termička obrada

Termička obrada sa ispitivanjem materijala

1.0. METALOGRAFIJA

Metalografija je dio nauke o metalima koja se bavi proučavanjem unutrašnje strukture metala i legura kao i uzajamnog odnosa između strukture i fizičkih,mehaničkih i hemijskih osobina.Metalografija je napredovala zahvaljujući razvoju postupaka:- mikroskopskih ispitivanja- termijske analize i- strukturne rendgenske analize.Metalografska ispitivanja možemo podijeliti na:- makro ispitivanja i - mikro ispitivanja.

1.1. PRIPREMA METALOGRAFSKIH UZORAKA

Veličina jednog uzorka za metalografska ispitivanja kreće se oko 15x15x10 mm (slika 1.1). Prilikom isijecanja uzorka i njegove dalje obrade, treba paziti da se ne promijeni struktura materijala.

Da bi se dobila ravna i glatka površina pogodna za posmatranje, uzorak se priprema brušenjem, poliranjem i nagrizanjem. Pripremljeni uzorak se posmatra prvo golim okom, a zatim pod lupom i mikroskopom. Na ovaj način se dobije opšta slika o pripremljenom uzorku.


1.2. MAKROSKOPSKO I MIKROSKOPSKO ISPITIVANJE

Makroskopska ispitivanja se izvode golim okom ili pod lupom sa povećanjem do 20 puta. Cilj ovog ispitivanja je da se utvrdi kakva je površina materijala poslije livenja, kovanja, valjanja, termičke obrade, zaštite od korozije itd. Posmatranjem pripremljenih uzoraka može se utvrditi da li na posmatranoj površini ima šupljina, gasnih mjehurova, tragova korozije, naprslina i drugo. Mikroskopska ispitivanja se izvode na pripremljenim uzorcima i imaju cilj da se utvrdi struktura različitih metala i legura i odredi veličina jednog zrna. Pomoću mikroskopa može se utvrditi da metali i legure nisu jednostavne građe, već se sastoje od jednostavne ili složene skupine raznovrsnih zrna. Zrna koja se vide pod mikroskopom čine opštu strukturu legure. Faze u pojedinim različitim zrnima zovu se mikrostrukturom. Posmatranjem u okularu može se zaključiti da su metali i legure izgrađeni od velikog broja malih zrna koja zovemo kristalitima. Zbog toga kažemo da su metali i legure polikristalni. Prema broju zrna na površini od jednog kvadratnog cola koja se vidi pod mikroskopom pri uveličanju od 100 puta, metale i legure mođemo podijeliti na krupozrnate i sitnozrnate.

1.3. GRAĐA METALA

Metali su elementi koji se mogu obrađivati plastičnim deformacijama i imaju dobru provodljivost električne struje i toplote. Kod nekih metala ove osobine su izražene jače dok su kod drugih izražene slabije. Karakteristične osobine metala mogu se objasniti građom njihovih atoma.

1.3.1. Razlike između metala i nemetala

Osnovni kriterijumi na osnovu kojih pravimo razliku između metala i nemetala su:- elektrolitičko ponašanje- metalni sjaj - sposobnost plastičnih deformacija- provodljivost toplote i elektriciteta- kristalna građa

Između metala i nemetala nema jasne granice. Neki elementi, kao što su ugljenik (C), slilicijum (Si) i fosfor (P) imaju osobine metala i nemetala. Ove elemente nazivamo metaloidima.


1.3.2. Kristalografski sistem

Svi elementi su sastavljeni od sitnih djelića – atoma. Prema načinu grupisanja atoma u prostoru sve materije možemo podijeliti u dvije grupe:

- amorfne i- kristalne materije.

Kod amorfnih materija (staklo, smola, plastične mase itd.), prilikom prelaska iz tečnog u čvrsto stanje, nema pravilnog grupisanja atoma. Zbog ovakvog rasporeda atoma, kod ovih materija svojstva u svim pravcima su ista. Ova pojava se zove izotropija. Krislatne materije(metali, dijamanti itd.) su takve materije kod kojih se atomi pri prelasku iz tečnog stanja u čvrsto potpuno pravilno raspoređuju po nekom pravilu. Pravilno raspoređeni atomi čine tzv. kristalnu rešetku. Atomi u ovim kristalnim rešetkama održavaju se na tačno određenom rastojanju – pomoću privlačnih sila. Nauka koja se bavi proučavanjem rasporeda atoma u kristalima zove se kristalografija. U prirodi se pojavljuje 14 vrsta kristalnih rešetki. Svaka kristalna rešetka ima svoje karakteristike, a to su: parametar, kristalna ravan i gustina grupisanja. Parametar kristalne rešetke je rastojanje od težišta jednog do težišta drugog atoma, u jednoj kristalnoj ravni (slika 1.5). Tri ili više atoma koji leže u ravni čine tzv. kristalnu ravan. Pod pojmom gustine grupisanja podrazumjevamo broj atoma koji otpada na jednu elementarnu ćeliju kada se ona nalazi u sklopu jedne složene kristalne rešetke. U prirodi postoji sedam različitih kristalografskih sistema. Većina metala i njihovih legura kristališe u tri kristalografska sistema: kubni, heksagonalni i tetragonalni.


1.3.3. Kristalna građa metala

Najveći broj metala kristališe po kubnom kristalografskom sistemu. Razlikujemo tri vrste kubnih rešetki i to: obična, prostorno centrirana i površinski centrirana. Po običnoj kubnoj rešetki ne kristališe nijedan čisti metal, izuzev nekih legura. Prostorno centrirana kubna rešetka javlja se vrlo često kod metala. Heksagonalna kristalna rešetka se često javlja kod metala.

1.3.4. Kristalne rešetka legura

Legure su materije koje nastaju rastvaranjem dvaju ili više metala, metala i nemetala u rastopljenom stanju i njihovim zajedničkim očvršćavanjem. Elemente koji ulate u sastav legure nazivamo komponentama. Kod svih legura obično razlikujemo osnovnu komponentu i dodatne komponente (jedna ili više). Legiranjem metala raznim elementima dobijaju se legure koje se u pogledu osobina znatno razlikuju od osobina komponenta koje ulaze u sastav legure. Prema broju komponenata koje ulaze u sastav jedne legure, one se dijele na dvojne, trojne i legure sastavljene od više komponenata. Razlikujemo tri osnovna načina grupisanja atoma različitih metala ili nemetala u leguri, i to:

1. Atomi legirajućih elemenata se u tečnom stanju potpuno rastvaraju, a prilikom očvršćavanja svaki element gradi svoju rešetku.

2. Atomi legirajućih elemenata grade hemijska jedinjenja, koja kristališu po posebnim kristalnim rešetkama, koje se razlikuju od rešetki sastavnih komponenata.


3. Atomi legirajućih elemenata koji ulaze u sastav legure grade zajedničku rešetku. Pri tome zadržava se rešetka najviše zastupljenog elementa, dok atomi manje zastupljenog elementa (rastvorenog) smještaju u rešetku najviše zastupljenog elementa (rastvarača).


1.3.5. Proces kristalizacije

Proces kristalizacije metala i njihovih legura obavlja se pri prelazu iz tečne faze u čvrsto stanje. Proces kristalizacije obavlja se u dvije faze i to:

- obrazovanje centara kristalizacije u cijeloj tečnoj fazi i - rast kristala oko obrazovanih centara kristalizacije.

Oba procesa pri kristalizaciji dešavaju se istovremeno. Kristalizacija najčešće počinje sa više mjesta u tečnoj fazi – stvaranjem centara kristalizacije. Pojavu prvih centara kristalizacije prati oslobađanje toplote, a da bi se proces kristalisanja nastavio, potrebno je odvoditi topolotu. Novonastali kristali nadovezuju se na centre kristalizajice uz ustovremenu pojavu novih centara kristalizacije. Povećanjem broja izdvojenih kristala smanjuje se količina tečne faze, i u jednom trenutku kristali se počinju dodirivati i zadirati jedan u drugi. Masa koja je očvrsla oko jednog centra kristalizacije zove se metalno (kristalno) zrno ili kristalit. Metalna zrna nemaju pravilan oblik zbog pojave ometanja pri kraju kristalizacije. Na broj metalnih zrna, a time i na njihovu veličinu, možemo uticati u procesu livenja, a kasnije – daljom preradom, kovanjem, valjanjem, presovanjem i termičkom obradom. Na veličinu metalnog zrna u procesu kristalizacije mozemo uticati na dva načina i to : -brojem centara kristalizacije koji se pojavljuju po jednom kvadratnom centimetru u jednoj minuti - brzinom kristalizacije(brzina porasta metalnog zrna)


1.4. TERMIJSKA ANALIZA KRIVE ZAGIJAVANJA I HLAĐENJA ČISTIH METALA

Svaka promjena strukture, metala ili legure za vrijeme hlađenja ili zagrijavanja praćena je promjenom fizičkih i mehaničkih osobina. Ponašanje materijala pri hlađenju ili zagrijavanju možemo proučavati termijskom analizom. Ponašanje materijala prilikom hlađenja ili zagrijavanja možemo prikazivati u dijagramu, gdje se na ordinatu nanosi temperatura, a na apscisu vrijeme hlađenja ili zagrijavanja. Unošenjem podataka za temperaturu i vrijeme u dijagramu dobijemo niz tačaka od kojih, kada ih spojimo, dobijemo krivu hlađenja. Pri kontinualnom odvođenju toplote dolazi do stalnog snižavanja temperature, a time i smanjenja brzine kretanja molekula tečnog bakra sve do određene temperature poznate pod imenom temperatura ili tačka očvršćavanja, odnosno temperatura kristalizacije. Tada se u tečnoj masi formiraju prvi centri kristalizajice oko kojih se obavlja očvršćavanje i stvaranje metalnih zrna. Pojavom prvih kristala oslobađa se određena količina toplote, koja ne dozvoljava snižavanje temperature. Očvršćavanjem se smanjuje količina tečne faze, a očvrslih kristala je sve više (slika 1.19). Na kraju očvršćavanja u tački 5. sva tečna faza je prešla u čvrsto stanje, kada prestaje oslobađanje toplote, a temperatura ravnomjerno dalje opada.


Teoretski, temperatura topljenja jednaka je temperaturi očvršćavanja. Da bi se ovo ostvarilo, mora se vršiti veoma lagano hlađenje. Ako se brzo hladi, kao što je slučaj u praksi kod livenja,dolazi do pothlađivanja i kristalizacija se se obavlja na nižoj temperaturi (slika 1.20).

Mnogi metali, kao što su željezo, titan, hrom i drugi po završetku kristalizacije mijenjaju svoju kristalnu rešetku – zavisno od temperature. Sposobnost metala da mijenjaju oblik kristalne rešetke sa promjenom naziva se alotrpija.Kristalne strukture dobivene na ovaj način nazivaju se alotropske modifikacije i označavaju grčkim slovima α, β, γ, δ itd. Alotropske modifikacije koje odgovaraju nižim temperaturama, nose oznaku α, a idući prema višim temperaturama oznaku β itd.


1.5. REKRISTALIZACIJA

Pri obradi predmeta plastičnim deformacijama dolazi do deformacije kristalnih zrna, a time i do promjene mehaničkih osobina. Da bismo do izvjesne granice vratili metalna zrna u prvobitni oblik, koristimo se rekristalizacijom. Pod rekristalizacijom podrazumjevamo proces oslobađanja deformisanog metala ili legure od izobličenosti defekta njegove kristalne strukture. Proces rekristalizacije prati odstranjivanje unutašnjih naprezanja, stvaranje novih zrna pravilnog oblika u zamjenu za deformisane, daljim njihovim rastom uz smanjivanje tvrdoće, a povećanje plastičnosti.

1.6. DIJAGRAMI STANJA Sve preobražaje koji nastaju u leguri, zavisno od temperature i procentualnog odnosa komponenata koje grade leguru, možemo predstaviti grafički pomoću dijagrama stanja. Dijagrami stanja se dobijaju u laboratorijima na osnovu termijske analize. U ovakvim dijagramima na ordinatu se nanose vrijednosti temperature, a na apscisu procentualni sastav legure. Ako sa A i B označimo komponente koje ulaze u sastav legure, tada se na apscisu nanosi procentualni sastav. Svaka vertikalna linija, povučena kroz bilo koju tačku na apscisi, predstavlja promjenu temperature za odabranu leguru. Na nju se nanose temperature pri kojima dolazi do promjenje građe kristalnih zrna ili promjene agregatnog stanja.


Legure se mogu pojaviti u tri agregatna stanja: čvrstom, tečnom i gasovitom. Ako se sve tačke koje odgovaraju jednoj vrsti promjene , npr., početku kristalizacije, spoje međusobno, dobićemo krivu liniju, tzv. likvidus – liniju koja razgraničava tečnu fazu od mješavine kristala i tečne faze.

Druga linija bi bila granica završetka kristalizacije, i naziva se solidus – linija. Dijagrami stanja daju u sažetoj i pregledanoj formi sliku promjene građe i svojstva legure pri promjeni koncentracije komponenata i temperature. Prema karakteru međusobonog djelovanja metala koji ulaze u sastav legure, iste možemo podijeliti na:

- legure potpune rastvorljivosti u tečnom i čvrstom stanju- legure u obliku mehaničke mješavine (smjese)- legure djelimične rastvorljivosti u tečnom i čvrstom stanju- legure oblika hemijskog jedinjenja i- legure koje predstavljaju kombinacije prethodnih.


1.7. DIJAGRAM STANJA POTPUNE RASTVORLJIVOSTI U TEČNOM I ČVRSTOM STANJU

Pri hlađenju legure ovog tipa bilo koga sastava pojavljuju se dvije prevojne tačke na krivoj hlađenja (slika 1.24) Hlađenjem od temperature koja odgovara prvoj prevojnoj tački 1. na krivoj hlađenja imamo homogeni rastop metala. U intervalu temperatura koje odgovaraju prevojnim tačkama 1 i 2 rastop prelazi u kristale čvrstog rastvora (α). Prelaz iz tečnog stanja u čvrstom praćen je oslobođenjem određene količine toplote, zbog čega očvršćavanje traje duže vrijeme, a kriva hlađenja u tom intervalu ima manji nagib. Ako je hlađenje dovoljno sporo, tada je dostizanjem temperature, koja odgovara prevojnoj tački 2, rastop potpuno preobražen u čvrsti rastvor α. Daljim hlađenjem nema promjene faza, pa je hlađenje znatno brže i kriva hlađenja u intervalu od 2 do 3 je strmija. Na taj način prva tačka prevoja 1 odgovara početku kristalizacije, a druga tačka prevoja 2 završetku kristalizacije.

Za primjer ćemo uzeti dijagram stanja za legure bakar- nikl. Gornja linija dijagrama A C B odgovara početku izdvajanja kristala i zove se likvidus (od latinske riječi liquidus, što znači tečan) i iznad nje nalazi se rastop (R) (sve legure u tačnom stanju). Donja linija A D B zove se solidus – linija (od latinske riječi solidus, što znači čvrst) i ispod nje sve legure se nalaze u čvrstom stanju (čvrsti rastvor). U oblasti između solidus i likvidus – linije imamo mješavinu rastopa i čvrstih kristala.


1.8. DIJAGRAM STANJA LEGURA KOJE GRADE MEHANIČKE MJEŠAVINE

Legure ovog tipa nastaju kada komponente koje ulaze u sastav legure imaju ove osobine:

- da se u tečnom stanju potpuno rastvaraju,- u čvrstom stanju atomi jedne komponente ne ulaze u kristalnu rešetku

druge komponente,- ne obrazuju hemijska jedinjenja,- nemaju alotropskih modifikacija.

U ovu grupu legura spadaju legure olovo – antimon, kalaj – cink, olovo – srebro, bizmut – kadmijum i druge. Ponašanje ovih legura pratićemo na dijagramu stanja olovo (Pb) i antimon (Sb). Dijagram stanja se konstruiše na osnovu krivulja hlađenja za čiste metale i serije ispitivanja legura različite koncentracije. Termijskom analizom dolazi se do prevojnih tačaka na krivima hlađenja, tj. početka i završetka kristalizacije. Iz dijagrama vidi se da legura koja se sastoji od 87% Pb i 13% Sb ima samo jednu zastojnu tačku.Ova tačka je označena sa C u dijagramu stanja i zove se eutektička tačka. Tačka je zajednička za likvidus i solidus – liniju, što znači da eutektička legura ili eutektikum ima samo jednu tačku topljenja i nema interval topljenja, odnosno očvršćavanja.


1.9. DIJAGRAM STANJA LEGURA SA DJELIMIČNOM RASTVORLJIVOŠĆU U ČVRSTOM STANJU

U ovu grupu spadaju legure čije komponente imaju sljedeće osobine:- u tečnom stanju se potpuno rastvaraju u neograničenom odnosu- prilikom očvršćavanja postoji ograničena međusobna rastvorljivost komponenata.

Ove legure možemo podjeliti u dvije grupe, i to:- legure sa djelimičnom rastvorljivošću i sa eutektikumom i- legure sa djelimičnom rastvorljivosću i sa peritektikumom.Legure sa djelimičnom rastvorljivošću i sa eutektikumom pojavljuju se u kombinaciji elemenata Al-Cu, Al-Si, Cu-Ag i druge. Linija A C B zove se likvidus-linija i iznad nje se nalaze komponente potpuno rastvorene (R). Linija A D C E B naziva se solidus-linija i ispod nje imamo čvrsto stanje legure. Na likvidus-liniji počinje očvršćavanje i završava se na solidus-liniji. Linija D C E naziva se linija eutektičkog preobražaja, a tačka C eutektička tačka.


1.10. DIJAGRAM STANJA Fe – Fe3C

Jedan od najvažnijih metala koji ima široku primjenu u tehnici je željezo. Čisto željezo nema neku naročitu primjenu zbog slabe kombinacije mehaničkih osobina. Najširu primjenu željezo je dobilo u legurama. Najvažnija legura je legura željeza i ugljenika. Več i male količine ugljenika mijenjajuu znatno osobine željeza. Ugljenik se može nalaziti u željezu u dva oblika: u obliku elementarnog ugljenika (grafita) i u obliku hemijskog jedinjenja Fe3C (cementita, karbida, željeza). Prema tome, u kakvom se obliku ugljenik pojavljuje prilikom hlađenja, razlikovaćemo dva dijagrama stanja. Najčešći oblik dijagrama je Fe - Fe3C. Pri dugom žarenju legure teže termodinamičkoj ravnoteže, pa se legura koja se odnosi na Fe - Fe3C zove metastabilna, a dijagram stanja metastabilni dijagram.


Vrlo laganim hlađenjem, dugim zarenjem na povišenim temperaturama uz prisustvo silicijuma dolazi do izdvajanja ugljenika iz hemijskog jedinjenja Fe3C i nastaje legura Fe-C, a dijagram stanja koji se dobije u ovom sistemu naziva se stabilni dijagram. Na slici 1.35. dat je dijagram stanja željezno – ugljenik. Pune izvučene linije odonose se na metastabilni dijagram Fe - Fe3C, a isprekidane linije na stabilni dijagram Fe – C. Ovaj dijagram ne obuhvata sve legure od 0 do 100% C, nego samo dio od 0 do 6,67% C, zbog toga što legure sa većim sadržajem ugljenika nemaju praktične primjene. Lijeva granica dijagrama predstavlja čisto željezno, a desna granica čisto hemijsko jedinjenje ugljenika i željeza Fe3C, koje se zove cementit. Sa slike 1.35. vidi se da je onaj dijagram jako složen i ima dosta linija koje razgraničavaju različita područja. Složenost dijagrama potiče od alotropskih modifikacija željeza , koje imaju različitu sposobnost rastvaranja ugljenika, što zavisi od temperature.

1.11. STRUKTURE DOBIJENE UBRZANIM HLAĐENJEM

Sa povećanjem brzine hlađenja dolazi do snižavanja temperature eutektoidne reakcije, tj. dolazi do pothlađivanja legura. Još odavno bilo je poznato da se čelik može ojačati kada se zagrije do područja austenita, a zatim brzo ohladi, na primjer, u vodi (kaljenje). Struktura ovako dobijenog čelika je igličasta i zove se martenzit. Hlađenjem na vazduhu može se dobiti čisti perlit. Perlit ima dobru žilavost i plastičnost, ali malu tvrdoću. Hlađenjem zagrijanog čelika, na primjer, u struji vazduha , dobije se struktura sorbit. On ima dobru kombinaciju mehaničkih osobina, dobru žilavost, veliko izduženje, dobre dinamičke osobine i sposobnost plastičnih deformacija. Sa povećanjem brzine hlađenja, (hlađenje u ulju) dobije se struktura u obliku sivomrke mase koja se zove trustit. Prema brzini hlađenja dobijamo nekoliko novih struktura koje se znatno razlikuju po mehaničkim osobinama. Strukture svrstane prema tvrdoći, idući od veće ka manjoj, izgledaju ovako: martenzit, bainit, trustit, sorbit i perlit.


1.12. DIJAGRAM STANJA LEGURA SASTAVLJENIH OD VIŠE ELEMENATA

Najveću primjenu u tehnici imaju legure sastavljene od više komponenata. Dijagrami stanja sastavljeni od tri komponente su prostorni dijagrami. Njihova osnovna – jednakostranični trougao, služi za određivanje koncentracije komponenata. Vrhovi trougla odgovaraju čistim komponentama A, B i C, a njegove stranice dvojim legurama. Tako stranica AB predstavlja dvojnu leguru sastavljenu od komponenata A i B. Stranice trougla su podijeljene na 100 jednakih podjela. Svaka tačka unutar trougla predstavlja trojnu leguru sastavljenu od komponenata A. B i C. Određivanje sastava trojne legure pokazaćemo za proizvoljnu tačku M unutar trougla ABC (slika 1.41).

Ako kroz tačku M povučemo prave paralelno sa stranicama AB, BC i AC, tada ćemo dobiti presječne tačke na stranicama trougla u kojima možemo pročitati sadržaj pojedinih komponenata. Tako linija ed, povučena paralelno sa stranicom BC, kroz začku M, predstavlja konstantan sadržaj komponente A (jer na stranici BC nema komponente A). Na slici 1.42 nacrrtana je mreža za određivanje procentualnog sastava za bilo koju tačku trojne legure unutar trougla. Tako, na


primjer, za tačku M, povlačenjem paralelnih linija sa stranicama AB, BC i CB, dobijamo sadržaje komponenata C, A i B, tj. 20% C, 40% A i 40% B.

2.1. MJESTO I ULOGA TERMIČKE OBRADE U PROIZVODNOM PROCESU

Cilj termičke obrade je da se poboljšaju mehaničke osobine, čvrstoća, tvrdoča, žilavost, otpor protiv habanja, da se olakša obradivost, poboljšaju fizičke i hemijske osobine, a takođe i da se smanje unutrašnji naponi nastali prethodnom obradom.

Proces termičke obrade možemo predstaviti grafički u koordinatnom sistemu: vrijeme (T) i temperatura (t) (slika 2.1). Ovaj dijagram u principu karakterističan je za bilo koju vrstu termičke obrade. Iz dijagrama se vidi da je proces termičke obrade okarakterisan sljedećim parametrima:

- temperatura zagrijavanja (tt)- vrijeme zagrijavanja (T1)- vrijeme zadržavanja na postignutoj temperaturi tt (T2) i- vrijeme hlađenja (T3).

2.2. VRSTE TERMIČKE OBRADE

Termičkom obradom mijenjamo materijalnu mehaničke, fizičke i hemijske osobine. Ovo možemo postići na dva načina: bez promjene hemijskog sastava i sa promjenom hemijskog sastava površinskog sloja. Prema tome, termička obrada se može podjeliti na:

- čistu termičku obradu i - termo-hemijsku obradu.

Kod čiste termičke obrade zagrijavanjem i hlađenjem bez izmjene hemijskog sastava dajemo materijalu željene osobine. Međutim, kod termo-hemijske obrade difuzijom uvodimo, bilo nemetale ili metale, u površinski sloj, čime materijalu dajemo željene osobine. Termičku obradu možemo podijeliti na sljedeće vrste:

- kaljenje


- otpuštanje (popuštanje)- poboljšanje (oplemenjavanje)- normalizovanje- žarenje i - starenje.

Termo hemijsku obradu možemo podijeliti prema elementu, koji uvodimo difuzijom u površinski sloj na:

- cementaciju- nitriranje- cijaniziranje- hromiranje i dr.

2.4. KALJENJE

Kaljenje je zasnovano na faznim preobražajima pri zagrijavanju i hlađenju. Brzim hlađenjem čelika zagrijanog u područje austenita sprečava se preobražaj austerita u perlit i nastaju nove strukture. Novonastale strukture, raspadanjem austenita na nižim temperaturama, dobile su nazive: martenzit, bainit, sorbit i trustit. Primjenom različitih sredstava za hlađenje možemo dobiti jednu od struktura, koje će predmetu kaljenja dati željene osobine. Proces kaljenja sastoji se iz tri različita perioda okarakterisana sa četri parametra. U prvom periodu, predmeti koji se kale zagrijavaju se do temperature kaljenja t1 za vrijeme T1.

Temperatura kaljenja t1 za ugljenične čelike određuje se iz dijagrama Fe – Fe3C. Kada se postigne temperatura kaljenja tk, predmeti se moraju dovoljno vremena T2 držati na toj temperaturi, kako bi bili progrijani po cijelom presjeku i kako bi se izvršila potpuna transformacija ferita i perlita u austenit. Poslije toga slijedi hlađenje, koje se mora obaviti za kratko vrijeme (T3) a ciljem da se dobije martenzitna struktura. Da bi se ovo postiglo, hlađenje za ugljenične čelike se obično vrši u vodi. Početak i završetak transformacije se obavljaju u martenzitnoj oblasti. Podeutektoidni čelik, zagrijan do temperature kaljenja i ohlađen u vodi, dobija vrlo finu igličastu strukturu čistog martenzita, a nadeutektoidini čelik dobija strukturu koja se sastoji od mješavine martenzita i sekundarnog cementita. Za dobre rezultate veoma je značajna brzina hlađenja. Ugljenični čelici imaju veliku kritičnu brzinu hlađenja, što obezbjeđuje voda, dok legirani čelici imaju još manju kritičnu brzinu hlađenja, pa se hlađenje može obaviti na vazduhu.


2.5. KRITIČNE BRZINE HLAĐENJA I TEMPERATURE MARTENZITNOG PREOBRAŽAJA

Kritična brzina hlađenja je najmanja brzina hlađenja pri kojoj dolazi do transformacije austenita u martenzit. Temperatura na kojoj se austenit transformiše u martenzit pri kritičnoj brzini naziva se temperatura martenzitnog preobražaja. Kritična brzina hlađenja i temperatura martenzitnog preobražaja zavise od sadržaja ugljenika i drugih legirajućih elemenata.


2.6. DIJAGRAMI IZOTERMIČKE TRANSFORMACIJE AUSTENITA

Da bismo uspješno izvršili termičku obradu, koristimo se raznim dijagramima. Največu primjenu našli su dijagrami izotermalnog razlaganja austenita, poznati pod imenom IR dijagrami ili S krive. Osim ovih dijagrama, veliku primjenu imaju dijagrami kontinualnog hlađenja, poznati pod imenom KH dijagrami.


U IR dijagramu na ordinatu je nanesena temperatura, a na apscisu u logoritamskoj razmjeri vrijeme potrebno da se izvrši transformacija austenita na postignutoj temperaturi. Da bi se konstruisao jedan ovakav dijagram, potrebno je izvršiti više ispitivanja. Uzorci na kojima se vrše ispitivanja zagrijavaju se na istu temperaturu, a zatim brzo hlade do temperature na kojoj se zeli ustanoviti početak i završetak transformacije austenita.

2.7. PROKALJIVOST ČELIKA

Pri kaljenju površina predmeta hladi se znatno brže od sredine.Prokaljivost čelika je sposobnost kaljenja na određenu dubinu. To je jedna od vrlo važnih karakteristika. Na prokaljivost čelika najači uticaj ima hemijski sastav, veličina zrna i drugi faktori. Legirajući elementi (hemijski sastav) smanjuju kritičnu brzinu hlađenja, što povećava prokaljivost. Sa povećanjem procenta ugljenika do određene granice, slika 2.12., opada kritična brzina hlađenja, čime se povećava prokaljivost. Najmanju kritičnu brzinu hlađenja kod ugljeničnih čelika, tj. najveću prokaljivost, imaju čelici sastava koji je blizak eutektoidnoj tačci S (0,8% C). Povećanje prokaljivosti koristi se u dva slučaja. U prvom slučaju primjenom legiranih čelika povećavamo prokaljivost i omogućavamo kaljenje i velikih presjeka. U drugom slučaju, predmeti malog presjeka, izrađeni od ugljeničnog čelika mogu se, prokaliti po cijelom

presjeku ako se kao rashladno sredstvo koristi voda. Osnovna karakteristika prokaljivosti je dubina kaljenja u odgovarajućem rashladnom sredstvu.


Standardom je propisano ispitivanje prokaljivosti čelika. Ispitivanje se sastoji od kaljenja vodom čeone površine epruvete, a zatim mjerenja tvrdoće duž izvodnice.

2.8. ZAGRIJAVANJE MATERIJALA

Da bismo uspješno obavili bilo koju termičku obradu, moramo obezbjediti uređaje za zagrijavanje i hlađenje. Najstariji, a ujedno i najslabiji način zagrijavanja je zagrijavanje u kovačkoj vatri. Mnogo povoljnije uslove daju specijalno konstruisane peći za termičku obradu. U ovakvim pećima predmeti nisu u neposrednom dodiru sa gorivom već sa plamenom ili gasovima dobijenim sagorijevanjem goriva. Peći za zagrijavanje se konstruišu prema vrsti goriva koja mogu biti tečna ili gasovita. Električne peći su veoma pogodne za regulisanje temperature i režima zagrijavanja predmeta. U električnim pećima je moguće veoma lako regulisanje brzine zagrijavanja i temperature do koje se vrši zagrijavanje. Najpovoljnije rezultate prilikom zagrijavanja postižemo potapanjem predmeta u istopljene metale ili soli, tzv. sone kupke. Rastop je zagrijan na potrebnu temperaturu. Predmeti su potpuno zasićeni od štetnog dejstva atmosfere i goriva. U ovakvim kupkama predmete možemo zagrijavati po onim površinama koje treba termički obraditi (npr., strugarski nož: potrebno je zagrijati sječivo, grudnu i leđnu površinu, dok ostali dio nije potrebno zagrijavati).

2.9. HEMIJSKO DJELOVANJE SREDSTAVA ZA ZAGRIJAVANJE NA MATERIJAL

Da bi se izbjegla pojava oksidacije i razugljeničenja površine, koristimo se različitim sredstvima za zaštitu površine. Ova sredstva za zaštitu površina od štetnog djelovanja sredine u kojoj se vrši zagrijavanje mogu biti:

- sredstva za premazivanje


- sredstva za pakovanje - neutralne soli i - neutralni gasovi.

2.10. SREDSTVA ZA HLAĐENJE

Zagrijane predmete za termičku obradu hladimo brže ili sporije, što zavisi od vrste termičke obrade, materijala i osobina koje treba da postignemo. Najčešće hlađenje izvodimo u tekućinama, a u izvjesnim slučajevima i na vazduhu. Za hlađenje se najčešće koriste tri vrste tekućina, i to:

- voda i vodeni rastvori- ulja i masti i- rastopljene soli i metali.

Izbor sredstava za hlađenje vrši se prema hemijskom sastavu materijala željenoj strukturi (martenzit, bainit, turstit, sorbit i perlit), oblika i presjeka predmeta. Sredstvo smo izabrali pravilno za hlađenje samo onda kada tim sredstvom postignemo dovoljnu brzinu hlađenja koja omogućava dobijanje strukture bez pojave većih unutrašnjih naprezanja, deformacija i pukotina.

2.11. OSNOVNA PRAVILA O POTAPANJU PREDMETA U RASHLADNO SREDSTVO

Nepravilno potapanje predmeta u rashladno sredstvo može dovesti do takvih unutrašnjih naprezanja koja izazivaju vitoperenja, a u izvjesnim slučajevima i do stvaranja pukotina i predmet postaje neupotrebljiv. Pravilan položaj predmeta prilikom potapanja za neke karakteristične oblike dat je na slici 2.22.


Predmete u obliku posuda hladimo tako da otvor bude okrenut naviše kako bi vazduh i para, nastali isparavanjem rashladnog sredstva, izašli u okolni prostor i sve površine ravnomjerno hladile. Osnim pravilnog potapanja predmeta, veoma je važno njegovo pokretanje po rashladnom sredstvu. Kod predmeta male težine vršimo pokretanje predmeta, a kod predmeta veće težine pokreće se rashladno sredstvo.

2.12. OTPUŠTANJE


Po završetku kaljenja predmeti imaju vrlo veliku tvrdoću i čvrstoću, ali su veoma krti i neotporni na dinamička opterećenja. Da bi se predmetu smanjila krtost, a povećala žilavost i otpornost na dinamička opterećenja i smanjila tvrdoća i jačina na kidanje, vršimo otpuštanje (popuštanje). Proces otpuštanja se obavlja poslije izvršenog kaljenja i sastoji se od zagrijavanja do željene temperature, zadržavanje na postignutoj temperaturi, a zatim hlađenja na vazduhu ili u nekom drugom rashladnom sredstvu, što zavisi od vrste materijala. Karakteristično za otpuštanje je promjena dimenzija predmeta. Otpuštanjem povećavaju se dimenzije zbog toga što tetragonalni martenzit ima veću zapreminu od kubong ferita.

2.13. POBOLJŠAVANJE (OPLEMENJAVANJE)

Poboljšavanje ili oplemenjevanje je kombinovani postupak termičke obrade koji se sastoji od kaljenja i otpuštanja. Cilj ovog postupka je da čelik, pored relativno visoke čvrstoće, dobije visoku žilavost. Poboljšavanju se podvrgavaju nelegirani i legirani konstrukcioni čelici sadržajem ugljenika od 0,2 do 0,6%. Najširu primjenu poboljšavanje je dobilo pri izradi napregnutih dijelova, kao što su: vratila, poluge, zupčanici, zavrtnjavi itd. Osim izjednačavanja strukture, pri poboljšavanju se uklanjaju unutrašnja naprezanja nastala pri kaljenju.

2.14. NORMALIZOVANJE


Normalizacija je takva vrsta termičke obrade kod koje se ugljenični čelik zagrijava za 30 do 50oC iznad linije GSE, a zatim hladi na mirnom vazduhu. Normalizacija ima najširu primjenu kod popravljanja strukture pregrijanog čelika, predmeta određenih plastičnim deformacijama u toplom stanju, odstranjivanja cementitne mreže kod nadeutektoidnih čelika, izjednačavanja strukture zavarenih spojeva itd. Osim toga, normalizacija ima primjenu kod poboljšavanja mehaničkih osobina, u pripremi strukture za konačnu termičku obradu, obradu plastičnim deformacijama u hladnom stanju i obradi sa skidanjem strugotine.

2.15. DIFUZIONO ŽARENJE

Žarenje je termička obrada kod koje se materijal zagrijava na povišene temperature, zadržava na postignutim temperaturama izvjesno vrijeme, a zatim lagano hladi, pri čemu se formira stabilna (ravnotežna) struktura oslobođena od ostalih naprezanja. Da bismo izvršili izjednačavanje tj.

homogenizaciju strukture, vršimo difuziono žarenje (slika 2.29). Difuziono žarenje se sastoji od zagrijavanja čelika od 1050 do 1200°C, držanja na toj temperaturi (žarenja), a zatim laganog hlađenja skupa sa peći – do sobnih temperatura.


2.16. MEKO ŽARENJE

Meko žarenje je postupak termičke obrade koji se sastoji od dugotrajnog žarenja na temperaturama od 723°C, a zatim laganog hlađenja – približno 10°C/h. Podeutektoidne čelike zagrijavamo na temperaturu od 650 do 700°C, a nadeutektoidne čelike do 650 do 750°C (slika 2.30). Cilj mekog žarenja je da se čeliku obezbjedi struktura pogodna za kaljenje ili što je čest slučaj – materijal postaje mekan i pogodan za obradu plastičnim deformacijama i obradom sa skidanjem strugotine.

2.17. ŽARENJE ZA UKLANJANJE UNUTRAŠNJIH NAPREZANJA

Unutrašnji naponi u materijalu, nastali pri livenju, zagrijavanju i kaljenju, koji potiču od nejednakih brzina hlađenja i zagrijavanja površinskih i unutrašnjih slojeva, kao i naponi nastali u procesu tople ili hladne obrade mogu se odstraniti žarenjem na temperaturama od 400 do 600°C. Vrijeme žarenja traje od jedan do dva sata, a hlađenje se mora obaviti sporo u samoj peći. Ovim postupkom se naponi nastali prethodnom obradom u velikoj mjeri smanjuju, ali se nikada potpuno ne mogu odstraniti.

2.18. STARENJE

Iz iskustva je poznato da pojedine legure, poslije dužeg ležanja, bez spoljnih uzroka i bez bitnih promjena strukture mijenjaju mehaničke osobine. Ispitivanja su pokazala da se ova pojava dešava kod legure čije komponente imaju


ograničenu rastvorljivost, koja opada sa padom temperature. Ako je hlađenje obavljeno lagano, dolazi do izlučivanja viška komponente B iz komponente A. U slučajevima brzog hlađenja, koji se dešavaju u praksi, višak komponente B ostaje prisilno vezan u leguri na nižim temperaturama, zbog čega je čvrsti rastvor nestabilan i prezasićen komponentom B. Zbog težnje materijala ka ravnotežnom stanju, dolazi tokom vremena do izlučivanja komponente B, najčešće u obliku tvrdih jedinjenja (karbida, nitrida itd.). Ova pojava poznata je pod imenom starenje.

2.19. POVRŠINSKO OTVRDNJAVANJE

Postupci površinskog otvrdnjavanja se primjenjuju kod mašinskih dijelova od kojih se traži velika površinska tvrdoća i otpor habanja, a jezgro treba da ima veliku žilavost. To su rukavci vratila i osovina, zubi zupčanika, vođice, bregaste osovine itd. Osim toga, pored otvrdnjavanja površine,postiže seveća otpornost protiv korozije,povećava se dinamička moć nošenja, smanjuje zamor materijala, itd. Površinsko otvrdnjavanje možemo postići na dva načina, i to:

- postupcima mijenjanja strukture površinskog sloja, i - postupcima mijenjanja hemijskog sastava i strukture površinskog sloja.

Promjenu strukture površinskog sloja možemo postići mehaničkom obradom i površinskim kaljenjem. Promjenu hemijskog sastava i strukture postižemo difuzionim uvođenjem elemenata u površinski sloj. Najčešće se koristi: ugljenik, azot, hrom, bor, silicijum, aluminijum i drugi.

2.20. OTVRDNJAVANJE POVRŠINE MEHANIČKOM OBRADOM

Ovom postupku poboljšavanja mehaničkih osobina podvrgavaju se dijelovi (zupčanici,opruge, zavareni spojevi, spiralne burgije) izrađeni od čelika, sivog liva, aluminijuma i dr. Postupak se izvodi po završetku mehaničke i termičke obrade; može se jedino predvidjeti fino brušenje sa skidanjem sloja do 0,05 mm. Mašinski dijelovi se izlažu bombardovanju metalnim kuglicama prečnika 0,4 do 1,5 mm. Kuglice padaju na površinu predmeta brzinama od 50 do 70 m/s pod uglom od 75° do 90°. Padajući na površinu , kuglice izazivaju plastične deformacije. Na ovaj način povećava se dinamička moć nošenja, vijek trajanja i otpornost protiv korozije.


2.21. POVRŠINSKO KALJENJE

Površinsko kaljenje se sastoji od zagrijavanja površinskog sloja predmeta iznad kritične temperature Ac3, a zatim brzog hlađenja. Ovim postupkom površina predmeta dobija veliku tvrdoću, dok jezgro ostaje žilavo. Ovom vrstom termičke obrade postiže se otpornost protiv habanja, povećava dinamička čvrstoća i vijek trajanja. Najčešće se kale klizne površine, rukavci vratila i osovina, osovinice, zupčanici, razni alati, koljenasta vratila, prstenovi, cilindri itd. Postupkom površinskog kaljenja dobijamo veoma kvalitetne mašinske dijelove od relativno jeftinog materijala, čime se zamjenjuju skupi legirani čelici. Prema izvoru toplote razlikujemo više postupaka površinskog kaljenja. Zajedničko za sve postupke je posjedovanje jakog izvora toplote, koji je u stanju da za kratko vrijeme zagrije površinu. Hlađenje se vrši najčešće vodom. Predmeti jednostavnog oblika, malih dimenzija i slabo opterećeni mogu se zagrijavati potapanjem u rastopljene soli. Za krupnije dijelove, kao što su zubi velikih zupčanika, veliki valjci za hladno valjanje i drugo zagrijavanje se vrši plamenom. Najbolje rezultate površinskog kaljenja postižemo zagrijavanjem strujom visoke frekfencije.

2.22. DEFORMACIJE ČELIKA PRI TERMIČKOJ OBRADI I METODE SPREČAVANJA DEFORMACIJA

Deformacije koje se javljaju pri termičkoj obradi možemo sprečavati pravilnim konstruktivnim rješenjem, kao i ispravnim izvođenjem propisanog procesa termičke obrade. Ako se tehnološkim procesom predviđa i termička obrada kaljenjem, normalizovanjem, otpuštanjem ili starenjem, tada završnu obradu brušenjem izvodimo nakon termičke obrade. Veličine odstupanja nastale termičkom obradom moraju biti u granicama dodatka za brušenje. U praksi se mehaničkom obradom vrlo teško mogu ispraviti sljedeće vrste grešaka:

- ovalnost navoja urezanog u otvoru,- promjena koraka drugačih navoja,- ispupčenja tankih zidova, dna posuda itd.,- uzdužno iskrivljenje ili obrazovanje elipsastog otvora kod dijelova sa

uzdužnim otvorom.


Deformacije dijelova nastale u procesu termičke obrade mogu se ispraviti djelovanjem sila na savijanje, a rijetko i uvijanjem ili istezanjem. U principu ispravljanje dijelova deformacijama treba izbjegavati, naročito visokoopterećenih dijelova, kao i dijelova od kojih se zahtijeva velika tačnost. Po mogućnosti, dijelove treba ispravljati odmah poslije kaljenja. Deformacije u procesu termičke obrade nastaju usljed unutrašnjih naprezanja. Naprezanja koja nastaju pri termičkoj obradi možemo podijeliti u dvije grupe:

- termička naprezanja- strukturna naprezanja.

Termička naprezanja nastaju usljed neravnomjernog hlađenja površine i unutrašnjosti predmeta. Strukturna naprezanja rastu sa povećanjem temperature kaljenja, a takođe i s povećanjem brzine hlađenja. Pored naprezanja materijala i deformacija, pri termičkoj obradi se javljaju i druge greške:

1. Oksidacija i razugljeničenje površinskog sloja.2. Pregrijavanje materijala i dugo držanje na visokim temperaturama dovodi

do ukrupnjavanja zrna austenita.3. Nedovoljna tvrdoća. Ova greška može nastati zbog niske temperature

kaljenja ili zbog male brzine hlađenja.4. Stvaranje mekih mjesta.5. Naprsline se javljaju poslije hlađenja. Sklonost ka obrazovanju naprslina

raste sa povećanjem sadržaja ugljenika i s povećanjem temperature temičke obrade i brzine hlađenja.

2.23. TERMIČKA OBRADA SIVOG LIVA I LEGURA OBOJENIH METALA

Sivo i bijelo liveno gvožđe, modificirani liv i legirano liveno gvožđe može se termički obrađivati slično kao i čelik. Liveno gvožđe se najčešće podvrgava termičkoj obradi kaljenja i otpuštanja. Liveno gvožđe se može površinski kaliti, npr: klizne površine mašina, alatki, razni cilindri i drugo. Zavisno od dijagrama stanja legura obojenih metala, možemo izvršiti sljedeće vidove termičke obrade:

- žarenje- kaljenje i - otpuštanje.

Žarenje se primjenjuje sa ciljem dobijanja ravnotežnog stanja sa pravilnim oblikom kristalne rešetke i jednorodnim hemijskim sastavom. Kaljenje legura obojenih metala izvodi se sa istim ciljem kao i kod čelika, tj. brzim hlađenjem do sobnih temperatura zadržati strukturu koja odgovara visokim temperaturama. Otpuštanje izvodimo sa ciljem povećanja tvrdoće i drugih mehaničkih osobina.


2.24. OSNOVI TEHNOLOGIJE TERMIČKE OBRADE ZAVARENIH SPOJEVA

Zbog pojave zaostalih termičkih napona i strukturalnih promjena koje smanjuju oblast primjene zavarenih spojeva, moramo provoditi i odgovarajuću termičku obradu. Termičku obradu zavarenih spojeva izvodimo:

- da bismo odstranili ili smanjili zaostala termička naprezanja- radi poboljšanja struturnog stanja u zoni vara gdje je toplota izazvala

promjene strukture- radi rekristalizacije i poboljšanja kvaliteta zavarenog spoja kod

zavarivanja pod pritiskom.Za postizanje prethodnih promjena koristi se visokotemperaturno otpuštanje i normalizacija.

2.25. OPŠTI PRINCIPI PROJEKTOVANJA TEHNOLOŠKOG PROCESA TERMIČKE OBRADE

Tehnološki proces termičke obrade u ukupnom procesu proizvodnje određuje tehnolog.


Razrada tehnološkog procesa termičke obrade obavlja se sljedećim redoslijedom:

- izbor tipa tehnološkog procesa termičke obrade,- određivanje redoslijeda i sadržaja operacija,- određivanje režima rada,- izbor tehnološke opreme,- normiranje tehnološkog procesa termičke obrade,- određivanje kategorije složenosti operacije i određivanje stručne spreme

radnika za izvođenje operacije,- organizacija procesa termičke obrade,- izbor sredstava za automatizaciju i mehanizaciju tehnološkog procesa

termičke obrade i sredstava unutrašnjeg transporta,- izrada radne dokumentacije

Tehnološki proces termičke obrade se sastoji od osnovnih (termičkih) operacija i pomoćnih operacija. Osnovne termičke operacije su žarenje, normalizovanje, kaljenje, otpuštanje, cementacija, nitriranje itd. Kod pomoćnih operacija termičke obrade a to su čišćenje dijelova, odmašćivanje, brušenje, ispravljanje i slično, nema promjena fizičkih, hemijskih, tehnoloških i mehaničkih osobina.

3.0. TERMO-HEMIJSKA OBRADA

Termo-hemijska obrada zasniva se na difuzionom zasićivanju površinskih slojeva predmeta izrađenih od ugljičnih i legiranih čelika elementima: ugljenikom, azotom, hromom, silicijumom, alumnijumom, borom, sumporom, i drugim. Pri ovoj vrsti obrade mijenja se hemijski stav i struktura površinskog


sloja pod uticajem sredine u kojoj se predmet nalazi, i temeperature. Predmeti pri termohemijskoj obradi su smješteni u sredinu koja je bogata elementom koji difuzijom prodire u površinske slojeve. Zavisno od agregatnog stanja sredine, razlikujemo termo-hemijsku obradu u čvrstoj, tečnoj i gasovitoj sredini.

3.1. CEMENTACIJA

Pod cementacijom podrazumijevamo žarenje ugljičnih čelika sa sadržajem ugljika od 0,05 do 0,2% na temperaturama od 850 do 10000C u sredinama bogatim ugljenikom. Kao rezultat žarenja dobijamo površinski sloj obogaćen ugljenikom. Sa povećenjem temperature brzina cementacije raste, ali se dobija sloj slabijih osobina. Dubina cementacionog sloja zavisi od: temperature, vremena žarenja, vrste sredstava za cementaciju i sastava materijala.Najvažniji faktori su temperatura i vrijeme.Debljina cementacionog sloja se obično kreće u granicama od 0,5 do 2mm. Rijetko kada je ta dubina manja od 0,5 ili veća od 2mm. Po završetku cementacije dobijamo jednu vrstu složenog materijala, koja se sastoji od jezgra, sa niskim sadržajem ugljenika i površinskog sloja sa visokim sadržajem ugljenika. Prema agregatnom stanju sredstava za cementaciju razlikujemo:

- cementaciju u čvrstom sredstvu,- cementaciju u tečnoj sredini, i- cementaciju u gasovitoj sredini.

3.1.1. Cementacija u čvrstom sredstvu

Cementacija u čvrstom sredstvu je najstariji metod termo-hemijske obrade. Pri ovoj vrsti hemijsko-temičke obrade očišćeni i pripremljeni predmeti se pakuju u posebne sanduke skupa sa praškom za cementaciju. Vrijeme trajanja cementacije određuje se prema potrebnoj dubini prodiranja ugljenika u površinski sloj.Obično se kreće u granicama od 8 do 12 časova. Po završetku cementacije hlađenje predmeta se vrši lagano na vazduhu s tim da se sanduci ne otvaraju. Poslije završene cementacije, da bismo dobili potrebnu tvrdoću cementacionog sloja, vršimo kaljenje sa otpuštanjem.

3.1.2. Cementacija u tečnom sredstvu

Cementacija u tečnoj sredini se ostvaruje u specijalnim kadama u kojima se nalaze rastopljenje soli koje imaju nisku tačku topljenja. Primjenjuje se kod cementacije dijelova malih dimenzija (osnovice, prstenovi, zavrtnjevi, mali zupčanici itd.), kod kojih je dubina cementacije mala – od 0,2 do 0,3mm.


Preimućstva cementacije u tečnom sredstvu su: kratkoća procesa cementacije,koja je uslovljena brzim zagrijavanjem u kadi i visokom aktivnošću komponenata koje sudjeluju u procesu cementacije.Glavni nedostatci su .nemogućnost cementacije dijelova srednjih i velikuh dimenzija. Po zavrčetku cementacije u tečnoj sredini predmeti se odmah kale, a zatim otpuštaju.

3.1.3. Cementacija u gasovitom sredstvu

Ova vrsta cementacije se obavlja u gasovitoj sredini koja je sposobna da oslobodi ugljenik u atomarnom obliku. Gasna cementacija ima niz preimućstava u odnosu na cementaciju u čvrstoj srednini. Postupak je znatno ekonomičniji i traje kraće vrijeme. Priprema materijala za cementaciju je takođe kratka, a vrijeme zagrijavanja do temperature cementacije je takođe kratko. Pri gasnoj cementaciji moguće je regulisati dubinu cementacionog sloja, a takođe i sadržaj ugljenika. Ovaj postupak ima i nedostataka: zahtijeva složeniju i skuplju opremu, kvalifikovniju radnu snagu, složeniju eksplotaciju, ravnomjernu cirkulaciju gasova i složeniju higijensko-tehničku zaštitu. Gasna cementacija ima veliku primjenu pri masovnoj i serijskoj proizvodnji, a takođe i u maloserijskoj i pojedinačnoj proizvodnji i postepeno potiskuje cementaciju u čvrstom sredstvu.

3.1.4 Termička obrada po završetku cementacije

Poslije završetka cementacije, da bismo dobili visoku tvrdoću cementacionog sloja, obavezno vršimo kombinovanu termičku obradu, koja se sastoji od kaljenja i otpuštanja. Najjednostavniji način termičke obrade je kaljenje – odmah poslije cementacije. Može se koristiti samo poslije cementacije u tečnoj i gasovitoj sredini i za predmete od manje važnosti i manje napregnute u konstrukcijama. Predmeti poslije cementacije hlade u vodi, ulju ili nekom drugom sredstvu, čime se dobije velika tvrdoća površinskog sloja. Poslije kaljenja neophodno je izvršiti otpuštanje na temperaturi od 160 do 1800C u trajanju od 1 do 2 sata da bi se djelimično odstranila unutrašnja naprezanja.

3.1.5. Greške koje se javljaju pri cementaciji

U toku cementacije mogu se pojaviti greške koje dovode do neupotrebljivosti komada. Jedna od glavnih grešaka je prekomjerno naugljenisanje površinskog sloja. Prekomjerno naugljenisani površinski sloj može se popraviti žarenjem duže vrijeme na povišenim temperaturama, a cementitna mreža se uklanja


normalizovanjem. Česta greška pri cementaciji je neravnomjerna dubina cementacionog sloja. Različita dubina cementitnog sloja dobija se pri neravnomjernom zagrijavanju. Kod cementacije u čvrstom sredstvu ova greška je veoma česta, dok je kod cementacije u tečnoj i gasovitoj sredini – rijetka. Mala dubina cementacionog sloja je greška koja može nastati zbog jednog ili više uzroka: niža temperatura procesa cementacije, kraće vrijeme cementacije, poremećen režim dovođenja sredstava za cementaciju. Ova greška se može otkloniti ponovnom cementacijom. Razugljenisanje površinskog sloja je greška koja može nastati u procesu cementacije ili pri hlađenju sanduka skupa sa predmetima. Mali sadržaj ugljenika u cementacionom sloju je greška koja može nastati usljed tri uzorka: nedovoljne aktivnosti sredstava za cementaciju, neravnomjernog rasporeda aktivatora u sredstvu za cementaciju i narušenog temperaturnog režima procesa cementacije. Pukotine u cementacionom sloju su greške koje se javljaju pri cementaciji predmeta izrađenih od legiranih čelika sa povećanim sadržajem hroma i nikla.

3.1.6. Zaštita od cementacije i uređaji za izvođenje cementacije

Prije početka cementacije predmete treba dobro očistiti od prljavštine, masnoće, tragova korozije, a zatim pažljivo pregledati i samo ispravne komade podvrgnuti procesu cementacije. Površine koje nije potrebno cementovati – moramo zaštititi od cementacije. U pojedinačnoj i maloserijskoj proizvodnji, kao i pri remontnim radovima, najjednostavniji način zaštite je ostavljanje dovoljnog dodatka za obradu, koji ćemo poslije cementacije na mašinama alatkama odstraniti. Najbolje rezultate zaštite od cementacije postižemo galvanskim prevlačenjem površina bakrom. Debljina sloja bakra je veoma mala i kreće se u granicama od 20 do 30µm. Dobru i sigurnu zaštitu od cementacije postižemo prevlačenjem površina tankim slojem aluminijuma debljine 0,3 do 0,5 mm. Prost, jeftin, ali i nedovoljno siguran način zaštite od cementacije je premazivanje površine pastama koje imaju različit sastav. Ako se na predmetu nalaze otvori koje nije potrebno cementirati, zaštićujemo ih. Male otvore zatvaramo čepovima izrađenim od bakra, a veće vatrostalnom glinom i slično.

3.2. NITRIRANJE

Nitriranje je postupak hemijsko-termičke obrade pri kojem se u površinski sloj mašinskih dijelova, izrađenih od čelika ili livenog gvožđa, putem difuzije, uvodi azot. Nitrirani površinski sloj daje predmetu posebne osobine, koje se odlikuju visokom tvrdoćom, koja se zadržava i na povišenim temperaturama, otpornošću


na habanje i koroziju i povećanom dinamičkom čvrstpćom. Nitriraju se košuljice cilindra i ventili motora sa unutrašnjim sagorijevanjem, vratila, vretena mašina alatki, zavojna vretena, elementi turbina, alati za obradu sa skidanjem strugotine i drugo. Proces nitriranja se obavlja na relativno niskim temperaturama od 480 do 7000C u sredini bogatoj azotom. Zavisno od agregatnog stanja, sredine u kojoj se vrši nitriranje razlikujemo:

- nitriranje u gasovitoj sredini i- nitriranje u tečnoj sredini.

Za nitriranje se koriste ugljenični čelici, nisko i visoko legirani čelici i brzorezni čelici. Nitriranje spada u grupu konačne obrade, poslije koje se može izvršiti samo završno fino brušenje. Velika tvrdoća nitriranog sloja isključuje druge vidove mehaničke obrade. Prije nitriranja dijelovi se obrađuju na tačnu mjeru, a pogodnom termičkom obradom (poboljšanjem) dobijamo željenu strukturu koja daje predmetu najpogodnije mehaničke osobine. Površine koje nije potrebno nitrirati zaštićujemo. Upoređivanjem postupaka cementacije i nitriranja dolazimo do sljedećih zaključaka:

- u procesu cementacije, s obzirom na visoke temperature procesa (900 do 9500C), a zatim termičkom obradom (kaljenjem i otpuštanjem) u predmetima se stvaraju jaka naprezanja koja dovode do deformacije, pa čak i do pojave pukotina. Nitriranje se obavlja na znatno nižim temperaturama, a poslije nitriranja nije potrebna nikakva termička obrada, tako da nema termičkih naprezanja i deformacija predmeta,

- nitrirane površine su tvrđe i tvrdoću zadržavaju sve do temperature od 5000C, dok cementovane površine imaju nižu tvrdoču i već pri temperaturama oko 2000C dolazi do pada tvrdoće,

- nitrirani sloj ima veću dinamičku čvrstoću i otpor protiv korozije nego cementovani sloj,

- nitriranje je skuplji postupak, traje duže vrijeme i zahtijeva kvalitetnije materijale u odnosu na cementaciju.


3.3. KARBONITRIRANJE

Karbonitriranje je postupak hemijsko-termičke obrade pri kome istovremeno u površinski sloj predmeta uvodimo ugljenik i azot. Obavlja se u sredinama bogatim ugljenikom i azotom. Sredstva za karbonitriranje mogu biti u čvrstom, tečnom i gasovitom stanju. Najviše se koriste karbonitriranje u tečnoj i gasovitoj sredini. Osnovni parametri koji određuju dubinu i sastav površinskog sloja dobijenog karbonitriranjem određeni su temperaturom i vremenom trajanja procesa, vrstom materijala predmeta i sastavom sredstava za karbonitriranje. Sa povećanjem temperature sve je manje azota, a više ugljenika u karbonitriranom sloju. Što duže traje proces, to je veća dubina i karbonitriranog sloja. Zavisno od temperature karbonitriranja razlikujemo:

- niskotemperaturno karbonitriranje i- visokotemperaturno karbonitriranje

Karbonitriranje u tečnoj sredini, zbog upotrebe cijanida, često se naziva cijaniziranje.


3.4. OSTALE VRSTE TERMO-HEMIJSKE OBRADE

Ostale vrste termo-hemijske obrade imaju za cilj povećanje površinske tvrdoće i zaštitu od korozije. Procesi su poznati pod imenom difuzione metalizacije, a sastoje se u zasićavanju površinskog sloja čeličnog predmeta nekim metalom ili drugim elementom. Najčešće se koriste hrom (hromiranje), Al (alitiranje), Si (siliciranje), B (boriranje) i drugi. Difuziona metalizacija može se obaviti u čvrstoj, tečnoj i gasovitoj sredini. Hromiranje je postupak pri kome se površina predmeta zasićuje hromom (Cr). Treba razlikovati galvanski postupak hromiranja od difuzionog. Kod difuzionog hromiranja u površinski sloj se uvodi hrom, koji površini predmeta daje posebne osobine, koje se odlikuju visokom tvrdoćom i otpornošću na habanje, povećanom otpornošću na koroziju i otpornošću na oksidaciju. Kod galvanskih postupaka površina se presvlači slojem hroma, pri čemu se površina zaštićuje od korozije i ima lijep izgled. Siliciranje je postupak pri čemu se u površine predmeta izrađenih od čelika i sivog liva zasićuju silicijumom. Dobivene površine odlikuju se povećanom postojanošću prema sumpornoj, sonoj, azotnoj i drugim kiselinama, kao i morskoj vodi. Alitiranje je postupak pri kome se u površinski sloj predmeta izrađenih od čelika ili sivog liva uvodi aluminijum. Cilj ove vrste hemijsko-termičke obrade je povećanje otpornosti na koroziju i postojanosti na povišenim temperaturama.

3.5. DEFORMACIJE PRI TERMO-HEMIJSKOJ OBRADI

Deformacije dijelova pri termo-hemijskoj obradi mogu biti dvostruke:- deformacije geometrijskog oblika u uzdužnom i poprečnom presjeku i- promjene dimenzija.

Deformacije geometrijskog oblika nastaju usljed nepravilnog pakovanja i slaganja za termo-hemijsku obradu, nepravilnim nanošenjem zaštitne presvlake, njenim lošim kvalitetom ili slabom termičkom obradom koja prethodi termo-hemijskoj obradi. Da bi se poboljšao kvalitet proizvoda, prije termo-hemijske obrade potrebno je primiti dijelove. Priprema se sastoji od mehaničke obrade i termičke obrade poboljšanjem. Zasićeni površinski sloj povećava specifičnu zapreminu. Direktna posljedica povećanja specifične zapremine zasićenog površinskog sloja je povećanje dimenzija predmeta. Sa povećanjem dubine hemijski zasićenog površnskog sloja dolazi do povećanja dimenzija. Tako npr. pri nitriranju na dubinu 0,5 mm dimenzije predmeta se uvećaju za 0,02 do 0,04 mm na jednoj strani. Zapreminske promjene pri termo-hemijskoj obradi mogu dovesti do deformacija i promjena geometrijskog oblika. Deformacije pri termo-hemijskoj obradi javljaju se pri lošoj kontrukciji dijelova koji se podvrgavaju


ovoj obradi. Da bi se izbjegle deformacije pri termo-hemijskoj obradi, neophodno je površine koje su zasićene nanošenjem prevlake kvalitetno izvesti, a takođe i simetrično rasporediti. Male deformacije, a takođe i promjene dimenzija možemo odstraniti brušenjem.

3.6. METODE OCJENE KVALITETA CEMENTOVANIH I NITRIRANIH DIJELOVA

Dijelove koji su podvrgnuti termo-hemijskoj obradi kontrolišemo spoljnim posmatranjem, mjerenjem dimenzija, mjerenjem dubine sloja i mjerenjem tvrdoće. Spoljnim pregledom kontrolišemo da li na površini ima naprislina i drugih grešaka koje se mogu utvrditi golim okom. Dijelove od kojih se traži veća tačnost kontrolišemo mjerenjem dimenzija i položaja pojedinih površina. Za određivanje dubine pri cementaciji ili nitriranju koristimo se probnim štapovima, najčešće kružnog poprečnog presjeka, prečnika 10 do 20 mm, a dužine 100 do 250 mm. Probni štapovi se izrađuju od istog materijala od koga su izrađeni i dijelovi za koje određujemo dubinu cementacije ili nitriranja. Za utvrđivanje dubine cementacije moramo obaviti brušenje, poliranje i nagrizanje, čime se utvrđuje jasna granica između cementacionog sloja i osnovnog materijala. Dubinu nitriranog sloja određujemo brušenjem probnog štapa. Dubinu nitriranog sloja najtačnije određujemo brušenjem, poliranjem i nagrizanjem probnog štapa sa 4% rastvorom azotne kiseline, a zatim – posmatranjem pod mikroskopom. Tvrdoću cementovanih i zakaljenih površina kontrolišemo Rokvelovom skalom C ako je dubina cementacionog sloja veća od 0,65 mm. Za manje dubine cementacije tvrdoću kontrolišemo po Vikersovoj metodi. Na sličan način kontrolišemo i tvrdoću nitriranog sloja.


4.1. STATIČKA ISPITIVANJA

Statistička ispitivanja su najčešća. To su takva ispitivanja kod kojih se epruveta ili dio koji se ispituje podvrgava dejstvu mirnog(statičkog) ili lagano rastućeg opterećenja. Pri ovom ispitivanju ne smije biti udarnih (naglih) opterećenja. Zavisno od vrste naprezanja koje izaziva opterećenje, statiča ispitivanja mogu biti:

- ispitivanje na zatezanje- ispitivanje na pritisak- ispitivanje na smicanje- ispitivanje na savijanje i - ispitivanje na toroziju.

U grupu statičkih ispitivanja spadaju i najvažnije metode ispitivanja tvrdoće:- ispitivanje tvrdoće po Brinelu- spitivanje tvrdoće po Rokvelu i- ispitivanje tvrdoće po Vikresu.

4.2. ISPITIVANJE MATERIJALA ZATEZANJEM

Ispitivanje materijala zatezanjem obavlja se na specijalno određenim probnim štapovima-epruvetama ili neobrađenim elementima (lanci, užad, cijevi i dr.) silama koje lagano rastu. Pod dejstvom sila dolazi do deformacija, koje su praćene povečanjem dužine (izduženja) i smanjenjem poprečnog presjeka (suženje). Materijal se odupire spoljnjem dejstvu sila, i da bi se nastavile deformacije, potrebno je stalno povećavati silu. Kada spoljne sile prekorače kohezione sile koje vladaju u materijalu, dolazi do loma. Cilj ispitivanja zatezanjem je da se odrede svojstva otpornosti i sposobnosti deformacija. Ovim ispitivanjem određuju se sljedeća svojstva otpornosti: granica proporcionalnosti ơpr3, modul elastičnosti (E), granica elastičnosti (ơe), granica razvlačenja (ơv) i zatezna čvrstoća (ơm). Svojstva deformacije određuje se izduženjem (δ5 ili δ10) kontrakcijom poprečnog presjeka (Ψ)


4.2.1 Epruvete za ispitivanje

Epruveta je uzorak materijala obrađen na određen oblik i mjere propisane standardom. Uzorak od kojeg se uproveta pravi mora reprezentovati materiju čije osobine ispitujemo. Epruvete su najčešće kružnog presjeka, a mogu biti i drugog oblika, što zavisi od presjeka materijala koji se ispituje.

Epruvete za ispitivanje materijala zatezanjem mogu biti tehničke i standardne. Tehničke epruvete se posebno ne obrađuju. To su lanci, cijevi, čilična užad, žica, betonsko gvožđe, gotovi mašinski elementi itd. Ispitivanje se vrši u stanju u kojem se predmeti primjenjuju. Standardne epruvete se posebno obrađuju na mašinama alatkama. Za ispitivanje se koriste normalne i proporcionalne epruvete.

4.2.2. Mašine za ispitivanje zatezanjem

Mašine za ispitivanje zatezanjem zovu se kidalice. Prem principu rada dijele se na mehaničke i hidraulične. Ove mašine su obično univerzalne i na njima se, pored ispitivanja zatezanjem, može baviti ispitivanje pritiskivanjem, savijanjem i smicanjem. Kidalice imaju tri osnovna dijela, i to:

- pogonski dio - dio za ispitivanja i- uređaj za očitavanje sile.

Kidalice na hidraulični pogon su pogodnije za rad i njima se postiže veća preciznost rada.


4.2.3. Dijagrami naprezanje-izduženja

Prilikom ispitivanja na zatezanje snima se dijagram izduženja Δl i sila F. Ovaj dijagram može se i konstruisati – ako se u toku ispitivanja za razne vrijednosti sile F očitaju veličine izduženja. Dobijeni dijagram daje sliku ponašanja materijala pod dejstvom zatežuće sile. Na slici 4.7. dat je dijagram za meki čelik sa karakterističnim tačkama.

Sa slike se vidi da se dijagram mođe razdijeliti u četri zone. Zona OE naziva se zona elastičnosti. U ovoj zoni izduženje Δl je proporcionalno sa silom i do granice P važi Hukov zakon. Sve deformacije ovoj zoni su elastične. Po prestanku dejstva sile epruveta se vraća u prvobitni položaj. Izduženja Δl su veoma mala. Prekoračenjem granice E u materijalu nastaju trajne deformacije i po prestanku djelovanja sile epruvete se ne vraća u prvobitni položaj. Tačka P na dijagramu označava granicu proporcionalnosti, a tačka E granicu elastičnosti. Zona EFG naziva se zona velikih deformacija. U ovoj zoni dolazi do znatnog povećanja izduženja za veoma malo povećanje sile, a kod nekih materijala izduženje raste uz pad sile (dio dijagrama FG). Ova zona nije karakteristična, jer se ne pojavljuje kod većine materijala. Tačka F pokazuje gornju granicu velikih deformacija, a tačka G donju granicu velikih deformacija. Zona GM naziva se zona ojačavanja materijala. U ovoj zoni raste izduženje – uz porast opterećenja. Izduženja brže rastu nego u zoni OE. U periodu ojačavanja materijala na epruveti se primjećuje mjesto budućeg preloma.


To mjesto predstavlja suženje epruvete, koje brzo raste uz blag porast opterećenja – do maksimalne vrijednosti, koja odgovara tački M, poslije čega dolazi do pada sile uz dalji porast izduženja. Ova izduženja imaju lokalni karakter i dešavaju se samo u zoni suženja, zbog čega se zona MK zove zona lokalnih velikih deformacija. U tački K dolazi do preloma epruvete. Kod mnogih materijala (krtih) nema pojave suženja epruvete i prekid se dešava uz veoma male deformacije, bez zone MK. Dijagram F – Δl nije pogodan za prikazivanje karakteristika materijala pošto mjerne dimenzije epruvete mogu biti različite. Da bismo za jedan materijal uvijek dobili istu krivu deformaciju, koristimo se dijagramom napon – relativno izduženje (ơ – ). Na ordinatu se

nanose vrijednosti napona ơ= , a na apscisu relativno izduženje 100%.

Oblik dijagrama je isti, a razlika je samo u razmjeri. Na osnovu dobijenog dijagrama određujemo svojstva otpornosti:

- granicu proporcionalnosti ơpr

- granicu elastičnosti ơe

- modul elastičnosti E- granicu razvlačenja ơv

- zateznu čvrstoću ơm. Granica proporcionalnosti je granica do koje još postoji proporcionalnost između naprezanja i izduženja. Napon na granici proporcionalnosti se određuje prema obrascu:

Ơpr = , KN/cm2

Granica elastičnosti pri zatezanju je maksimalni napon koji u materijalu ne izaziva plastične deformacije poslije prestanka djelovanja sile. Prekoračenjem granice elastičnosti nastaju trajne deformacije. Granica elastičnosti nalazi se neposredno pored granice proporcionalnosti. Modul elastičnosti je konstantan za određeni materijal i važi samo u području proporcionalnosti i određuje se prema obrascu:

E = = , KN/cm2.

Granica razvlačenja određuje se prem obrascu:

, KN/cm2.

Granicu razvlačenja možemo lako odrediti samo kod malog broja materijala. Utvrđeno je da granica razvlačenja odgovara naponu koji izaziva trajne deformacije od 0,2%. Zbog toga se često granica razvlačenja označava sa 0,2. Zatezna čvrstoća lako se određuje, jer se u toku ispitivanja uvijek registruje maksimalna sila. Prem maksimalnoj sili određuje se zatezna čvrstoća materijala, prema obrascu:


m = , KN/cm2.

Pored određivanja svojstava otpornosti, zatezanjem se mogu odrediti svojstva deformacije, i to:

- izduženja i- kontrakcija.

Izduženje je najvažnije svojstvo deformacija i određuje se prem obrascu

100%,

gdje je:l1 – mm – dužina epruvete poslije preloma il0 – mm – mjera dužine epruvete.Izduženje se obilježava indeksom 5 ili 10 ( 5 ili 10), što zavisi od toga kojom epruvetom smo vršili ispitivanje. Indeks 5 se odnosi na kratku epruvetu, a indeks 10 na drugu epruvetu. Kontrakcija ili suženje presjeka je procentualno smanjenje površine presjeka na mjestu preloma. Određuje se prema obrascu:

,

gdje je: A0 – mm2 – prvobitna površina presjeka,A1 – mm2 – površina presjeka na mjestu preloma.


4.3. ISPITIVANJE MATERIJALA PRITISKOM

Ponašanje materijala pod djelovanjem sila pritiska ispitujemo na specijalnim presama ili univerzalnim kidalicama. Ispitivanje se izvodi na epruvetama oblika valjka ili kocke. Veće visine valjka se ne upotrebljavaju zbog pojave izvijanja. Meki čelici, meki metali (olovo, bakar, aluminijum i dr.) se ne mogu polomiti pritiskom, zbog čega se rijetko ispituju na ovaj način. Pritiskom se najčešće ispituje liveno gvožđe, kaljeni čelik, mesing, beton, kamen, cigla i slično. Dobro obrađena epruveta postavlja se između dvije ravne ploče koje izvode pritisak. Ploče su kaljenje, a jedna od njih mora biti zglobno vezana za mašinu da bi se dobio ravnomjeran pritisak po cijelom presjeku epruvete .

Sa povećanjem sile pritiska F dolazi do skraćenja epruvete i povećanje prečnika. Prilikom izvođenja ispitivanja snima se dijagram sila – skraćenje (F – Δl), koji iima sličan oblik kao dijagram dobijen ispitivanjem na istezanje, samo što je u trećem kvadrantu. Na osnovu dobijenih rezultata ispitivanja određuje se sljedeća svojstva otpornosti:

- granica proporcionalnosti ppr

- granica elastičnosti pe

- granica velikih skraćenja pv

- pritisna čvrstoća pm.


4.4. ISPITIVANJE MATERIJALA SAVIJANJEM

Ispitivanje materijala savijanjem, izvodi se radi određivanja čvrstoće na savijanje sm. Najviše se primjenjuje za ispitivanje sivog liva, a rjeđe za čelik i ostale legure. Ispitivanje se obavlja na epruvetama okruglog ili kvadratnog presjeka. Ispitivanje na savijanje obavlja se na specijalnim ili univerzalnim mašinama za ispitivanje materijala. Epruveta se oslanja na dva valjkasta oslonca, a na sredini pritiskuje pritiskivačem.

U toku ispitivanja sila se mora polagano povećati tako da brzina porasta napona

ne pređe 3 Sila F kojom pritiskivač djeluje na epruvetu izaziva u

početku elastične deformacije, a zatim i plastične. Pod djelovanjem sile stvara se ugib, koji raste sa njenim porastom. On je najveći na sredini epruvete ispod sile.

Izraz za savojnu čvrstoću: sm= , KN/cm2. Prilikom ispitivanja na

savijanje crta se dijagram momenat savijanja – ugib (Ms – f). Oblik dijagrama zavisi od vrste materijala i njegovih osobina.


4.5. ISPITIVANJE MATERIJALA UVIJANJEM

Pri ispitivanju materijala na uvijanje (torziju) služe epruvete okruglog ili kvadratnog presjeka.

Epruveta se učvršćuje u čeljusti mašine i opterećuje obrtnim momentom koji izaziva uvijanje vlakana. Pri uvijanju presjeci epruvete ne mijenjaju oblik, ali se jedan prema drugom zaokreće za izvjestan ugao. Sa povećanjem momenta uvijanja raste ugao uvijanja , a takođe i naprezanja na uvijanje. Pri ispitivanju na uvijanje snima se dijagram, momenat uvijanja – ugao uvijanja (M - ). Na osnovu rezultata dobijenih ispitivanjem određuje se svojstva otpornosti pri uvijanju:

- granica proporcionalnosti- granica elastičnosti- granica plastičnosti ili tehnička granica plastičnosti- uvojna čvrstoća.

Karakteristična veličina pri uvijanju je modul klizanja. Modul klizanja predstavlja otpor materijala prema elastičnim deformacijama pri uvijanju.


4.6. ISPITIVANJE TVRDOĆETvrdoća je otpor kojim se jedno tijelo suprostavlja prodiranju drugog tvrđeg tijela u njegovu površinu. Mjerilo tvrdoće je veličina otiska koji ostavlja utiskivač tačno određenog oblika i veličine, izrađen od veoma tvrdog materijala, pod djelovanjem određene sile, na površini ispitivanog materijala. Prema načinu djelovanja sile, ispitivanje tvrdoće mogu se podijeliti na:

- statistička ispitivanja- dinamička ispitivanja tvrdoće.

Pri određivanju tvrdoće najčešće se primjenjuju tri statičke metode, i to:- Brinelova- Rokvelova i- Vikersova.

4.6.1. Ispitivanje tvrdoće po Brinelu

Za ispitivanje tvrdoće po Brinelu koristimo se utiskivačem u obliku čelične kuglice, koja se utiskuje određenom silom u površinu predmeta. Mjerilo tvrdoće je veličina otiska koji ostavi kuglica u površini ispitivanog materijala (slika 4.31).


Brojna vrijednost tvrdoće predstavlja srednje naprezanje po površini otiska koji ostavi kuglica. Prema tome, tvrdoća po Brinelu se može izraziti: HB=

gdje je: F – KN – sila utiskivanjaD – cm – prečnik kuglice h – cm – dubina otiskad – cm – srednji prečnik otiska.

Na veličinu otiska utiče i vrijeme ispitivanja. Ako ispitivanje traje kratko vrijeme, dimenzije otiska su manje, pa je izmjerena tvrdoća nešto veća od stvarne tvrdoće materijala. Osim toga, pri uzimanju otiska mora se voditi računa o rastojanju centra otiska od ivice materijala i o rastojanju između centara dvaju susjednih otisaka. Po JUS standardima treba izvršiti najmanje tri mjerenja tvrdoće. Uzima se srednja vrijednost tvrdoće.


4.6.2. Ispitivanje tvrdoće po Rokvell-u

Po Rokvelu mjerilo tvrdoće je dubina otiska koji ostavi specijalni utiskivač na koji djeluje određena sila. Kao utiskivač služe čelične kuglice odgovarajućeg prečnika ili dijamantski konus sa uglom konusa 1200 i poluprečnikom zaobljenja vrha r=0,2 mm. U zavisnosti od vrste materijala i debljine uzorka bira se utiskivač i veličina sile. Pod dejstvom ukupnog opterečenja utiskivač u površini predmeta ostavlja trajni otisak čija dubina predstavlja mjerilo tvrdoće. Tvrdoća po Rokvelu je bezdimenzioni broj i izražava se u jedinicama Rokvelovih skala. Kod svih Rokvelovih postupaka mjerenje tvrdoće se odvija u tri faze: u prvoj fazi utiskivač se optereti predopterećenjem F0, čime se uklanjaju uticaji neravnina; u drugoj fazi utiskivač se opterećuje glavnim opterečenjem F1 koji

skupa s predopterećenjem F0

izaziva plastične i elastične deformacije.


U trećoj fazi skida se glavno opterećenje, a utiskivač se ostavlja pod dejstvom predopterečenja, kada se vrši očitavanje tvrdoće. Po JUS-u standardizovana su dva postupka mjerenja tvrdoće po skali B i C. Ispitivanje tvrdoće po skali C vrši se utiskivanjem dijamantskog konusa. Skala (C) za mjerenje tvrdoće podijeljena je na 100 jednakih dijelova, tako da svaka podjela predstavlja jednu jedinicu Rokvelove tvrdoće. Zbog toga bi tvrdoća

prema slici bila izražena: . Ovako određena tvrdoća imala bi veću

vrijednost za mekše materijale, dok bi za tvrđe bila manja. Da bi se to izbjeglo,

tvrdoća se određuje po obrascu: HRC=100 - . Debljina lima na kome

mjerimo tvrdoću mora biti 8 puta veća od dubine otiska. Rokvelovu tvrdoću po skali B određujemo utiskivanjem čelične kuglice.

4.6.3. Ispitivanje tvrdoće po Vikersu

Ova metoda odlikuje se nizom preimućstava:- mogu se ispitiati i najtvrđi materijali- oštećenje površine je minimalno- može se odrediti tvrdoća veoma tankih limova- može se odrediti tvrdoća tankih slojeva- može se određivati tvrdoća pojedinih mikro-struktura koje ulaze u sastav

legureUtiskivač ima oblik prave (uspravne) četverostrane piramide sa kvadratnom osnovom i propisanim uglom između suprotnih strana a=1360. Pod dejstvom sile utiskivanja F, utiskivač prodire u površinu materijala ostavljajući trajni otisak čija je horizontalna projekcija kvadrat. Pomoću mikroskopa mjere se dvije dijagonale otiska d1 i d2, na osnovu kojih se izračunava srednja dijagonala d, koja je mjerodavna za proračun površine otiska:


cm.

Tvrdoća po Vikersu se određuje kao odnos između sile utiskivanja površine otiska što ga ostavi piramida:

.

Tvrdoća po Vikersu označava se sa HV, a u indeks unose uslovi ispitivanja (sila, vrijeme).

4.7. FAKTORI KOJI UTIČU NA STATIČKA ISPITIVANJA

Opisani postupci statističkih ispitivanja obavljaju se na sobnim temperaturama. Pod pojmom sobne temperature podrazumijeva se temperatura od 200C sa odstupanjem do . Standardima za svako ispitivanje propisana je temperatura ispitivanja. Međutim, veliki broj elemenata radi u veoma nepovoljnim uslovima kao što su turbine, kotlovi, motori SUS, itd. Dugotrajnim opterečenjem na povišenim temperaturama dolazi do starenja materijala i loma pri nižim opterećenjima od očekivanih. Granice elastičnosti i proporcionalnosti sa porastom temperature opadaju, gubi se pravolinijski dio dijagrama. Pored temperature, na mehaničke osobine utiču i vrijeme trajanja opterećenja na povišenim temperaturama. Pod dejstvom opterećenja na povišenim temperaturama dolazi do lagane plastične deformacije. Ova pojava naziva se puzanjem.


4.8. ISPITIVANJE ZAVARENIH SPOJEVA

Postupak zavarivanja ima ogromnu primjenu u svim oblastima metalne industrije. Zavareni spojevi rade u različitim uslovima i opterećeni su različitim vrstama opterećenja. U statička ispitivanja zavarenih spojeva spadaju:

- ispitivanje zatezanjem,- ispitivanje savijanjem i- ispitivanje tvrdoće.

Ispitivanje zavarenih spojeva zatezanjem izvodimo s najmanje dvije epruvete. Uslovi zavarivanja i termičke obrade na zavarenim epruvetama moraju odgovarati uslovim zavarivanja i termičke obrade konstrukcije za koju vršimo ispitivanje. Zatezanjem utvrđujemo granicu proporcionalnosti p, granicu elastičnosti e, granicu razvlačenja v, zateznu čvrstoću m, modul elastičnosti E, izduženje i kontrakciju . Ispitivanje tvrdoće zavisno od debljine zavarenih spojeva i očekivane tvrdoće možemo izvoditi po metodi Brinela, Rokvela ili Vikersa. Ispitivanje savijanjem radi ocjene sposobnosti savijanja zavarenih spojeva primjenjuje se do pojave prve pukotine na bilo kome mjestu epruvete.

5.0. ISPITIVANJE MATERIJALA DINAMIČKIM DEJSTVOM SILE

Ispitivanja su pokazala da materijali bolje podnose statičko nego dinamičko dejstvo sile. Prema načinu dejstva, sva dinamička opterećenja možemo podijeliti na :

- promjenljiva opterećenja i - udarna opterećenja

Promjenljivo opterećenje je predstavljeno obično sinusnom linijom. Ispitivanje materijala pod dejstvom promjenljivog opterećenja naziva se ispitivanje zamaranjem. Ispitivanje promjenljivim opterećenjem može se izvoditi zatezanjem, pritiskivanjem, savijanjem, uvijanjem ili kombinovanim dinamičkim naprezanjima na epruvetama ili gotovim mašinskim dijelovima.


5.1. ZAMOR MATERIJALA

Posmatranjem preloma usljed zamora mogu se uočiti različite zone: zona preloma usljed zamora (1) i zona nasilnog loma (2). U zoni preloma usljed zamora kristali se veoma teško mogu razlikovati golim okom, a taj dio preloma ima gladak izgled i mat boju. Zona nasilnog loma je hrapavija, ima krupnozrnastu strukturu i čistu sjajnu površinu. Uzroci preloma usljed zamora mogu biti vidljivi i nevidljivi. Vidljivi uzroci preloma su greške u materijalu (gasni mjehurovi, zaostala šljaka, pore, mikro-pukotine) i površinske greške nastale u procesu obrade ili eksploatacije (zarezi, korodirana mjesta, udarena mjesta itd.). Nevidljivi uzroci preloma usljed zamora su posljedica unutrašnjih napona koji su uneseni u materijal prilikom livenja, kovanja, termičke obrade, zavarivanje itd. Naponi izazvani od spoljnih sila slažu se sa unutrašnjim naponima u pojedinim metalnim zrnima. U metalnim zrnima koja imaju visoke unutrašnje napone spoljašnji naponi mogu izazvati takva naprezanja koja prelaze granicu jačine materijala na kidanje. Usljed toga javlja se pukotina koja se postepeno širi u metalnom zrnu i napada susjedno metalno zrno. Spajanjem pukotina u susjednim zrnima dolazi do širenja pukotine. Širenjem pukotine smanjuje se poprečni presjek.

5.2 ISPITIVANJE I PRIKAZIVANJE DINAMIČKE ČVRSTOĆE MATERIJALA


Zamor materijala izazivaju različite vrste promjenjivih opterećenja:- naizmjenično promjenljivo (istezanje i pritisak)- jednosmjerno promjenljivo od 0 do maksimuma i- jednosmjerno promjenljivo sa predopterećenjem.

Dinamička čvrstoča D određuje se ispitivanjem zamaranjem sila promjenljive vrijednosti. Ispitivanje se izvodi na standardnim epruvetama ili na konstruktivnim elementima. Za dinamička ispitivanja potrebno je više epruveta istog oblika i dimenzija, da bi se mogla odrediti dinamička jačina materijala. Svaka epruveta izlaže se različitom promjenljivom opterećenju i utvrđuje se broj promjena opterećenja do preloma. Pri sljedećem ispitivanju smanjuje se opterećenje.


Smanjenjem opterečenja povečava se broj promjena preloma. Razultati ispitivanja unose u koordinatni sistem kod koga se na ordinatu nanosi napon a na apscisu broj promjena opterećenja. Unošenjem podataka u dijagram dobijamo tačke čijim spajanjem dobijamo kontinualnu liniju koja se zove Velerova kriva. Na Velerovoj krivoj razlikujemo dva dijela: u prvom dijelu, koji se odnosi na više napone, prelomi dolaze pri manjem broju promjena. Što je veći napon – to je broj promjena opterećenja do preloma manji. Drugi dio dijagrama predstavlja pravu liniju koja se asimptotski približava jednom naponu. Napon koji odgovara horizontalnom dijelu krive zove se dinamička čvrstoća materijala. To je najveći promjenljivi napon koji jedan materijal može po želji dugo da zadrži bez preloma i bez pojave nedozvoljenih deformacija. Broj promjena opterećenja, pri kome Velerova kriva prelazi u liniju paralelnu sa apscisom, naziva se graničnim brojem promjena opterećenja. Granični broj promjena opterećenja za čelik iznosi 10 * 106, a za lake metale oko 100 * 106.

5.3 FAKTORI KOJI UTIČU NA DINAMIČKU ČVRSTOĆU

Jedan od najjačih faktora koji utiču na dinamičku čvrstoću materijala je koncentracija naprezanja. Veličina lokalnih naprezanja zavisi od geometrijskog oblika predmeta, a osnovni pokazatelj koncentracije naprezanja je faktor zareza

. I na dinamičku čvrstoću jak uticaj imaju različite vrste žljebova, zareza i prelaznih zaobljena. Na vrijednosti dinamičke čvrstoće imaju uticaj i dimenzije predmeta. Sa povećanjem dimenzija predmeta opada dinamička čvrstoća. Dinamička čvrstoća u znatnoj mjeri zavisi od stanja površine.


5.4 METODE POVEĆANJA DINAMIČKE ČVRSTOĆE

Na povećanje otpornosti materijala protiv zamora može se uticati na više načina:- pravilnim oblikovanjem i dimenzionisanjem dijelova- sprečavanjem korozije i- ojačavanjem površinskih slojeva.

Površinsko ojačavanje materijala možemo postići:- hladnim ojačavanjem - površinskim kaljenjem- nitriranjem i- cementacijom.

Hladnim ojačavanjem stvaramo u površinskom sloju trajne (lokalne) deformacije. Ovo možemo postići na dva načina: izlaganjem površine bombardovanju mlazom pijeska ili čeličnih kuglica. Površinskim kaljenjem takođe stvaramo u površinskom sloju dodatne napone na pritisak. Nitriranjem toliko ojačamo površinu da u toj zoni nema pojave zareza pri opterećenju, već se javlja tek ispod nitriranog sloja.

5.5. ISPITIVANJE ŽILAVOSTI MATERIJALA PO ŠARPIJU

Ispitivanje žilavosti materijala vrši se udarnim opterećenjem. Epruveta određenog oblika i dimenzija lomi se jednim udarcem. Pri udaru epruveta je izložena savijanju. Cilj ispitivanja je da se odredi sklonost materijala ka krtom lomu, provjeri kvalitet termičke obrade i sklonost materijala ka povećanju krtosti u toku eksploatacije. Ispitivanje po Šarpiju izvodi se na Šarpijevom klatnu.


5.6. ISPITIVANJE TVRDOĆE MATERIJALA PO POLDIJU

Ispitivanje tvrdoće po Poldiju spada u grupu dinamičkih ispitivanja. Koristi se pri ispitivanju tvrdoće teških predmeta (odlivaka, otkivaka, postolja mašina itd.). Ispitivanje je zasnovano na udarnom dejstvu sile na utiskivač, čeličnu kuglicu prečnika D=10 mm. Pod dejstvom udarnog opterećenja kuglica ostavlja trajan otisak u ispitivanom materijalu i u etalonu čija je tvrdoća poznata. Upoređivanjem veličine otisaka u materijalu poznate tvrdoće i predmetu čiju tvrdoću mjerimo određujemo nepoznatu tvrdoću.


5.7. ISPITIVANJE TVRDOĆE MATERIJALA PO ŠORU

Ispitivanje tvrdoće po Šoru zasnovano je na elastičnom odskoku utiskivača od površine predmeta čiju tvrdoću mjerimo. Koristimo se specijalnim aparatom koji se zove Šorov skleroskop.

Utiskivač (2) težine 0,025 N specijalnog oblika sa dijamantskim kupastim vrhom smješten je u staklenu cijev 2. Pored cijevi nalazi se skala podijeljena na 140 podjeljaka. Svaki podjeljak predstavlja jednu jedinicu Šorove tvrdoće. Utiskivač se pušta sa visina H1= 254 mm da slobodno pada na površinu predmeta (3). Visina prvog odskoka H2 od površine predmeta je mjera tvrdoče.

5.8. DINAMIČKA ISPITIVANJA ZAVARENIH SPOJEVA

Dinamičkim ispitivanjem utvrđujemo ponašanje zavarenih spojeva pod uticajem djelovanja udarnih i promjenljivih opterećenja. Žilavost zavarenog spoja najčešće određujemo po Šarpiju. Kod ispitivanja žilavosti po Šarpiju, ispitujemo žilavost šava i žilavost u zoni toplotnog uticaja. Ispitivanje se vrši na standardnoj epruveti. Žilavost ispitujemo pomoću Šarpijevog klatna, jednim udarom pri temperaturi 20 20C. Poslije preloma epruvete posmatra se prelom – da li se mogu primjeniti pore, naprsline, šljaka i druge nepravilnosti.


6.0. TEHNOLOŠKA ISPITIVANJA

Tehnološka ispitivanja imaju za cilj da utvrde ponašanje materijala pri različitim metodama obrade u hladnom ili u toplom stanju. Pri tehnološkim ispitivanjima stvaraju se uslovi slični uslovima kojima će materijal biti izložen za vrijeme prerade ili tokom same primjene. Sva tehnološka ispitivanja mogu se podijeliti u dvije grupe:

- tehnološka ispitivanja u toplom stanju i- tehnološka ispitivanja u hladnom stanju.

Najčešće se primjenjuju ispitivanja u hladnom stanju. U ovu grupu spadaju:- ispitivanje na izvlačenje,- ispitivanje na savijanje,- ispitivanje na sabijanje,- ispitivanje cijevi i dr.

6.1. ISPITIVANJE NA IZVLAČENJE

Izvlačenjem ispitujemo limove i trake. Epruveta se izvlači loptastim utiskivačem na specijalnom uređaju. Epruvete prečnika od 70 do 90 mm debljine 0.2do 2 mm premazuju se tankim slojem maziva i pritežu između matrice (1) i pritezača (3). Utiskivač (4) se bez udara dovodi u dodir s epruvetom i utiskuje brzinom 5 do 20 mm/min. Brzina se smanjuje pri završetku ispitivanja, da bi se mogao tačno odrediti trenutak prekida epruvete. Kao trenutak prekida smatra se pojava pukotine koja je dovoljno otvorena da kroz nju može pralaziti svjetlost. Kao mjerilo sposobnosti lima za duboko izvlačenje uzima se dubina prodiranja utiskivača K u mm do pojave prvih znakova pukotine. Dubinu prodiranja pukotine utiskivača mjerimo na posebnom lenjiru.


6.2. ISPITIVANJE NA SAVIJANJE

Ispitivanje savijanjem primjenjuje se za ocjenu sposobnosti savijanja čeličnih polufabrikata do propisanog ugla. Epruveta se postavlja na dva paralelna oslonca poluprečnika R, a na sredini opterećuje preko valjka silom F. Savijanje se prekida kada se na epruveti pojavi prva vidljiva pukotina širine oko 2 mm.

6.3. ISPITIVANJE NAIZMJENIČNIM PREVIJANJEM

Ovo ispitivanje ima za cilj određivanje sposobnosti naizmjeničnog previjanja žica i traka od tankih limova. Najčešće se ovom metodom vrši ispitivanje žice prečnika od 0,3 do 7 mm, okruglog ili bilo kojeg drugog presjeka. Epruveta za ispitivanje je komad žice dovoljne dužine da se može stegnuti u čeljusti uređaja za ispitivanje. Uređaj na kome se izvodi naizmjenično previjanje lima registruje broj previjanja do loma ili do propisanog broja previjanja. Jedno previjanje predstavlja savijanje epruvete za 900 preko jednog valjka i vraćanje u prvobitni položaj. Broj previjanja epruvete zaokružuje se na cijeli broj.


6.4.1. Ispitivanja cijevi spljoštavanjem

Ispitivanje spljoštavanjem izvodi se na cijevima prečnika do 400 mm čija

debljina zidova ne prelazi 15% od spoljnjeg prečnika cijevi. Epruveta je komad cijevi čija dužina iznosi 1,5 D. Spljoštavanje se izvodi između dvije ploče u pravcu upravnom na podužnu osu epruvete. Ispitivanje se izvodi dok odstojanje ploče x, mjereno pod opterećenjem u pravcu spljoštavanja, ne dostigne vrijednost koju propisuje proizvođač ili odgovarajući standard.

6.4.2. Ispitivanje cijevi proširivanjem

Ispitivanje cijevi prošitivanjem izvodi se pomoću koničnog proširivača. Ispitivanje se može obaviti na kraju cijevi ili na posebnim epruvetama. Utiskivač je koničan sa poliranom površinom. Ugao vrha konusa može biti 300, 450

i 1200, ili nagiba 1:10 i 1:20. Utiskivanje utiskivača se vrši dotle dok spoljnji prečnik x ne dostigne propisanu vrijednost.


6.4.3. Ispitivanje cijevi posuvraćivanjem

Na ovaj način ispituju se cijevi spoljašnjeg prečnika od 150 mm i debljine zida do 9 mm. Ispitivanje se može obaviti na jednom od krajeva cijevi. Za formiranje prirubnice uzimaju se dva utiskivača. Prvi konični utiskivač pogodnog ugla , utiskuje se dotle dok prečnik proširene cijevi ne dostigne vrijednost potrebnu za oblikovanje prirubnice prečnika x. Tada se prekida ispitivanje i prvi utiskivač zamjenjuje drugim kod koga je prečnik cilindričnog dijela za 1 mm manji od unutrašnjeg prečnika cijevi i ima odgovarajući radijus zaobljenja. Ispitivanje se završava u trenutku kada se formira prirubnica propisanog prečnika x.

7.0. ISPITIVANJE MATERIJALA BEZ RAZARANJA

Kod ispitivanja bez razaranja, ispitivanje se izvod na gotovim predmetima i konstrukcijama i rezultati ispitivanja odgovaraju stvarnosti. Predmeti se ne oštećuju i nema deformacija. Cilj ovih ispitivanja je da se utvrdi greška u materijalu i gotovim proizvodima na površini (zarezi, mikropukotine) i u unutrašnjosti (lunkeri, gasni mjehuri, troska, pukotine i dr.). Postoji više metoda defektoskopskih ispitivanja, koja se baziraju na određenim fizikalnim pojavama i mogu se podijeliti na:

- ispitivanje ultrazvučnim talasima- ispitivanje prozračavanjem- ispitivanje elektromagnetnim talasima i - ispitivanje penetrantnim (kapilarnim) metodama.


7.1. ISPITIVANJE ULTRAZVUČNIM TALASIMA

Ultrazvučni talasi prolaze kroz čvrste predmete. Ako na putu ultrazvučnih talasa postoji kakva greška, (šupljina, troska, naprslina i dr.), dolazi do narušavanja normalnog prostiranja ultrazvučnih talasa. Talasi koji nailaze na grešku odbijaju se i vraćaju nazad prema površini predmeta pri čemu nastaje ultrazvučni eho. Defektoskopska ispitivanja pomoću ultrazvuka mogu se obavljati na tri načina, i to:

- metodom prolaza- metodom odbijanja (eho) i - metodom rezonance.

Šema ispitivanja metodom prolaza data je na slici.

Kod ove metode mjeri se smanjenje intenziteta ultrazvuka poslije prolaza kroz materijal. Kroz homogeni materijal ultrazvučni talasi prolaze bez smetnji, dok kod materijala sa greškom dolazi do odbijanaj ultrazvučnih talasa i smanjenja intenziteta.


7.2.1. Ispitivanje rendgenskim zracima(rendgenografija)

Rendgenski ili X-zraci su jedan od vidova elektromagnetnih talasa,vrlo male talasne dužine a veoma velike učestanosti. X-zraci se kroz zaslon 7 usmjeravaju na površinu predmeta 8 prolaze kroz predmet i padaju na film 9 dajući jače ili slabije zacrnjenje.S obzirom da su X zraci štetni iza filma se postavja olovna ploča koja apsorbuje X zrake. Pošto materijali imaju različitu gustinu to će i različito apsorbovati X-zrake.Na mjestima gdje je gustina manja(troska, gasni mjehur, pukotina itd.) smanjuje se moć apsorpcije X- zraka i povećava zacrnjenje filma.


7.2.2. Ispitivanje gama zracima (gamagrafija)

Ova ispitivanja imaju za cilj otkrivanje grešaka u unutrašnjosti predmeta, kao što su: odlivci, otkivci, zavareni spojevi, rezervoari itd. Princip je sličan kao i pri ispitivanju s rendgen zracima. Ispitivanje se sastoji od ozračavanja predmeta iza kojeg se postavlja film, na kojem dobijamo sliku unutrašnjosti predmeta.

7.3. MAGNETNA ISPITIVANJA

Magnetnim ispitivanjima utvrđujemo greške na površini ili neposredno ispod površine predmeta. Mogu se ispitivati samo magnetični materijali, kao što su: željezo, nikl, kobalt, ugljenični, niskolegirani i neki legirani čelici. Pri magnetnim ispitivanjima, predmeti se prvo namagnetišu. Namagnetisavanje predmeta može se izvoditi prije ili u toku ispitivanja. Magnetna ispitivanja zasnovana su na rasipanju magnetnog polja iznad defektnog mjesta u predmetu. U homogenom predmetu magnetne silnice su prave linije. Kada silnice naiđu na neki defekt savijaju se oko njega i obrazuju magnetno polje rasipanja. Veličina rasipanja i skretanja silnica zavisi od dimenzija i dubine defekta, kao i od pravca prostiranja defekta u odnosu na magnetne silnice.

Najveće odstupanje nastaje kada greška stoji normalno na pravac magnetnih silnica. Da bi se pravilno odredila veličina greške, u praksi se ispitivanje izvodi u dva međusobno normalna pravca. S obzirom da su magnetne silnice nevidljive, a da bi greška bila uočljiva, površina predmeta se posipa feromagnetnim prahom pomiješanim sa transformatorskim uljem ili petrolejem. U izvjesnim slučajevima uzimaju se obojene suspenzije i fluorescentne


magnetne suspenzije, čije svijetleće čestice olakšavaju kontrolu na teško pristupačnim mjestima.

7.4. ISPITIVANJE PENETRANTNIM (KAPILARNIM) METODAMA

Penetrantne (kapilarne) metode primjenjuju se pri određivanju površinsskih grešaka, ako što su naprsline, zarezi, pore i slično. Ove metode su zasnovane na primjeni kapilarnih sila. Mogu se konstatovati greške čija je širina veća od 0,001 mm i dublje od 0,01 mm. Najčešća su sljedeća ispitivanja:

- ispitivanje petrolejom ili uljem- ispitivanje fluroscentnim tečnostima i- ispitivanje obojenim tekućinama.

Kod ispitivanja petrolejom ili uljem predemti se urone u vrući petrolej ili ulje i drže izvjesno vrijeme. Pod uticajem kapilarnih sila dolazi do prodiranja tečnosti u sitne pore i pukotine. Poslije brisanja viška tečnosti sa površine, a hlađenjem dolazi do skupljanja pukotine i istiskivanje ulja na površinu. Na površini se pojavljuju mrlje i mjesto gdje se nalazi greška postaje uočljivo. Fluorescentna ispitivanja takođe su zasnovana na primjeni kapilarnih sila. Za ispitivanje uzimaju se fluroscentne tečnosti. Predmeti koji se ispituju prethodno se dobro očiste od svih nečistoća, a zatim urone u posudu sa fluorescentnom tečnošću i drže nekoliko minuta ili se tečnost nanosi pomoću kista na površinu predmeta. Poslije toga predmeti se peru mlazom hladne vode, a zatim suše u struji toplog vazduha. Osušene površine se posipaju prahom koji ima veliku moć apsorpcije. Prašak izvlači na površinu fluoroscentnu tečnost, a djelimično prodire i u pukotine. Suhi prašak se sa površine predmeta uklanja strujom vazduha ili lakim udarcima po predmetu, tako da se zadržava samo na ovlaženim mjestima. Predmeti se unose u zamračenu prostoriju i osvjetljavaju ultra-ljubičastom svjetlošću. Mjesta na kojima se zadržala fluoroscentna tečnost počinju da svijetle. Prema veličini greške imamo jaču i slabiju fluoroscentnu svjetlost. Najveću primjenu našlo je ispitivanje obojenim tečnostima. Princip rada je potpuno isti kao i kod prethodnih metoda. Prednost ove metode je što se greška može otkriti pri dnevnom osvjetljenju.

termička obrada

Documents