9. Podela celika
-
Upload
bojan-krstic -
Category
Documents
-
view
306 -
download
6
Transcript of 9. Podela celika
-
7/14/2019 9. Podela celika
1/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 1
Mainski materijali- Predavanje (AS)- 7aaab
Podelaelika
-
7/14/2019 9. Podela celika
2/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 2
Svetska proizvodnja metala
Cink 7
Bakar 12Aluminijum 21
elik 788
Miliona tonaMetal
-
7/14/2019 9. Podela celika
3/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 3
Najvei proizvoai elika
-
7/14/2019 9. Podela celika
4/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 4
elici predstavljaju danas najbrojniju i najee korienu grupu metala.
Razne vrste elika najvie se upotrebljavaju u mainskoj industriji,
gradjevinarstvu, poljoprivrednoj mehanizaciji, rudarstvu, hemiji i energetici.Danas je u svetu poznato nekoliko hiljada raznih vrsta elika dobijenih
odgovarajuom kombinacijom sadraja ugljenika i legirajuih elemenata
najrazliitijih osobina.
-
7/14/2019 9. Podela celika
5/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 5
Konstrukcije
-
7/14/2019 9. Podela celika
6/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 6
Transport
-
7/14/2019 9. Podela celika
7/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 7
Tehnika
-
7/14/2019 9. Podela celika
8/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 8
Ambalaa
-
7/14/2019 9. Podela celika
9/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 9
Drugi proizvodi
-
7/14/2019 9. Podela celika
10/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 10
Pod elikom podrazumevamo leguru gvoa i ugljenika, najvie do 2,1%, idrugih elemenata, a zavisno od sadraja tih elemenata razlikujemo ugljeninei legirane elike.
400
C
1400
C
1200
C
1000
C
800
C
600
C
1600
C
F
e
1%
C
2% C 3%
C
4%
C
5% C 6% C 6.70%
C
L
elik Liveno
gvoe
Podseanje
-
7/14/2019 9. Podela celika
11/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 11
Ugljenini elici u svom sastavu imaju pored ugljenika i pratee primese
koje zaostaju u procesu proizvodnje elika, kao to su mangan, silicijum,
aluminijum, fosfor i sumpor. Najznaajniji prisutni element je ugljenik i od
njegovog sadraja zavise mehanika i druga svojstva elika.
Legiranieliciu svom sastavu imaju pored ugljenika i prateih elemenata
namerno dodatih legirajuih elemenata u cilju poboljanja eljenih svojstava.
Sadraj legirajuih elemenata kod legiranih elika mora prei standardompredviene vrednosti odrejene narednom tabelom.
-
7/14/2019 9. Podela celika
12/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 12
Prema sadraju legirajuih elemenata legirane elike delimo na:
niskolegirane, sa ukupnim sadrajem svih legirajuih elemenata do 5% i
visokolegirane sa sadrajem iznad 5%.
Hemijski elementi koji se javljaju u eliku mogu se svrstati u:
pratee,
skrivene,
sluajne i
legirajue elemente.
-
7/14/2019 9. Podela celika
13/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 13
Hemijski elementi u eliku
-
7/14/2019 9. Podela celika
14/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 14
Pratee primese u eliku vode poreklo iz rude gvoa (mangan, silicijum,fosfor) iz goriva (sumpor) i od dezoksidatora (mangan i silicijum). Koliinaprateih elemenata zavisi kako od polazne sirovine (rude, goriva, topitelja)kao i od samog postupka dobijanja elika.
Skrivene primese u eliku (kiseonik, azot i vodonik) dolaze iz atmosferesa kojom rastopljeni elik dolazi u kontakt u procesu dezoksidacije.Obzirom da je kontrola njihovih sadraja u eliku veoma sloena, to se onapraktino i ne vri.
Sluajne primese u eliku (bakar, olovo, kalaj, antimon i arsen) potiu izpolazne sirovine rude gvoa, a njihova pojava i sadraj vezani su zavrstu rude.
Legirajui elementi u eliku, silicijum, mangan, hrom, nikl, volfram,molibden, vanadijum, kobalt i titan, namerno se dodaju elicima i kreu se usadrajima iznad vrednosti datih u prethodnoj tablici, sa ciljem da izmenomhemijskog sastava i strukture omogui dobijanje eljenih svojstava.
-
7/14/2019 9. Podela celika
15/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 15
Pored navedene podele prema hemijskom sastavu elici se mogupodeliti i prema:
nainu proizvodnje,
istoi,
strukturi,
stanju isporuke,
obliku proizvoda i
nameni.
-
7/14/2019 9. Podela celika
16/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 16
Prema nainu proizvodnje elike delimo shodno postupku dobijanja, a to su:
a) Simens-Martenov proces. - Daje vrlo kvalitetan elik ali je sam proces manje
ekonomian u odnosu na druge. Velika mu je prednost to kao sirovinu koristi i
stare otpatke gvodja veoma razliitog sastava. Proizvodnost je 16.000 kg/h.
b) Besemerov proces. - Obezbedjuje vrlo visoku produktivnost oko 60.000 kg/h.
Obzirom da se proces obavlja u bazino izidanom konvektoru u rastopljenom
belom livenom gvodju odvija se oksidacija primesa putem uduvavanja
vazduha, a u dobijenom eliku su prisutne pratee primese u veem obimu.
c) Kiseoniki postupak (LD Postupak, BOF postupak). Postupak kod koga se
u rastopljeno belo liveno gvodje uduvava ist kiseonik koji vrlo burno reaguje i
tako vri preiavanje elika.Prednost ovog postupka je u mogunosti
korienja otpadaka gvodja i elika. elik je istiji od Besemerovog elika, a
produktivnost je neto manja, oko 50.000 kg/h.
d) Elektro proces. - Koristi se uglavnom za dobijanje vrlo kvalitetnog, uglavnom
legiranog elika. Toplota se stvara putem elektrinog luka ili indukcijom, pa su
i proizvodni trokovi znatno vei.
-
7/14/2019 9. Podela celika
17/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 17
Prema istoi razlikujemo:
obine,
kvalitetne i
plemenite elike
Obini ugljenini-nelegirani elici u svom sastavu imaju fosfora i sumporapojedinano najvie do 0.06%.
Kvalitetni ugljenini - nelegirani elici u svom sastavu imaja sadrajfosifora i sumpora pojedinano najvie do 0,045%.
Plemeniti ugljenini, nisko i visoko legirani elici imaju u svom sastavu
fosfora i sumpora pojedinano najvie do 0,015%.
-
7/14/2019 9. Podela celika
18/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 18
Prema strukturi na sobnoj temperaturi elici se dele na osnovu
strukturnih faza koje se u eliku javljaju pri hlaenju na mirnom vazduhu.
Tako razlikujemo: feritne,
perlitne,
austenitne,
martenzitne,
ledeburitne kao i
meovite, npr. feritno-perlitne elike, itd.
-
7/14/2019 9. Podela celika
19/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 19
Pema stanju isporuke razlikujemo dve vrste elika:
termiki obradjeno stanje i
termikii neobraeno stanje isporuke.
Termiki obradjeno stanje zavisi od vrste oblika polufabrikata i moe biti:
areno,
normalizovano,
poboljano,
hladno vueno,
hladno vueno i poboljano,
ljuteno i sl.
-
7/14/2019 9. Podela celika
20/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 20
Prema obliku poluproizvoda elici se dele na vrue valjane, hladnovuene, hladno valjane i proizvode oblika odlivaka i otkivaka.
-
7/14/2019 9. Podela celika
21/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 21
Najznaajnija podela elika je prema nameni, na konstruktivne, alatne i
elike za posebne svrhe. Otra granica izmedju njih se ne moe povui, jerse navedeni elici mogu primeniti za razliite svrhe.
-
7/14/2019 9. Podela celika
22/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 22
Uticaj legirajuih elemenata na osnovnu metalnu masu
Svi legirajui elementi utiu u veoj ili manjoj meri na temperaturu
prekristalizacije elika, a time i na veliinu oblasti gama i alfa. Za termiku
obradu uglavnom je vaan njihov uticaj na oblast gama. U tom smislu
legirajui elementi mogu se podeliti na etiri grupe:
1. Elemente koji potpuno otvaraju oblast gama,
2. Elemente koji proiruju oblast gama,
3. Elementi koji potpuno zatvaraju oblast gama i
4. Elementi koji suavaju oblast gama.
Svaki element kojim se legira elik, menja njegove osobine zavisno od toga u
kom je obliku prisutan u strukturi, tj. da li jepotpuno ili samo delimino
rastvoren u osnovnoj metalnoj masi (u feritu ili austenitu), da li je vezan sa
ugljenikom kao karbid, sa azotom kao nitridi sl.
-
7/14/2019 9. Podela celika
23/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 23
Rastop (R)
+
R +
+
R +
Temperatura,
C
Legirajui element M, maseni %
C1 C2
Ravnoteni binarni dijagram sa otvorenom oblau gama
Dijagram potpuno otvorene -oblasti
obrazuju sa gvodjem elementi, ijisu poluprenici atoma bliskipolupreniku atoma gvodja i ija jekristalna reetka slina fazi . Odtehniki znaajnih legirajuih
elemenata spadaju u ovu grupunikal i mangan (Ni ima povrinskicentriranu reetku slinu kao -Fe).Elementi koji potpuno otvaraju -oblast nazivaju se austenitotvorni ili
-geni.
-
7/14/2019 9. Podela celika
24/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 24
Ravnoteni binarni dijagram sa zatvorenom oblau gama
Tempe
ratura,
C
Legirajui element M, maseni %
Rastop (R)
C2C1
R +
+
Ferit koji nastaje iz rastopa priovrivanju, oznaava se kao - ferit,
da bi se razlikovao od ferita, koji seobrazuje pri hladjenjuprekristalizacijom faze gama. Ponekadse naziva prema elementu koji je uferitu rastvoren (npr. hromov ferit). U
feritotvorne elemente koji potpunozatvaraju oblast spadaju hrom(hrom ima prostorno centriranu kubnureetku kao -ferit), molibden,vanadijum, volfram, silicijum,
aluminijum, fosfori titan.
-
7/14/2019 9. Podela celika
25/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 25
Elementi koji suavaju oblast gama
To su niobijum, tantal, cirkonijum i cer; oni se medjutim koriste za legiranjeelika samo u posebnim sluajevima (npr. Nb kao stabilizator kodnerdjajuih elika).
Elementi koji proiruju oblast gama
Neki dodatni elementi (npr. Cu, N) istina proiruju oblast gama, ali to nije
dovoljno da se ta oblast potpuno otvori da bi prekristalizacija bila sasvimpotisnuta. Ovi elementi dakle poveavaju stabilnost faze gama, ali je nepoveavaju u toj meri, da bi bila zadrana i pri sobnoj temperaturi.
-
7/14/2019 9. Podela celika
26/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 26
Pregled legirajuih elemenata i karbida u elicima
Nikal rastvoren u feritu poveava jainu i ilavost uz odravanje visoke
plastinosti. Nikal u eliku deluje kao grafitizator (razlae cementit), pa elici
bogati niklom treba da sadre to manje ugljenika.
Mangan se supstitucijski rastvara u feritu doprinosei porastu svojstava otpornosti
elika. U ugljeninim i niskolegiranim elicima poveava otpornost zavarenih
spojeva prema prslinama na toplo. Poveanjem sadraja mangana
do 1.5% rastu jaina i ilavost uz odranje dobre plasti
nosti.Bakar, u koliinama koje se obino sreu u konstrukcionim elicima (oko 0.5%),
poveava napon teenja i jainu (ReH i Rm), ne pogoravajui bitnije osobine
plastinosti i zavarljivosti. Poveava takodje otpornost prema atmosferskoj
koroziji.Ugljenik najvie utie na strukturu i osobine elika. Poveava jainu, tvrdou,
otpornost na habanje, prokaljivost, a sniava svojstva plastinosti i ilavost, uz
pogoranje zavarljivosti.
-
7/14/2019 9. Podela celika
27/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 27
Azot, slino ugljeniku poveava jainu elika na sobnoj i povienim
temperaturama. Prednost mu je to se hemijski ne vezuje za hrom, pa kod Cr-Ni
elika ne umanjuje korozionu otpornost. Nepovoljno je to smanjuje plastinost i
time oteava hladnu preradu.
Povien sadraj hroma u ugljeninim i niskolegiranim elicima pogorava
njihovu zavarljivost na raun poboljanja prokaljivosti. Poveava vatrootpornost
austenitnih elika u oksidacionim uslovima.
Hrom obrazuje veoma stabilne karbide Cr23C6, Cr7C3 i Cr3C2, koji se u eliku
mogu nalaziti u slobodnom stanju ili povezani sa Fe3C.
Sa porastom sadraja hroma smanjuje se termika provodnost to zahteva
predostronost pri zagrevanju elika, npr. pri preradi na toplo, termikoj obradi ili
zavarivanju.
Molibden se u konstrukcionim elicima izaziva usitnjavanje zrna i dovodi do
poveanja ilavosti (pri visokim temperaturama) i prokaljivosti. Sa poveanjem
sadraja Mo raste i jaina i napon teenja, dok izduenje i kontrakcija opadaju.
-
7/14/2019 9. Podela celika
28/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 28
Volfram daje eliku sitnozrnastu gradju na raun obrazovanja teko rastvorljivih
karbida. Prokaljivost se poveava relativno malo, a zavarljivost pogorava zbog
velike krtosti zavarenog spoja, posebno kod elika sa veim sadrajem ugljenika.
Volfram donekle poveava optu korozionu otpornost kao i otpornost prema
me-djukristalnoj koroziji austenitnih elika. Sa poveanjem sadraja W, opada
termika provodnost, poveava se gustina i elektrini otpor.
Silicijum, koji se supstitucijski rastvara u feritu poveava njegovu jainu i
naroito granicu elastinosti, i s te take gledita jeste poeljan legirajui sastojakkod elika za opruge.
Vanadijum oteava zavarivanje elika usled poveanja prokaljivosti. Smanjuje
osetljivost elika ka pregrevanju - karbidi vanadijuma koe porast zrna.
Tantalje element sa velikom sklonou ka obrazovanju karbida i primenjuje se uaustenitnim hrom-nikal elicima kao stabilizator koji suzbija medjukristalnu
koroziju. Mora biti uveden u dovoljnoj koliini, da vee sav ugljenik i tako sprei
obrazovanje karbida hroma.
-
7/14/2019 9. Podela celika
29/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 29
Aluminijum pokazuje veu sklonost ka obrazovanju nitrida - smanjujui na taj
nain osetljivost elika na proces starenja. Dodatak aluminijuma nerdjajuim
elicima poveava otpornost na oksidaciju.
Titanje legirajui element najveeg afiniteta prema ugljeniku, pa se stoga
esto primenjuje kao stabilizator u elicima otpornim prema kiselinama, u cilju
vezivanja ugljenika i spreavanja da nastane karbid hroma.
Niobijum pokazuje veliku sklonost ka ugljeniku i obrazuje karbid NbC. esto
se primenjuje u mikrolegiranim elicima. Njegov koristan uticaj na osobine
elika zasniva se pre svega na koenju procesa segregacije. Suava
austenitno podruje, smanjuje prokaljivost i poboljava zavarljivost.
Borje element koji obrazuje karbide i veoma poveava prokaljivost elika akose doda u malim koliinama. Pri veim sadrajima bora prokaljivost elika
opada i nastaje krta grubozrnasta struktura. Obino se dodaje elicima u
malim koliinama - oko 0.003%.
-
7/14/2019 9. Podela celika
30/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 30
Sumporpokazuje veliku sklonost ka segregaciji. U legurama Fe-C pri
povienom sadraju sumpora nastaje niskotopljiva eutektika Fe-FeS ( 975-
985C) rasporedjena po granicama metalnih zrna, to u sutini umanjuje
otpornost prema prslinama na toplo koje nastaju oko solidus temperature.
Fosforumanjuje otpornost prema prslinama na toplo i znatno sniava
ilavost, naroito na snienim temperaturama. Posebno negativan uticaj
fosfora zapaa se pri povienom sadraju ugljenika i nikla. Utvrdjeno je, da u
nekim austenitnim elicima fosfor poveava termo-postojanost.
-
7/14/2019 9. Podela celika
31/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 31
Karbidi u metalnoj osnovi i njihov znaaj
Najvei broj legirajuih elemenata u eliku i livenom gvodju hemijski se jedini saugljenikom obrazujui intersticijalne faze ili sloene strukture uobiajeno zvanekarbidima.
Utvrdjeno je da u elicima obrazuju karbide samo oni elementi iji je podsloj dmanje posednut elektronima nego gvodje. to element ima manji broj elektrona upodsloju d, tim je sklonost ka obrazovanju karbida vea i karbid je pri tome stabilniji.
W 74
5d46s2
Ta 73
5d36s2
Hf 72
5d26s2
Mo 42
4d55s1
Nb 41
4d45s1
Zr 40
4d25s2
Fe 26
3d64s2
Mn 25
3d54s2
Cr 24
3d54s1
V 23
3d34s2
Ti 22
3d24s2
U skladu sa navedenim pravilom stabilnost obrazovanja karbida raste u pravcu odgvodja prema manganu, hromu, vanadijumu do titanaod molibdena preko niobijuma do cirkonijumaod volframa preko tantala do hafnijuma
-
7/14/2019 9. Podela celika
32/32
Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 32
Legirajui elementi iji je podsloj dposednutiji elektronima nego gvodje, uopte
ne obrazuju karbide u legurama gvodja, a posebno oni koji imaju potpuno
ispunjen podsloj d, kao npr. bakar i cink.
U sluaju kad se u leguri gvodja nalazi vie karbidotvornih elemenata, onda ese ugljenik uvek vezivati za element vee karbidotvorne sklonosti to znai da u
eliku legiranom sa Cr i V treba oekivati pre svega karbide V, a zatim Cr.
Veina poznatih karbida kristalie se u tri kristalografska sistema: kubnom,
heksagonalnom i rombinom, pri emu neki elementi mogu obrazovati dve vrstekarbida, a mangan i hrom, ak tri vrste karbida koji imaju razliite reetke.