9. podela celika

7/14/2019 9. Podela celika

1/32

Mainski materijali - Dr Dragan Adamovic 1

Mainski materijali- Predavanje (AS)- 7aaab

Podelaelika


2/32


Svetska proizvodnja metala

Cink 7

Bakar 12Aluminijum 21

elik 788

Miliona tonaMetal


3/32


Najvei proizvoai elika


4/32


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.


5/32


Konstrukcije


6/32


Transport


7/32


Tehnika


8/32


Ambalaa


9/32


Drugi proizvodi


10/32


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


11/32


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.


12/32


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.


13/32


Hemijski elementi u eliku


14/32


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.


15/32


Pored navedene podele prema hemijskom sastavu elici se mogupodeliti i prema:

nainu proizvodnje,

istoi,

strukturi,

stanju isporuke,

obliku proizvoda i

nameni.


16/32


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.


17/32


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%.


18/32


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.


19/32


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.


20/32


Prema obliku poluproizvoda elici se dele na vrue valjane, hladnovuene, hladno valjane i proizvode oblika odlivaka i otkivaka.


21/32


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.


22/32


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.


23/32


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.


24/32


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.


25/32


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.


26/32


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.


27/32


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.


28/32


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.


29/32


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%.


30/32


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.


31/32


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


32/32


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.

9. podela celika

Documents