke, data su tabeli 16.2

Tabela 16.2. Mehaničke osobine čistog Al (99,6%)

Žareno stanje Hladno deformisan (75%)

RM = 69 N/mm2 RP02 = 24 N/mm2 A5 = 42 % E = 70000 N/mm2

RM = 130 N/mm2 RP02 = 124 N/mm2 A5 = 6 % E = 70000 N/mm2

Tehnički čist aluminijum upotrebljava se za izradu konstrukcija i elemenata koji nisu jako opterećeni, kada se zahtjeva visoka plastičnost, dobra zavarljivost, visoka otpornost na koroziju, dobra električna i toplotna provodljivost. U mašinstvu najviše se koriste legure aluminijuma. 16.1.1. Dobijanje aluminijuma

Aluminijum je najzastupljeniji metalni element u zemljinoj kori i uvijek se nalazi u vezanom stanju sa drugim elementima kao što je željezo, kiseonik i silicijum. Boksit, koji se sastoji uglavnom od hidratisanog aluminijum-oksida, je glavni komercijalni mineral koji se koristi za proizvodnju aluminijuma. U Bayer-ovom procesu boksit reaguje sa natrijum-hidroksidom prevodeći aluminijum iz rude u natrijum-aluminat. Poslije odvajanja nerastvorenog materijala, aluminijum-hidroksid se taloži iz aluminatnog rastvora. Aluminijum-hidroksid se zatim zgušnjava i kalcinira u aluminijum-oksid, Al2O3. Aluminijum-oksid se rastvara u kupatilu od rastopljenog kriolita (Na3AlF6) i podvrgava elektrolizi u elektolitičkoj ćeliji, slika 16.1, koristeći ugljenične anode i ugljeničnu katodu. U procesu elektrolize obrazuje se metalni aluminijum u tečnom stanju koji se skuplja na dnu ćelije odakle se periodično ispušta. Dobijeni aluminijum ispušten iz ćelije obično sadrži od 99,5 do 99,9% aluminijuma sa željezom i silicijumom kao glavnim nečistoćama. Aluminijum iz elektrolitičkih ćelija se prenosi u velike peći obložene vatrostalnim opekama gdje se vrši njegova rafinacija prije livenja. Čisti legirajući elementi i prethodno proizvedeni ingoti sa glavnim legirajućim elementima mogu se takođe stopiti i mješati sa šaržom u peći. U operaciji rafinacije, tečni metal se obično pročišćava gasovitim hlorom radi uklanjanja rastvorenog gasovitog vodonika iza čega slijedi skidanje tečne površine metala radi uklanjanja oksidisanog metala. Poslije degazacije i skidanja, tečni metal se zaštiti i lije u blokove radi ponovnog topljenja ili u ingote kao što su ingoti za tanke limove i istiskivanje namjenjeni daljoj obradi deformisanjem.

Slika 16.1. Elektrolitička ćelija koja se koristi za dobijanje alumimjuma

16.1.2. Legure alumimijuma Aluminijum i njegove legure imaju osobine koje ih svrstavaju u izvanredne konstrukcione materijale koji se upotrebljavaju u različitim područjima primjene i za različitu namjenu. Dobre mehaničke osobine uz malu specifičnu masu, visoka koroziona postojanost, toplotna i električna provodljivost, omogućavaju upotrebu ovih materijala u različitim atmosferskim uslovima za krovove, fasade, okvire prozora i vrata, oplate transportnih vozila, kablove za prenos električne energije. U poređenju sa čelikom, odnos čvrstoća/težina kod aluminijuma i njegovih legura je mnogo veći, što opredjeljuje izbor ovih materijala u slučajevima kada je faktor težine važan, na primjer u vazduhoplovstvu. Pored toga, aluminijum i aluminijumske legure se koriste za izradu raznih rezervoara, cijevi, izmjenjivača toplote, cijevi koje se koriste za cjevovode u morskoj vodi, a veliku primjenu nalaze i u prehrambenoj industriji. Legure aluminijuma se dijele na dvije grupe: legure za gnječenje i legure za livenje. Familije ovih legura su prikazane na slici 16.2. Legure za gnječenje su legure koje se oblikuju plastičnom deformacijom i razlikuju se od legura koje se oblikuju livenjem. Unutar svake grupe može se izvršiti podjela na još dvije podgrupe: na legure koje ojačavaju termičkim taloženjem, i legure koje ne ojačavaju taloženjem, već rastvarajućim, deformacionim i disperzionim ojačavanjem. Efekti tih ojačavanja su prikazani u tabeli 16.3.

Slika 16.2. Familije legura aluminijuma:

a) legure za gnječenje b) legure za livenje

Osnova Gl. legir. element

Familija Podjela Osnova Gl. legir. element

Familija Podjela

Al

Mn

Si

Mg

Cu

Zn

AlMn AlSi

AlMgMn AlMg

Nekaljive

Al

Si

Cu

Mg

Ni

Zn

Ti

Cr

AlSi

AlSiCu

AlMg

Nekaljive

AlMgSi AlCuMg AlSiCu

AlZnMg AlZnMgCu

Klajive

AlSiMg

AlSiNiCuMg

AlZnMgCr

AlCuTiMg

Kaljve

Tabela 16.3. Efekti mehanizama ojačavanja

Materijal i način ojačavanja RM (Mpa) RP02 (Mpa) Izduženje A (%)

Rastvarajuće Al-1,2%Mn 110 41 35

Disperziono (Al-5%Mg) 290 152 35

Taložno (Al-5,6%Zn-2,5%Mg) 572 503 11

16.1.2.1. Legure aluminijuma za plastičnu preradu koje se termički obrađuju Legure aluminijuma za plastičnu preradu koje se termički obrađuju jesu legure koje taložno ojačavaju. U ovu grupu spadaju familije legura: Al-Cu, Al-Mg-Si, Al-Mg-Zn. Prije razmatranja strukture, svojstava i primjene ovih legura aluminijuma, objasniće se proces taložnog ojačavanja, koji se koristi za povećanje čvrstoće ovog tipa legura. Cilj taložnog ojačavanja je stvaranje, u termički obrađivanoj leguri, gusto i fino raspoređenih taložnih čestica u matrici deformabilnog metala. Taložne čestice služe kao prepreka kretanju dislokacija zbog čega dolazi do ojačavanja termički obrađivane legure. Proces taložnog ojačavanja objasniće se na primjeru legure Al - 4% Cu ukazujući na promjene u strukturi i tvrdoći za vrijeme procesa. Proces taložnog ojačavanja sastoji se iz tri faze, slika 16.2. Prva faza: rastvarajuće žarenje. Legura se zagrijava do temperature iznad solvus linije i drži na toj temperaturi dok se ne dobije homogeni α-čvrsti rastvor. U ovoj fazi razlaže se θ-faza (CuAl2) i uklanja se svaka segregacija prisutna u leguri. Za leguru Al - 4% Cu temperatura zagrijavanja je 500 - 548 °C.

Druga faza: hlađenje. Poslije rastvarajućeg žarenja struktura legure sadrži samo α-čvrsti rastvor koji se brzo hladi u vodi na sobnoj temperaturi. Ovim brzim hlađenjem spriječava se stvaranje stabilne θ-faze. Poslije hlađenja, struktura legure sastoji se samo iz α-čvrstog rastvora koji je prezasićen čvrsti rastvor, a to je jedna nestabilna struktura.

Treća faza: Starenje. Poslije kaljenja legura se izlaže procesu starenja držanjem na sobnoj temperaturi nekoliko dana (prirodno starenje) ili na povišenoj temperaturi 10-24 sati (vještačko starenje). Temperatura zagrijavanja α-prezasićenog čvrstog rastvora, pri vještačkom starenju je ispod solvus linije.

Slika 16.2. Dijagram stanja Al-Cu sa prikazom tri faze taložnog ojačavanja

U procesu starenja razlaže se α-prezasićeni čvrsti rastvor, što ojačava leguru. Razlaganje α- čvrstog rastvora protiče u nekoliko faza u zavisnosti od temperature i vremena starenja. Pri prirodnom starenju na 20 °C ili nisko temperaturnom vještačkom starenju na 100-150 °C ne zapaža se razlaganje α-čvrstog rastvora sa izdvajanjem suvišne faze. Pri ovoj tempraturi rastvoreni atomi bakra premještaju se unutar kristalne rešetke α-čvrstog rastvora na sasvim mala rastojanja, formirajući veoma tanke zone oblika diska – zone Gini-Prestona (GP zone), debljine 0,5-1 nm i prečnika 8-10 nm, manje ili više ravnomjerno raspoređenih u oblasti svakog kristala. GP-I zone su koherentne sa rešetkom matrice, jer su atomi bakra samo izmjenjali mjesta sa atomima aluminijuma u rešetki. Dužim držanjem na 100-150 °C, dolazi do difuzije veće količine atoma bakra i obrazovanja GP-II zone, disperznih čestica međufaze θ'-faze. Ova međufaza se ne razlikuje po hemijskom sastavu od stabilne θ-faze (CuAl2), ali ima različitu kristalnu rešetku. θ'-faza polukoherentno je vezana sa α-čvrstim rastvorom.

Kod koherentne faze sačuvan je kontinuitet veze u svim čvorovima rešetke između matrice i izdvojenog područja. Kod polukoherentne faze imamo kontinuiranu vezu sačuvanu samo djelimično na određenom broju čvorova rešetke, dok je na drugim mjestima veza dislokacijski prekinuta. Kod nekoherentnih veza imamo dvije različite rešetke, pa praktično ne postoji veza između matrice i izdvojene faze.

Povećanjem temperature 200-250 °C dolazi do sjedinjavanja nestabilne faze u veće agregate i obrazovanja stabilne θ-faze (CuAl2). Ovo sjedinjavanje ima posljedicu pretkid veza između matrice i stabilne θ-faze, pa se tako dobija nekoherentna faza, slika 16.3.

Slika 16.3. Faze razlaganja prezasićenog čvrstog rastvora bakra u aluminijumu: koherentna, polukoherentna i nekoherentna faza

Redoslijed izlučivanja koherentnih, polukoherentnih i nekoherentnih - stabilnih faza u procesu vještačkog starenja legure Al - 4% Cu, koja taložno ojačava može se pretstaviti:

αprezasićen → α + GP-I → α + GP-II → α + θ' → α + θ

Ova šema razlaganja prezasićenog čvrstog rastvora legure Al-Cu može se primjeniti i na druge legure, razlika je samo u tome što je kod različitih legura različit sastav i građa zona, kao i faza koje se obrazuju.

Svojstvo termički obrađivanih legura zavise od temperature i vremena procesa starenja. Napon tečenja RpO2 za leguru Al - 4% Cu, za različite temperature vještačkog starenja, prikazan je na dijagramu napon tečenja - vrijeme starenja, slika 16.4. Za temperaturu starenja od 260 °C proces razlaganja prezasićenog čvrstog rastvora ide veoma brzo od stvaranja malih GP-I i GP-II zona do θ'-faze. Čvrstoća raste i dostiže maksimum već poslije manje od 0,1 sata. Ukoliko leguru i dalje držimo na temperaturi starenja, dolazi do pregrijavanja, tj. formiranja stabilne θ-faze i pada čvrstoće.

Slika 16.4. Uticaj temperature i vremena trajanja procesa starenja

Za niže temperature starenja 150aluminijuma, vrijeme starenja je nešto duže, ali se doujednačenija svojstva po poprečnom presjeku. Vještački starene legure obično se mogu koristiti u eksploataciji samo do maksimalnih temperatura starenja, jer u protivnom dolazi do prestarijevanja i pada vrijednosti čv Legure sistema Al-Cu. Glavni legirajući element ove familije legura je bakar. Veliki broj legura ove familije pored bakra sadrži i magnez Jedna od najviše upotrebljavanih legura ove duraluminijum (3,8-4,5%Cu, 0,4postiže se rastvarajućim ojačavanjem i termičkom obradom taložnog ojačavanja izlučuje se intermetalDuraluminijum se poslije kaljenja izlaobezbjeđuje veća otpornost na koroziju, ili vještačkom starenju na 185se za izradu dijelova konstrukcijaa gdje se ne zahtijeva veća otpornost na koroziju. Ove legure se najviše upotrebljavaju u avio industriji za izradu elemenata vazduhoplova. Legure sistema Al-Mg-Si. Osnovni legirajusilicijum. Ova kombinacija legirajućih elemenata gradi intermetalno jedinjenje Mgizlučuje u procesu taložnog ojačavanja. Ove legure su pogodne za ojačavanje termičkom obradom i prirodnim ili vještačkim starenjevrijednosti čvrstoće u odnosu na duraluminijum. Ukaljene i prirodno starene legure imaju atmosferilija i koroziji. Pogodne soksidišu i tvrdo anodiziraju. Dobro Legure iz ove familije AIMgSi0,3, proizvodnju dijelova koji se dijelove vozila, u prehrambenoj industriji, mašinogradnji,opterećene konstrukcije. Legure AlMgSiCu i AlMg1SiCupolufabrikata (limovi, profili, cijevi),pneumatskih i hidrauličkih cilindara,

Uticaj temperature i vremena trajanja procesa starenja

na napon tečenja legure Al-4%Cu

starenja 150-190 °C, koje se uglavnom koriste za veći aluminijuma, vrijeme starenja je nešto duže, ali se dobijaju optimalne vrijednosti čvrstoće i ujednačenija svojstva po poprečnom presjeku. Vještački starene legure obično se mogu koristiti u eksploataciji samo do maksimalnih temperatura starenja, jer u protivnom dolazi do prestarijevanja i pada vrijednosti čvrstoće i tvrdoće.

Glavni legirajući element ove familije legura je bakar. Veliki broj legura bakra sadrži i magnezijum i manje količine drugih elemenata (Mn, Si, Fe).

še upotrebljavanih legura ove familije je legura poznata pod nazivom 4,5%Cu, 0,4-1%Mg, 0,3-0,9%Mn i 0,2-0,8%Si). Ojačavanje ove legure

postiže se rastvarajućim ojačavanjem i termičkom obradom - taložnog ojačavanja. U procesu taložnog ojačavanja izlučuje se intermetalno jedinjenje Al2CuMg, kao ojačavajuća faza.

poslije kaljenja izlaže se prirodnom starenju (4-5 dana), čime se uje veća otpornost na koroziju, ili vještačkom starenju na 185 - 195 °C.

za izradu dijelova konstrukcija povećane čvrstoće i izloženih promjenljivim opterećenjima, a gdje se ne zahtijeva veća otpornost na koroziju. Ove legure se najviše upotrebljavaju u avio industriji za izradu elemenata vazduhoplova.

Osnovni legirajući elementi ove familije legura su magnezijum i silicijum. Ova kombinacija legirajućih elemenata gradi intermetalno jedinjenje Mgizlučuje u procesu taložnog ojačavanja. Ove legure su pogodne za ojačavanje termičkom obradom i prirodnim ili vještačkim starenjem. Imaju srednje visoku čvrstoću, nešto vrijednosti čvrstoće u odnosu na duraluminijum. U mekom stanju se dobro oblikuju, a

legure imaju ograničeno oblikovanje. Otporne su prema uticajima Pogodne su za obradu na automatima. Legure se dobro anodno

Dobro se zavaraju.

AIMgSi0,3, AlMgSi0,5, AlSi0,7Mg i AlSi1Mg upotrebljavaju se za se oblikuju savijanjem, za izradu dijelova za bijelu tehniku,

prehrambenoj industriji, mašinogradnji, brodogradnji,Legure AlMgSiCu i AlMg1SiCu upotrebljavaju se za izradu raznih

(limovi, profili, cijevi), u građevinarstvu, za noseće konstrukcije,atskih i hidrauličkih cilindara, za auto-industriju za izradu vagona i slično

Uticaj temperature i vremena trajanja procesa starenja

190 °C, koje se uglavnom koriste za veći broj legura bijaju optimalne vrijednosti čvrstoće i

ujednačenija svojstva po poprečnom presjeku. Vještački starene legure obično se mogu koristiti u eksploataciji samo do maksimalnih temperatura starenja, jer u protivnom dolazi do

Glavni legirajući element ove familije legura je bakar. Veliki broj legura ijum i manje količine drugih elemenata (Mn, Si, Fe).

poznata pod nazivom čavanje ove legure

taložnog ojačavanja. U procesu kao ojačavajuća faza.

5 dana), čime se 195 °C. Upotrebljava

povećane čvrstoće i izloženih promjenljivim opterećenjima, a gdje se ne zahtijeva veća otpornost na koroziju. Ove legure se najviše upotrebljavaju u avio

e familije legura su magnezijum i silicijum. Ova kombinacija legirajućih elemenata gradi intermetalno jedinjenje Mg2Si koje se izlučuje u procesu taložnog ojačavanja. Ove legure su pogodne za ojačavanje termičkom

m. Imaju srednje visoku čvrstoću, nešto manje mekom stanju se dobro oblikuju, a

. Otporne su prema uticajima obradu na automatima. Legure se dobro anodno

Mg upotrebljavaju se za a za bijelu tehniku, za

brodogradnji, za statički upotrebljavaju se za izradu raznih

konstrukcije, za dijelove izradu vagona i slično.

Legure sistema Al-Mg-Zn. Legure iz ove familije odlikuju se visokom čvrstoćom, ali smanjenom plastičnošću. Osnovni legirajući elementi ove familije legura su cink, magnezijum i bakar. Cink i magnezijum grade intermetalno jedinjenje MgZn2, koje se izlučuje i taložno ojačava leguru. Relativno velika rastvorljivost cinka i magnezijuma u rešetki aluminijuma omogućava stvaranje veće gustine taložnih čestica i otuda ove legure imaju visoku čvrstoću, ali se smanjuje plastičnost i otpornost na koroziju. U poređenju sa duraluminijumom ove legure imaju nešto veću osjetljivost na koncentraciju napona i smanjenu otpornost na naponsku koroziiu. Legure iz ove familiie pogodne su za ojačavanje termičkom obradom sa prirodnim ili vještačkim starenjem. Dobro se zavaruju. 16.1.2.2. Legure aluminijuma za livenje Legure aluminijuma za livenje imaju nisku temperaturu topljenja, dobru tečljivost, tj. sposobnost da rastopljeni metal popuni šupljine u kalupu bez preranog očvršćavanja, dobru livkost što podrazumijeva odlivke bez grešaka (bez usahlina, mala sklonost ka obrazovanju toplih prslina i poroznosti), a sve to u kombinaciji sa širokim opsegom mehaničkih svojstava i dobrom otpomošću na koroziju. Legure aluminijuma dobro se liju u pješčanim kalupima, metalnim kalupima (kokile) i pod pritiskom. Mnogi odlivci od legura aluminijuma za livenje mogu se termički obrađivati u zavisnosti od svojstava koja se žele postići: prirodno starenje, žarenje, kaljenje i vještačko starenje. Najviše upotrebljavane legure aluminijuma za livenje su: legure Al-Si, koje se dopunski mogu legirati sa manjim količinama Mg i Cu, zatim Al-Cu dodatno legirane sa Mn i Ni i legure sistema Al-Mg, dodatno legirane sa Si. Za smanjenje veličine metalnog zrna, a u cilju povećanja mehaničkih svojstava legure se modificiraju Ti, Zn, Ni i dr. Mehanička svojstva odlivaka od legura aluminijuma za livenje navedena su u tabeli 16.4.

Tabela 16.4. Mehanička svojstva odlivaka od legura aluminijuma za livenje

Oznaka legure Napon tečenja, RP02 (N/mm2)

Zatezna čvrstoća, Rm (N/mm2)

Kontrakcija A%

HB

AlSi 12.01 AlSi 12.63 AlSi 12.05

70-100 80-110

140-180

160-210 160-210 220-280

5-10 6-12 1-3

45-60 45-60

60-100

AlSi5Mg.01 AlSi5Mg.61 AlSi5Mg.02

100-130 150-180 120-160

140-180 180-250 160-200

1-34 2-5

1,5-4

55-70 70-85 60-75

AISi10Mg.01 AISi10Mn.81

80-100 180-260

170-220 200-320

2-8 1-4

50-60 80-110

AISi12Cu.01 AISi6Cu4.01 AlSi8Cu3.01 AlSi8Cu3Fe.05 AISi12CuFe.05

80-100 100-150 100-150 160-240 140-200

150-220 160-200 160-200 240-310 220-300

1-4 1-3 1-3

0,5-3 1-3

50-65 65-90 65-90

80-120 60-100

AICu4MgTi.61 AlCu4MgTi.62

220-280 220-300

300-400 320-420

5-15 8-18

90-115 95-115

AIMg3Si.01 AIMg3Si.81 AlMg5Si.01 AIMg5Si.02

80-100 120-160 110-130 110-150

140-190 200-280 160-200 180-240

3-8 2-8 2-4 2-5

50-60 65-90 60-75 65-85

Legure sistema Al-Si. Ove legure nazivaju se zajedničkim imenom silumini. Osnovni legirajući element je silicijum. Silumini sadrže 5 - 13,5% Si. S obzirom na procenat silicijuma, a prema ravnotežnom dijagramu stanja Al-Si, to su nadeutektičke legure koje sadrže veliku količinu eutektika koji obezbjeduje leguri visoku tečljivost i livkost. Silumini AISi12 liju se u pijesku, kokilama i pod pritiskom. To su eutektičke legure koje sadrže od 11-13% Si, sa strukturom koja se sastoji iz razdvojenog igličastog eutektikuma (α+Si) i primarnih kristala silicijuma. Ovakva struktura ima slaba mehanička svojstva. Da bi se popravila mehanička svojstva silumini se modificiraju dodavanjem 0,05-0,8% Na u rastopljeni metal, neposredno pred izlivanje u kalupe. U prisustvu natrijuma, u leguri dolazi do snižavanja eutektičke temperature na 564 °C, a eutektička koncentracija se pomjera na 14% Si, slika 16.5. Nadeutektička legura sa 12% Si postaje podeutektička legura. Mikrostruktura legure sadrži kristale α-čvrstog rastvora i eutektikuma (sitni kristali β-Si + α-čvrsti rastvor). Ovako dobijena struktura utiče na povećanje mehaničkih svojstava. Odlivci od silumina AlSi12 ne mogu se termički obrađivati - taložno ojačavati. Primjenjuju se za tankozidne odlivke široke upotrebe. Podnose srednja opterećenja i dobro su hemijski postojani.

Slika 16.5. Ravnotežni dijagram stanja legure Al-Si

Silumini AlSi5Mg i AlSi1OMg sa sadržajem 5-11% Si dodatno su legirani sa manjim količinama magnezijuma (0,3-1%), mogu se ojačavati pored modificiranja i taložnim ojačavanjem sa izdvajanjem ojačavajuće faze Mg2Si. Legura AlSi5Mg lije se u pijesku i kokilama, a koristi se za odlivke motora, u industriji prehrambenih proizvoda, hemijskoj industriji i elektro-industriji. Legura AlSi10Mg lije se u pijesku, kokilama i pod pritiskom, a upotrebljava za tankozidne odlivke široke upotrebe. Podnosi veća opterećenja i ima veću tvrdoću. Silumini AlSi12Cu, AlSi6Cu4 i AlSi8Cu3, dodatno legirani sa bakrom (1-4%) mogu se taložno ojačavati sa izdvajanjem ojačavajuće faze CuAl2. Legura AlSi12Cu lije se u pijesku i kokilama, koristi se za tankozidne odlivke široke upotrebe. Podnosi srednja opterećenja i ima slabu hemijsku postojanost. Legure AlSi6Cu4 i AlSi8Cu3 liju se u pijesku, kokilama i pod pritiskom. Namjenjene su za široku upotrebu naročito za dijelove izložene višim temperaturama. Legure sistrema Al-Cu. Ovom sistemu legura za livenje pripada legura AlCu4MgTi. Legura sadrži 4-5% Cu i manje količine magnezijuma i titana. Prisustvo titana obezbjeđuje sitnija metalna zrna. Poslije termičke obrade legura ima visoka mehanička svojstva, posebno na

povišenim temperaturama. Legura je sklona krtom lomu zbog prisustva izlučenih čestica intermetalnih jedinjenja CuAl2 i Al7Cu2Fe na granicama metalnih zrna. Zbog toga legura se koristi u kaljenom stanju, jer su tada intermetalna jedinjenja prevedena u čvrsti rastvor. Ako se želi povećati čvrstoća, legura se dodatno vještački stari na temperaturi od 150 °C u trajanju 2-4 sata. Odlivci se dobro obrađuju rezanjem, ali imaju slabu otpornost na koroziju, pa se moraju naknadno zaštititi. Legura se lije u pijesku i kokilama, a posjeduje slaba livačka svojstva (veliko skupljanje, sklonost ka stvaranju toplih prslina), zbog čega se upotrebljava za odlivke manjih dimenzija i jednostavnih oblika, a gdje se zahtjeva visoka tvrdoća HB 100-130. Legure sistema Al-Mg. Legure aluminijuma za livenje legirane sa magnezijumom AlMg3 i AlMg10 imaju loša livačka svojstva, dobro se obrađuju rezanjem, imaju dobru otpornost na koroziju i dobra mehanička svojstva, koja se mogu povećati dodavanjem male količine Ti i Mn. Struktura legura se sastoji iz α-čvrstog rstvora i grubih čestica intermetalnog jedinjenja Al3Mg2 raspoređenih na granicama metalnih zrna. Legure se termički obrađuju, tako što se na temperaturi kaljenja drže 10-20 sati, da se čestice Al2Mg3 potpuno rastvore u α-čvrstom rastvoru, kako bi se poslije kaljenja dobio jednorodni čvrsti rastvor. Legura AIMg3 lije se u pijesku, kokilama i pod pritiskom za izradu dekorativnih dijelova, i hemijski je otporna u morskoj vodi. Legura AlMg10 lije se pod pritiskom. Koristi se za dekorativne dijelove i hemijski je vrlo postojana. Od ove legure izrađuju se svjetiljke automobila i dr. Legure AlMg3Si1 i AlMg5Si, dodatno su legirane sa ~1.5% Si sa ciljem popravljanja livačkih svojstava. Legura AlMg3Si lije se u pijesku i kokilama, ima dobru livkost i postojanost na povišenim temperaturama, hemijski je otporna u morskoj vodi. Koristi se za livenje dekorativnih dijelova. Legura AlMg5Si lije se u pijesku i kokilama, posjeduje dobru livkost i upotrebljava se za izradu odlivaka visoke tvrdoće i postojanih na morsku vodu.

Tabela 16.5. Svojstva i upotreba osnovnih Al-legura Oznaka grupe Al- legura

Svojstva i tehnološka prerada Upotreba

Al-Mn Visoka otpornost na koroziju ali slabija mehanička svojstva. Prerada gnječenjem. Nepodesna za termičku obradu

Za industrijske i kuhinjske uređaje i posuđe, krovove i ambalažu.

Al-Mg (Al-Mg, Al-Mg3, Al-Mg7)

Postojanost na koroziono dejstvo morske vode. Ako sadrže više Al imaju veću zateznu čvrstoću. Mogu se liti i gnječiti ali ne i termički obrađivati.

U brodogradnji, za brodsku opremu i ribarstvo, za hemijsku industriju, za hidroavione.

Al-Mg-Si

Srednje dobra mehanička svojstva, termička obradivost i vrlo izražena otpornost na koroziju. Mogućnost prerade gnječenjem i livenjem.

Za putna i šinska vozila, u brodogradnji, za mašinske dijelove, u građevinarstvu.

Al-Si (uz male dodatke Mg, Cu i Ni)

Otpornost na trošenje i mali koeficijent toplotne dilatacije. Mogu se liti i termički obrađivati.

Za izradu klipova motora SUS.

Al-Cu Poboljšana mehanička svojstva i svojstva termičke obrade ali uz smanjenu antikorozivnost. Prerađuju se gnječenjem.

Kao predlegure.

Al-Cu-Mg Al-Cu-Si Al-Cu-Mn

Legure najboljih mehaničkih svojstava, koje se mogu termički obrađivati i prerađivati livenjem, a Al-Zn-Mg legure i gnječenjem. Sklone su koroziji.

Za izradu dijelova aviona i drugih vozila podvrgnutih visokim naprezanjima.

16.2. TITAN I Ti-LEGURE Titan je metal srebrenaste boje, male specifične težine, koji do 885 °C ima gusto složenu heksagonalnu kristalnu rešetku, a iznad te temperature prostorno centriranu kubnu rešetku. Promjena zapremine pri ovoj transformaciji je neznatna, svega 0,1 %, pa radi toga brzina hlađenja nema uticaja na formiranje α rešetke iz čega proizilazi da se komercijalni titan ne može termički obrađivati. Njegove fizičke osobine se znatno razlikuju od fizičkih osobina najčešće korištenih komercijalnih metala. Tipične osobine titana jesu:

• visoka tačka topljenja,

• velika otpornost na koroziju u oksidirajućim sredinama,

• dobre mehaničke osobine,

• mala specifična težina. Zahvaljujući tim osobinama više od 70% svjetske proizvodnje titana troši se u avionskoj i raketnoj industriji, uglavnom zbog vrlo povoljnog odnosa težine i čvrstoće. Od titana se izrađuju prvenstveno rotori gasnih turbina i kompresora, ramovi mlaznih motora, zavrtnji i drugi mašinski elementi u vazduhoplovstvu. Zbog svojih visokih antikorozionih osobina titan se koristi u hemijskoj industriji za izradu koroziono opterećenih posuda i cjevovoda. On je posebno otporan na oksidirajuće medije, klor i njegove spojeve, pa se mnogo koristi u PVC - industriji, industriji papira i tekstila i kod prerade morske vode. Samo relativno visoka cijena ograničava njegovu veću upotrebu, ali ipak trend potrošnje titana u svijetu je vrlo visok. Danas se u svijetu proizvodi čisti titan i titan trgovačkog kvaliteta. Industrijski čisti titan - komercijalni titan, koji može biti niske i visoke čvrstoće. Fizičke osobine čistog titana:

• atomska težina: 47,9

• specifična gustoća: 4,54 g/ cm3

• temperatura topljenja: 1.820 °C

• tačka ključanja: 3.200 °C

• električna provodljivost: 2,38 m/Qmm2 Tabela 16.6. Mehaničke osobine čistog titana (sa 99,9% Ti) kao i komercijalnog

Osobina Čisti titan 99,9 % Komercijalni titan

niske tvrdoće visoke tvrdoće Zatezna čvrstoća N/mm2 200-300 450-550 600-700 Granica razvlačenja N/mm2 120-180 300-400 500-600 Modul elastičnosti N/mm2 110.000 110.000 110.000 Modul klizanja N/mm2 45.000 45.000 45.000 Izduženje % 40-60 20-30 20-25 Redukcija presjeka % 70-90 40-70 40-50 Tvrdoća HV 80-100 160-180 200-220

Dok je čisti titan sa 99,9% Ti relativno mekan i elastičan, pa radi toga nepodesan za određene konstrukcije, titan komercijalnog kvaliteta znatno je čvršći i predstavlja vrlo dobar konstrukcioni materijal. Mehaničke osobine komercijalnog titana u velikoj mjeri zavise od količine intersticijskih legirajućih elemenata kao što su ugljik, kisik i azot. Sa specifičnom gustoćom od 4,5 g/cm3 titan spada u lake metale dok je po toplotnim i električnim osobinama najbliži nerđajućim čelicima. Titan je nemagnedčan. Modul elastičnosti kod titana je dvostruko manji nego kod željeza, ali znatno veći nego kod aluminija i magnezija, poslije

željeza, najčešće korištenim metalima. Nizak koeficijent toplotnog širenja omogućuje njegovu primjenu u konstrukcijama gdje se periodično javljaju temperaturna kolebanja. Titan ima znatno bolji odnos trajne dinamičke čvrstoće prema zateznoj čvrstoći od čelika i legura Al (0,75 : 0,5 : 0,3 kod proba bez zareza). Trajna dinamička čvrstoća titana se kod niskih temperatura povećava. Na povišenim temperaturama, izmedju 150 i 400 °C, titan ima izuzetno dobre mehaničke osobine, međutim u temperaturnom intervalu od 450 do 550 °C čvrstoća brzo opada. Električna i toplotna provodljivost su prilično niske, te je nepogodan u primjeni na objektima gdje se zahtijeva toplotna ili električna provodljivost. Karakteristična osobina titana kod povišenih temperatura (iznad 400 °C) je da prima veće količine N, O i H sa kojima stvara intersticijske čvrste rastvore. Već količine iznad 0,6% ovih elemenata znatno smanjuju žilavost i plastičnost titana. Pošto rastvorljivost plinova u titanu zavisi od temperature, oblikovanja gnječenjem u vrućem stanju, kao i termička obrada titana i Ti-legura se mora izvršiti na što nižim temperaturama. Tako se vruća plastična prerada izvodi samo nešlo iznad temperature rekristalizacije izmedju 600 i 800 oC (niže nego kod čelika, iako je Tt titana 1.820 °C). Pošto titan burno reaguje sa vatrostalnim materijalima i drugim materijalima sa višom tačkom topljenja, ne može se liti u kalupe od pijeska ili u kokile uobičajenim metodama. Kod oblikovanja titana i Ti-legura rezanjem mora se raditi sa malim brzinama rezanja i sa intenzivnim hlađenjem, radi loše toplotne provodljivosti tih legura. Alati kod rezanja titana i Ti-legura izloženi su jakim pritiscima i temperaturnim naprezanjima. 16.2.1. Tehničke legure titana U svijetu se danas proizvodi oko 30 tipova titanovih legura koje se mogu podijeliti prema strukturi u legure sa α, β i α+β strukturom, ili prema stepenu legirajućih elemenata i mehaničkim osobinama u četiri grupe i to:

• Četiri do pet kvaliteta komercijalnog - tehnički čistog titana sa zateznom čvrstoćom od 250 do 550 N/mm2. Razlika među ovim kvalitetima je samo u stepenu onečišćenja sa intersticijski elementima C, O i N. Ova grupa titanovih legura ima α - strukturu;

• Legure sa 0,15% paladijuma sa Rm = 400 N/mm2 sa α - strukturom;

• Legure na bazi aluminija i kalaja sa Rm = 850 N/mm2;

• Legure na bazi vanadija i aluminija sa α+β - strukturom i Rm= 900 - 2000 N/mm2. Legiranjem se može čvrstoća titana povećati preko 1000 N/mm2, a kod legura koje se mogu termički očvršćavati i daleko više. Legiranjem se može znatno povećati čvrstoća kod povišenih temperatura (do 500 oC) kao i vremenska čvrstoća. Legure grupa 3 i 4 sa niskim sadržajem intersticijskih legirajućih elemenata su pogodne za rad kod niskih temperatura. Od svih titanovih legura najviše se proizvode Ti-Al-V legure. U USA gdje se oko 90% titana troši u avionskoj i kosmičkoj tehnici 64% su legure TiAl6V4, oko 16% čisti i komercijalni ritan, dok ostatak od 20% otpada na ostale legure.

16.3. NIKLI Ni-LEGURE Nikl je metal srebrenasto bijele boje, ima relativno visoku specifičnu gustinu od 8,9 g/cm3 i temperaturu topljenja 1.453 °C. Nikl kristališe u kubnoj površinski centriranoj rešetki koja mu obezbjeđuje visoku sposobnost oblikovanja. Nikl ima dobru toplotnu i električnu provođljivost, magnetičan je do temperature od 360 °C, a preko ove temperature je nemagnetičan. Tehnički čist nikl, zbog svoje visoke otpornosti na koroziju, upotrebljava se za izradu komponenata mašina i uređaja u hemijskoj, prehrambenoj i procesnoj industriji, kao i za komponente u aerokosmonautici i elektronici. Nikl se upotrebljava kao legirajući elemenat u mnogim legurama, jer ima velikog uticaja na povećanje čvrstoće žilavosti i otpornosti na koroziju. Najveći praktični značaj nikl ima preko svojih vatrootpornih legura. 16.3.1. Legure nikla Legure nikla posjeduju visoku čvrstoću i otpornost na koroziju na povišenim temperaturama. Osnovni legirajući elementi u legurama nikla su: Cr, Co i Mo. Dodavanjem i drugih elemenata, kso što su Al, Cu, Ti i Fe, može se uticati na ponašanje legura nikla u pogledu obrade rezanjem, obrade deformisanjem, livenja i zavarivanja. Legure nikla mogu se ojačavati deformacijom i taložno. Za neke najviše upotrebljavane legure nikla u tabeli navedena su mehanička svojstva, hemijski sastav i primjena. Monel 400, je jednofazna legura Ni-Cu za plastičnu preradu, koja ima relativno visoku vrijednost čvrstoće, izvanrednu otpornost na koroziju u mnogim sredinama i dobro se zavaruje. Deformaciono ojačava. Monel K500, je višefazna legura Ni-Cu, dodatno legirana sa 3% Al i 0,5% Ti. Namijenjena je za plastičnu preradu, ima povećanu čvrstoću i taložno ojačava, kao i legura Duranikl 301, legura Ni-Al-Ti. Inconel 600, jednofazna legura Ni-Cr za plastičnu preradu, posjeduju visoku čvrstoću i može da se deformaciono ojačava. Hastelloy, je legura Ni-Mo-Cr, koja ima dobru otpornost na koroziju i visoku čvrstoću na povišenim temperaturama. Ove legure se upotrebljavaju za plastičnu preradu i za livenje. Hastelloy legure za livenje imaju veću krtost, ali imaju veću dugotrajnu čvrstoću i vatrootpornost u odnosu na legure za plastičnu preradu. Nihrom, je legura Ni-Cr-Fe, visoke električne otpornosti, a Invar je legura Fe-Ni, koja ima relativno malu osjetljivost na temperaturne promjene. Legure nikla za livenje su slične legurama za plastičnu preradu izuzev legura Monel 505 i Inconel 705 koje sadrže 4-6% Si, koji gradi tvrdo intermetalno jedinjenje Ni3Si. Ovako disperzno ojačani odlivci mogu se dalje taložno ojačavati. Pošto imaju veoma malo izduženje od ~ 3 % ove legure se ne mogu obrađivati deformisanjem.

Tabela 16.7. Hemijski sastav, mehaničke osobine i primjena najvažnijih Ni-legura

Naizv legure Hemijski

sastav RM

MPa RP02 MPa

A %

Primjena

Monel 400 66%Ni 32%Cu

496-828 241-759 8-42 Proizvodnja mašina za rezanje navoja, vodomjera.

Inconel 600 78%Ni 15%Cr 7%Fe

690-1035 345-862 15-35

Dijelovi gasnih turbina, oprema za termičku obradu, dijelovi za elektroniku i nuklearne reaktore.

Duranikl 301 94%Ni 4,5%Al 0,5%Ti

725-1380 290-1242 8-40 Opruge, alati za plastiku, kalupi sa staklom, membrane.

Monel K500

65%Ni 2,8%Al 0,5%Ti 30%Cu

670-1276 358-1070 7-35 Vratila pumpi, ventili za paru, opruge.

Haslelloy C-4 60%Ni 15%Cr

Mo 758 400 54

Visoka toplotna stabilnost, otporan na naponsku koroziju.

Monel 1411 64%Ni 32%Cu 1,5%Si

530 262 35 Dijelovi opreme za papirnu industriju.

Inconel 610

68%Ni 15%Cr 10%Fe 2%Nb

565 262 20 Dijelovi opreme za mljekare.

Monel 505 63%Ni 29%Cu 4%Si

876 670 3 Sjedišta ventila.

Inconel 705

68%Ni 15%Cr 9%Fe 6%Si

760 655 3 Sabirni vodovi izduvnih gasova.

16.4. BAKAR I Cu -LEGURE Bakar je metal koji se široko upotrebljava kao čist metal i u kombinaciji sa drugim metalima u obliku legura. Bakar je metal crvenkaste boje. Temperatura topljenja mu je 1.083 °C. Bakar kristališe u kubnoj površinski centriranoj rešetki. Ima relativno visoku vrijednost specifične gustine od 8,94 g/cm3. Bakar ima visoku električnu i toplotnu provodljivost koje zavise od njegove čistoće i stanja. Bakar posjedite dobru u otpornost na koroziju u običnim atmoslerskim uslovima, slatkoj i morskoj vodi i drugim agresivnim sredinama, ali je neotporan na organske kiseline, amonijak i gasove koji sadrže sumpor. Bakar se dobro obraduje deformacijom, loše se obrađuje rezanjem i ima loša livačka svojstva (rastopljen lako rastvara gasove pa odlivci poslije očvršćavanja ostaju porozni i imaju veliko skupljanje). Mehanička svojstva tehnički čistog bakra (99,9%) u žarenom stanju i hladno deformisanog bakra data su u tabeli16.8: Tabela 16.8. Mehaničke osobine bakra

Tehnički čisti bakar (99,9%) Hladno deformisan bakar

RM = 220 N/mm2 RP02 = 33 N/mm2 A5 = 45 % E = 115000 N/mm2

RM = 345 N/mm2 RP02 = 310 N/mm2 A5 = 6 % E = 115000 N/mm2

Tehnički čist bakar upotrebljava se za: oluke, krovne pokrivače, električne provodnike, sabirne vodove, hladnjake automobilskih motora, zaptivača, štamparske valjke, zakovice i dr. Bakar se dobro legira sa mnogim metalima dajući veliki broj inženjerski korisnih legura. Termički rafinisani bakar sadrži 99,5-99,9% bakra (sa 0,3-0,5% Cu2O) i veoma je plastičan pa se može prerađivati mehaničkim putem (izvlačenjem i valjanjem). U cilju dobijanja još čistijeg bakra (99,97-99,9%) potrebnog za elektrotehničke svrhe i bolje iskorišćenje plemenitih i rijetkih metala, savremena metalurgija bakra koristi na kraju i elektrolitičku rafinaciju bakra. Elektroliza se odvija u elektrolitičkim člancima sa više pari elektroda, u kojima su anode ploče od termički rafinisanog bakra (debljine 40-50 mm), a katode limovi od elektrolitičkog bakra. Elektrolit je rastvor bakar-sulfata u razblaženoj sumpornoj kiselini. Elektroliza je ekonomičnija što je čistiji anodni bakar. Anodni bakar se tokom ovog procesa rastvara i izdvaja na katodi u gotovo čistom hemijskom obliku. Nečistoće se skupljaju rastvorene u elektrolitu, a plemeniti metali u tzv. anodnom mulju. Elektrolitička rafinacija je skupa zbog velike potrošnje električne energije (720-1.800 MJ/t Cu), koja u ukupnim troškovima elektrolize iznosi 30-40%. Ovi troškovi se djelimično kompenzuju postignutom cijenom za dobijene plemenite i rijetke metale, a mogu se smanjiti i podešavanjem tehnološkog procesa na manju potrošnju električne energije. 16.4.1. Legure bakra Mehanička svojstva i otpornost na koroziju bakra mogu se poboljšati legiranjem. Glavni legirajući elementi u legurama bakra su: Zn, Sn, Al, Si, Pb i drugi metali. Za ojačavanje jednofaznih legura bakra koriste se obično rastvarajuće ojačavanje i deformaciono ojačavanje. Kod dvofaznih legura koristi se taložno i disperzno ojačavanje i ojačavanje faznim transformacijama.

Bakar gradi dvije osnovne grupe legura:

• mesing - legure bakra sa cinkom,

• bronze - legure bakra sa drugim metalima (Sn, Al. Be, Pb). 16.4.1.1. Legure bakra sa cinkom Ove legure su najrasprostranjenije legure bakra sa vrlo raznolikom primjenom, zbog toga što imaju dobru elektnčnu i toplotnu provodljivost, dobra mehanička svojstva, dobru otpornost na koroziju i sposobnost prerade u hladnom i toplom stanju. Legure bakra sa cinkom - mesing mogu biti dvokomponentne i višekomponentne legure. Bakar sa cinkom obrazuje pored osnovne α-faze i niz drugih faza β, γ i ε, kako je to pokazano na dijagramu stanja Cu- Zn. Bakar sa cinkom najprije gradi α-fazu, koja predstavlja čvrsti rastvor cinka u bakru, i koja je stabilna do sadržaja od 35% Zn i ima kubnu površinski centriranu rešetku. Ovaj jednofazni α-mesing je relativno mek, plastičan i lako se obraduje obradom deformisanjem u hladnom i toplom stanju. Povećanjem sadržaja cinka u leguri (preko 35% Zn) pojavljuje se u strukturi, na sobnoj temperaturi, pored α-faze i β-faze. β-faza predstavlja čvrsti rastvor na bazi jedinjenja CuZn sa kubnom prostorno centriranom rešetkom i ima veću tvrdoću i čvrstoću u odnosu na α-fazu. Dvokomponentne legure sistema Cu-Zn mogu sadržati i manje količine Al, Fe, Ni, Sn, Mn, Pb i drugih elemenata. Legirani dvokomponentni mesing naziva se specijalni mesing ili višekomponentni mesing. Specijalni mesing ima veću čvrstoću, tvrdoću, otpornost na koroziju, otpornost na habanje i dobru obradivost rezanjem. Dobro se oblikuje u toplom stanju, a neke legure i u hladnom stanju. Dobro se tvrdo lemi. Specijalni mesing ima obično dvofaznu strukturu α+β'. Dodavanjem dovoljne količine nikla povećava se rastvorljivost cinka u bakru, čime se smanjuje β-faza i dvofazni α+β' mesing prelazi u jednofazni α-mesing. Prema načinu prerade mesinge dijelimo na:

• mesinge za plastičnu preradu

• mesinge za livenje. Plastičnom preradom od mesinga se izrađuju: ploče, limovi, trake, profili, cijevi, žice i okovci. Od legura mesinga za livenje mogu se dobiti odlivci liveni u pijesku, kokilama, pod pritiskom i centrifugalno. 16.4.1.2. Legure bakra sa kalajem Ove legure bakra nazivaju se kalajne bronze i sadrže do 13% Sn. Prema ravnotežnom dijagramu stanja legure Cu-Sn, slika 16.6, u strukturi kalajne bronze nalazi se α faza - čvrsti rastvor kalaja u bakru sa površinski centriranom kubnom rešetkom. Veliki broj kalajnih bronzi sadrži do 7% Sn i obično imaju jednofaznu strukturu koja se sastoji iz α-čvrstog rastvora. Sa porastom kalaja u leguri do 13% Sn struktura postaje dvofazna, pored α-čvrstog rastvora prisutan je i eutektoid (α+δ). U cilju popravljanja mehaničkih svojstava, tehnoloških svojstava, otpornosti na habanje i koroziju, kalajne bronze mogu se dodatno legirati sa: Zn, Fe, P, Pb, Ni i drugim metalima.

Slika 16.6. Ravnotežni dijagram stanja legure Cu-Sn

Sve kalajne bronze prema načinu prerade dijele se na: kalajne bronze za plastičnu preradu i kalajne bronze za livenje. Kalajne bronze za plastičnu preradu su jednofazne i sastoje se samo iz α-čvrstog rastvora. Poslije obrade deformacijom imaju povišenu čvrstoću i elastična svojstva. Plastičnom preradom izrađuju se u zavisnosti od vrste bronze: ploče, limovi, trake, profili, šipke, cijevi. Kalajne bronze za livenje sadrže veće količine Sn, Zn, Ni, Pb i manje količine P. Imaju dvofaznu strukturu koja se sastoji iz α-čvrsti rastvor + krti uključci δ-faze (Cu31Sn8). Kalajne bronze za livenje imaju dobra livačka svojstva (dobru tečljivost, malo skupljanje), visoku otpornost na koroziju i dobra antifrikciona svojstva. Ove legure upotrebljavaju se za livenje dijelova složenog oblika (livenje u pijesku, u kokilarna, pod pritiskom i centrifugalno). 16.4.1.3. Legure bakra sa alurninijumom Legure bakra sa aluminijumom nazivaju se aluminijumske bronze. Aluminijumske bronze koje se upotrebljavaju u inženjerskoj praksi su dvokomponentne i višekomponentne. Višekomponentne aluminijumske bronze dodatno su legirane sa Fe, Mn i Ni u različitim kombinacijama. Aluminijumske bronze odlikuju se visokom čvrstoćom, posebno na povišenim temperaturama. Imaju visoku dinamičku čvrstoću. Otporne su prema koroziji, kiselim sredinama i morskoj vodi. Otporne su na visokim temperaturama i prema eroziji. Legure koie sadrže do 9% Al na sobnoj temperaturi su jednofazne i sastoje se samo iz α-faze, čvrstog rastvora aluminijuma u bakru. α-faza odlikuje se visokom plastičnošću, ali malom čvrstoćom. Aluminijumske bronze sa oko 9-11% Al i legirane sa Fe, Ni i Mn mogu se termički obraditi (kaljenjem u vodi sa temperature od 980 °C i otpuštanjem na 400 °C), čime se postiže dobra kombinacija mehaničkih svojstava: visoka čvrstoća, veoma dobra plastičnost, dobra žilavost i tvrdoća. Prema načinu prerade aluminijumske bronze dijele se na: aluminijumske bronze a plastičnu preradu i aluminijumske bronze za livenje. Jednofazne aluminijumske bronze za plastičnu preradu pogodne su za obradu deformisanjem u toplom i hladnom stanju, dok se dvofazne obraduju samo u toplom stanju.

Poslije obrade deformisanjem u hladnom stanju povećava se čvrstoća i svojstva elastičnosti. Prije obrade deformisanjem legure se homogenizaciono žare na temperaturi od 700 - 750 °C, da bi se odstranila dendritna kristalna segregacija nastala u procesu livenja. Plastičnom preradom izrađuju se u zavisnosti od vrste bronze: ploče, limovi, šipke, profili, cijevi, otkovci. Aluminijumske bronze za livenje imaju nešto slabija livačka svojstva u odnosu na kalajne bronze, imaju veći koeficijent skupljanja, a odlivci nisu porozni. Od njih se dobijaju razni odlivci složenih oblika. Dvokomponentne legure mogu se liti u pijesku i kokilama, a višekomponentne legure se liju u pijesku, kokilama i centrifugalno. 16.4.1.4. Legure bakra sa berilijumom Legura bakra sa berilijumom naziva se berilijumova bronza, a sadrži 1-2,5% Be i 0,2-0,5% Co(Ni). Berilijumova bronza sadrži izvanrednu kombinaciju svojstava: visoku zateznu čvrstoću Rm= 1.140-1.340 N/mm2, napon tečenja Rp02= 690-890 N/mm2, izduženje A5= 4-10% i tvrdoću HRC 38. Ima visoku električnu i toplotnu provodljivost, dobru otpornost na koroziju, otpornost na habanje, dobro se lije, obrađuje se deformisanjem u toplom i hladnom stanju, dobro se obrađuje rezanjem, dobro se zavaruje. Visoku čvrstoću berilijumova bronza dobija taložnim ojačavanjem. Pri zagrijavanju legure na temperaturi od 800 °C obrazuje se jednofazni α-čvrsti rastvor. Poslije brzog hlađenja dobija se prezasićeni α-čvrsti rastvor. Ojačava se starenjem neposredno poslije kaljenja ili plastičnom deformacijom poslije kaljenja. Starenje se provodi na temperaturi od 300-315 °C u trajanju od 3 sata. U fazi starenja iz prezasićenog α-čvrstog rastvora izdvajaju se disperzne čestice γ2-faze (CuBe), koje predstavljaju koherentni talog i time jako povećavaju čvrstoću. Ove legure se upotrebljavaju za opruge, zupčanike, membrane, ventile, dijelove izložene habanju, a naročito za dijelove mašina i uređaja kod kojih se zahtjeva da u toku rada ne varniče (naftna i hemijska industrija). Takođe se koriste za izradu hirurških instrumenata. 16.4.1.5. Legura bakra sa olovom Ove legure bakra i olova nazivaju se olovne bronze. Kako se olovo ne rastvara u bakru, to se struktura olovnih bronzi sastoji iz kristala tvrđeg bakra i mekog olova izdvojenog na granicama metalnog zrna ili u međudendritskim prostorima. Ovakva struktura olovne bronze obezbjeđuje visoka antifrikciona svojstva. Mehanička svojstva zavise od sadržaja olova. Dvokomponentna olovna bronza CuPb25.01 upotrebljava se za izradu kliznih ležajeva koji rade pri velikim brzinama i povišenim pritiscima. Zbog slabih mehaničkih svojstava (Rm= 60-80 N/mm2) ova olovna bronza se naliva u tankom sloju na čeličnu osnovu kliznog ležišta. Dvokomponentne olovne bronze se dodatno legiraju sa Sn i Ni, koji se rastvaraju u bakru, čime se povećava čvrstoća i otpornost na koroziju. Jedna od najviše upotrebljavanih višekomponentnih olovnih bronzi je CuPb10Sn10.01, koja sadrži 8-11% Pb i 9-11% Sn, ima zateznu čvrstoću Rm= 180 N/mm2, napon tečenja RP02 = 80 N/mm2, izduženje A5 = 8%, a tvrdoća joj je HB 65. Zbog dobrih mehaničkih svojstava od ovih bronzi mogu se izrađivati klizni ležajevi bez čelične osnove. Ova višekomponentna olovna bronza ima dobra klizna svojstva, dobru otpornost na habanje i koroziju. Upotrebljava se za klizne ležajeve sa većim opterećenjem na površinu, za klizne ležajeve radilice motora sa unutrašnjim sagorijevanjem.