5 Prilagodba materijala
-
Upload
goran-nikolajevic -
Category
Documents
-
view
221 -
download
0
Transcript of 5 Prilagodba materijala
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
1/27
6. Prilagodba materijala6. PRILAGODBA MATERIJALA ....................................................................1
6.1 Osnove prilagodbe materijalaProvedbom pogodnih postupaka mogu se svojstva materijala u velikoj mjeri prilagoditi
potrebama te time omoguiti njegovo koritenje za izradu aktualnog proizvoda. Na primjer,razvoj metalnih zrakoplova omoguen je Wilmovim otkriem (1909. godine) kako sealuminiju dodatkom magnezija i bakra, te toplinskom obradom, moe 5 puta poveativrstoa (Rm).
6.1.1 Izbor materijala
Proizvod se moe izraditi od razliitih materijala, a sve jaa konkurencija natritu nameesve stroe zahtjeve koje nije mogue ispuniti bez sustavnog pristupa izboru materijala.
U izboru manje ili vie su znaajna brojna razliita svojstva materijala (S-05.1).
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
2/27
06 Prilagodba materijala 2
Slika S-05.1 Svojstva materijala
Dio svojstva materijala opisuje se jednoznanim ili kombiniranim "karakteristikama" kojesu definirane u tehnikim normama, a njihove se vrijednosti nalaze u literaturi u obliku:
semikvantitativnih opisa i slika, dijagrama, tablica i matematikih izraza, te jednoznanih podataka.
esto se karakteristike materijala moraju i odrediti/provjeriti provedbom normiranihlaboratorijskih mjerenja/pokusa te rijetko utvrditi provedbom eksperimentima na modelima iliu pogonskim uvjetima.
U izboru materijala najee su znaajne karakteristike:
Karakteristika materijalanaziv i oznakakemijski sastav
graagustoavlana vrstoatlana vrstoamodul elastinostiPoissonov koeficijentgranica razvlaenjaistezljivostlomna ilavost
tvrdoa po Vickersudinamika izdrljivost
maksimalna radna temperaturaminimalna radna temperaturaspecifina toplinatoplinska vodljivosttoplinska rastezljivostnapon probojaelektrina otpornostreciklinostcijena
otpornost na: troenjeoksidaciju pri 500
paljenjeultra-ljubiaste zrakeslatku vodumorsku vodu
jake kiselinejake luineslabe kiselineslabe luineorganska otapala
U pripremi proizvodnje, strunjak ili tim za izbor materijala danas koristi raunalnupodrku koja obuhvaa potrebne baze podataka i pogodne programe za izbor materijala.
Osobito je znaajan zahtjev minimalnog ukupnog troka ivotnog ciklusa proizvoda:
tu = t1m + t2 + t3 + t4 + t5 , kn/proizvodu
gdje je: t1 trokovi nabavke samog materijala (svi pratei trokovi, transport, carina,akciza, skladitenje), kn/kg,
m masa materijala potrebna za izradu jednog proizvoda, kg/proizvodu,t2 trokovi izrade jednog proizvoda od aktualnog materijala, kn/proizvodu,
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
3/27
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
4/27
06 Prilagodba materijala 4
razni oblici otapanja/korozije/starenja materijala
d) elektrinih djelovanja krateri/nakupine uslijed kratkih spojeva
promjene elektrinih i/ili magnetnih svojstavaVei dio nepogodnih promjena svojstava materijala moe se rijeiti provedbom pogodnih
postupaka prilagodbe materijala (uzeti u obzir poveanje tu).
U izradi proizvoda povrinama se posveuje posebna panja zbog: fizikih svojstava lijepog izgleda sigurnosti pri rukovanju izraenog utjecaja na trenje i troenje
Svojstva se povrina takoer mogu znaajno poboljati postupcima prilagodbe materijala.
6.2 Toplinska obradaToplinskom se obradom svojstva materijala u manjoj ili veoj mjeri mogu prilagoditi
potrebama. Toplinski se obrauju najee elici, ali nerijetko i drugi metali te keramike(stakla).
Vrste su toplinske obrade:
1. termika komadi se griju, dre na odreenoj temperaturi i potom hlade primjeri su: arenje pribliavanje stanju ravnotee gaenje udaljavanje od stanja ravnotee
poputanje ponovno neznatno pribliavanje stanju ravnotee:2. termokemijska termika se obrada obavlja u kemijski aktivnoj sredini primjeri su:
pougljenienje poveavanje sadraja ugljika (C) u povrinskom sloju komada nitriranje poveavanje sadraja duika (N) u povrinskom sloju komada karbonitriranje poveavanje sadraja C i N u povrinskom sloju komada boriranje poveavanje sadraja bora (B) u povrinskom sloju komada
3. termomehanika termika se obrada kombinira s mehanikim deformiranje.
Toplinska se obrada obavlja: prije oblikovanja komada plastinom deformacijom i odvajanjem strugotine,
da bi metal omekao,
poslije oblikovanja komada, da bi se uklonila zaostala naprezanja, zavrno, za postizanje konane vrstoe i tvrdoe proizvoda.
6.2.1 Termika obradaOvisno o materijalu i geometriji komada te eljenom uinku odreuje se dinamika
promjena temperature.
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
5/27
5 Strojarska tehnologija I
U gornjem dijagramu su prikazanepromjene temperature komada tijekomvremena.
Intervali su vremena: tu ugrijavanja tp progrijavanja td dranja to ohlaivanja
U donjem dijagramu su prikazanepromjene razlike temperature povrine ijezgre komada tijekom vremena.
Na krajevima intervala vremena, s temperaturom pei (pei) izjednaavaju se:
interval ugrijavanja (tu) temperatura povrine komada (povrine = pei) interval progrijavanja (tp) temperatura jezgre (jezgre = pei).Tijekom intervala vremena dranja (td) postie se eljena struktura materijala. Na trajanjeintervala vremena ohlaivanja (to) pored svojstava materijala te veliine i geometrije komadautjeu i svojstva usvojenog sredstva za hlaenje.
Na intervale temperatura ravnotea faza (Fe-C dijagram) znaajno utjee sadraj ugljika ueliku. Na primjer, austenit je ravnotena faza elika s 1 % C u intervalu temperature od oko800 do oko 1300 C (jezgreaustenita, 1%C). Meutim, pri grijanju/hlaenju ravnotene faze seformiraju samo ako su brzine grijanja/hlaenja manje od brzina faznih transformacija.
BCC reetka FCC reetka BCC reetka
Fe3C cementit
Cw masenipostotakugljika
Few masenipostotakeljeza
Fe3Cw masenipostotak
cementita
T talinaF feritA austenitP perlitL ledeburitC cementitC'' sekundarni
cementit
S porastom sadraja ugljika znaajno se mijenja graa metalnog materijala na bazi eljeza ugljik se u sve veoj mjeri izdvaja iz kristalne reetke eljeza. elicima se nazivaju eljeza swC = 0,1 2 % dok se lijevanim eljezima nazivaju eljeza s wC = 2,5 3,7 %.
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
6/27
06 Prilagodba materijala 6
Martenzitna transformacija pri neravnotenoj transformaciji austenita u uvjetima brzoghlaenja, u kristalnoj reetki eljeza bivaju zarobljeni atomi ugljika i formiraju se kristalmartenzita, volumno centrirane tetragonalne strukture BCT. Martenzit ima vrlo visokutvrdou, to je posljedica deformacije reetke (BCC BCT) te time formirane barijere zaklizanje.
elik s cw = 0,8 %, t > 723 C elik ugrijan na temperaturu otvrdnjavanjaGraa austenit FCC austenit Graa austenit FCC austenit
elik ohlaen ispod temperature od 723 C Otvrdnuti elikGraa perlit BCC perlit Graa martenzit BCC martenzit
Pri brzinama hlaenja veim od brzina faznih transformacija formiraju se neravnotenestrukture materijala (razliitih svojstava od ravnotenih), to se opisuje dijagramimavrijeme-temperatura-transformacija TTT dijagrami (eng. Time-Temperature-Transformation).
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
7/27
7 Strojarska tehnologija I
Tvrdoe od 670 HBodnosno 330 HB dobivajuse hlaenjem komada izaustenitnog podruja utoploj vodi (bre) odnosnoulju (sporije). Pri jo
sporijem hlaenju dobivase jo manja tvrdoa od230 HB.
Uslijed razlika temperatura povrina i jezgre komada u intervalima vremena ugrijavanja,progrijavanja (povrinepei):
= povrine jezgre 0 C
i ohlaivanja (povrinepei):
= povrine jezgre 0 C
javljaju se toplinska naprezanja:
top = E, N/mm2
gdje je: E= f1() modul elastinosti materijala, N/mm2 = f2() toplinska rastezljivost materijal, mm/(mmC)
Vrste termike obrade
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
8/27
06 Prilagodba materijala 8
arenje
Kaljenje
Austenitizacija elik se grije na dovoljno visoku temperature dok se ne formira austenit,
bar djelomino
Gaenje obavlja se u slanoj vodi, vodi, ulju ili zraku
Temperiranje smanjuje se krhkost martenzita (temperirani martenzit) precipitacijom sitnih estica karbida BCT BCC
Jominyjeva proba:
Poputanje
Metal se grije dri neko vrijeme na dovoljno visokoj temperaturi i potom sporo hladi.Svrhe su poputanja:
smanjenje tvrdoe i krhkosti promjena mikrostrukture omekavanje metala kako bi se lake deformirao materijal ili odvajala strugotina rekristalizacija na hladno obraenog materijala otputanje zaostalih naprezanja
Vrste su poputanja:a) potpuno poputanje grijanje materijala na bazi eljeza do podruja austenita
te sporo hlaenje (u pei) radi formiranja krupnozrnog perlitab) normalizacija kao i potpuno poputanje, uz neto bre hlaenje (na zraku)
radi formiranja sitnozrnog austenita (vea vrstoa i tvrdoa)c) procesno poputanje poputanje radi omoguavanja dodatne deformacijed) poputanje kao i procesno poputanje, bez dodatnog deformiranjae) oporavno poputanje zadravanje glavnine tvrdoa uz poveanje ilavostif) poputanje za uklanjanje naprezanja eliminacija zaostalih naprezanja
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
9/27
9 Strojarska tehnologija I
Poboljavanje
Precipitacijsko ovrivanje
toplinska obrada kojom se poveava vrstoa
obrada otopine legura se grije na temperaturu Ts iznad linije solvus u oblast faze ina toj temperaturi dri dovoljnog dugo za otapanje faze
gaenje hlaenje do sobne temperature kako bi se formirala presiena kruta otopina
precipitacijska obrada izaziva se precipitacija finih estica faze pri temperaturi Tp
starenje prirodno starenje starenje pri sobnoj temperaturi umjetno starenje starenje pri povienoj temperaturi
prestarivanje (slino poputanju)
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
10/27
06 Prilagodba materijala 10
6.2.2 Termokemijska obrada
Povrinsko otvrdnjavanje
Pougljenienje sa: krutinom s ugljinim materijalom u kutiji, debljina 0,6 3,8 mm, plinom ugljikovodino gorivo u komori, debljina 0,13 0,75 mm, tekuinom kupka sa taljenom soli, debljine 0,13 0,75 mm.
Kromiranje iziskuje veu temperaturu i dulju obradu: postiu se ne samo vee tvrdoe i otpornosti na troenje nego i vee otpornosti
na koroziju. Nitriranje elici sa 0,85 1,5 Al te 5 ili vie postotaka Cr, koji formiraju sitne
estice spojeva nitrida, debljina 0,025 0,05 mm: plinsko nitriranje grijanje u amonijanoj atmosferi pri 510 C, tekue nitriranje potapanje u talinu cijanidnih soli pri 510 C.
Karbonitriranje grijanje u pei s ugljikom i amonijakom, debljine 0,07 0,5 mm. Boriranje alatni elici, legure na bazi nikla i kobalta te lijevano eljezo:
velike tvrdoe i mali koeficijenti trenja.
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
11/27
11 Strojarska tehnologija I
Difuzija
Pri termokemijskoj obradi atomi supstancije sadrane u okolini pri visokim temperaturama
difundiraju kroz granini sloj u povrinu osnovnog materijala komada. Povrina komada inakon termokemijske obrade ima visok sadraj osnovnog materijala dok sadraj difundiranesupstancije brzo opada od vanjske povrine k unutranjosti komada.
6.2.3 Termomehanika obrada
6.3 ienje povrinaTijekom proizvodnje skoro se svi komadi moraju jedan ili vie puta oistiti. ienjem se:
uklanjaju oneienja koja kemijski reagiraju s povrinama komada (korozija,bubrenje) priprema povrina komada za sljedee proizvodne operacije (prevlaka, lijepljenje) poboljanje higijenskih uvjeta za zaposlenike i korisnike poboljanje izgleda i svojstava proizvoda
Za uklanjanje oneienja s povrina komada koriste se kod: kemijskih postupaka kemikalije mehanikih postupaka mehanike operacije
Izbor postupka ienja ovisi o:
vrste prisutne neistoe potrebnog stupnja istoe materijala od koga je komad izraen svrsi ienja zahtijeva zatite na radu i ekolokih propisa oblika i dimenzija komada prihvatljivim trokovima
Neistoe na povrinama komada su posljedica obavljenih proizvodnih operacija i/ilidjelovanja okoline. U proizvodnim pogonima su najea oneienja:
ulja i masti (emulzija za obradu metala) vrste estice (strugotina, abrazivne estice, praina)
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
12/27
06 Prilagodba materijala 12
niti i sredstva za poliranje film oksida, hra, naslaga
Stupanj istoe informacije o koliini neistoa koja se zadri na komadu nakon ienja.Moe se procijeniti na temelju koliine neistoe koja se zadri na krpi nakon brisanjakomada.
Kemikalije za ienje ne smiju izazvati oteenje materijala komada, na primjer: aluminij se otapa u veini kiselina i luina, elik je otporan na djelovanje luina a reagira praktino sa svim kiselinama
Za ienje se biraju postupci i potrebne kemikalije s kojima se izbjegavaju zagaenja iugroavanja zdravlja.
6.3.1 Postupci kemijskog ienjaPostupci se kemijskog ienja provode sa:
luinom emulzijom otapalom kiselinom ultrazvukom (mehaniko titranje visokih frekvencija) kombiniranim postupkom, npr. kemikalija ultrazvuk
ienje s luinama:
Uses an alkali to remove oils, grease, wax, and various types of particles (metal chips,silica, light scale) from a metallic surface
Most widely used industrial cleaning method
Alkaline solutions include sodium and potassium hydroxide (NaOH, KOH), sodiumcarbonate (Na2CO3), borax (Na2B4O7)
Cleaning methods: immersion or spraying, usually at temperatures of 50-95Cfollowed by water rinse to remove residue
ienje s emulzijom:
Uses organic solvents (oils) dispersed in an aqueous solution
The use of suitable emulsifiers (soaps) results in a two-phase cleaning fluid(oil-in-water), which functions by dissolving or emulsifying the soils on the partsurface
Can be used on either metal or nonmetallic parts
Must be followed by alkaline cleaning to eliminate all residues of the organic solventprior to plating
ienje s otapalom:
Organic soils such as oil and grease are removed from a metallic surface by means ofchemicals that dissolve the soils
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
13/27
13 Strojarska tehnologija I
Common application techniques: hand-wiping, immersion, spraying, and vapordegreasing
Vapor degreasing (a solvent cleaning method) uses hot vapors of chlorinated orfluorinated solvents Because the chemicals are hazardous, vapor degreasing has been largely
discontinued as an industrial cleaning process, at least in the U.S.
ienje s kiselinom:
Removes oils and light oxides from metal surfaces using acid solutions combined withwater-miscible solvents, wetting and emulsifying agents
Common application techniques: soaking, spraying, or manual brushing or wipingcarried out at ambient or elevated temperatures
Cleaning acids include hydrochloric (HCl), nitric (HNO3), phosphoric (H3PO4), andsulfuric (H2SO4)
Jetkanje s kiselinom:
A more severe acid treatment to remove thicker oxides, rusts, and scales
The distinction between acid cleaning and acid pickling is a matter of degree
Generally results in some etching of the metallic surface which serves to improveorganic paint adhesion
ienje s ultrazvukom:
Mechanical agitation of cleaning fluid by high-frequency vibrations (between 20 and 45kHz) to cause cavitation - formation of low pressure vapor bubbles that scrub the surface
Combines chemical cleaning and mechanical agitation of the cleaning fluid
Cleaning fluid is generally an aqueous solution containing alkaline detergents
Highly effective for removing surface contaminants
6.3.2 Postupci mehanikog ienjaPhysical removal of soils, scales, or films from the work surface by means of abrasives or
similar mechanical action Often serves other functions also, such as deburring, improving surface finish, and
surface hardening
Processes: Blast finishing Shot peening Mass finishing processes
ienje s mlazom
High velocity impact of particulate media to clean and finish a surface
The media is propelled at the target surface by pressurized air or centrifugal force
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
14/27
06 Prilagodba materijala 14
Most well-known method is sand blasting, which uses grits of sand as the blastingmedia
Other blasting media: Hard abrasives such as aluminum oxide (Al2O3) and silicon carbide (SiC) Soft media such as nylon beads
Samarenje
High velocity stream of small cast steel pellets (calledshot) is directed at a metallic surfaceto cold work and induce compressive stresses into surface layers
Used primarily to improve fatigue strength of metal parts
Purpose is therefore different from blast finishing, although surface cleaning isaccomplished as a byproduct of the operation
arno ienje
Finishing parts in bulk by a mixing action in a container, usually in the presence of anabrasive media
The mixing causes the parts to rub against the media and each other to achieve thedesired finishing action
Parts are usually small and therefore uneconomical to finish individually
Processes include: Tumbling
Vibratory finishingienje u bubnju
Use of a horizontally oriented barrel of hexagonal or octagonal cross-section in which partsare mixed by rotating the barrel at speeds = 10 to 50 rev/min
Finishing by "landslide" action - media and parts rise in the barrel as it rotates, thentop layer tumbles down due to gravity
Drawbacks: slow, high noise levels, and large floor-space required
Figure 28.1 - Diagram of tumbling (barrel finishing) operation showing "landslide" actionof parts and abrasive media to finish the parts
Vibracijsko ienje
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
15/27
15 Strojarska tehnologija I
An alternative to tumbling
Vibrating vessel subjects all parts to agitation with the abrasive media, as opposed toonly the top layer as in barrel finishing
Consequently, processing times for vibratory finishing are significantlyreduced
The open tubs in this method permit inspection of the parts during processing, andnoise is reduced
Sredstva za arno ienje
Most are abrasive; however, some media perform nonabrasive finishing operationssuch as burnishing and surface hardening
Natural media (corundum, granite, limestone) - generally softer and
nonuniform in size Synthetic media (Al2O3 and SiC) - greater consistency in size, shape, and and
hardness
Steel - used for burnishing, surface-hardening, and light deburring operations
Figure 28.2 - Typical preformed media shapes used in mass finishing operations:
(a) abrasive media for finishing, and (b) steel media for burnishing
6.4 Korozija i zatita od korozijeJedan od oblika djelovanja okoline na metalne materijale je korozija tetno
elektrokemijsko otapanje metala u elektrolitima, uz formiranja sloja produkata korozije ili beznjega. Pored gubitaka metala javljaju se i indirektne tetne posljedice korozije, koje u
pravilu znaajno nadmauju tete uzrokovane gubicima metalnog materijala. Na primjer, krozprobojno korozijsko oteenje vodovodne cijevi promjera 1 mm, pod tlakom od 3 bar,dnevno e biti izgubljeno oko 1 m3 pitke vode.
6.4.1 KorozijaKorozija:
elektrokemijska reakcija metala s agensima korozije sadranim u okolini, odvija se na dodirnoj povrini metal/okolina, izaziva mjerljive promjene svojstava metala i okoline.
Razvoj se korozije moe opisati na primjeru korozije ispod kapljice vode na metalnojpovrini. Uzrok je korozije neravnomjerna aeracija (razliite koncentracije otopljenog kisika).
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
16/27
06 Prilagodba materijala 16
U biti, na tijek korozije uslijedneravnomjerne aeracije znaajnoutjee formiranje produkata
korozije. Brzina korozije je vea upodruju manje koncentracije kisikazbog odsustva sloja produkatakorozije koji imaju uinakkorozijski zatitnog sloja. Naime, uodsutnosti ovog uinka korozija bi
bila najbra u podruju najveekoncentracije kisika.
Korozijske veliine pokazatelji svojstava metala i okoline koja bitno utjeu namogunost (termodinamika) i brzinu (kinetika) razvoja korozije.
Razlikuju se:(a) vrste korozije, prema uzrocima:
(b) vidovi korozije, prema posljedicama:
Korozijsko oteenje gubitak funkcije metalnog dijela/sustava izazvan korozijom.
Osnovni je uzrok korozije elektrokemijska neravnotea.
Metal se otapanju u elektrolitu opire formiranjem elektrinog dvojnog sloja. to je jaatenja otapanja metala u elektrolitu i slabije privlaenje iona i elektrona u metalu to e zauspostavljanje elektrokemijske ravnotee biti potrebno formiranje jaega elektrinoga
dvojnog sloja (npr. morska voda / cink), kao i obrnuto (npr. morska voda / bakar). Jakost sedvojnog sloja moe opisati elektrodnim potencijalom, EM u V, te izmjeriti voltmetrom (V),
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
17/27
17 Strojarska tehnologija I
koristei se usporedbom s referentnom elektrodom poznatog elektrodnog potencijala. Ulaboratorijima se najee koristi standardna zasiena kalomelova elektroda (SZKE).
Uspostavljena elektrokemijska ravnotea se remeti:(a) elektrolitikim i elektrinim spajanjem metala s drugim metalom,(b) lokalnim promjenama svojstava metala ili elektrolita.
Uslijed poremeaja ravnotee, uspostavlja se korozijski lanak (anoda | elektrolit | katoda) irazvija se korozija uz tenju:
1. ravnomjerne raspodjele elektrona u krutoj fazi metala elektroni gibaju izpodruja vee u podruje manje koncentracije,
2. zaustavljanja otapanja iona metala formiranjem dovoljno jakog dvojnog sloja opeg ili lokalnog.
Brzina korozije se moe opisati jakou korozijske struje, IM u A , te izmjeritiampermetrom (A). Tijekom razvoja korozije se u naelu mogu pratiti elektrodni potencijali i
jakosti korozijske struje, ali se racionalna mjerenja u praksi teko provode.Sa stajalita elektrokemije korozija je anodna oksidacija metala praena katodnom
redukcijom agensa korozije. U vodenim su sredinama najei agensi korozije otopljenemolekule kisika i uvijek prisutni ioni vodika, a razvoj korozije se moe opisati jednadbama:
anodna oksidacija metala:M n e M+n na primjer: 2 Fe 4 e 2 Fe+2
(oksidacija otputanje elektrona, anoda mjesto na kome se odvija oksidacija) katodna redukcija agensa korozije:
utroak otopljenog kisika oslobaanje vodika(O2)2 O + 4 e2 O2 redukcija
2 O2 + 2 H+2(OH) spajanje4 H+ + 4 e4 H redukcija
4 H 2 H2 spajanje
Pokazatelj koncentracije vodikovih iona:
pH= log c(H+)
i moe se zakljuiti kako u oba sluaja tijekom razvoja korozije raste pH elektrolita. Uneutralnim vodenim otopinama je c(H+)= 107mol H+/l pH= 7.
Termodinamika analiza korozije
Termodinamikim pristupom se utvruje mogunost razvoja korozije, a u analizi se estokoriste Pourbaixovi dijagrami elektrokemijske ravnotee:
voda eljezo bakar
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
18/27
06 Prilagodba materijala 18
Razliito su oznaene oblasti:
korozije metal oksidira, te ioni metala prelaze u elektrolit
pasivnosti metal oksidira, a oksidi metala formiraju korozijski zatitni sloj
imuniteta metal ne oksidira
Na temelju Pourbaixovih ravnotenih dijagrama se ne moe pouzdano predvidjeti tijekelektrokemijskih i prateih kemijskih reakcija strogo uzevi, oni vrijede samo za ist metal iistu vodu. esto dodatak male koliine legirajueg elementa osnovnom metalu ili otapanjemale koliine kemijskog spoja u vodi rezultira znaajnim izmjenama veliina i oblika oblastiu dijagramima elektrokemijske ravnotee.
6.4.2 Zatita od korozijeZatita od korozije obuhvaa postupke spreavanja ili smanjivanja brzine korozije:
Pravilno konstruiranje
Pravilnim se konstruiranjem strojarskih dijelova/sustava izbjegavaju pojavenehomogenosti metala i/ili elektrolita.
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
19/27
19 Strojarska tehnologija I
Izmjene svojstava metala
Izmjenama svojstava metala on se prilagoava zadanoj okolino.
Izmjene svojstava okoline
Izmjenama svojstava se okoline prilagoavaju zadanom metalu.
Formiranje izolacijskih slojeva
Formiranjem izolacijskih slojeva se korozijski neotporan metal elektrolitiki odvaja odokoline.
Elektrokemijska zatita
Elektrokemijskom zatitom se metal iz oblasti korozije (dijagrami elektrokemijskeravnotee) prevode u oblasti imuniteta (katodna zatita) ili pasivnosti (anodna zatita).
Katodna se zatita provodi sa: (a) rtvenom anodom i (b) izvorom struje i korozijskiotpornom anodom. Kako bi se smanjila potronja rtvene anode ili struje, tieni se metal
prevlai elektrino izolacijskim slojem polimera (nalii).
Kemijska korozija
Kemijska se korozija odvija direktnim sudarima atoma reaktanata kisika i metala.
Znaajne se brzina kemijske korozije metala dostiu tek pri visokim temperaturama(kaljenje, visokotemperaturna korozija u loitima kotlova).
6.4.3 Postupci zatite od korozije
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
20/27
06 Prilagodba materijala 20
Prevlake
Plating and Related Processes
Conversion Coatings Physical Vapor Deposition
Chemical Vapor Deposition
Organic Coatings
Porcelain Enameling and Other Ceramic Coatings
Thermal and Mechanical Coating Processes
Formiranje prevlaka inenjerskih materijala
Metal products are almost always coated - by painting, plating, or other process Exceptions: stainless steel, brass
Nonmetallic materials are also sometimes coated
Plastic parts coated for a metallic appearance
Antireflection coatings applied to glass lenses
Coating and deposition processes are used in the fabrication of semiconductorchips and printed circuit boards
Osnovne svrhe formiranja prevlaka
Provide corrosion protection of the substrate
Enhance product appearance, e.g., provide color or texture
Increase wear resistance and/or reduce friction
Increase electrical conductivity or resistance
Prepare a metallic surface for subsequent processing
Rebuild surfaces worn or eroded during service
Platiranje
Coating of a thin metallic layer onto the surface of a substrate material
The substrate is usually metallic, although methods are available to plate plastic andceramic parts
Processes:
Electroplating (the most common plating process)
Electroforming
Electroless plating
Hot dipping
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
21/27
21 Strojarska tehnologija I
Elektroplatiranje
Electrolytic process in which metal ions in an electrolyte solution are deposited onto a
cathode workpart Also called electrochemical plating
The anode is generally made of the plating metal and thus serves as the source of theplate metal
Direct current from an external power supply is passed between anode and cathode
The electrolyte is an aqueous solution of acids, bases, or salts
Figure 29.1 - Setup for electroplating
Jednadba elektroplatiranja
Faradays laws can be summarized:
V = C i t
Where: V= volume of metal plated, mm3 (in3);
C= plating constant which depends on electro- chemicalequivalent and density, mm3/amp-s;
i t(current x time) = electrical charge, amps-s
The value of C indicates the amount of plating material deposited onto the cathodicworkpart per electrical charge
Osnovni postupci elektroplatiranja
Barrel plating - performed in rotating barrels oriented either horizontally or at anoblique angle (35) - suited to plating many small parts in a batch
Rack platingracks made of heavy-gauge copper wire and formed into suitable shapesfor holding the parts and conducting current to them - used for parts that are too large,heavy, or complex for barrel plating
Strip plating a continuous strip is pulled through the plating solution by means of atake-up reel suited to high production
Uobiajeni metali prevlake
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
22/27
06 Prilagodba materijala 22
Zinc - plated on steel products such as fasteners, wire goods, electric switch boxes, andsheetmetal parts as a sacrificial barrier to corrosion
Nickel - for corrosion resistance and decorative purposes on steel, brass, zinc diecastings, and other metals; also used as a base coat for chrome plate
Tin - widely used for corrosion protection in "tin cans" and other food containers
Copper- decorative coating on steel and zinc, either alone or alloyed as brass; also,applications in printed circuit boards
Chromium - decorative coating widely used in automotive, office furniture, andkitchen appliance applications; also one of the hardest electroplated coatings for wearresistance applications
Precious metals (gold, silver, platinum) - plated on jewelry; gold is also used forelectrical contacts
Elektroformiranje
Electrolytic deposition of metal onto a pattern until the required thickness is achieved, afterwhich the pattern is removed to leave the formed part
The process is virtually the same as electroplating but its purpose is different
Whereas typical plating thickness is only about 0.05 mm (0.002 in) or less,electroformed parts are often substantially thicker, so the production cycle is
proportionally longer
Proizvodi elektroformiranja
Metals used for electroforming: copper, nickel, and nickel cobalt alloys most common
Typical applications: fine molds and dies (e.g., for lenses) and plates for embossingand printing
Notable application: molds for compact disks (CDs) and video disks (DVDs)
Surface details imprinted onto a CD are measured in m or-in (1 m = 39.4-in).
These details are readily obtained in the mold by electroforming
Platiranje bez elektrinog izvoraPlating driven entirely by chemical reactions - no external source of electric current is
required
Deposition of metal onto a part surface occurs in an aqueous solution containing ionsof the desired plating metal - the workpart surface acts as a catalyst for the reaction inthe presence of a reducing agent
Metals that can be electroless plated are limited: nickel and certain of its alloys,copper, and gold
Notable application: copper for plating through-holes of printed circuit boards
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
23/27
23 Strojarska tehnologija I
Potapanje u vruu kupku
Metal substrate (part) is immersed in a molten bath of a second metal; upon removal, the
second metal is coated onto the first Common substrate metals: steel and iron
Coating metals: zinc, aluminum, tin, and lead
Primary purpose is corrosion protection
Postupak potapanja u vruu kupku
Galvanizing- zinc (Zn) coated onto steel or iron
By far the most important hot dipping process
Aluminizing- coating of aluminum (Al) onto a substrate
Excellent corrosion protection, in some cases five times more effective thangalvanizing
Tinning - coating of tin (Sn) onto steel for food containers, dairy equipment, andsoldering applications
Terneplate - plating of lead-tin alloy onto steel
Konverzijske prevlake
A family of coating processes in which a thin film of oxide, phosphate, or chromate isformed on a metallic surface by chemical or electrochemical reaction
Immersion and spraying are the two common methods of exposing the metal surfaceto the reacting chemicals
Common metals treated: steel (including galvanized steel), zinc, and aluminum
Svrhe konverzijskih prevlaka
Corrosion protection
Preparation for painting
Wear reduction
Permits surface to better hold lubricants for metal forming processes
Increase electrical resistance of surface
Decorative finish
Dva tipa formiranja konverzijskih prevlaka
1. Chemical conversion coatings - chemical reaction only
Phosphate and chromate conversion coatings are the common treatments
2. Anodizing- oxide coating produced by electrochemical reaction
Anodize is a contraction ofanodic oxidize
Most commonly used on aluminum and its alloysKemijski formirane konverzijske prevlake
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
24/27
06 Prilagodba materijala 24
Base metal is exposed to chemicals that form thin nonmetallic surface films
1. Phosphate coating - transforms base metal surface (e.g., steel, zinc) into phosphatefilm by exposure to phosphate salts and dilute phosphoric acid
Useful preparation for painting of automobiles
2. Chromate coating- transforms base metal (e.g., aluminum, copper, magnesium, zinc)into various forms of chromate films (sometimes colorful) using solutions of chromicacid, chromate salts, etc.
Anodizacija
Electrolytic treatment that produces a stable oxide layer on a metallic surface
Applications: aluminum and magnesium most common; also zinc, titanium, and othermetals
Dyes can be incorporated into the anodizing process to create a wide variety of colors Especially common in aluminum anodizing
Functions: primarily decorative; also corrosion protection
Organske prevlake
Polymers and resins (natural or synthetic) usually formulated to be applied as liquids thatdry or harden as thin surface films on substrate materials
Advantages: Wide variety of colors and textures possible
Capacity to protect the substrate surface
Low cost
Ease with which they can be applied
Komponente organske prevlake
1. Binders - give the coating its properties
2. Dyes or pigments - provide color to the coating3. Solvents - dissolve the polymers and resins and add proper fluidity to the liquid
4. Additives
Veziva
Polymers and resins that determine the solid state properties of the coating, such asstrength, physical properties, and adhesion to the substrate surface
The binder holds the ingredients in the coating during and after application to thesurface
Common binders in organic coatings:
Natural oils (used to produce oil-based paints)
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
25/27
25 Strojarska tehnologija I
Resins of polyesters, polyurethanes, epoxies, acrylics, and cellulosics
Bojila i pigmenti
Provide color to the coating two types:1. Dyes - soluble chemicals that color coating liquid but do not conceal the surface
beneath when applied
Coatings are generally transparent or translucent
2. Pigments - solid particles of uniform, microscopic size dispersed in coating liquid butinsoluble in it
They not only color the coating; they also hide the surface below
Since pigments are particulate, they also tend to strengthen the coating
OtapalaLiquid substances used to dissolve the binder and certain other ingredients in the liquid
coating composition
Common solvents used in organic coatings:
Aliphatic and aromatic hydrocarbons
Alcohols
Esters
Ketones
Chlorinated solventsAditivi
Surfactants (to facilitate spreading on the surface)
Biocides andfungicides
Thickeners
Heat and lightstabilizers
Coalescing agents
Plasticizers
Defoamers
Catalysts to promote cross-linking
Postupci nanoenja tekuih organskih prevlaka
Brushing and rolling
Spraying
Dip coating (immersion)
Flow coating (showering)
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
26/27
06 Prilagodba materijala 26
Suenje i stvrdnjavanje
Drying- process in which organic coating converts from liquid to solid
Many organic coatings dry by evaporation of their solventsCuring- in order to form a durable film on the substrate surface, a further conversion is
necessary
This involves a chemical change in the organic resin in which polymerization orcross-linking occurs to harden the coating
Primjer primjene automobil
Typical sequence applied to the sheetmetal car body in a mass production automobile:
1. Phosphate coat applied by dipping car body
2. Primer coat applied by dipping car body
3. Color paint coat applied by spray coating
4. Clear coat (for high gloss and added protection) applied by spraying
Emajliranje
Porcelain coatings are valued for:
Their beauty and color
Smoothness and ease of cleaning
Chemical inertness and general durability
Porcelain enameling is the name given to the technology of these ceramic coatingmaterials and the processes by which they are applied
Materijali i proizvodi
Porcelain = a ceramic made from kaolin, feldspar, and quartz
Substrates: steel, cast iron, and aluminum as a vitreous porcelain enamel
Products: sinks, bathtubs, lavatories, ranges, water heaters, washing machines,dishwashers, jet engine components, automotive mufflers, and electronic circuit
boards
Termiko trcanje
Spraying of molten coating materials onto a substrate, where they solidify and adhere tothe surface
Coating materials: pure metals and metal alloys; ceramics (oxides, carbides, andcertain glasses); other metallic compounds (sulfides, silicides); cermet composites;and certain plastics (epoxy, nylon, teflon, and others).
Substrates: metals, ceramics, glass, some plastics, wood, and paper
Heating technologies: oxyfuel flame, electric arc, and plasma arc
-
7/30/2019 5 Prilagodba materijala
27/27
27 Strojarska tehnologija I
Primjena
First applications were to rebuild worn areas on used machinery components and to
salvage workparts that had been machined undersize Also used in manufacturing as a coating process for corrosion resistance, high
temperature protection, wear resistance, electrical conductivity, electrical resistance,electromagnetic interference shielding
Tvrde prevlake
Surfacing technique in which alloys are applied as welded deposits to substrate metals
Distinguishing feature is that fusion occurs between coating and substrate, whereas thebond in thermal spraying is typically mechanical interlocking which does not stand upas well to abrasive wear
Especially suited to applications requiring good wear resistance
Applications: coating of new parts and repair of heavily worn, eroded, or corroded partsurfaces
Literatura1. Kolumbi Z., Tomac N.: Materijali podloge za diskusiju; Sveuilite u Rijeci;
Filozofski fakultet, Odsjek za politehniku, Rijeka 2005; http://www.ffri.hr/~zvonimir/.
2. Filetin T.: Svojstva i karakteristike materijala Katalog opisa; Sveuilite u Zagrebu,
Fakultet strojarstva i brodogradnje, Zagreb, 1994.3. Smoljan B., Osnove toplinske obrade elika, Sveuilite u Rijeci, Pedagoki fakultet,
Rijeka 1997.
4. Krumes D., Toplinska obradba, Strojarski fakultet, Slavonski Brod, 2000.
http://www.ffri.hr/~zvonimir/http://www.ffri.hr/~zvonimir/